上個(ge) 世紀80年代，美國人研發了KTP晶體(ti) 。這是一種新型高效非線性光學材料,具有優(you) 異的性能,可廣泛應用於(yu) 民用、軍(jun) 工等領域。美國政府把KTP晶體(ti) 作為(wei) 高度保密的高科技產(chan) 品，嚴(yan) 格限製對非盟國出口。這種非常昂貴的“戰略物資”，即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。時價(jia) 折合一萬(wan) 多元人民幣一克，人家還不賣給我們(men) ，因為(wei) 我們(men) 是被“禁運”國家。

　　以蔣民華院士為(wei) 代表的山東(dong) 大學晶體(ti) 材料研究所科研團隊，“長”出為(wei) 中國人爭(zheng) 氣的KTP晶體(ti) ，打破了技術壟斷，並出口美國、日本等。

　　此後，一係列“中國晶”蓬勃生長，其中之一的KBBF族晶體(ti) ，為(wei) 中國獨有。國外搞了多年，就是“長”不成。這回是他們(men) 想出高價(jia) 購買(mai) ，對不起，此乃“非賣品”也! 2009年2月，國際著名的“Nature”雜誌以“China’s crystal cache”為(wei) 題，采訪了KBBF的主要發明者，中科院理化所陳創天院士。文中提到西方發達國家許多單位和個(ge) 人想使用該晶體(ti) 卻買(mai) 不到的困境。

　　10月17日，記者來到濟南，采訪了山東(dong) 大學晶體(ti) 材料研究所所長、晶體(ti) 材料國家重點實驗室主任陶緒堂教授。

　　■ 萬(wan) 元難買(mai) 一克晶

　　剛剛送走參加“山東(dong) 大學百年校慶”的嘉賓，陶緒堂教授就馬不停蹄地接受了記者的采訪。他說，如果我的恩師蔣民華院士能夠接受您的采訪就好了。非常沉痛的是，5月6日，蔣老師永遠離開了我們(men) ……他為(wei) 中國晶體(ti) 材料事業(ye) 做出的傑出貢獻，將永留史冊(ce) 。1956年，蔣老師從(cong) 山東(dong) 大學畢業(ye) 以後，到廈門大學盧嘉錫院士那裏進修學習(xi) 一段時間，回來就做大晶體(ti) 。我們(men) 所的曆史與(yu) 中國大晶體(ti) 研究是同步的。幾十年來，幾代人堅持不懈地做下來。上個(ge) 世紀60年代，我國潛艇上的一些聲呐探測器件，用的就是我們(men) 的酒石酸鉀鈉晶體(ti) 。1964年，山東(dong) 大學獲得的第一個(ge) 國家級獎項就是磷酸二氫銨大晶體(ti) 。

　　我們(men) 的談話，自然說到曾經被“卡脖子”的過去。

　　KTP晶體(ti) ，是美國杜邦公司首先做出來的。它是一種新型高效非線性光學材料，具有非常優(you) 異的性能，能夠廣泛應用於(yu) 激光醫療、激光加工、通訊、光盤等領域。美國政府把KTP晶體(ti) 作為(wei) 高度保密的高技術產(chan) 品，是“戰略物資”，進行非常嚴(yan) 格的管理，即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。嚴(yan) 格限製對非盟國出口，對社會(hui) 主義(yi) 國家實行技術禁運。

　　那個(ge) 時候，這個(ge) 晶體(ti) 價(jia) 錢非常貴。上個(ge) 世紀80年代，一克要一萬(wan) 多元人民幣，比金子貴好多倍! 做一個(ge) 器件，最少也要幾十克。而且，這麽(me) 貴你也買(mai) 不到。人家就是要卡我們(men) 的脖子。

　　材料科學太重要了。老一輩科學家講，一代材料、一代器件、一代產(chan) 品。材料是基礎。基礎不行，別的就很難搞。蔣老師一直強調，搞材料，一是要問有沒有什麽(me) 功能；二是有什麽(me) 用途。就是要有責任感、有誌氣，為(wei) 國家需要服務、為(wei) 民族自強爭(zheng) 光。

　　美國人的方法是用高溫高壓來生長KTP晶體(ti) 。蔣先生說我們(men) 不能按他們(men) 的方法來做。那樣做出來了，也算人家的技術。我們(men) 就采用一種新的方法來生長這個(ge) 晶體(ti) 。我們(men) 用“助熔劑”的方法來長。1984年下半年，我們(men) 用自己的技術生長出了KTP晶體(ti) 。

　　原來，他們(men) 隻能長出指甲蓋大小，晶體(ti) 隻是部分透明。我們(men) 長出的晶體(ti) 有幾百克重!整個(ge) 全是透明的。

　　1986年，蔣老師把KTP晶體(ti) 帶到廣交會(hui) 上，開了中國高技術產(chan) 品向西方工業(ye) 國家出口的先河。以前，是美國人“卡”我們(men) ，打破了他們(men) 的技術壟斷之後，反過來，是我們(men) 的晶體(ti) 出口到美國、日本等國家。

　　還有一個(ge) 有趣的故事，1987年，美國賣給我國一台激光器，附加條件是其中的KTP技術不能賣給中國。當時正在美國的中國科學院晶體(ti) 專(zhuan) 家陳創天笑著對美國人說，現在我們(men) 長出的KTP比你們(men) 的好多了!美國人隻好笑著說，這是美國國務院的官僚主義(yi) !

