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人工培育的藍(lán)寶石也能夠成為重要的光電功能晶體材料?
2022年05月27日 13:45:31 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點(diǎn)擊量:6058

要想培育出“青蓮紫”色藍(lán)寶石這種尚未見到過報(bào)道的礦物寶石,需要在實(shí)驗(yàn)室中以2000℃以上高溫下長時(shí)間合成,其中寶石內(nèi)著色元素復(fù)雜、濃度高,需要極其昂貴的耐高溫銥金坩堝,工藝技術(shù)復(fù)雜,成品率低,成本高昂。

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】近日,南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院光電晶體與器件實(shí)驗(yàn)室解決了晶體培育裝備、熱場設(shè)計(jì)、晶體生長工藝、色度控制以及缺陷控制等系列關(guān)鍵技術(shù),成功培育了“青蓮紫”色藍(lán)寶石,原石約15930克拉。
 
  要想培育出“青蓮紫”色藍(lán)寶石這種尚未見到過報(bào)道的礦物寶石,需要在實(shí)驗(yàn)室中以2000℃以上高溫下長時(shí)間合成,其中寶石內(nèi)著色元素復(fù)雜、濃度高,需要極其昂貴的耐高溫銥金坩堝,工藝技術(shù)復(fù)雜,成品率低,成本高昂。既然培育“青蓮紫”色藍(lán)寶石如此麻煩,那又為什么要去花費(fèi)巨大精力呢?
 
  藍(lán)寶石的礦物學(xué)名稱叫做剛玉,其化學(xué)成分就是三氧化二鋁,三氧化二鋁的單晶熔點(diǎn)高達(dá)2000多度、礦物莫氏硬度僅次于鉆石。其實(shí),藍(lán)寶石不僅僅是名貴的寶石材料,同時(shí)也是重要的光電功能晶體材料,世界第一臺(tái)激光器就是采用摻鉻氧化鋁單晶作為激光增益介質(zhì)。
 
  AL2O3是所有氧化鋁中最穩(wěn)定的物相,其優(yōu)異的穩(wěn)定性與它的晶體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系,并且有著粒度分布均勻、純度高、高分散的優(yōu)點(diǎn)。不僅如此,AL2O3顆粒還耐磨損、良好的電絕緣性、價(jià)格低廉且原料豐富。也正是因?yàn)锳L2O3具有無比優(yōu)越的物理、熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)性能,使之在噴墨打印機(jī)用紙圖層、顯示屏材料、能源、汽車、半導(dǎo)體及電腦等領(lǐng)域得到拓展應(yīng)用。
 
  空燃比傳感器是由部分穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鋁基質(zhì)及加熱器組成,主要是用來檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程空氣與燃料比的儀器。氧化鋁覆蓋在氧化鋯傳感元件表面的鉑膜上,能夠防止廢氣中的雜質(zhì)腐蝕鉑膜。同時(shí),氧化鋁還能夠被用在制造半導(dǎo)體和大規(guī)模集成電路的襯底材料液晶顯示器材料。
 
  控制氧化鋁燒結(jié)體中氣泡殘留量和雜質(zhì)含量,就能夠獲得無氣孔、高抗彎曲度和抗腐蝕性的氧化鋁陶瓷。氧化鋁透明陶瓷是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)透明的陶瓷材料,對(duì)可見光和紅外光具有良好的透過性,同時(shí)也有著高溫強(qiáng)度大、耐熱性好、耐腐蝕性強(qiáng)及電阻率大等特點(diǎn),能夠被用在高壓鈉燈、微波集成電路基片、高強(qiáng)度氣體放電燈的放電管、矯治牙齒用的透明陶瓷托等地方。
 
  氧化鋁不僅是能用在這些方面,隨著鋰離子充電電池容量的不斷提高,其內(nèi)部蓄積能量越來越大,內(nèi)部的溫度就會(huì)逐漸升高,若溫度過高,就會(huì)導(dǎo)致負(fù)極隔膜被融化而造成短路。高純納米氧化鋁的絕緣、隔熱、耐高溫等特性,使之能夠用于電池負(fù)極的涂層。在隔膜上涂一層納米氧化鋁涂層,就能夠避免電極之間短路,從而提高鋰電池使用的安全性。
 
  高純氧化鋁這種用途廣泛的無機(jī)材料原料,隨著其重要性的不斷加強(qiáng),對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也變得嚴(yán)格。如何提高我國高純氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量和裝備水平并占領(lǐng)高端市場一直都是我們所需要面臨的主要問題。這一次“青蓮紫”色藍(lán)寶石的成功培養(yǎng),不僅僅是解決了晶體培育裝備、熱場設(shè)計(jì)、晶體生長工藝、色度控制以及缺陷控制等系列關(guān)鍵技術(shù),提高了高純氧化鋁的質(zhì)量,更是逐漸縮小我國與國外高純氧化鋁制備技術(shù)的差距,逐漸提高我國高純氧化鋁技術(shù)水平。高純氧化鋁的研制,有望更多“綠色”環(huán)境友好新工藝且生產(chǎn)成本低的材料逐漸應(yīng)用在我們的日常生活中。
 
  (資料來源:科技日?qǐng)?bào)、百科、知網(wǎng)等)
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