■ 神奇晶體(ti) “長”出來

　　陶教授在介紹“中國晶”的時候，經常用“長”這個(ge) 詞。為(wei) 什麽(me) 叫長晶體(ti) 呢？

　　他解釋說，我們(men) 做晶體(ti) ，首先要下“種子”。開個(ge) 玩笑，就像生小孩兒(er) 一樣，要有個(ge) 種子。還可以說個(ge) 形象的比喻，類似於(yu) 長珍珠，珍珠要在貝裏下個(ge) 東(dong) 西，才能長出來。我們(men) 也要下種子，從(cong) 一小點點兒(er) ，慢慢地讓它生長，越來越大，就是一個(ge) 長晶體(ti) 的過程。

　　晶體(ti) 對於(yu) 我們(men) ，就像有生命似的。長出一個(ge) 大的晶體(ti) ，時間是很長的。我們(men) 的大晶體(ti) ，要生長一年半左右。俗話說，十月懷胎一朝分娩。我們(men) 的晶體(ti) 要長18個(ge) 月!比母親(qin) 孕育一個(ge) 嬰兒(er) 的時間還長。我們(men) 長出的最大晶體(ti) 有800公斤重。

　　天然晶體(ti) 是在特殊地質條件下慢慢長大的。包括天然的金剛石、水晶及各種寶石。物以稀為(wei) 貴，天然的東(dong) 西總歸少啊。如果工業(ye) 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(ti) ，非常貴，用克拉來計算……工業(ye) 上的金剛石，都是用人工方法生長的。比如石油鑽井的鑽頭，都用金剛石，因為(wei) 它是最硬的材料。

　　晶體(ti) 的生長，下了種子，還要給它創造一個(ge) 人為(wei) 的生長環境。生長環境非常重要。晶體(ti) 生長，一個(ge) 靠科學，一個(ge) 靠技術。就像人才的成長，需要合適的環境。如果沒有好環境，肯定長不出好的晶體(ti) 。

　　晶體(ti) 生長是一門綜合交叉學科，涉及物理、化學、材料、機械、自動控製等眾(zhong) 多學科。生長晶體(ti) 有不同的方法，有的是從(cong) 水溶液裏麵長，有的是從(cong) 高溫的熔體(ti) 裏麵長等。

　　我們(men) 用助熔劑生長KTP晶體(ti) ，這個(ge) 方法開創了用高溫溶液產(chan) 業(ye) 化生長晶體(ti) 的先河。

　　晶體(ti) 的生長環境是在晶體(ti) 生長爐裏麵實現的。以前，我們(men) 的晶體(ti) 生長爐是半自動化的，需要人工控製，24小時盯著，十分辛苦。最近幾年，我們(men) 在自主研製先進晶體(ti) 生長設備方麵也取得了重要進展。研發了具有自主知識產(chan) 權的晶體(ti) 生長爐。這種爐子非常好用，它的爐膛內(nei) 徑達1米，具有紅外實時測溫、真空與(yu) 非真空(流動氣氛)有效切換、高精度晶體(ti) 提拉控製等特點。用自主研製的設備，我們(men) 長出了在國際上尺寸領先的激光晶體(ti) 。爐子的軟件也是我們(men) 自己設計的。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(ti) 了，中間不能幹涉它，不管長得好壞，它就這樣了。我們(men) 的爐子的特點是自動和手動相結合，需要自動就自動，需要手動就手動。可以加上人的意誌，我可以控製它的生長。這裏有我們(men) 創新的技術。

　　■ 前景絢麗(li) 妙無窮

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

　　陶教授說，這方麵的事例太多了。材料是基礎。一旦一代新材料成功，一代新的器件就產(chan) 生了，甚至引起產(chan) 業(ye) 革命。比如，單晶矽是現代工業(ye) 的基礎，幾乎全部集成電路都是在單晶矽上完成的。以前的計算機，體(ti) 積非常大，運算速度卻很慢。現在，“筆記本”夾著就走。現在一個(ge) 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，現在46口寸液晶的，一提就走了，還能掛在牆上。將來，基於(yu) 深紫外激光的微細加工技術、基於(yu) 晶體(ti) 或光纖的高功率激光、基於(yu) 藍寶石的LED、基於(yu) 閃爍晶體(ti) 的醫療器械和輻射探測設備、基於(yu) 晶型控製的藥物設計和蛋白質結晶以及基於(yu) 人工設計的準晶和納米晶體(ti) 的不斷湧現，將影響我們(men) 生活的方方麵麵。

　　核電站會(hui) 更安全

　　日本大地震導致核泄漏，讓世人驚恐。還有前蘇聯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，就不可控製。

　　我們(men) 國家的“神光”工程，其中的一項，就是用很強的激光來控製核聚變。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(yi) 度。它會(hui) 產(chan) 生非常巨大的能量。這個(ge) 問題解決(jue) 以後，可以為(wei) 人類提供源源不斷的潔淨能源。隻要一點點核原料，就能滿足我們(men) 的需求。一旦獲得成功，能源就不成問題了。因為(wei) 海水裏的氘非常多，隻要一點點，產(chan) 生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　現在核電站用的是核裂變的方法，核裂變的過程會(hui) 產(chan) 生輻射，它的危險就在這裏。日本大地震後的核危機，問題就在核輻射。如果這個(ge) 技術解決(jue) 了，人類就不會(hui) 為(wei) 核電站的安全擔憂了。因為(wei) 它的原理是相反的，那個(ge) 是裂變，這個(ge) 是複合到一起的核聚變。核聚變不會(hui) 產(chan) 生輻射。

