Rakendused “Kristallmaterjalid”
Rakendused “Kristallmaterjalid“
Kristall suudab realiseerida elektri vastasmõju ja muundamise, magnetism, valgus, heli ja jõud, jne. See on asendamatu ja oluline materjal kaasaegse teaduse ja tehnoloogia arengus. Teaduse ja tehnoloogia arengu vajadus on seega soodustanud silmasiseste läätsede väljatöötamist.
Eelkõige tänu tahkis-mikroelektroonika kiirele arengule, suur valik kristallmaterjalid on vaja, sealhulgas pooljuhtkristallid, laserkristallid, stsintillatsioonikristallid, optilised kristallid, ülikõvad kristallid, isoleerkristallid ja piesoelektrilised kristallid.
Materjaliteaduse arengu piir on tihedalt seotud uute tehnoloogiatega, nagu kosmos, elektroonika, laserid, uue energia arendamine, ja biomeditsiin. Selle tüübid ja rakendused kristallmaterjalid on äärmiselt laiad. Järgnevalt tutvustame lühidalt mõningaid levinumaid kristallmaterjale ja nende rakendusala.
01. Pooljuhtkristall
Pooljuhtkristallid on pooljuhtide tööstuse peamised põhitoorained. Rakenduste ulatuse ja tähtsuse vaatenurgast, sellel on kristalsetes materjalides esimene ja kõige olulisem koht.
Pooljuhtkristalle on välja töötatud alates 1950. aastatest. Pooljuhtide esindusmaterjalide esimene põlvkond: germaanium (Ge) monokristallid ja räni üksikud kristallid (Ja), mis on valmistatud erinevatest dioodidest, trioodid, väljatransistorid, SCR ja suure võimsusega toru, jne.
Integraallülituste kiire areng vaid tosinast ühiklülitusest ülisuure ulatusega tuhandeid komponente sisaldavateks integraallülitusteks on käivitanud integraallülitustega mikroelektroonika valdkonna kiire arengu. (IC-d) kui tuum, ja parandas oluliselt integraallülituste tööd. Samal ajal, kulu väheneb. See omakorda soodustab integraallülituste laialdast kasutamist kosmoseuuringutes, tuumarelvad, raketid, radar, elektroonilised arvutid, sõjalised sidevahendid ja tsiviilkasutus.
Teise põlvkonna pooljuhtmaterjalid on galliumarseniidil põhinevad liitpooljuhid (GaAs), indiumi antimoniid (InSb), ja indiumfosfiid (InP), mida kasutatakse peamiselt kõrgsageduslike valmistamiseks, kiired ja suure võimsusega elektroonikaseadmed.
Seda kasutatakse laialdaselt satelliitsides, mobiilside ja optiline side. GaAs ja indiumfosfiidpooljuhtlaserid on muutunud optiliste sidesüsteemide võtmeseadmeteks, ja GaAsi kiired seadmed on avanud ka uusi tööstusharusid optiliste kiudude ja mobiilside jaoks.
GaAs tooraine, InP ja muid liitmaterjale on vähe ja need tuleb moodustada sünteesi teel. Hind on suhteliselt kõrge, ja need on keskkonnale kahjulikumad, muutes nende laialdaseks kasutamiseks ja piiratud, ja asendatakse järk-järgult kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalidega.
Kolmanda põlvkonna pooljuhtmaterjalid on peamiselt laia ribaga pooljuhtide materjalid, mida tähistavad räni karbiidi (SiC), galliumnitriid (GaN), tsinkoksiid (ZnO), teemant, ja alumiiniumnitriid (AlN).
Võrreldes esimese ja teise põlvkonna pooljuhtmaterjalidega, Kolmanda põlvkonna pooljuhtide materjalidel on lai ribavahemik, Kõrge jaotus elektrivälja, kõrge soojusjuhtivus, Kõrge elektronide küllastuskiirus ja kõrgem kiirgustakistus.
seega, See sobib paremini kõrgtemperatuuri valmistamiseks, kõrgsagedus, kiirguskindel ja suure võimsusega seadmed, ja seda nimetatakse sageli laia ribaga pooljuhtide materjaliks (lõhe laius üle 2,2EV), tuntud ka kui kõrgtemperatuuriga pooljuhtmaterjal.
üldiselt, galliumnitriid, Räni karbiidi ja muid materjale nimetatakse laias ribalaua pooljuhid; galliumnitriid, alumiiniumnitriid, Indiumnitriidi ja nende segakristallmaterjale nimetatakse nitriidi pooljuhid, või galliumnitriid, gallium arseniid, Indiumfosfiid nimetatakse III-V pooljuhiks.
