人工晶体.ppt

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人工晶体人工晶体主要内容:

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（二二）砷化镓砷化镓人工晶体的定义人工晶体的定义我们生活周围的很多物质都是晶体，比如我们生活周围的很多物质都是晶体，比如地上的石头、沙土。

沙土颗粒虽小，人用地上的石头、沙土。

沙土颗粒虽小，人用肉眼无法观察到它的晶面、晶形，但它却肉眼无法观察到它的晶面、晶形，但它却实实在在是由晶体构成的。

实实在在是由晶体构成的。

构成物质的原子、离子或分子在空间作长构成物质的原子、离子或分子在空间作长程有序的排列，形成一定的点阵结构，就程有序的排列，形成一定的点阵结构，就是晶体；而内部没有长程有序排列（只有是晶体；而内部没有长程有序排列（只有短程有序）的物质就是非晶态固体，如玻短程有序）的物质就是非晶态固体，如玻璃、石蜡、橡胶等。

晶体通常具有规则的璃、石蜡、橡胶等。

晶体通常具有规则的外形，棱角分明。

外形，棱角分明。

顾名思义，人工晶体就是使用人工方法合成出的晶体。

顾名思义，人工晶体就是使用人工方法合成出的晶体。

人工晶体的特点人工晶体的特点与天然晶体相比，它具有可控的生与天然晶体相比，它具有可控的生长规律和习性，可按照人们的意志长规律和习性，可按照人们的意志在适当环境条件下，利用适当的设在适当环境条件下，利用适当的设备，合成或生长出具有较高实用价备，合成或生长出具有较高实用价值的晶体结构，也可根据应用对象值的晶体结构，也可根据应用对象的性能需求，生长出满足特定应用的性能需求，生长出满足特定应用要求的人工晶体来。

要求的人工晶体来。

人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展自然界的晶体（矿物）以其美丽、规则的外形，早就引自然界的晶体（矿物）以其美丽、规则的外形，早就引起了人们的注意。

人类同晶体打交道始于史前时期。

我起了人们的注意。

人类同晶体打交道始于史前时期。

我们的祖先蓝天猿人和北京猿人从十五万年前所用的工具们的祖先蓝天猿人和北京猿人从十五万年前所用的工具就是石英。

就是石英。

我国周代就有我国周代就有“他山之石，可以攻玉他山之石，可以攻玉”之记载（之记载（诗诗小雅小雅鹤鸣鹤鸣）此）此“他山之石他山之石”，实际指的是一些硬度，实际指的是一些硬度高于玉，可以用来琢玉的矿物晶体，其中也包括金刚石。

高于玉，可以用来琢玉的矿物晶体，其中也包括金刚石。

人来还利用有些天然矿物晶体具有魅力多彩的颜色等特人来还利用有些天然矿物晶体具有魅力多彩的颜色等特性来制作饰物。

天然宝石实际上就是指符合工艺美术要性来制作饰物。

天然宝石实际上就是指符合工艺美术要求的稀少的矿物单晶体，而宝石和首饰的出现，很难从求的稀少的矿物单晶体，而宝石和首饰的出现，很难从文字记载去考证，它原早于人来的文明史。

文字记载去考证，它原早于人来的文明史。

人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展中国的晶体生长工作可追中国的晶体生长工作可追溯到以前多年以前，宋代溯到以前多年以前，宋代程大昌所著程大昌所著演繁露演繁露记记载道：

载道：

“盐已成卤水，暴盐已成卤水，暴烈日，即成方印，洁白可烈日，即成方印，洁白可爱，初小渐大，或数千印爱，初小渐大，或数千印累累相连。

累累相连。

”这就是用蒸这就是用蒸发法从过饱和溶液中中生发法从过饱和溶液中中生长食盐晶体的方法，这种长食盐晶体的方法，这种晶体生长方法的出现，比晶体生长方法的出现，比记载的还要早的多。

记载的还要早的多。

早期制卤水的早期制卤水的“卤卤”字广泛字广泛指盐类，这个象形文字，实指盐类，这个象形文字，实际上是一个蒸发盐水的俯视际上是一个蒸发盐水的俯视图。

食盐晶体在排列整齐的图。

食盐晶体在排列整齐的盐田中结晶而出。

盐田中结晶而出。

人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展银朱银朱（丹砂或人造辰砂丹砂或人造辰砂）的制的制造，是中国古代合成晶体的造，是中国古代合成晶体的又一实例。

