■ 神奇晶体“长”出来

　　陶教授在介绍“中国晶”的时候，经常用“长”这个词。为什么叫长晶体呢？

　　他解释说，我们做晶体，首先要下“种子”。开个玩笑，就像生小孩儿一样，要有个种子。还可以说个形象的比喻，类似于长珍珠，珍珠要在贝里下个东西，才能长出来。我们也要下种子，从一小点点儿，慢慢地让它生长，越来越大，就是一个长晶体的过程。

　　晶体对于我们，就像有生命似的。长出一个大的晶体，时间是很长的。我们的大晶体，要生长一年半左右。俗话说，十月怀胎一朝分娩。我们的晶体要长18个月!比母亲孕育一个婴儿的时间还长。我们长出的最大晶体有800公斤重。

　　天然晶体是在特殊地质条件下慢慢长大的。包括天然的金刚石、水晶及各种宝石。物以稀为贵，天然的东西总归少啊。如果工业运用是不行的，要靠人工的方法生长。金刚石是非常好的晶体，非常贵，用克拉来计算……工业上的金刚石，都是用人工方法生长的。比如石油钻井的钻头，都用金刚石，因为它是最硬的材料。

　　晶体的生长，下了种子，还要给它创造一个人为的生长环境。生长环境非常重要。晶体生长，一个靠科学，一个靠技术。就像人才的成长，需要合适的环境。如果没有好环境，肯定长不出好的晶体。

　　晶体生长是一门综合交叉学科，涉及物理、化学、材料、机械、自动控制等众多学科。生长晶体有不同的方法，有的是从水溶液里面长，有的是从高温的熔体里面长等。

　　我们用助熔剂生长KTP晶体，这个方法开创了用高温溶液产业化生长晶体的先河。

　　晶体的生长环境是在晶体生长炉里面实现的。以前，我们的晶体生长炉是半自动化的，需要人工控制，24小时盯着，十分辛苦。最近几年，我们在自主研制先进晶体生长设备方面也取得了重要进展。研发了具有自主知识产权的晶体生长炉。这种炉子非常好用，它的炉膛内径达1米，具有红外实时测温、真空与非真空(流动气氛)有效切换、高精度晶体提拉控制等特点。用自主研制的设备，我们长出了在国际上尺寸领先的激光晶体。炉子的软件也是我们自己设计的。国外的炉子自动化程度很高，就像傻瓜相机一样，种子放进去，就开始长晶体了，中间不能干涉它，不管长得好坏，它就这样了。我们的炉子的特点是自动和手动相结合，需要自动就自动，需要手动就手动。可以加上人的意志，我可以控制它的生长。这里有我们创新的技术。

　　■ 前景绚丽妙无穷

　　我说，作为普通读者，在为“中国晶”而自豪的同时，还想了解晶体的应用推广给我们的生活带来哪些影响？以及未来的世界将可能发生哪些变化？

　　陶教授说，这方面的事例太多了。材料是基础。一旦一代新材料成功，一代新的器件就产生了，甚至引起产业革命。比如，单晶硅是现代工业的基础，几乎全部集成电路都是在单晶硅上完成的。以前的计算机，体积非常大，运算速度却很慢。现在，“笔记本”夹着就走。现在一个小小的U盘，顶过去多少张A盘？电视也一样，以前29口寸的电视你抱不动，现在46口寸液晶的，一提就走了，还能挂在墙上。将来，基于深紫外激光的微细加工技术、基于晶体或光纤的高功率激光、基于蓝宝石的LED、基于闪烁晶体的医疗器械和辐射探测设备、基于晶型控制的药物设计和蛋白质结晶以及基于人工设计的准晶和纳米晶体的不断涌现，将影响我们生活的方方面面。

　　核电站会更安全

　　日本大地震导致核泄漏，让世人惊恐。还有前苏联切尔诺贝利核电站事故，像弄了颗原子弹，危害非常大。一旦出了问题，就不可控制。

　　我们国家的“神光”工程，其中的一项，就是用很强的激光来控制核聚变。用多束极强的激光集中到一点，射击靶材料，温度可超过一亿度。它会产生非常巨大的能量。这个问题解决以后，可以为人类提供源源不断的洁净能源。只要一点点核原料，就能满足我们的需求。一旦获得成功，能源就不成问题了。因为海水里的氘非常多，只要一点点，产生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　现在核电站用的是核裂变的方法，核裂变的过程会产生辐射，它的危险就在这里。日本大地震后的核危机，问题就在核辐射。如果这个技术解决了，人类就不会为核电站的安全担忧了。因为它的原理是相反的，那个是裂变，这个是复合到一起的核聚变。核聚变不会产生辐射。

