■ 神奇晶體“長”出來

　　陶教授在介紹“中國晶”的時候，經常用“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。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備方面也取得了重要進展。研發(fā)了具有自主知識產權的晶體生長爐。這種爐子非常好用，它的爐膛內徑達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。用自主研制的設備，我們長出了在國際上尺寸領先的激光晶體。爐子的軟件也是我們自己設計的。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合，需要自動就自動，需要手動就手動。可以加上人的意志，我可以控制它的生長。這里有我們創(chuàng)新的技術。

　　■ 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。一旦一代新材料成功，一代新的器件就產生了，甚至引起產業(yè)革命。比如，單晶硅是現代工業(yè)的基礎，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在，“筆記本”夾著就走。現在一個小小的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、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備、基于晶型控制的藥物設計和蛋白質結晶以及基于人工設計的準晶和納米晶體的不斷涌現，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，核裂變的過程會產生輻射，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，這個是復合到一起的核聚變。核聚變不會產生輻射。

　　為什么要用我們的晶體呢？因為，現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鍵的那個材料。

　航天航空顯身手

　　“天宮一號”升天，成功實現交會對接，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了產業(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，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，多功能復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。現在，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，但實現工業(yè)化生產后，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。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，解決了臭的問題，使停產的鹽礦又充滿了生機。

　　無所不在“中國晶”

　　晶體材料的應用可謂無處不在，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，關鍵部件就是閃爍晶體。我們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(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，這項技術我們搞了20多年，使我國半導體發(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，其關鍵部件是紅外晶體。

　　開關大家都知道，有機械開關、電開關。這類開關的速度很慢。如果用光開關，光的頻率很高，開關速度非?？臁Ｔ陉P的狀態(tài)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，還作為反導武器，導彈在飛行過程中，就可以被打下來。因為光的速度非?？欤瑢椀娘w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要求光的波長越來越短。利用非線性光學晶體的倍頻效應是產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。