又一实例。

李时珍引用胡演的李时珍引用胡演的丹药秘丹药秘诀诀说；说；“升炼银朱，用石升炼银朱，用石亭脂二斤，新锅内融化，次亭脂二斤，新锅内融化，次下水银一斤，炒作青砂头，下水银一斤，炒作青砂头，炒不见星，研磨罐盛，石板炒不见星，研磨罐盛，石板盖住，铁线缚定，银泥固济，盖住，铁线缚定，银泥固济，大火煅之，待冷取出，贴内大火煅之，待冷取出，贴内者为银朱，贴口者为丹砂者为银朱，贴口者为丹砂”这里所描写的就是汞和硫通这里所描写的就是汞和硫通过过化学气相沉积化学气相沉积（CVD）（CVD）而形成而形成丹砂丹砂（硫化汞硫化汞）的过程。

的过程。

这一过程古时候称之为这一过程古时候称之为“升升炼炼”。

在气相沉积的运输过。

在气相沉积的运输过程中，银沉积位置不同程中，银沉积位置不同（因而因而温度也不同温度也不同）而形成的晶体颗而形成的晶体颗粒大小不同，小的叫银朱，粒大小不同，小的叫银朱，大的叫丹砂。

大的叫丹砂。

炼丹炉人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展国外最早由文字记载的人工合成晶体工作是国外最早由文字记载的人工合成晶体工作是15401540年，勃林古西欧首先详细纪律了硝石的滤取年，勃林古西欧首先详细纪律了硝石的滤取及其重结晶提纯的过程。

及其重结晶提纯的过程。

人工合成晶体的发展初期，是上一世纪中叶到世人工合成晶体的发展初期，是上一世纪中叶到世纪初。

地质学家们在探索矿物在自然界中成因时纪初。

地质学家们在探索矿物在自然界中成因时认为有许多的矿物是在水相中发高温高压条件下认为有许多的矿物是在水相中发高温高压条件下形成的。

他们就设法在实验室条件下合成这些晶形成的。

他们就设法在实验室条件下合成这些晶体以证实他们的理论。

这些虽不是以获得大而完体以证实他们的理论。

这些虽不是以获得大而完整的单晶为目的，但却为此积累了大量有价值的整的单晶为目的，但却为此积累了大量有价值的资料，为水热法合成水晶打下了基础。

资料，为水热法合成水晶打下了基础。

人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展19021902年，维尔纳叶发明了焰熔法来生长红宝石，并快速的年，维尔纳叶发明了焰熔法来生长红宝石，并快速的投入到工业生产。

为以人工合成单晶代替天然的晶体并实投入到工业生产。

为以人工合成单晶代替天然的晶体并实现工业化开创了先河。

直到今天，在世界上现工业化开创了先河。

直到今天，在世界上2020多个工厂中多个工厂中仍有上千台类似于维尔纳叶焰熔法的设备在运转。

仍有上千台类似于维尔纳叶焰熔法的设备在运转。

19051905年年-水热法；水热法；lOl7lOl7年年-提拉法；提拉法；19491949年，英国法拉第学会，举行了世界上第一次关于晶体年，英国法拉第学会，举行了世界上第一次关于晶体生长的学术讨论会，这次会议奠定了晶体生长的理论基础。

生长的学术讨论会，这次会议奠定了晶体生长的理论基础。

19551955年高压合成金刚石获得成功，实现了几代晶体生长工年高压合成金刚石获得成功，实现了几代晶体生长工作者长期的梦想。

成为人工晶体另一个突破。

作者长期的梦想。

成为人工晶体另一个突破。

19601960年在红宝石晶体上首次实现了光的受激发射。

激光的年在红宝石晶体上首次实现了光的受激发射。

激光的出现和应用的发展对人工晶体的工作是一个很大的推动出现和应用的发展对人工晶体的工作是一个很大的推动此后，许多自然界所没有的激光晶体和非线性光学晶体以此后，许多自然界所没有的激光晶体和非线性光学晶体以及装饰宝石晶体先后被人工合成出来。

及装饰宝石晶体先后被人工合成出来。

重量近重量近33克拉的人造金刚石克拉的人造金刚石德德拜尔公司在拜尔公司在19911991年年合成的合成的1414克拉单晶钻石克拉单晶钻石人工合成的氧化锆晶体人工合成的氧化锆晶体人工晶体的应用和发展人工晶体的应用和发展中国现代晶体生长和晶体材料研究起步较晚，改中国现代晶体生长和晶体材料研究起步较晚，改革开放以来发展很快。

