晶体材料的应用

1、晶体材料的应用 u晶体能实现 能实现电、磁、光、声和力等的交互作用和转换电、磁、光、声和力等的交互作用和转换，它是近代科学，它是近代科学 技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数量等方面，技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数量等方面， 都远远不能满足近代科学技术发展的需要，因而促进了人工晶体的发展。特都远远不能满足近代科学技术发展的需要，因而促进了人工晶体的发展。特 别是由于固体微电子学的日新月异的发展，更加需要品种繁多的大量的晶体别是由于固体微电子学的日新月异的发展，更加需要品种繁多的大量的晶体 材料，其中包括半导体晶体、电介质晶体、光学晶体、超硬晶体、绝

2、缘晶体材料，其中包括半导体晶体、电介质晶体、光学晶体、超硬晶体、绝缘晶体 以及各种敏感晶体材料等晶体材料处于材料科学发展的前沿。它与空间、以及各种敏感晶体材料等晶体材料处于材料科学发展的前沿。它与空间、 电子、激光、红外、新能源开发等新技术密切相关因此，晶体材料对近代电子、激光、红外、新能源开发等新技术密切相关因此，晶体材料对近代 科学技术的发展起到的推动作用科学技术的发展起到的推动作用 l 2、磁性晶体材料磁性晶体材料 l 磁性材料可分为磁性材料可分为金属磁性材料金属磁性材料和和非金属磁性材料非金属磁性材料两大类两大类 l 金属磁性多晶材料金属磁性多晶材料(如：硅铁合金、铁镍合金等如：硅铁合

3、金、铁镍合金等)在电力、电在电力、电 信和自控等方面都得到了广泛的应用。信和自控等方面都得到了广泛的应用。 l 铁氧体是属于铁氧体是属于非金属磁性材料非金属磁性材料，它是由铁和其他一种或多，它是由铁和其他一种或多 种金属组成的复合氧化物，铁氧体磁性材料可分为种金属组成的复合氧化物，铁氧体磁性材料可分为软磁铁 氧体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和和压磁铁氧 体等五种等五种 软磁铁氧体软磁铁氧体如锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，这种铁氧体在较弱的磁场作用下易磁如锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，这种铁氧体在较弱的磁场作用下易磁 化，也易退磁化，主要用作各种电感器件，如滤波器磁芯、变压器磁芯、天线磁化，也易

4、退磁化，主要用作各种电感器件，如滤波器磁芯、变压器磁芯、天线磁 芯、偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯芯、偏转磁芯以及多路通信等的记录磁头的磁芯 硬磁铁氧体硬磁铁氧体(又称永磁铁氧体又称永磁铁氧体)主要用于电信器件中的录音器、微音器、拾音器、主要用于电信器件中的录音器、微音器、拾音器、 电话机以及各种仪表中的磁铁等电话机以及各种仪表中的磁铁等 旋磁铁氧体旋磁铁氧体又称微波铁氧体，如镁锰铁氧体、钇铁石榴石铁氧体等主要用于雷达、又称微波铁氧体，如镁锰铁氧体、钇铁石榴石铁氧体等主要用于雷达、 通信、导航、退测、遥控等电子设备通信、导航、退测、遥控等电子设备 矩磁铁氧体矩磁铁氧体是指具有矩形磁滞回

5、线的铁氧体，如：镁锰铁氧体和锂锰铁氧体等，是指具有矩形磁滞回线的铁氧体，如：镁锰铁氧体和锂锰铁氧体等， 这种材料主要用作各种类型电子计算机的存储磁芯、在自动控制、雷达导航、宇这种材料主要用作各种类型电子计算机的存储磁芯、在自动控制、雷达导航、宇 宙航行、信息处理等方面也得到不少的应用宙航行、信息处理等方面也得到不少的应用 压磁铁氧体压磁铁氧体是指磁化时能在磁场方向作机械伸长成缩短，即有磁致仲缩现象，如：是指磁化时能在磁场方向作机械伸长成缩短，即有磁致仲缩现象，如： 镍锌铁氧体、镍铜铁氧体等，这种材料主要用于超声、水声、磁声、电信、水下镍锌铁氧体、镍铜铁氧体等，这种材料主要用于超声、水声、磁声、

6、电信、水下 电视、电子计算机和自动控制等器件电视、电子计算机和自动控制等器件 3、光学晶体材料光学晶体材料 光学元件若按照其功能进行分类时则可分为光学元件若按照其功能进行分类时则可分为有源光学元件有源光学元件和和无源无源 光学元件光学元件两大类：两大类： 晶体在光学仪器中的主要应用是制作光学元件，光学元件的种类晶体在光学仪器中的主要应用是制作光学元件，光学元件的种类 繁多，其范围是从早巳采用的透镜、棱镜等光学元件开始到以光电子繁多，其范围是从早巳采用的透镜、棱镜等光学元件开始到以光电子 学为基础的半导体激光器、光电二极管以及集成光路等学为基础的半导体激光器、光电二极管以及集成光路等 晶体在光学

