晶体材料有什么用途

晶体是由原子或分子按照一定的周期性规律在空间重复排列而成的固体物质。晶体有不少有趣的性质，例如在一片云母片上涂上一层石蜡，然后将一个灼热的针头垂直扎在云母片中心，使四周石蜡受热熔化。这时你会发现，熔化的石蜡并不呈圆形，而是呈椭圆形，这说明云母片向四周传递热的速度是不同的。人们把晶体的这种性质称为各相异性。晶体还具有对称性，所以晶体都有多面体的外形。晶体的对称性也会产生各种效应，例如非中心对称的晶体会产生压电效应，这种晶体可以把压力转换成电，也可以把电转换成压力。

由于晶体的结构和排列方式有多种，所以作为应用材料，即使化学组成完全相同，其性质仍会有很大差异。例如，铝土矿的化学组成是氧化铝。假如把一堆粉末状的铝土矿培养成单晶，它就会“摇身一变”，成为价值非凡的白宝石或红宝石，可作为激光材料，当然它的化学组成仍然是氧化铝。如果用另一种工艺把氧化铝制成质地细密的多晶体，它又可作为集成电路用的放热基板材料或高温电炉的炉管材料。另外，氧化铝还能制成坚硬的切削用的工具材料；如果把氧化铝制成多孔的多晶体，它又可作为催化剂的载体或敏感材料；而抽成细丝纤维状的氧化铝多晶体，由于具有高强度的性质，已被广泛用作优质绝热材料。

随着科技的飞速发展，晶体材料的开发、应用也日趋广泛。例如，锗酸铋晶体是一种无色透明的晶体，在光和X射线辐照下会有很强的发光性质，所以很快被研制成一种性能优异的新一代闪烁晶体材料，可应用于探测X射线、γ射线、正电子和带电粒子等，在高能物理、核物理、核医学、核工业和石油勘探等方面都有着广泛的应用。著名的华裔物理学家、诺贝尔奖获得者丁肇中教授在一项模拟宇宙大爆炸的大型实验过程中，就使用了11吨锗酸铋晶体。

“理想晶体”是指那些原子和分子完全按周期性重复并严格无误地排列的晶体，但在实际上，晶体中多少会出现一些排列的空位、错位、杂质原子等缺陷，人们把这种现象称为“晶体缺陷”。晶体缺陷会使晶体材料的性能发生重大变化。例如上述的锗酸铋晶体中如混有千万分之几的杂质原子，就会对闪烁晶体材料的性能产生重大的负影响，所以需要千方百计地去克服晶体的缺陷来获得高质量材料。然而，有些晶体材料反而需要人们有计划、有目的地制造出晶体缺陷，使晶体的性质产生各种定向变异，从而变化出更多的性能各异的材料，以满足人类的需要。例如，蓝色荧光粉的主要原料是硫化锌晶体，它原本是白色的，如果在硫化锌晶体中掺入大约0.0001％的氯化银，就会造成晶体缺陷。掺杂的结果，使硫化锌晶体能在阴极射线激发下放出波长为450nm的荧光，从而使之成为一种被用于彩色电视荧光屏中的蓝色荧光材料。再如高纯度的单晶硅、单晶锗，本身都是很好的半导体材料，如果掺人少量的镓或砷元素，就会得到多种特性各异的掺杂半导体材料，其性能受掺杂的种类和数量控制，所以应用范围也更为广泛了。

由此可见，所谓晶体材料就是人们利用晶体的一些特性，例如晶体的高硬度、均匀性、各向异性和对称性等，将其制成各种具有光、电、热、磁等效应的功能材料。

这些功能材料目前已广泛应用于电子、激光、通信、能源和生物等各种高新技术领域，并将不断地给人类的生活带来一个又一个福音。

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