的应用 “水晶材料“
水晶 可以实现电的相互作用和转换, 磁性, 光, 声音和力量, ETC. 它是现代科学技术发展中不可缺少的重要材料. 科学技术发展的需要因而推动了人工晶状体的发展.
特别是由于固态微电子技术的飞速发展, 种类繁多 水晶材料 需要, 包括半导体晶体, 激光晶体, 闪烁晶体, 光学晶体, 超硬晶体, 绝缘晶体和压电晶体.
材料科学发展前沿与航天等新技术息息相关, 电子产品, 激光, 新能源开发, 和生物医学. 的类型和应用 水晶材料 非常宽. 下面将简单介绍一些常见的晶体材料及其应用范围.
01. 半导体晶体
半导体晶体 是半导体工业的主要基础原材料. 从应用的广度和重要性来看, 在结晶材料中居首位，也是最重要的地位.
半导体晶体自 1950 年代开始开发. 第一代半导体代表材料: 锗 (葛) 单晶和硅 单晶 (和), 由各种二极管组成, 三极管, 场效应晶体管, 可控硅及大功率管, ETC.
集成电路从只有十几个单元电路迅速发展到包含数千个元件的超大规模集成电路，引发了以集成电路为载体的微电子领域的快速发展 (集成电路) 作为核心, 大大改善了集成电路的工作. 同时, 成本降低. 这反过来又促进了集成电路在空间研究中的广泛应用, 核武器, 导弹, 雷达, 电子计算机, 军用通讯设备和民用.
第二代半导体材料是以砷化镓为基础的化合物半导体 (砷化镓), 锑化铟 (锑化铟), 和磷化铟 (磷), 主要用于制作高频, 高速和大功率电子设备.
广泛应用于卫星通信, 移动通信和光通信. GaAs和磷化铟半导体激光器已成为光通信系统中的关键器件, 和GaAs高速器件也开辟了光纤和移动通信的新产业.
砷化镓原料, InP等化合物材料稀缺，需通过合成形成. 价格比较高, 而且它们对环境的危害更大, 使它们难以被广泛使用和限制, 并逐渐被第三代半导体材料所取代.
第三代半导体材料主要是以碳化硅为代表的宽带隙半导体材料 (碳化硅), 氮化镓 (氮化镓), 氧化锌 (氧化锌), 钻石, 和氮化铝 (氮化铝).
与第一代、第二代半导体材料相比, 第三代半导体材料具有宽禁带, 高击穿电场, 高导热性, 高电子饱和率和更高的耐辐射性.
所以, 它更适合制作高温, 高频, 抗辐射和大功率设备, 并且通常被称为宽带隙半导体材料 (间隙宽度大于2.2ev), 也被称为高温半导体材料.
通常, 氮化镓, 碳化硅和其他材料被称为宽带隙半导体; 氮化镓, 氮化铝, 氮化铟及其混晶材料统称为氮化物半导体, 或氮化镓, 砷化镓, 磷化铟被称为III-V族半导体.
02. 光学晶体
光学晶体是用作光学元件的晶体, 如卤化物晶体氟化锂, 氟化钙, 氟化镁, 氟化钡, 它们在紫外线和红外线中具有良好的传输特性, 因此它们可以用作激光器和一些红外激光器的紫外准分子输出窗口, 镜片, 棱镜, 偏光片, 波片, ETC.
氧化物如 蓝宝石Al2O3, 钒酸钇YVO4, 水晶, ETC. 也可作为上述激光器的工作窗口, 光隔离器, 循环器, 分束器和光学偏振器.
半导体单晶硅, 锗, 硒, 砷化镓和硒化锌, 硫化锌在远红外线有良好的透过性能, 并可用作二氧化碳激光器 (输出窗口, 镜头, 棱镜, 等等)
03. 激光晶体
激光是一个美妙的 “物质”, 是人类继原子能之后的又一伟大发现, 计算机和半导体. 大家都知道激光的亮度极高, 可以达到 1 十亿倍太阳的亮度甚至更高;
激光纯度极高，单色性极佳; 激光具有无与伦比的准直性 (直线传播); 瞬间爆发的能量甚至可以穿透并熔化最坚硬的物体. 所以, 激光广泛应用于生产, 生活与科学研究, 是人们探索自然的有力武器.
产生激光的装置称为激光器. 在目前的各种激光器中, 全固态激光器是最有前途的. 激光晶体, 可将外界提供的能量通过光谐振腔转换成时空相干的高度平行单色激光晶体材料. 产业基础配套材料.
常见的激光晶体材料有掺钕钇铝石榴石晶体Nd:YAG, 掺钕钒酸钇晶体Nd:YVO4, 掺钕锂钇氟化物晶体Nd:YLF, 钛蓝宝石水晶, 红宝石晶体, ETC.