7、仪器中的应用，最早是利用天然晶体，诸如：萤石晶体在光学仪器中的应用，最早是利用天然晶体，诸如：萤石(CaF2)、天然水晶、天然水晶 ( SiO2)、金红石、金红石(Ti02)、方解石、方解石(CaC03)和天然云母等来制作棱镜、透镜、窗口、偏和天然云母等来制作棱镜、透镜、窗口、偏 振片和补偿镜等，但是符合仪器所要求的透过率、均匀性与足够大尺寸的天然光学振片和补偿镜等，但是符合仪器所要求的透过率、均匀性与足够大尺寸的天然光学 晶体却是比较少见的因此，当前所使用的光学晶体大多数是依赖于人工晶体晶晶体却是比较少见的因此，当前所使用的光学晶体大多数是依赖于人工晶体晶 体较非易态玻璃的主要优点是：晶体的

8、物理化学性能及其使用特性的多样性、晶体体较非易态玻璃的主要优点是：晶体的物理化学性能及其使用特性的多样性、晶体 的折射率和色散变化比玻璃强得多、单晶具有双折射、高熔点和各向异性等特性的折射率和色散变化比玻璃强得多、单晶具有双折射、高熔点和各向异性等特性 普通光学晶体普通光学晶体 l4、激光晶体激光晶体 l 当前应用最多的当前应用最多的激光晶体激光晶体仍然是掺钕钇铝石榴石仍然是掺钕钇铝石榴石(Nd3+ Y3A15O12, 即即Nd3+YAG)晶体，最早掺钕铝酸钇纪晶体，最早掺钕铝酸钇纪(Nd3+YAl03)晶晶 体等体等 l 近年来，近年来，固体激光技术固体激光技术发展的主要趋势表现在材料研究的

9、多样发展的主要趋势表现在材料研究的多样 上上 固体激光波长已延伸到真空紫外固体激光波长已延伸到真空紫外(0.28 m)至中红外至中红外(4.7 m)波波 段段 当前，随着激光技术的发展，固体激光器的种类愈来愈多，诸如：当前，随着激光技术的发展，固体激光器的种类愈来愈多，诸如： 普通脉冲激光器、连续激光器、电光或声光调普通脉冲激光器、连续激光器、电光或声光调Q脉冲激光器、连续泵浦脉冲激光器、连续泵浦 声光调声光调Q激光器、高频倍频激光器、锁模激光器以及固体可调谐激光器。激光器、高频倍频激光器、锁模激光器以及固体可调谐激光器。 在工农业方面的应用有如：在工农业方面的应用有如：材料材料 的加工的加工

10、；激光热处理或退火激光热处理或退火；以；以 及及利用激光化学法制作微电子器利用激光化学法制作微电子器 件件；激光育种和桑蚕诱发激光育种和桑蚕诱发等等 在自然科学方面的应用，如：激在自然科学方面的应用，如：激 光光谱学对研究物质结构、固体光光谱学对研究物质结构、固体 物理等方面产生了深刻的影响；物理等方面产生了深刻的影响； 光电子学领域：光电子学领域：激光通信、激光激光通信、激光 电视电视化学方面：化学方面：激光催化、激激光催化、激 光分离同位素和多光子化学光分离同位素和多光子化学等等 在医疗方面的应用在眼科、外科在医疗方面的应用在眼科、外科 和防治肿瘤等方面，均巳取得实和防治肿瘤等方面，均巳取

11、得实 际的应用，如：在医疗上可用于际的应用，如：在医疗上可用于 开刀、气化、烧灼、凝固、止血、开刀、气化、烧灼、凝固、止血、 照射和诊断照射和诊断等等 在军事上的应用更是具有无比的在军事上的应用更是具有无比的 潜力和威力，已应用于潜力和威力，已应用于激光测炬、激光测炬、 激光雷达、激光侦察、激光制导激光雷达、激光侦察、激光制导 和激光武器和激光武器等方面等方面 固体激光固体激光 器的应用器的应用 单晶金刚石可以用来制作表镶钻头、砂轮修正笔、硬度计的压硬头、车刀、单晶金刚石可以用来制作表镶钻头、砂轮修正笔、硬度计的压硬头、车刀、 拉丝模和航空仪表的抗震文承轴等宝石级单晶金刚石可用来制作激光器拉丝

12、模和航空仪表的抗震文承轴等宝石级单晶金刚石可用来制作激光器 窗口和热沉以及鬼重的装饰品等窗口和热沉以及鬼重的装饰品等 多晶金刚石可用来制作加工工具、磨料和抛光粉等金刚石加工工具，多晶金刚石可用来制作加工工具、磨料和抛光粉等金刚石加工工具， 品种繁多，其中包括切割、铣磨和钻孔等金刚石加工工具的应用范围很品种繁多，其中包括切割、铣磨和钻孔等金刚石加工工具的应用范围很 广，例如：在非金属材料方面的大理石、花岗岩、玻璃、各种耐火材料，广，例如：在非金属材料方面的大理石、花岗岩、玻璃、各种耐火材料， 玻璃钢、陶瓷、铸石和建筑材料加工等，经济效果与社会效益显著，潜力玻璃钢、陶瓷、铸石和建筑材料加工等，经济

