晶体材料.DOC

晶体材料 晶体的对称性对晶体的性质有重大影响，如非中心对称的晶体可能有对映体、旋光性、热电效应、铁电效应、压电效应和非线性光学效应等，因此非中心对称的晶体成为这类晶体材料的主要来源。本节通过实例介绍几种有代表性的晶体材料。 石英晶体与压电材料 压电效应 把晶体切成薄片，薄片受压后在两个面上分别产生正电荷和负电荷，这就是晶体的压电效应。什么样的晶体才会产生压电效应呢？从实验事实可知，既然晶体薄片加压后两个面上带有相反的电荷，就说明这种晶体一定没有对称中心，没有对称中心的晶体叫做非中心对称晶体。只有非中心对称晶体可能有压电效应，因此利用压电效应可以帮助我们判断晶体的对称性。 图5示出石英晶体的形状，并标出了石英晶体的对称元素。它有1个3次轴，有3个2次轴垂直3次轴，没有对称中心，所以石英是非中心对称晶体，是很好的压电材料。石英晶体具有压电效应，把石英晶体切成薄片，石英片可以取代钟表中的摆和游丝。 钛酸钡晶体与非线性光学材料 非线性光学效应 在传统的线性光学范围内，一束光通过晶体后，光的频率不会改变。然而当光通过某种晶体后产生频率为入射光两倍的光，则将这种现象称为非线性光学效应。产生非线性光学效应的晶体叫非线性光学晶体。这种晶体必须是非中心对称晶体。 钛酸钡晶体 钛酸钡的化学式为，高温时它的晶体是立方晶系，图6示出立方晶体的一个晶胞。晶胞中只有一个分子，Ba原子位于体心位置，Ti原子处于顶角，O原子处于棱边。从图中可看到，立方晶胞的顶角有八面体基团。立方晶体有对称中心，因此没有非线性光学性能。当温度降低时，八面体基团发生畸变，基团中的Ti沿4次轴相对O原子移动12 pm，Ba也在同方向移动6 pm，O原子也偏离了正八面体。此时晶体转变为四方晶系，没有对称中心，四方是非线性光学晶体，它能对高强度的激光光源进行调频、调相等技术处理。四方还是优良的压电、铁电、电光等重要功能晶体材料。 BGO晶体材料 BGO是化合物锗酸铋的简称。BGO晶体无色透明，在光和X射线辐照下，BGO在室温下有很强的发光性质，是性能优异的新一代闪烁晶体材料，可用于探测X射线、Y射线、正电子和带电粒子等，在高能物理、核物理、核医学、核工业和石油勘探等方面有广泛的应用。诺贝尔奖获得者、著名的实验高能物理学家丁肇中教授在西欧研究中心领导进行了一项大规模的科学实验，模拟宇宙初开时大爆炸过程，所需的11吨BGO晶体，就是中科院上海硅酸盐研究所提供的。 BGO晶体属立方晶系，晶胞中有4个分子。周围有6个四面体，图6－7示出BGO的晶体结构。作为闪烁晶体材料，对BGO晶体的纯度要求极高。如果起始原料中包含高于千万分之几的杂质，如Fe，Pb，Cr，Mn等，BGO晶体在光和X射线辐照下就会变成棕色，形成辐照损伤，它的探测性能就明显下降。因此，生长BGO晶体需要用高纯（99.999％）的和作原料，并且要严格地按化学计量比（：＝2：3）配料，还要长时间保持稳定的温度。上海硅酸盐研究所曾培养出长25cm，质量为5kg的BGO大晶体。 选自《化学与社会》 选自《化学与社会》