04. 闪烁晶体
在高能粒子的冲击下, 能将高能粒子的动能转化为光能并发出荧光的晶体称为闪烁晶体. 闪烁晶体可用于检测X射线, 伽马射线, 中子和其他高能粒子.
以闪烁晶体为核心的检测与成像技术在核医学领域得到广泛应用, 高能物理, 安全检查, 工业无损检测, 空间物理与核勘探.
常用的闪烁晶体材料是通过人工方法培育出来的, 而且有很多种. 现在, 最常用的闪烁晶体是 BGO (锗酸铋的缩写, 的总称 Bi2O3-GeO2 系列化合物), 铯 (碘化铯), 铅酸铅 (钨酸铅) 等等.
05. 超硬水晶
钻石, 也被称为 “钻石”, 是一种天然矿物，是已知存在于自然界中最坚硬的物质. 元素水晶. 自然界中可以发现和开采的钻石极为稀有. 通常, 总重量为 1 克拉可以在每 4 立方米富矿. 晶莹剔透, 无瑕的大颗钻石更为稀有.
自 1950 年代以来, 人们研究开发了多种合成金刚石的方法, 主要包括高温高压 (HTP), 化学气相沉积 (化学气相沉积), 和引爆. 在 1955, GE首次采用高温高压法合成金刚石晶体.
80年代, 全球掀起CVD钻石研究热潮, 并开发了热丝法等多种制备方法 (高频化学气相沉积), 微波等离子体 (化学气相沉积) 和直流电弧等离子体射流CVD, 为后面的应用打下了基础.
高硬度是金刚石的众多特性之一. 利用金刚石的极高硬度, 可制成各种工具, 在石材加工中发挥着不可替代的作用, 有色金属, 和难加工复合材料 (比如碳纤维复合材料). 实现高效, 高精准度, 环保加工.
说到钻石, 它可以链接到一种新型超硬材料立方氮化硼晶体, 立方氮化硼, 它的晶体结构类似于钻石, 硬度略低于金刚石, 但其热稳定性远高于金刚石 , 对铁基金属元素有较大的化学稳定性.
立方氮化硼磨料的磨削性能非常好, 不仅能胜任难磨材料的加工, 还能提高生产力, 化学惰性, 并能有效提高工件的磨削质量.
06. 压电晶体材料
当晶振受到外力时, 晶体会极化并形成表面电荷, 这被称为正压电效应; 反过来, 当晶体受到外部电场, 水晶会变形, 称为逆压电效应. 具有压电效应的晶体称为压电晶体, 只存在于没有对称中心的晶体中.
最早发现的压电晶体是水晶 (α-SiO2), 具有频率稳定的特点，是理想的压电材料, 可用于制造谐振器, 过滤器, 换能器, 光学偏转器, 表面声波装置和各种热, 气体敏感, 光敏和化学敏感器件, ETC. 也广泛应用于人们的日常生活中, 比如石英表, 电子钟, 彩电, 立体声收音机和录音机.
最近几年, 许多新的压电晶体已经被开发出来, 如铌酸锂 (铌酸锂) 和铌酸钾 (铌酸钾) 具有钙钛矿结构. 利用这些晶体的压电效应, 可以制作各种装置, 广泛应用于军事和民用行业, 比如血压计, 压电键盘, 延迟线, 振荡器, 超声波换能器, 压电变压器, ETC.
07. 绝缘晶体
绝缘晶片的典型例子是云母晶片. 云母是层状硅酸盐矿物的总称. 它具有绝缘的特性, 透明度, 耐热性, 耐腐蚀性能, 易剥离且富有弹性. 广泛应用于电机, 电器, 电子产品, 收音机和家用电器.
在经济建设和国防建设中发挥重要作用. 虽然天然云母的种类很多, 工业上应用最广泛的是白云母, 其次是金云母.
由于许多国家的天然云母储量低, 特别优质, 大型云母, 不能满足电子行业的发展需要, 合成云母自 1950 年代以来一直在研究.
由于合成云母具有纯度等优良性能, 透明度, 石英玻璃一般具有良好的透光性, 耐腐蚀性和电绝缘性, 合成云母单片可用于:
① 各种真空装置中的绝缘架, 例如加速器, 电离室, 磁控管和电子管, ETC. ;
② 窗材, 如微波管输出窗口, 高温炉观察窗和耐酸碱窗;
③火电厂高压锅炉水位计;
④ 高温电容器, 铂丝表面温度计骨架, ETC.
下面的水晶切割视频供参考:
https://www.youtube.com/watch?v=VA3P7tIrT44