13、效果与社会效益显著，潜力 很大。很大。 5、超硬晶 体材料 6、压电晶体材料压电晶体材料 水晶具有频率稳定的特性，这是一种较理想的压电晶体材料，可广水晶具有频率稳定的特性，这是一种较理想的压电晶体材料，可广 泛地应用于泛地应用于制作谐振器制作谐振器、滤波器滤波器、换能器和声表面波器件换能器和声表面波器件等等 近些年来，人们又研制成功了许多新型的压电晶体，主要有钙钛矿型近些年来，人们又研制成功了许多新型的压电晶体，主要有钙钛矿型 结构的铌酸锂结构的铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂、钽酸锂(LiTa03)、铌酸钾、铌酸钾(KNbO3)、钽酸钾、钽酸钾(KTa03)等等 晶体，和钨青铜型结构的铌酸铅钡

14、晶体，和钨青铜型结构的铌酸铅钡(SBN)、铌酸钡钠、铌酸钡钠(BNN)和铌酸钾锂和铌酸钾锂 (KLiNbO3)等晶体，以及层状结构的钛酸铋和锗酸铋等晶体等晶体，以及层状结构的钛酸铋和锗酸铋等晶体 压电晶体 的应用 正电效应正电效应 振动速度计、血压计、振动速度计、血压计、 呼吸心音测定仪、压电呼吸心音测定仪、压电 按钮和流体监控器等按钮和流体监控器等 逆压电效应逆压电效应 滤波器、放大器、压滤波器、放大器、压 电键盘等电键盘等 压电振子的伸压电振子的伸 缩性能缩性能 位移发生器、压电继电位移发生器、压电继电 器、压电毛细管注液器、器、压电毛细管注液器、 压电泵和压电阀门等压电泵和压电阀门等 l

15、7、敏感晶体材料敏感晶体材料 实际晶体之所以具有敏感性能，其本质在于它实际晶体之所以具有敏感性能，其本质在于它不具有理想完整的点阵结构，不具有理想完整的点阵结构， 而是存在着晶体结构缺陷而是存在着晶体结构缺陷各种晶体结构缺陷的性质、数量和分布状态以及各种晶体结构缺陷的性质、数量和分布状态以及 缺陷间的相互作用，造成了晶体的宏观物理性质的差异，这就是晶体结构敏缺陷间的相互作用，造成了晶体的宏观物理性质的差异，这就是晶体结构敏 感性能的来源，因此，感性能的来源，因此，晶体结构缺陷显然是理想完整晶体的敏感性能的关键晶体结构缺陷显然是理想完整晶体的敏感性能的关键 所在所在 l 晶体结构敏感性能表现在各

16、个方面，诸如晶体结构敏感性能表现在各个方面，诸如：热敏热敏、 气敏气敏、湿敏湿敏、光敏光敏、压敏压敏、磁敏磁敏、放射线敏放射线敏和和化化 学敏学敏等。晶体敏感性能的应用是用来等。晶体敏感性能的应用是用来制作敏感器制作敏感器 件件的敏感器件按其功能进行分类时，可分为气的敏感器件按其功能进行分类时，可分为气 体敏感器、湿度敏感器、压敏感器、光敏感器、体敏感器、湿度敏感器、压敏感器、光敏感器、 力敏感器、热敏感器、电子敏感器、放射线敏感力敏感器、热敏感器、电子敏感器、放射线敏感 器和磁敏器件器和磁敏器件 l9、生体功能材料生体功能材料 l 生体功能材料包括高分子功能材料、无机 生体功能材料包括高分子

17、功能材料、无机 非金属晶体功能材料、金属晶体功能材料、复非金属晶体功能材料、金属晶体功能材料、复 合材料以及生物活性材料等例如：合材料以及生物活性材料等例如：生物陶瓷生物陶瓷 多晶材料已广泛地应用于人造牙齿、人造骨能、多晶材料已广泛地应用于人造牙齿、人造骨能、 人造关节、人造心脏瓣膜、人造眼睛人造关节、人造心脏瓣膜、人造眼睛等方面等方面 感谢您的观看！感谢您的观看！ 主讲人：赵喜波、付齐主讲人：赵喜波、付齐 晶体材料的应用 u晶体能实现 能实现电、磁、光、声和力等的交互作用和转换电、磁、光、声和力等的交互作用和转换，它是近代科学，它是近代科学 技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数量等方面，技术发展中不可缺少的重要材料天然晶体无论在品种、质量和数量等方面， 都远远不能满足近代科学技术发展的需要，因而促进了人工晶体的发展。特都远远不能满足近代科学技术发展的需要，因而促进了人工晶体的发展。特 别是由于固体微电子学的日新月异的发展，更加需要品种繁多的大量的晶体别是由于固体微电子学的日新月异的发展，