　　为什么要用我们的晶体呢？因为，现在常用的激光波长在红外区，用它时靶材不吸收，必须用短波长的光。通过我们的晶体材料变频，把它变成短波长激光，才能被靶材吸收。就像我们在海滩或露天，有太阳的紫外线照射，如果我们的皮肤不吸收光，身体就不会发热。它吸收了，才会感到热。简单地说，我们的晶体就是把眼睛看不见的红外光，变成看得见的光及紫外光。还有，我们不能到大气中做核试验，但是，可以通过激光模拟核试验……这是一个大工程，我们只是为它提供关键的那个材料。

　航天航空显身手

　　“天宫一号”升天，成功实现交会对接，我们将会有中国人的空间站。太空的辐射非常强，航天器高速飞行时与大气摩擦产生非常大的热，因此，航天器用的一些材料需要抗辐射，耐高温等。氧化锆的熔点非常高，抗辐射，但氧化锆长纤维非常难做。山东大学晶体材料研究所及晶体材料国家重点实验室以“十年磨一剑”的精神，使氧化锆长纤维实现了产业化。

　　陶教授激动地说，你看看，这就是氧化锆长纤维，像棉花一样。我们以这些纤维为基础，加工了各种形状的氧化锆型材。它能抗辐射、耐高温，是航天航空不可或缺的材料。

　　还有，随着武器装备的更新换代，多功能复合的光电窗口及器件的需求越来越大。多光谱窗口和整流罩是这些技术的关键部件，它既要保证光电传感器的光学性能，以确保其成像质量，又要保护传感器及其光电装置不被外界环境损伤。蓝宝石晶体具有优良的机械、光学和热学性能，是各种窗口和整流罩的理想材料。

　　环境治理前景广

　　能源与环境治理是人类面临的两大难题。除了通过激光核聚变来解决能源之外，在解决环境污染问题上，晶体材料已经发挥了积极作用，其前景很广阔。

　　环境问题，包括水系的污染，污水的处理，还有垃圾等各种污染物的处理。新型光催化材料，在可见光照射下，可以让污染物降解。比如，有机的污染物，能被降解成小分子化合物，实现无毒化处理。

　　它还可以分解水，把水分解成氢气和氧气，这都是好东西啊。现在，我们的污水处理成本很高，推广困难。如果用光催化材料，初期成本可能会高一些，但实现工业化生产后，成本会大大降低。

　　山东有许多盐矿，伴生着很臭的硫化物，盐水出来以后太臭了。老百姓有意见，有的盐矿被迫停产。我们重点实验室把纳米晶体运用到盐矿污染治理，用光催化技术，解决了臭的问题，使停产的盐矿又充满了生机。

　　无所不在“中国晶”

　　晶体材料的应用可谓无处不在，就在我们的生活里。比如，它用在手机的滤波器上，不然，手机就有各种杂音。我们检测用的正电子发射断层扫描仪，关键部件就是闪烁晶体。我们随处可见的汽车的转向灯、尾灯、霓虹灯，一闪一闪的，用的都是发光二极管，大部分都要在蓝宝石晶体上制作。液晶显示屏本身是不发光的，它需要一个背景光源，需要白光LED，这项技术我们搞了20多年，使我国半导体发光器件终于有了“中国芯”。将来的激光电视，更离不开晶体。

　　天黒看不见东西，用红外可以看见，还有一些环境的监视、红外探测、红外摄像。比如，工业检测的时候，温度很高，不能用人去看，要用红外线探测，电路板有没有短路？可以用红外探测，其关键部件是红外晶体。

　　开关大家都知道，有机械开关、电开关。这类开关的速度很慢。如果用光开关，光的频率很高，开关速度非常快。在关的状态下，瞬间打开，就容易得到高功率密度的激光。

　　现在，世界上许多国家都在做激光武器。美国用激光武器打无人机，还作为反导武器，导弹在飞行过程中，就可以被打下来。因为光的速度非常快，导弹的飞行速度相对光来说是非常慢的，因此，激光可以摧毁导弹。激光武器需要很好的晶体材料。目前的激光武器，功率比较高的是气体激光，但气体激光的体积非常大，这个东西，用起来非常不便，所以需要固体激光武器，体积就可以小得多。就像液体燃料火箭和固态燃料火箭，液体的就大，不方便。

　　激光还可以用在防暴武器上，就是眩晕，这个光很亮，又避免把眼睛打瞎，瞬间让犯罪分子眩晕，瞬间致盲，失去攻击能力。这是新型的警用武器，用的就是“中国晶”。

　　非线性光学晶体的一个重要性能是改变激光的波长。物理学规律告诉我们，波长每缩短一倍,存储的密度就会增加4倍。随着集成电路器件密度增加，器件的线度越来越小，随之制作集成电路的光刻技术要求光的波长越来越短。利用非线性光学晶体的倍频效应是产生短波长的重要方法。国际上看好KBBF“中国晶”,认为它可能成为新一代光刻系统中准直部分的优选光源。

　　“中国晶”正在向世界展示它绚烂的光彩。