Optilised kristallid on kristallid, mida kasutatakse optiliste komponentidena, nagu halogeniidkristallid liitiumfluoriiid, kaltsiumfluoriid, magneesiumfluoriid, bariumfluoriiid, Neil on head ülekandeomadused ultraviolett- ja infrapunas, nii et neid saab kasutada ultraviolettk extimeeri väljundaknadena laserite ja mõne IR -laseri jaoks, läätsed, prismad, polarisatid, laineplaadid, jne.
Sellised oksiidid nagu safiir al2o3, yttrium vanadaat yvo4, kristall, jne. Seda saab kasutada ka ülaltoodud laserite tööaknadena, optilised isolaatorid, ringlustaatorid, Talade jagajad ja optilised polarisatid.
Pooljuhtide üksikkristall räni, germaanium, seleenium, Gallium arseniid ja tsingi seleniid, Tsingi sulfiidil on hea ülekande jõudlus kaugele infrapuna, ja seda saab kasutada süsinikdioksiidlaserina (väljundiaken, objektiiv, prisma, jne.)
03. Laserkristall
Laser on imeline “aine”, Ja see on veel üks suur inimkonna avastus pärast aatomienergiat, arvuti ja pooljuht. Kõik teavad, et laseri heledus on äärmiselt kõrge, mis võib jõuda 1 miljard korda päikese heledus või isegi kõrgem;
Laser on äärmiselt puhas ja suurepärase ühevärvilisusega; Laseril on võrratu kollimatsioon (sirgjooneline levik); Kiire energiapursked, mis võivad tungida ja sulada ka kõige raskemaid objekte. seega, Laserit kasutatakse tootmisel laialdaselt, elu- ja teaduslikud uuringud, Ja see on võimas relv inimestele looduse uurimiseks.
Laserit tekitavat seadet nimetatakse laseriks. Praeguste erinevate laserite hulgas, Kõigi tahkete olekute laserid on kõige lootustandvamad. Laserkristall, mis võib muuta välismaailma pakutava energia optilise resonaatori kaudu väga paralleelseks ja monokromaatiliseks laserkristallmaterjaliks, mis on kosmoses ja ajas sidus. Põhilised tugimaterjalid tööstusele.
Tavaliste laserkristallmaterjalide hulka kuuluvad neodüüm-legeeritud yttrium alumiiniumist granaadi kristall nd:Yag, neodüüm-legeeritud yttrium vanadaatkristall nd:Yvo4, neodüümi legeeritud liitium yttrium fluoriidi kristall ND:Ylf, titaankristall, rubiini kristall, jne.
04. Stsintillatsiooni kristall
Suure energiatarbega osakeste mõjul, Kristalle, mis võivad muuta kõrge energiatarbega osakeste kineetilist energiat kerge energiaks ja kiirgada fluorestsentsi. Röntgenikiirte tuvastamiseks saab kasutada stsintillatsiooni kristalle, gammakiired, neutronid ja muud suure energiatarbega osakesed.
Tuuma- ja pilditehnoloogia, mis keskendub stsintillatsioonikristallidele, on tuumameditsiinis laialdaselt kasutatud, suure energiatarbega füüsika, ohutuskontroll, tööstuslik mittepurustav testimine, kosmosefüüsika ja tuumade uurimine.
Tavaliselt kasutatavaid stsintillatsiooni kristallmaterjale kasvatatakse kunstlike meetodite abil, Ja seal on palju. Hetkel, Enim kasutatud stsintillatsiooni kristallid on BGO (vismutinimene lühend, üldnimi Bi2O3-beo2 seeriaühendid), CSI (tseesiumjodiid), Pbwo4 (juhtiv voldik) ja nii edasi.
05. Üli kõva kristall
Teemant, tuntud ka kui “teemant”, on loomulik mineraal ja kõige raskem aine, mis on looduses teadaolevalt. Elementaarne kristall. Looduses leiduvad ja kaevandatud teemandid on äärmiselt haruldased. Tavaliselt, peened teemandid, mille kogukaal on 1 karaati saab igas 4 kuupmeetrid rikka maagi. Kristallselge, veatud suured teemandid on veelgi haruldasemad.
Alates 1950ndatest, Inimesed on uurinud ja välja töötanud mitmesuguseid sünteetilisi teemantmeetodeid, sealhulgas peamiselt kõrge temperatuur ja kõrgrõhk (Hthp), keemiline aurustamine-sadestamine (CVD), ja detonatsioon. sisse 1955, GE kasutas esimest korda teemantkristallide sünteesimiseks kõrge temperatuuri ja kõrgrõhu meetodit.
1980ndatel, Maailm alustas CVD Diamond Researchi tõusu, ja töötas välja mitmesugused ettevalmistusmeetodid, näiteks kuum traadimeetod (Hfcvd), mikrolaineplasma (Mpcvd) ja DC kaare plasma reaktiivlennuk CVD, mis pani aluse hilisematele rakendustele.
