晶体的性能、用途和应用
晶体不仅美丽,还有许多重要的用途。当物质以晶体状态存在时,它将表现出其他物质状态所没有的优异的物理性能,因而是人类研究固态物质的结构和性能的重要基础。此外,由于能够实现电、磁、光、声和力的相互作用和转换,晶体还是电子器件、半导体器件、固体激光器件及各种光学仪器等工业的重要材料,被广泛地应用于通信、摄影、宇航、医学、地质学、气象学、建筑学、军事技术等领域。
比如说激光晶体。这是一种非常重要的晶体,它吸收足够的能量之后能发出一种特殊的强光一激光。日前,人们已研制出数百种激光晶体。其中,红宝石晶体是最引人注日的一种。今天,这些激光晶体在军事技术、宇宙探索、医学、化学等众多领域内都已得到了广泛的应用。例如,激光电视、激光彩色立体电影、激光雷达、激光手术刀等都是激光晶体在这些领域内成功应用的结果。又如水中通信,由于海水对红光产生强烈的吸收,而对蓝绿光则吸收得较少,因此,蓝绿光在海水中能够传播较远的距离。利用这一特性,人们就可以利用激光晶体产生的蓝绿光进行水中通信和探索。
另一种重要的晶体是半导体晶体。由半导体晶体硅和锗做成的各种晶体管,取代了原来的电子管,在无线电子工业上有着极其广泛的应用,由于它们的出现,电子产品的体积大大减少,成本大幅度降低。可以说,没有半导体晶体,我们今天就不可能拥有随身听、超薄电视和笔记本电脑等体积小巧、携带方便的电子产品了。此外,光纤通讯技术也离不开半导体晶体。利用这种晶体做光源,人们就能在一根头发丝般的光导纤维中传递几十万路电话或几千路电视,从而大大提高了信息传递的数量和质量。试想,如果没有这些半导体晶体,我们怎能看到高清晰度的电视,又怎能清楚地听到从遥远的大洋彼岸传来的亲人的声音呢?
水晶等晶体具有压电效应,当晶体受到外力作用时,晶体会发生极化,并形成表面电荷;反之,当晶体受到外加电场作用时,晶体会产生形变。人们利用晶体的压电效应制成石英表、电子钟、彩色电视机、立体声收音机及录音机、血压计、呼吸心音测定器等,被广泛地应用于人们的日常生活中。
当光波和声波同时射到晶体上时,声波和光波之间将会产生相互作用,从而用于控制光束,如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等;这种晶体称为声光晶体,利用这些晶体,人们可制成各种声光器件,广泛地用于激光雷达、电视及大屏幕显示器的扫描、光子计算机的光存储器及激光通信等方面。
在众多性能之中,最奇妙的是晶体的光折变效应。具有这种效应的晶体叫光折变晶体。当外界微弱的光照到这种晶体上时,晶体的折射率会发生变化,形成极为特殊的折射率光栅。凭借这种光栅,晶体便成为神通广大的“齐天大圣”,向人们演示出种种不可思议的奇妙现象:它可以在3立方厘米的体积中存储5 000幅不同时图像,并可以迅速显示其中任意一幅;它可以把微弱的图像亮度增强1 000倍;它可以精密地探测出小得只有10-米的距离改变;它可以使畸变得无法辨认的图像清晰如初;它可以滤去静止不变的图像,专门跟踪刚发生的图像改变;它还可以模拟人脑的联想思维能力!因此,这种奇妙晶体一经发现,便引起了人们的极大兴趣。日前,它已发展成一种新颖的功能晶体,向人们展示着良好的应用前景。
此外,还有许多晶体,如电光晶体、热释电晶体、磁性晶体、超硬晶体等,它们在不同的技术领域中也起着重要的作用。不过,值得一提的是,近年来,随着光子晶体和纳米晶体的出现和发展,掀起了微观晶体的研究热潮,使人类认识达到了一个新的层次。可以相信,不久的将来我们将拥有更多、更奇妙的晶体。
总之,晶体是一种美丽、奇妙而又十分重要的物质。它既具有特殊的结构,又有着优异的性能。但是,迄今为止,人们对它的认识犹如冰山一角,还有许多未知领域等待着我们去探索。
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