Applicazioni di “Materiali di cristallo”

Applicazioni di “Materiali di cristallo“

Cristallo può realizzare l'interazione e la conversione dell'elettricità, magnetismo, leggero, suono e forza, ecc. È un materiale indispensabile e importante nello sviluppo della scienza e della tecnologia moderne. La necessità di sviluppo della scienza e della tecnologia ha quindi promosso lo sviluppo delle lenti intraoculari.

Soprattutto a causa del rapido sviluppo della microelettronica a stato solido, una grande varietà di Materiali cristallini sono necessari, compresi i cristalli semiconduttori, cristalli laser, cristalli di scintillazione, cristalli ottici, cristalli superduri, cristalli isolanti e cristalli piezoelettrici.

La frontiera dello sviluppo della scienza dei materiali è strettamente correlata a nuove tecnologie come lo spazio, elettronica, laser, Nuovo sviluppo energetico, e biomedicina. I tipi e le applicazioni di Materiali cristallini sono estremamente ampi. Quanto segue introdurrà brevemente alcuni materiali cristallini comuni e l'ambito dell'applicazione.

01. Cristallo a semiconduttore

Cristalli di semiconduttore sono le principali materie prime di base per l'industria dei semiconduttori. Dal punto di vista dell'ampiezza e dell'importanza delle applicazioni, occupa la prima e più importante posizione nei materiali cristallini.

I cristalli di semiconduttori sono stati sviluppati dagli anni '50. La prima generazione di materiali rappresentativi a semiconduttore: germanio (ge) cristalli singoli e silicio cristalli singoli (E), che sono fatti di vari diodi, triodi, Transistor dell'effetto campo, SCR e tubo ad alta potenza, ecc.

Il rapido sviluppo di circuiti integrati da solo una dozzina di circuiti di unità a circuiti integrati su scala ultra-larga contenenti migliaia di componenti ha innescato il rapido sviluppo del campo di microelettronica con circuiti integrati (ICS) come il nucleo, e ha notevolmente migliorato il lavoro dei circuiti integrati. Allo stesso tempo, Il costo è ridotto. Questo a sua volta promuove l'ampia applicazione di circuiti integrati nella ricerca spaziale, armi nucleari, missili, radar, computer elettronici, Equipaggiamento di comunicazione militare e uso civile.

I materiali a semiconduttore di seconda generazione sono semiconduttori composti a base di arsenide al gallio (GaAs), antimonide indio (InSb), e fosfuro di indio (In P), che sono usati principalmente per fare ad alta frequenza, dispositivi elettronici ad alta velocità e ad alta potenza.

È ampiamente usato nella comunicazione satellitare, comunicazione mobile e comunicazione ottica. I laser a semiconduttore GAAS e indio fosfuro sono diventati dispositivi chiave nei sistemi di comunicazione ottica, E i dispositivi GAA ad alta velocità hanno anche aperto nuove industrie per fibre ottiche e comunicazioni mobili.

Le materie prime di Gaas, INP e altri materiali composti sono scarsi e devono essere formati attraverso la sintesi. Il prezzo è relativamente alto, E sono più dannosi per l'ambiente, rendendoli difficili da essere ampiamente usati e limitati, e sostituito gradualmente con materiali per semiconduttori di terza generazione.

I materiali a semiconduttore di terza generazione sono principalmente materiali a semiconduttore a banda larga rappresentati da carburo di silicio (SiC), nitruro di gallio (GaN), ossido di zinco (ZnO), diamante, e nitruro di alluminio (Al N).

Rispetto ai materiali per semiconduttori di prima e seconda generazione, I materiali a semiconduttore di terza generazione hanno un ampio divario di banda, Campo elettrico ad alto rottura, elevata conducibilità termica, Elevata velocità di saturazione degli elettroni e una maggiore resistenza alle radiazioni.

Perciò, È più adatto per fare ad alta temperatura, alta frequenza, dispositivi resistenti alle radiazioni e ad alta potenza, e viene spesso definito materiale a semiconduttore a banda larga (larghezza del divario maggiore di 2,2ev), noto anche come materiale a semiconduttore ad alta temperatura.

Generalmente, nitruro di gallio, Il carburo di silicio e altri materiali sono chiamati semiconduttori a banda larga; nitruro di gallio, nitruro di alluminio, Il nitruro di indio e i loro materiali di cristallo misti sono chiamati semiconduttori di nitruro, o nitruro di gallio, Arsenide di gallio, Il fosfuro di indio è chiamato semiconduttore III-V.

