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人工培育的藍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 點擊量：6050
要想培育出“青蓮紫”色藍寶石這種尚未見到過報道的礦物寶石，需要在實驗室中以2000℃以上高溫下長時間合成，其中寶石內(nèi)著色元素復雜、濃度高，需要極其昂貴的耐高溫銥金坩堝，工藝技術復雜，成品率低，成本高昂。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】近日，南開大學物理科學學院光電晶體與器件實驗室解決了晶體培育裝備、熱場設計、晶體生長工藝、色度控制以及缺陷控制等系列關鍵技術，成功培育了“青蓮紫”色藍寶石，原石約15930克拉。
要想培育出“青蓮紫”色藍寶石這種尚未見到過報道的礦物寶石，需要在實驗室中以2000℃以上高溫下長時間合成，其中寶石內(nèi)著色元素復雜、濃度高，需要極其昂貴的耐高溫銥金坩堝，工藝技術復雜，成品率低，成本高昂。既然培育“青蓮紫”色藍寶石如此麻煩，那又為什么要去花費巨大精力呢？
藍寶石的礦物學名稱叫做剛玉，其化學成分就是三氧化二鋁，三氧化二鋁的單晶熔點高達2000多度、礦物莫氏硬度僅次于鉆石。其實，藍寶石不僅僅是名貴的寶石材料，同時也是重要的光電功能晶體材料，世界第一臺激光器就是采用摻鉻氧化鋁單晶作為激光增益介質。
AL2O3是所有氧化鋁中最穩(wěn)定的物相，其優(yōu)異的穩(wěn)定性與它的晶體結構有著密切的關系，并且有著粒度分布均勻、純度高、高分散的優(yōu)點。不僅如此，AL2O3顆粒還耐磨損、良好的電絕緣性、價格低廉且原料豐富。也正是因為AL2O3具有無比優(yōu)越的物理、熱學、光學、力學性能，使之在噴墨打印機用紙圖層、顯示屏材料、能源、汽車、半導體及電腦等領域得到拓展應用。
空燃比傳感器是由部分穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鋁基質及加熱器組成，主要是用來檢查發(fā)動機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腐蝕鉑膜。同時，氧化鋁還能夠被用在制造半導體和大規(guī)模集成電路的襯底材料及液晶顯示器材料。
控制氧化鋁燒結體中氣泡殘留量和雜質含量，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實現(xiàn)透明的陶瓷材料，對可見光和紅外光具有良好的透過性，同時也有著高溫強度大、耐熱性好、耐腐蝕性強及電阻率大等特點，能夠被用在高壓鈉燈、微波集成電路基片、高強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)部的溫度就會逐漸升高，若溫度過高，就會導致負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材料原料，隨著其重要性的不斷加強，對產(chǎn)品質量的要求也變得嚴格。如何提高我國高純氧化鋁產(chǎn)品質量和裝備水平并占領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”色藍寶石的成功培養(yǎng)，不僅僅是解決了晶體培育裝備、熱場設計、晶體生長工藝、色度控制以及缺陷控制等系列關鍵技術，提高了高純氧化鋁的質量，更是逐漸縮小我國與國外高純氧化鋁制備技術的差距，逐漸提高我國高純氧化鋁技術水平。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用在我們的日常生活中。
(資料來源：科技日報、百科、知網(wǎng)等)
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