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？

2022-05-30 09:07:55來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 閱讀量：90 評(píng)論

導(dǎo)讀：藍(lán)寶石的礦物學(xué)名稱(chēng)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。

　　近日，南開(kāi)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(chǎng)設(shè)計(jì)、晶體生長(zhǎng)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(jiàn)到過(guò)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(zhǎng)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(chēng)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(wú)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(chē)、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(lái)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)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及液晶顯示器材料。

　　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(wú)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(jiàn)光和紅外光具有良好的透過(guò)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(lái)越大，內(nèi)部的溫度就會(huì)逐漸升高，若溫度過(guò)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(wú)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(guó)高純氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量和裝備水平并占領(lǐng)高端市場(chǎng)一直都是我們所需要面臨的主要問(wèn)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(chǎng)設(shè)計(jì)、晶體生長(zhǎng)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(guó)與國(guó)外高純氧化鋁制備技術(shù)的差距，逐漸提高我國(guó)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(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、百科、知網(wǎng)等)

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