目前，主要依靠自己发展革开放以来发展很快。

目前，主要依靠自己发展的技术，几乎所有重要的人工晶体都已经成功的的技术，几乎所有重要的人工晶体都已经成功的生长出来了，许多的晶体的尺寸和质量都达到了生长出来了，许多的晶体的尺寸和质量都达到了较高的水平，享誉国际市场，如较高的水平，享誉国际市场，如BGO,KTP,BBO,LBOBGO,KTP,BBO,LBO等，其中等，其中BBOBBO和和LBOLBO都是首先由都是首先由我国研制出来的。

经过我国研制出来的。

经过5050年的发展，中国人工晶年的发展，中国人工晶体有一个基本空白的领域发展到今天在国际上占体有一个基本空白的领域发展到今天在国际上占有一席之地，让人刮目相看。

有一席之地，让人刮目相看。

19611961年年88月，中国第一台激光器月，中国第一台激光器“小球照明小球照明红宝石红宝石”激光器，在中国科学院长春光学精密激光器，在中国科学院长春光学精密机械研究所诞生。

机械研究所诞生。

人工晶体的重要性人工晶体的重要性从单晶角度来看，长期以来，天然矿物晶体是大块单晶的唯从单晶角度来看，长期以来，天然矿物晶体是大块单晶的唯一来源。

由于形成条件的限制，大而完整的单晶矿物相当稀一来源。

由于形成条件的限制，大而完整的单晶矿物相当稀少。

某些特别罕见的宝石单晶（如钻石，红宝石）多数形成少。

某些特别罕见的宝石单晶（如钻石，红宝石）多数形成了稀奇的收藏品、名贵的装饰品和博物馆中的展览品。

了稀奇的收藏品、名贵的装饰品和博物馆中的展览品。

发现一些单晶体具有宝贵的物理性质及其在技术上的应用价发现一些单晶体具有宝贵的物理性质及其在技术上的应用价值是最近一个世纪的事。

随着生产和科学技术的发展，人们值是最近一个世纪的事。

随着生产和科学技术的发展，人们对单晶体的需要日益增加。

例如加工工业需要大量的金刚石、对单晶体的需要日益增加。

例如加工工业需要大量的金刚石、精密仪表和钟表工业需要大量红宝石做轴承，光学工业大量精密仪表和钟表工业需要大量红宝石做轴承，光学工业大量冰洲石制造偏光镜，超声和压电技术需要大量的压电水晶等冰洲石制造偏光镜，超声和压电技术需要大量的压电水晶等等。

但天然的单晶矿物无论是在品种数量还质量上都不能满等。

但天然的单晶矿物无论是在品种数量还质量上都不能满足日益增长的需要。

于是人们就想方设法用人工合成单晶，足日益增长的需要。

于是人们就想方设法用人工合成单晶，这也促进了合成晶体工业的发展。

这也促进了合成晶体工业的发展。

人工晶体的重要性人工晶体的重要性总之，人工晶体是一种重要的功能材料，它能实现光、电、总之，人工晶体是一种重要的功能材料，它能实现光、电、声、磁、热等不同能量形式的的交互工作和转换，在现代科声、磁、热等不同能量形式的的交互工作和转换，在现代科学技术中应用十分广泛。

人工晶体在品种、质量、数量方面学技术中应用十分广泛。

人工晶体在品种、质量、数量方面已远远超过了天然晶体。

已远远超过了天然晶体。

人工晶体的合成（生长）即是一门技术，也是一门科技。

由人工晶体的合成（生长）即是一门技术，也是一门科技。

由于晶体需要从不同状态和不同条件下生成，加上应用对人工于晶体需要从不同状态和不同条件下生成，加上应用对人工晶体的要求十分苛刻，因而造成了人工合成晶体方法和技术晶体的要求十分苛刻，因而造成了人工合成晶体方法和技术的多样性以及生长条件和设备的复杂性。

人工晶体作为一门的多样性以及生长条件和设备的复杂性。

人工晶体作为一门科学，她包括材料制备科学、晶体生长机理，新晶体材料的科学，她包括材料制备科学、晶体生长机理，新晶体材料的探索和晶体的表征等方面，充分体现了材料科学、凝聚态物探索和晶体的表征等方面，充分体现了材料科学、凝聚态物理和固体化学等多学科的交叉的特点。

理和固体化学等多学科的交叉的特点。

人工晶体的分类人工晶体可按不同方法进行分类：

人工晶体可按不同方法进行分类：

u按化学分类可分为无机晶体和有机晶体等；按化学分类可分为无机晶体和有机晶体等；u按生长方法分类可分为水溶性晶体和高温晶体等；按生长方法分类可分