02. Cristallo ottico

I cristalli ottici sono cristalli utilizzati come componenti ottici, come cristalli di alogenuri fluoruro di litio, fluoruro di calcio, fluoruro di magnesio, fluoruro di bario, Hanno buone caratteristiche di trasmissione in ultraviolette e infrarossi, Quindi possono essere usati come finestre di output di eccimeri ultravioletti per laser e alcuni laser IR, lenti, prismi, polarizzatori, piastrine d'onda, ecc.

Ossidi come Sapphire Al2O3, YTTRIUM VANADATE YVO4, cristallo, ecc. Può anche essere usato come finestre di lavoro dei laser sopra, isolatori ottici, circolatori, Splitter trave e polarizzatori ottici.

Silicio a cristallo a semiconduttore, germanio, selenio, Gallio Arsenide e Selenide di zinco, Il solfuro di zinco ha buone prestazioni di trasmissione in infrarossi lontani, e può essere usato come laser di anidride carbonica (finestra di output, lente, prisma, ecc.)

03. Cristallo laser

Il laser è meraviglioso “sostanza”, Ed è un'altra grande scoperta dell'umanità dopo l'energia atomica, computer e semiconduttore. Tutti sanno che la luminosità del laser è estremamente alta, che può raggiungere 1 miliardi di volte la luminosità del sole o anche più in alto;

Il laser è estremamente puro e ha un'eccellente monocromaticità; Il laser ha una collimazione senza pari (Propagazione della linea retta); Esplosioni istantanee di energia che possono penetrare e sciogliere anche gli oggetti più difficili. Perciò, Il laser è ampiamente utilizzato nella produzione, La vita e la ricerca scientifica, Ed è un'arma potente per le persone esplorare la natura.

Un dispositivo che produce un laser è chiamato laser. Tra gli attuali vari laser, I laser a stato-solido sono i più promettenti. Cristallo laser, che può convertire l'energia fornita dal mondo esterno attraverso un risonatore ottico in un materiale cristallino laser altamente parallelo e monocromatico coerente nello spazio e nel tempo. Materiali di supporto di base per l'industria.

I materiali di cristallo laser comuni includono cristallo di granato in alluminio yttum in alluminio drogato in neodimio:Yag, Crystal nd del vanadato di ittrium drogato in neodimio:Yvo4, cristallo fluoruro di litio in litio drogato in neodimio:Ylf, Crystal in zaffiro in titanio, Ruby Crystal, ecc.

04. Crystal di scintillazione

Sotto l'impatto delle particelle ad alta energia, I cristalli che possono convertire l'energia cinetica delle particelle ad alta energia in energia luminosa ed emettere fluorescenza sono chiamati cristalli di scintillazione. I cristalli di scintillazione possono essere utilizzati per il rilevamento dei raggi X, raggi gamma, Neutroni e altre particelle ad alta energia.

La tecnologia di rilevamento e imaging centrata su cristalli di scintillazione è stata ampiamente utilizzata nella medicina nucleare, Fisica ad alta energia, Ispezione della sicurezza, Test industriali non distruttivi, fisica spaziale e prospettiva nucleare.

I materiali cristallini di scintillazione comunemente usati sono coltivati ​​con metodi artificiali, E ci sono molti tipi. Attualmente, I cristalli di scintillazione più usati sono BGO (Abbreviazione di Bismuth Germanato, il nome generale di BI2O3-BEO2 composti in serie), CSI (ioduro di cesio), Pbwo4 (Tungstate di piombo) e così via.

05. Cristallo super duro

Diamante, noto anche come “diamante”, è un minerale naturale e la sostanza più difficile nota per esistere in natura. Cristallo elementare. I diamanti che possono essere trovati e estratti in natura sono estremamente rari. Generalmente, diamanti fini con un peso totale di 1 Il carat può essere ottenuto in ogni 4 metri cubi di minerale ricco. Cristallino, I diamanti di grandi dimensioni impeccabili sono ancora più rari.

Dagli anni '50, Le persone hanno studiato e sviluppato una varietà di metodi di diamante sintetico, Principalmente includendo alta temperatura e alta pressione (HTHP), deposizione chimica da vapore (CVD), e detonazione. In 1955, GE ha usato il metodo ad alta temperatura e alta pressione per sintetizzare i cristalli di diamante per la prima volta.

Negli anni '80, Il mondo ha scatenato un aumento della ricerca sui diamanti CVD, e sviluppato vari metodi di preparazione come il metodo del filo caldo (Hfcvd), Plasma a microonde (Mpcvd) e DC Arc Plasma Jet CVD, che ha gettato le basi per applicazioni successive.

