晶体材料的应用.ppt

晶体材料的应用 总述 晶体能实现电 磁 光 声和力等的交互作用和转换 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 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 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 2 磁性晶体材料磁性材料可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类 金属磁性多晶材料 如 硅铁合金 铁镍合金等 在电力 电信和自控等方面都得到了广泛的应用 铁氧体是属于非金属磁性材料 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软磁铁氧体 硬磁铁氧体 旋磁铁氧体 矩磁铁氧体和压磁铁氧体等五种 3 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有源光学元件和无源光学元件两大类 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 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 SiO2 金红石 Ti02 方解石 CaC03 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 普通光学晶体 4 激光晶体当前应用最多的激光晶体仍然是掺钕钇铝石榴石 Nd3 Y3A15O12 即Nd3 YAG 晶体 最早掺钕铝酸钇纪 Nd3 YAl03 晶体等 近年来 固体激光技术发展的主要趋势表现在材料研究的多样上 固体激光波长已延伸到真空紫外 0 28 m 至中红外 4 7 m 波段 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 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 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 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 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 潜力很大 5 超硬晶体材料 6 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 可广泛地应用于制作谐振器 滤波器 换能器和声表面波器件等 近些年来 人们又研制成功了许多新型的压电晶体 主要有钙钛矿型结构的铌酸锂 LiNbO3 钽酸锂 LiTa03 铌酸钾 KNbO3 钽酸钾 KTa03 等晶体 和钨青铜型结构的铌酸铅钡 SBN 铌酸钡钠 BNN 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 7 敏感晶体材料实际晶体之所以具有敏感性能 其本质在于它不具有理想完整的点阵结构 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 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 晶体结构敏感性能表现在各个方面 诸如 热敏 气敏 湿敏 光敏 压敏 磁敏 放射线敏和化学敏等 晶体敏感性能的应用是用来制作敏感器件的 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 力敏感器 热敏感器 电子敏感器 放射线敏感器和磁敏器件 9 生体功能材料生体功能材料包括高分子功能材料 无机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 生物陶瓷多晶材料已广泛