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假如没有晶体,生活会变成什么样?
星之球科技 来源:中国激光2017-08-09 我要评论(0 )
矿物质颜料的原材料多为天然晶体矿石,它们具有特殊的光泽,美丽的色相,在自然界中历经数万年或更长的时间演化形成。它们色性稳定、覆盖力强、不易变色,这使得晶体在...
在古代,朱砂、雄黄、石青、石墨等矿物质颜料被广泛应用,而这些用以着色的颜料几乎都是晶体。它赋予我们多彩的衣裳、绚丽的画卷、传世的书法、美丽的瓷器、还有许许多多艺术瑰宝,到今天仍令人叹为观止!
矿物质颜料的原材料多为天然晶体矿石,它们具有特殊的光泽,美丽的色相,在自然界中历经数万年或更长的时间演化形成。它们色性稳定、覆盖力强、不易变色,这使得晶体在不经意间便承载了几千年的人类文明,仿佛在我们与古人间架起了一座心灵的桥梁。
这就是晶体,美丽神秘却又在生活中触手可及、必不可少。
新娘手中的钻石是晶体,妈妈喜爱的翡翠是晶体,厨房里的糖和盐是晶体,冬天飘洒的雪花也是晶体;我们使用的电脑、手机、钟表离不开晶体,天上的飞机、卫星还有雷达同样离不开晶体;现代文明中用途最为广泛的金属,绝大部分都是晶体。所以,没有晶体,我们的生活将完全不同。它与我们的生活息息相关,但许多人对它知之甚少。
自然的馈赠
晶体是大自然的馈赠,它是大自然最杰出的艺术作品。古往今来,晶体一直被人们喜爱着,而且一些著名的晶体在浩瀚的史册上留下鼎鼎大名。
比如家喻户晓的和氏璧,它是中国历史上最著名的美玉,围绕着它,留下了完璧归赵的传奇典故。作为一种典型的晶体,玉向来被中国人所喜爱,中国的玉石文化源远流长。人们开采、雕琢、品鉴、收藏、赠送,小小的晶体被赋予了厚重的文化积淀,也体现着中华民族含蓄而内敛的特征。
不同于中华民族,西方文明对璀璨的宝石情有独钟,包括蓝宝石、红宝石和祖母绿等,它们都是典型的晶体。比如英国国王权杖上面镶嵌的钻石,名为“非洲之星”,这是世界上最大的钻石。相传,它是一个矿场工人在路边的沙地中随手拾来的。
规律的魅力
晶体是规律之美的代表。当我们用肉眼观察晶体时,它已是如此漂亮,但你知道吗,在显微镜下、在肉眼所不能观察到的微观世界里,结晶的重复排列更是呈现着前所未有的壮丽之美。
墨西哥奈卡水晶洞穴是世界上最大的晶洞,它的美历经数十万年才能形成。在大自然的鬼斧神工下,在深深的地底,一个又一个晶莹剔透的美丽世界悄然形成,直到被人类发现。如果说晶体的生长就像盖房子,那么它们的组成物质就是房子的砖块,自然凝结的、不受外界干扰而形成的晶体拥有整齐规则的几何外形,呈现出一种独特的自我规范性,这缘于晶体内部粒子严格的排列方式。
由于内部的排列十分规律,晶体结构更趋于稳定,使分子间的相互作用达到平衡。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离,就必然能找到一个同样的原子,这种严格的内部排列,使得晶体呈现出一种充满魅力的几何外形。
蔗糖结晶:一种复杂的十面体结构;
单晶硅的立体晶格结构,半导体产业的核心材料,所有电子产品的芯片都离不开它;
祖母绿:作为世界四大名贵宝石之一,它的结晶体外形是六方柱结构的;
金刚石:也就是钻石,碳的结晶体,自然形成的金刚石具有规则的正八面体几何外形;
食盐是氯化钠的结晶,人类生存的必需物质之一,烹饪中最常用的调味料,作为一种典型的晶体,它在自然状态下呈现出几乎一致的规则立方体。
规则、整齐、漂亮的微观结构是晶体的显著特性,玻璃与水晶同样由二氧化硅组成,但玻璃在结构上并没有呈现晶体的规则排列,内部原子是杂乱无章的,所以,玻璃虽然也能做的很漂亮,但它并不是晶体大家族中的一员,类似的非晶体物质还有珍珠、沥青、橡胶、塑料等等。
天然的特点