　　為(wei) 什麽(me) 要用我們(men) 的晶體(ti) 呢？因為(wei) ，現在常用的激光波長在紅外區，用它時靶材不吸收，必須用短波長的光。通過我們(men) 的晶體(ti) 材料變頻，把它變成短波長激光，才能被靶材吸收。就像我們(men) 在海灘或露天，有太陽的紫外線照射，如果我們(men) 的皮膚不吸收光，身體(ti) 就不會(hui) 發熱。它吸收了，才會(hui) 感到熱。簡單地說，我們(men) 的晶體(ti) 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(men) 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(ge) 大工程，我們(men) 隻是為(wei) 它提供關(guan) 鍵的那個(ge) 材料。

　航天航空顯身手

　　“天宮一號”升天，成功實現交會(hui) 對接，我們(men) 將會(hui) 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(yu) 大氣摩擦產(chan) 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(dong) 大學晶體(ti) 材料研究所及晶體(ti) 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了產(chan) 業(ye) 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(men) 以這些纖維為(wei) 基礎，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換代，多功能複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的關(guan) 鍵部件，它既要保證光電傳(chuan) 感器的光學性能，以確保其成像質量，又要保護傳(chuan) 感器及其光電裝置不被外界環境損傷(shang) 。藍寶石晶體(ti) 具有優(you) 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。

　　環境治理前景廣

　　能源與(yu) 環境治理是人類麵臨(lin) 的兩(liang) 大難題。除了通過激光核聚變來解決(jue) 能源之外，在解決(jue) 環境汙染問題上，晶體(ti) 材料已經發揮了積極作用，其前景很廣闊。

　　環境問題，包括水係的汙染，汙水的處理，還有垃圾等各種汙染物的處理。新型光催化材料，在可見光照射下，可以讓汙染物降解。比如，有機的汙染物，能被降解成小分子化合物，實現無毒化處理。

　　它還可以分解水，把水分解成氫氣和氧氣，這都是好東(dong) 西啊。現在，我們(men) 的汙水處理成本很高，推廣困難。如果用光催化材料，初期成本可能會(hui) 高一些，但實現工業(ye) 化生產(chan) 後，成本會(hui) 大大降低。

　　山東(dong) 有許多鹽礦，伴生著很臭的硫化物，鹽水出來以後太臭了。老百姓有意見，有的鹽礦被迫停產(chan) 。我們(men) 重點實驗室把納米晶體(ti) 運用到鹽礦汙染治理，用光催化技術，解決(jue) 了臭的問題，使停產(chan) 的鹽礦又充滿了生機。

　　無所不在“中國晶”

　　晶體(ti) 材料的應用可謂無處不在，就在我們(men) 的生活裏。比如，它用在手機的濾波器上，不然，手機就有各種雜音。我們(men) 檢測用的正電子發射斷層掃描儀(yi) ，關(guan) 鍵部件就是閃爍晶體(ti) 。我們(men) 隨處可見的汽車的轉向燈、尾燈、霓虹燈，一閃一閃的，用的都是發光二極管，大部分都要在藍寶石晶體(ti) 上製作。液晶顯示屏本身是不發光的，它需要一個(ge) 背景光源，需要白光LED，這項技術我們(men) 搞了20多年，使我國半導體(ti) 發光器件終於(yu) 有了“中國芯”。將來的激光電視，更離不開晶體(ti) 。

　　天黒看不見東(dong) 西，用紅外可以看見，還有一些環境的監視、紅外探測、紅外攝像。比如，工業(ye) 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(guan) 鍵部件是紅外晶體(ti) 。

　　開關(guan) 大家都知道，有機械開關(guan) 、電開關(guan) 。這類開關(guan) 的速度很慢。如果用光開關(guan) ，光的頻率很高，開關(guan) 速度非常快。在關(guan) 的狀態下，瞬間打開，就容易得到高功率密度的激光。

　　現在，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(wei) 反導武器，導彈在飛行過程中，就可以被打下來。因為(wei) 光的速度非常快，導彈的飛行速度相對光來說是非常慢的，因此，激光可以摧毀導彈。激光武器需要很好的晶體(ti) 材料。目前的激光武器，功率比較高的是氣體(ti) 激光，但氣體(ti) 激光的體(ti) 積非常大，這個(ge) 東(dong) 西，用起來非常不便，所以需要固體(ti) 激光武器，體(ti) 積就可以小得多。就像液體(ti) 燃料火箭和固態燃料火箭，液體(ti) 的就大，不方便。

　　激光還可以用在防暴武器上，就是眩暈，這個(ge) 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(ti) 的一個(ge) 重要性能是改變激光的波長。物理學規律告訴我們(men) ，波長每縮短一倍,存儲(chu) 的密度就會(hui) 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，隨之製作集成電路的光刻技術要求光的波長越來越短。利用非線性光學晶體(ti) 的倍頻效應是產(chan) 生短波長的重要方法。國際上看好KBBF“中國晶”,認為(wei) 它可能成為(wei) 新一代光刻係統中準直部分的優(you) 選光源。

　　“中國晶”正在向世界展示它絢爛的光彩。