■ 神奇晶體“長”出來

　　陶教授在介紹“中國晶”的時候，經(jīng)常用“長”這個詞。為什么叫長晶體呢？

　　他解釋說，我們做晶體，首先要下“種子”。開個玩笑，就像生小孩兒一樣，要有個種子。還可以說個形象的比喻，類似于長珍珠，珍珠要在貝里下個東西，才能長出來。我們也要下種子，從一小點點兒，慢慢地讓它生長，越來越大，就是一個長晶體的過程。

　　晶體對于我們，就像有生命似的。長出一個大的晶體，時間是很長的。我們的大晶體，要生長一年半左右。俗話說，十月懷胎一朝分娩。我們的晶體要長18個月!比母親孕育一個嬰兒的時間還長。我們長出的最大晶體有800公斤重。

　　天然晶體是在特殊地質(zhì)條件下慢慢長大的。包括天然的金剛石、水晶及各種寶石。物以稀為貴，天然的東西總歸少啊。如果工業(yè)運用是不行的，要靠人工的方法生長。金剛石是非常好的晶體，非常貴，用克拉來計算……工業(yè)上的金剛石，都是用人工方法生長的。比如石油鉆井的鉆頭，都用金剛石，因為它是最硬的材料。

　　晶體的生長，下了種子，還要給它創(chuàng)造一個人為的生長環(huán)境。生長環(huán)境非常重要。晶體生長，一個靠科學，一個靠技術(shù)。就像人才的成長，需要合適的環(huán)境。如果沒有好環(huán)境，肯定長不出好的晶體。

　　晶體生長是一門綜合交叉學科，涉及物理、化學、材料、機械、自動控制等眾多學科。生長晶體有不同的方法，有的是從水溶液里面長，有的是從高溫的熔體里面長等。

　　我們用助熔劑生長KTP晶體，這個方法開創(chuàng)了用高溫溶液產(chǎn)業(yè)化生長晶體的先河。

　　晶體的生長環(huán)境是在晶體生長爐里面實現(xiàn)的。以前，我們的晶體生長爐是半自動化的，需要人工控制，24小時盯著，十分辛苦。最近幾年，我們在自主研制先進晶體生長設(shè)備方面也取得了重要進展。研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的晶體生長爐。這種爐子非常好用，它的爐膛內(nèi)徑達1米，具有紅外實時測溫、真空與非真空(流動氣氛)有效切換、高精度晶體提拉控制等特點。用自主研制的設(shè)備，我們長出了在國際上尺寸領(lǐng)先的激光晶體。爐子的軟件也是我們自己設(shè)計的。國外的爐子自動化程度很高，就像傻瓜相機一樣，種子放進去，就開始長晶體了，中間不能干涉它，不管長得好壞，它就這樣了。我們的爐子的特點是自動和手動相結(jié)合，需要自動就自動，需要手動就手動?？梢约由先说囊庵?，我可以控制它的生長。這里有我們創(chuàng)新的技術(shù)。

　　■ 前景絢麗妙無窮

　　我說，作為普通讀者，在為“中國晶”而自豪的同時，還想了解晶體的應(yīng)用推廣給我們的生活帶來哪些影響？以及未來的世界將可能發(fā)生哪些變化？

　　陶教授說，這方面的事例太多了。材料是基礎(chǔ)。一旦一代新材料成功，一代新的器件就產(chǎn)生了，甚至引起產(chǎn)業(yè)革命。比如，單晶硅是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，幾乎全部集成電路都是在單晶硅上完成的。以前的計算機，體積非常大，運算速度卻很慢?，F(xiàn)在，“筆記本”夾著就走。現(xiàn)在一個小小的U盤，頂過去多少張A盤？電視也一樣，以前29口寸的電視你抱不動，現(xiàn)在46口寸液晶的，一提就走了，還能掛在墻上。將來，基于深紫外激光的微細加工技術(shù)、基于晶體或光纖的高功率激光、基于藍寶石的LED、基于閃爍晶體的醫(yī)療器械和輻射探測設(shè)備、基于晶型控制的藥物設(shè)計和蛋白質(zhì)結(jié)晶以及基于人工設(shè)計的準晶和納米晶體的不斷涌現(xiàn)，將影響我們生活的方方面面。

　　核電站會更安全

　　日本大地震導(dǎo)致核泄漏，讓世人驚恐。還有前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故，像弄了顆原子彈，危害非常大。一旦出了問題，就不可控制。

　　我們國家的“神光”工程，其中的一項，就是用很強的激光來控制核聚變。用多束極強的激光集中到一點，射擊靶材料，溫度可超過一億度。它會產(chǎn)生非常巨大的能量。這個問題解決以后，可以為人類提供源源不斷的潔凈能源。只要一點點核原料，就能滿足我們的需求。一旦獲得成功，能源就不成問題了。因為海水里的氘非常多，只要一點點，產(chǎn)生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　現(xiàn)在核電站用的是核裂變的方法，核裂變的過程會產(chǎn)生輻射，它的危險就在這里。日本大地震后的核危機，問題就在核輻射。如果這個技術(shù)解決了，人類就不會為核電站的安全擔憂了。因為它的原理是相反的，那個是裂變，這個是復(fù)合到一起的核聚變。核聚變不會產(chǎn)生輻射。