Kõrge kõvadus on üks paljudest teemantide omadustest. Kasutades teemandi äärmiselt suurt kõvadust, Seda saab valmistada erinevateks tööriistadeks, mis mängivad kivi töötlemisel asendamatut rolli, mittevärviline metalle, ja raskesti valmistatavad komposiitmaterjalid (nagu süsinikkiust komposiitmaterjalid). Tõhusa saavutamiseks, ülitähtis, keskkonnasõbralik töötlemine.
Kui tegemist on teemandiga, Seda saab siduda uut tüüpi superhardade materjaliga kuup boori nitriidi kristalliga, kuup booron nitriid-cbn, Selle kristallstruktuur sarnaneb teemandiga, Selle kõvadus on pisut madalam kui teemant, kuid selle termiline stabiilsus on palju suurem kui teemandist , on suurem keemiline stabiilsus rauapõhistele metallielementidele.
Kuubul boori nitriidi abrasiivide jahvatus jõudlus on väga hea, See ei saa olla mitte ainult raskesti jahvatavate materjalide töötlemisel, kuid parandab ka tootlikkust, keemiline inerdus, ja saab tõhusalt parandada toorikute lihvimise kvaliteeti.
06. Piesoelektriline kristallmaterjal
Kui kristalli on välise jõuga, kristall polariseerub ja moodustab pinnalaengu, mida nimetatakse positiivseks piesoelektriliseks efektiks; Ja vastupidi, kui kristall on allutatud välisele elektriväljale, kristall deformeerub, mida nimetatakse pöördpiesoelektriliseks efektiks. Piesoelektrilise efektiga kristalle nimetatakse piesoelektrilisteks kristallideks, mis eksisteerivad ainult kristallides ilma sümmeetriakeskmeta.
Varaseim avastatud piesoelektriline kristall on kristall (α-SiO2), millel on sageduse stabiilsuse omadused ja mis on ideaalne piesoelektriline materjal, mida saab kasutada resonaatorite valmistamiseks, filtrid, muundurid, optilised deflektorid, pinnaakustiliste lainete seadmed ja mitmesugused termilised, gaasitundlik, valgus- ja kemikaalitundlikud seadmed, jne. Seda kasutatakse laialdaselt ka inimeste igapäevaelus, nagu kvartskellad, elektroonilised kellad, värvitelerid, stereoraadiod ja magnetofonid.
Viimastel aastatel, on välja töötatud palju uusi piesoelektrilisi kristalle, nagu liitiumniobaat (LiNbO3) ja kaaliumniobaat (KNbO3) perovskiitstruktuuriga. Nende kristallide piesoelektrilise efekti kasutamine, saab valmistada erinevaid seadmeid, mida kasutatakse laialdaselt sõja- ja tsiviiltööstuses, nagu sfügmomanomeetrid, piesoelektrilised klaviatuurid, viivitusliinid, ostsillaatorid, ultraheli muundurid, piesoelektrilised trafod, jne.
07. Isoleeriv kristall
Isolatsioonivahvlite tüüpiline näide on vilgukivist vahvlid. Vilgukivi on üldnimetus kihiliste silikaatmineraalide kohta. Sellel on isolatsiooni omadused, läbipaistvus, kuumakindlus, korrosioonikindlus, lihtne koorimine ja elastsus. Seda kasutatakse laialdaselt mootorites, elektriseadmed, elektroonika, raadiod ja kodumasinad.
Tal on oluline roll majandus- ja riigikaitselises ehituses. Kuigi looduslikku vilgukivi on palju, Tööstuses kõige laialdasemalt kasutatav on Muscoviit Mica, millele järgneb flogopide vilgukivi.
Naturaalse vilgukivide madala reservide tõttu paljudes riikides, eriti kvaliteetne, suuremahuline vilgukraam, mis ei suuda täita elektroonikatööstuse arenguvajadusi, Sünteetilist vilgukivi on uuritud alates 1950. aastatest.
Sest sünteetilisel vilgukiviil on suurepärased omadused, näiteks puhtus, läbipaistvus, Otsing, korrosioonikindlus ja elektriline isolatsioon, Sünteetilisi vilgukivi üksikut vahvleid saab kasutada:
① isoleerraamid erinevates vaakumseadmetes, nagu kiirendid, ionisatsioonikambrid, magnetronid ja elektrontorud, jne. ;
② Aknamaterjalid, nagu mikrolainetoru väljundiaknad, Kõrge temperatuuriga ahjude vaatlusaknad ning happe- ja leelisekindlad aknad;
③ Kõrgsurvekatel veetaseme gabariidid termilistes elektrijaamades;
④ Kõrge temperatuuri kondensaatorid, plaatinatraadist pinna termomeetri skelett, jne.
Allpool on video kristallide lõikamiseks:
https://www.youtube.com/watch?v = VA3P7tIrT44