L'alta durezza è una delle tante caratteristiche del diamante. Usando la durezza estremamente elevata del diamante, Può essere preparato in vari strumenti, che svolgono un ruolo insostituibile nella lavorazione della pietra, metalli non ferrosi, e materiali compositi difficili da machine (come materiali compositi in fibra di carbonio). Per ottenere efficiente, ad alta precisione, Elaborazione ecologica.

Quando si tratta di Diamond, Può essere collegato a un nuovo tipo di materiale superhard cristallo di nitruro di boro cubico, Nitruro di boro cubico-cbn, La sua struttura cristallina è simile al diamante, La sua durezza è leggermente inferiore al diamante, ma la sua stabilità termica è molto più alta del diamante , ha una maggiore stabilità chimica agli elementi metallici a base di ferro.

La performance di macinazione degli abrasivi a nitruro di boro cubico è molto buona, Non solo può essere competente per l'elaborazione di materiali difficili da grigliare, ma migliora anche la produttività, inerzia chimica, e può migliorare efficacemente la qualità della macinazione dei pezzi.

06. Materiale cristallino piezoelettrico

Quando il cristallo è sottoposto a forza esterna, Il cristallo polarizzerà e formerà la carica superficiale, che è chiamato effetto piezoelettrico positivo; Al contrario, Quando il cristallo è sottoposto a un campo elettrico esterno, Il cristallo si deformerà, che si chiama effetto piezoelettrico inverso. I cristalli con effetto piezoelettrico sono chiamati cristalli piezoelettrici, che esistono solo nei cristalli senza un centro di simmetria.

Il primo cristallo piezoelettrico scoperto è il cristallo (A-SIO2), che ha le caratteristiche della stabilità della frequenza ed è un materiale piezoelettrico ideale, che può essere utilizzato per produrre risonatori, filtri, trasduttori, Deflettori ottici, Dispositivi di onde acustiche di superficie e vari termici, sensibile al gas, Dispositivi fotosensibili e sensibili alla sostanza chimica, ecc. È anche ampiamente usato nella vita quotidiana delle persone, come orologi al quarzo, Orologi elettronici, TV a colori, Radio stereo e registratori a nastro.

Negli ultimi anni, Sono stati sviluppati molti nuovi cristalli piezoelettrici, come il litio niobate (LiNbO3) e potassio niobate (Knbo3) con struttura perovskite. Usando l'effetto piezoelettrico di questi cristalli, È possibile realizzare vari dispositivi, che sono ampiamente utilizzati nelle industrie militari e civili, come sfidmomanometri, tastiere piezoelettriche, linee di ritardo, oscillatori, trasduttori ultrasonici, Transformers piezoelettrici, ecc.

07. Cristallo isolante

Un esempio tipico di wafer isolanti sono wafer di mica. La mica è un termine generale per i minerali di silicato a strati. Ha le caratteristiche dell'isolamento, trasparenza, resistenza al calore, resistenza alla corrosione, Facile peeling ed elasticità. È ampiamente usato nei motori, elettrodomestici, elettronica, radio ed elettrodomestici.

Ha un ruolo importante nella costruzione di difesa economica e nazionale. Sebbene ci siano molti tipi di mica naturale, Il più utilizzato nell'industria è Muscovite Mica, seguito da mica di flogopite.

A causa delle basse riserve di mica naturale in molti paesi, Soprattutto di alta qualità, mica su larga scala, che non può soddisfare le esigenze di sviluppo del settore elettronico, La mica sintetica è stata studiata dagli anni '50.

Perché la mica sintetica ha eccellenti proprietà come la purezza, trasparenza, cellulari, Resistenza alla corrosione e isolamento elettrico, I wafer sintetici di mica singoli possono essere utilizzati in:

① rack isolanti in vari dispositivi a vuoto, come acceleratori, Camere di ionizzazione, magnetroni e tubi di elettroni, ecc. ;

② Materiali della finestra, come finestre di uscita del tubo a microonde, Finestre di osservazione del forno ad alta temperatura e finestre resistenti all'acido e alcali;

③ Indicatori di livello dell'acqua della caldaia ad alta pressione nelle centrali termiche;

④ condensatori ad alta temperatura, Scheletro del termometro in superficie del filo in platino, ecc.

Sotto il video di cristallo per riferimento:

https://www.youtube.com/watch?v = va3p7tirt44