天然的晶体结构都有着维持稳定的执着,这让它们在自然界中卓尔不群。与一般物质遇热后逐渐软化的过程不同,晶体在受到高温影响时,自身结构的空间点阵不会被立刻破坏,当温度上升到晶体的熔点,它彻底忍受不住这样的温度时,会直接转化为液态。所以,熔点也是判断晶体与非晶体最重要的区别之一。
我们最常接触到的晶体熔点变化便是冰与水,冰的熔点是零摄氏度,零摄氏度以上是水,零摄氏度以下就要开始结冰。这个小朋友们都知道的常识背后,体现着冰花与雪花在自然界作为晶体大家庭一员的身份。
蜡烛“流泪”的场景想必大家都见过,蜡烛熔化是随着温度升高而逐渐变软的,过程中并没有特定的熔点温度,,这就是蜡烛非晶体的特征。我们身边的物质,比如塑料、橡胶、沥青,大家可以观察一下,它们都属于遇热后逐渐熔化而没有固定熔点的非晶体。
目前已知熔点最高的物质是铪合金,熔点高达4215摄氏度,大家熟悉的钻石需要3550摄氏度的高温才能使它融化,金子熔点是1064摄氏度,而固态酒精的熔点是负117摄氏度,也就是说负117摄氏度以下的低温才能让酒精结冰。
美丽的期待
人类对晶体的利用可以追溯到4000年前的夏朝,那时的中国已经开始煮海为盐了,而炼丹术则可以追溯到战国时期,虽然古代的方士们从未实现长生不老的愿望,但升炼银朱却成为人类最早从气相中生长晶体的过程。我国明代宋应星所撰的《天工开物》及李时珍的《本草纲目》中都有相关的记载。
中科院上海光机所强激光材料重点实验室的晶体生长平台,科研人员正在观察晶体的生长情况。
人工晶体与自然条件下的晶体相比,它的生长是可控的,且纯度相对来说更高。自然条件下的晶体是在高温高压、在极端条件下形成的,比如地震、火山喷发。但是人工晶体只需要高纯材料经过一个繁忙的混合烧结,然后在一个充满保护性气体的条件下融化,再进行生长。这种条件是可控的,生长周期更快。
人工晶体是我们对自然规律解读后的再创造,要知道,自然界的晶体有的需要经历上百万年才能成形。虽然在人工调制的环境中其生长周期被极大的缩短,但这仍然是一个漫长的过程,仍然需要科研人员艰辛的付出和长久的期待。与古代追求长生的方士不同,揭开大自然瑰宝的秘密,让晶体更好地服务于人类,是每一个人工晶体工作者共同的愿望。
快乐的晶体
晶体是快乐的,不仅科研工作者对它关心备至,我们与它也始终是朋友。从投影仪、数码相机、医疗设备再到飞机上的导航雷达、秘的激光武器,晶体正在扮演着越来越重要的角色。
单晶硅是高纯度硅元素结晶体,是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分,是绝大部分电子设备中必不可少的芯片原材料。无论手机、电脑、无人驾驶、机器人、物联网,皆是如此,可以说晶体技术的发展影响着电子设备的发展,影响着我们的数字生活。
晶体在医疗中有着广泛的应用,能够通过其对高能射线的探测反应,从而显示人体各脏器的具体情况。通过计算机断层显像的方法显示人体的主要器官的生理代谢功能,同时应用CT技术为这些核素分布情况进行精确定位;PET-CT(正电子发射计算机断层显像)的出现是医学影像学的又一次革命,受到了医学界的公认和广泛关注,堪称“现代医学高科技之冠”。
在晶体的应用中,有一项前沿领域正让我们的生活发生着巨大的变化,那就是各类激光晶体。现代社会,激光对科研、工业、医疗、通信、军事等方面都有着巨大的影响,而激光晶体正是激光产生的重要工作物质。
除了科研中的各类激光器,激光在我们现代社会中的应用极为广泛,比如工业设备中的导光、加工、控制监测系统,在汽车车身、锂电池、心脏起搏器等各种不允许焊接污染和变形器件的激光焊接应用。还有计算机、电气机壳、航天工业中使用的激光切割与打孔技术,以及临床医学上重要的激光诊断与各类激光医疗应用,比如激光治疗心血管疾病、准分子激光角膜成形术、激光美容术、激光关节镜手术、激光碎石术等等几十种医疗应用。
晶体一直在为人类更好的生活而服务!
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