■ 揚眉吐氣“中國晶”

　　2004年，美國一家激光專(zhuan) 業(ye) 雜誌載文說，第四代光存儲(chu) 技術的實現要等中國的晶體(ti) 。 這個(ge) 預言並非空穴來風，而是基於(yu) 一個(ge) 現實——在人工晶體(ti) 研究方麵，中國走在世界前列。

　　繼KTP晶體(ti) 打破西方壟斷之後，一個(ge) 又一個(ge) 具有自主知識產(chan) 權的“中國晶”在中國蓬勃生長，比如BBO晶體(ti) 、LBO晶體(ti) 、KBBF族晶體(ti) 等。其中，KBBF族非線性光學晶體(ti) 是到目前為(wei) 止中國獨有的。

　　陶教授介紹說，這個(ge) 讓中國人揚眉吐氣的“中國晶”，是我國科研合作的一個(ge) 典範，是國內(nei) 幾家科研單位通力合作的結果。

　　KBBF晶體(ti) 是我們(men) 中國人發現的。1990年，中國科學院陳創天院士課題組，依據他們(men) 獨創的理論,發現了KBBF。這是個(ge) 非常好的晶體(ti) ，是唯一可以用於(yu) 200納米以下真空紫外的晶體(ti) 。但是，KBBF具有類似雲(yun) 母的層狀特性,成核很難,長大就更難。不能下種子，隻能自發成核生長。下種子它就生長不出來，這是很特殊的晶體(ti) 。這個(ge) 晶體(ti) 一直長不厚。為(wei) 什麽(me) 國外到目前還長不出來？就是這個(ge) 道理。

　　原來，陳老師他們(men) 的KBBF也隻能長到0.8毫米厚，無法評價(jia) 其性能。由於(yu) 我們(men) 重點實驗室在助熔劑生長KTP等晶體(ti) 方麵積累了豐(feng) 富的經驗，陳老師就找到蔣老師，商量合作開展KBBF晶體(ti) 攻關(guan) 。結果，我們(men) 隻用一年多的時間，就讓它長到了2.8個(ge) 毫米。有了這個(ge) 2.8毫米的厚度，中科院物理所許祖彥院士課題組就可以測試晶體(ti) 的性能了。測試結果又反饋到生長研究組，反複改進工藝後，得到了比較理想的晶體(ti) 。這一協作鏈條中，缺一不可。

　　大家非常高興(xing) ，通過我們(men) 三家科研單位的通力合作，使這個(ge) 東(dong) 西成為(wei) 又一個(ge) “中國晶”。而且，是我們(men) 中國獨有的!

　　以前，我們(men) 的“中國牌”晶體(ti) 搞出來，外國人也很快跟著做出來。到目前，這個(ge) KBBF晶體(ti) 他們(men) 還沒做出來。包括美國、日本、歐洲的許多研究人員都想買(mai) 這個(ge) 晶體(ti) ，因為(wei) 有了這個(ge) 晶體(ti) ，就可以做很多獨一無二的東(dong) 西。近年，國家撥出專(zhuan) 款，在中科院的多個(ge) 研究所，用這個(ge) 晶體(ti) 產(chan) 生的深紫外光源，建設了8台套獨步世界的先進設備，包括深紫外激光拉曼光譜儀(yi) 、深紫外激光發射電子顯微鏡等獨有的科研利器，居深紫外領域國際領先地位。

　　我們(men) 對KBBF晶體(ti) 的貢獻，是通過我們(men) 的晶體(ti) 生長技術，讓KBBF晶體(ti) 從(cong) 0.8毫米，長到了2.8毫米的厚度。作為(wei) 光學晶體(ti) ，達到一定厚度才能加工。我們(men) 蔣老師說過：“晶體(ti) 長大方成材。”就是說，塊狀晶體(ti) 必須要長到一定尺寸才能派上用場。

　　國際上對KBBF很看好，認為(wei) 它是第四代光存儲(chu) 優(you) 選材料，可能成為(wei) 新一代光刻係統中準直部分的優(you) 選光源。

　　KBBF族非線性光學晶體(ti) 是我們(men) 中國整個(ge) 晶體(ti) 界的一個(ge) 驕傲。應該也是我們(men) 民族的驕傲!這是那些老先生畢生努力的結果，也是我國科研合作的一個(ge) 典範。不同單位、不同的研究方向，為(wei) 了一個(ge) 目標，大家通力合作。我們(men) 現在還在合作。這正是我們(men) 獨特的優(you) 勢。

　　上世紀８０年代，美國國家基金會(hui) 、能源部等曾聯合召開非線性光學晶體(ti) 研討會(hui) ，主題是“為(wei) 什麽(me) 十多年來優(you) 秀的非線性光學晶體(ti) 都是中國人和歐洲人發明的”。他們(men) 得出結論，一是中國人在此領域有長達數十年的堅持，另一個(ge) 原因就是團結協作。#p#分頁標題#e#

■ 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。#p#分頁標題#e#

　　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。