　　為什么要用我們的晶體呢？因為，現(xiàn)在常用的激光波長在紅外區(qū)，用它時靶材不吸收，必須用短波長的光。通過我們的晶體材料變頻，把它變成短波長激光，才能被靶材吸收。就像我們在海灘或露天，有太陽的紫外線照射，如果我們的皮膚不吸收光，身體就不會發(fā)熱。它吸收了，才會感到熱。簡單地說，我們的晶體就是把眼睛看不見的紅外光，變成看得見的光及紫外光。還有，我們不能到大氣中做核試驗，但是，可以通過激光模擬核試驗……這是一個大工程，我們只是為它提供關(guān)鍵的那個材料。

　航天航空顯身手

　　“天宮一號”升天，成功實現(xiàn)交會對接，我們將會有中國人的空間站。太空的輻射非常強，航天器高速飛行時與大氣摩擦產(chǎn)生非常大的熱，因此，航天器用的一些材料需要抗輻射，耐高溫等。氧化鋯的熔點非常高，抗輻射，但氧化鋯長纖維非常難做。山東大學晶體材料研究所及晶體材料國家重點實驗室以“十年磨一劍”的精神，使氧化鋯長纖維實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

　　陶教授激動地說，你看看，這就是氧化鋯長纖維，像棉花一樣。我們以這些纖維為基礎(chǔ)，加工了各種形狀的氧化鋯型材。它能抗輻射、耐高溫，是航天航空不可或缺的材料。

　　還有，隨著武器裝備的更新?lián)Q代，多功能復(fù)合的光電窗口及器件的需求越來越大。多光譜窗口和整流罩是這些技術(shù)的關(guān)鍵部件，它既要保證光電傳感器的光學性能，以確保其成像質(zhì)量，又要保護傳感器及其光電裝置不被外界環(huán)境損傷。藍寶石晶體具有優(yōu)良的機械、光學和熱學性能，是各種窗口和整流罩的理想材料。

　　環(huán)境治理前景廣

　　能源與環(huán)境治理是人類面臨的兩大難題。除了通過激光核聚變來解決能源之外，在解決環(huán)境污染問題上，晶體材料已經(jīng)發(fā)揮了積極作用，其前景很廣闊。

　　環(huán)境問題，包括水系的污染，污水的處理，還有垃圾等各種污染物的處理。新型光催化材料，在可見光照射下，可以讓污染物降解。比如，有機的污染物，能被降解成小分子化合物，實現(xiàn)無毒化處理。

　　它還可以分解水，把水分解成氫氣和氧氣，這都是好東西啊?，F(xiàn)在，我們的污水處理成本很高，推廣困難。如果用光催化材料，初期成本可能會高一些，但實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后，成本會大大降低。

　　山東有許多鹽礦，伴生著很臭的硫化物，鹽水出來以后太臭了。老百姓有意見，有的鹽礦被迫停產(chǎn)。我們重點實驗室把納米晶體運用到鹽礦污染治理，用光催化技術(shù)，解決了臭的問題，使停產(chǎn)的鹽礦又充滿了生機。

　　無所不在“中國晶”

　　晶體材料的應(yīng)用可謂無處不在，就在我們的生活里。比如，它用在手機的濾波器上，不然，手機就有各種雜音。我們檢測用的正電子發(fā)射斷層掃描儀，關(guān)鍵部件就是閃爍晶體。我們隨處可見的汽車的轉(zhuǎn)向燈、尾燈、霓虹燈，一閃一閃的，用的都是發(fā)光二極管，大部分都要在藍寶石晶體上制作。液晶顯示屏本身是不發(fā)光的，它需要一個背景光源，需要白光LED，這項技術(shù)我們搞了20多年，使我國半導(dǎo)體發(fā)光器件終于有了“中國芯”。將來的激光電視，更離不開晶體。

　　天黒看不見東西，用紅外可以看見，還有一些環(huán)境的監(jiān)視、紅外探測、紅外攝像。比如，工業(yè)檢測的時候，溫度很高，不能用人去看，要用紅外線探測，電路板有沒有短路？可以用紅外探測，其關(guān)鍵部件是紅外晶體。

　　開關(guān)大家都知道，有機械開關(guān)、電開關(guān)。這類開關(guān)的速度很慢。如果用光開關(guān)，光的頻率很高，開關(guān)速度非?？臁Ｔ陉P(guān)的狀態(tài)下，瞬間打開，就容易得到高功率密度的激光。

　　現(xiàn)在，世界上許多國家都在做激光武器。美國用激光武器打無人機，還作為反導(dǎo)武器，導(dǎo)彈在飛行過程中，就可以被打下來。因為光的速度非?？?，導(dǎo)彈的飛行速度相對光來說是非常慢的，因此，激光可以摧毀導(dǎo)彈。激光武器需要很好的晶體材料。目前的激光武器，功率比較高的是氣體激光，但氣體激光的體積非常大，這個東西，用起來非常不便，所以需要固體激光武器，體積就可以小得多。就像液體燃料火箭和固態(tài)燃料火箭，液體的就大，不方便。

　　激光還可以用在防暴武器上，就是眩暈，這個光很亮，又避免把眼睛打瞎，瞬間讓犯罪分子眩暈，瞬間致盲，失去攻擊能力。這是新型的警用武器，用的就是“中國晶”。

　　非線性光學晶體的一個重要性能是改變激光的波長。物理學規(guī)律告訴我們，波長每縮短一倍,存儲的密度就會增加4倍。隨著集成電路器件密度增加，器件的線度越來越小，隨之制作集成電路的光刻技術(shù)要求光的波長越來越短。利用非線性光學晶體的倍頻效應(yīng)是產(chǎn)生短波長的重要方法。國際上看好KBBF“中國晶”,認為它可能成為新一代光刻系統(tǒng)中準直部分的優(yōu)選光源。

　　“中國晶”正在向世界展示它絢爛的光彩。