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中国科技巡礼——中国品牌的人工晶体(2002年11月21日)


  

  中国水稻基因组图谱测序全部完成,中国神州三号宇宙飞船飞上太空等,都是令中国人扬眉吐气的大手笔。但是你知道吗?中国科学界还有一项值得重彩描绘的成就,那就是中国品牌的人工晶体。

  人工晶体在高科技发展中举足轻重。专家甚至认为,某些晶体的出现具有划时代意义:比如压电水晶及谐振器的出现,开创了现代通讯新时代;硅单晶及集成技术的成功,把人类带入方兴未艾的现代计算机时代;红宝石晶体中首次实现激光输出,标志着光电子时代的来临。

  人工晶体的奇特功能令世界各国的科学家心驰神往,纷纷投巨资进行研究,抢占人工晶体技术的制高点。同时,还对关键技术严格保密。

  我国对人工晶体的研究虽然只有50多年的历史,但是一些晶体是我国首创,并且在国际上领先。

  我国中科院物构所率先研制的有自主知识产权的紫外倍频晶体BBO和LBO,在世界上开创了紫外倍频的新时代。

  磷酸氧钛钾(简称KTP)是一种性能优异的激光倍频晶体,早先美国杜邦公司是用“水热法”进行生长。这种晶体的价格非常昂贵,一截火柴棍大小的KTP激光倍频器,售价就近3000美元,而且对中国还实行技术封锁,产品禁运。即使是实验台上打碎的碎片,也不允许我国科学家带出实验室拿到中国去研究。

  我国山东大学和中非人工晶体研究所分别用熔剂法生产出KTP晶体,其尺寸远远超过美国用水热法生长的KTP晶体。在80年代中期,这种方法很快被世界所采用,使得大量的KTP激光倍频器充斥国际市场,价格大幅度下跌,一块3毫米见方、5毫米长的KTP激光倍频器,价格从原来的近3000美元,降到50美元,在世界范围内普及了KTP晶体器件的应用,推进了激光技术的发展。

  天津南开大学与成都209所合作,在铌酸锂中参入适量的氧化镁,大大拓宽了铌酸锂的应用领域,在国际上被誉为“中国之星”。

  10多年前,美国还生长不出厘米见方的铌酸钾晶体(KN),并准备投资几百万美元,再花十年时间进行研究时,我国的铌酸钾晶体产品已经进入国际市场。当时世界顶尖的科学家聚集在马里兰州举行专题研讨,一致认为近期要优先研究五种晶体材料,但其中的四种,偏硼酸钡、铌酸钾、KTP、L—精氨酸盐在我国已经研制成功,前三种已投入生产。

  从上世纪80年代,中科院上海硅酸盐研究所研制的锗酸铋在国际竞标中一举夺标,为以丁肇中为首的欧洲核子中心供应了数以吨记的锗酸铋晶体。2000年至今,著名的美国费米实验室科学家三次访华,向该所订购大量的钨酸铅晶体,为电子对撞机做电磁量能器。上述这些晶体,被外商誉为中国牌的晶体,在国际市场上享有很高的声誉。

  像KTP、KDP、BGO等晶体,从前都是少数发达国家垄断,并对我国禁运。现在一些发达国家垄断不成,反倒从我国进口这些产品了。

  沈德忠院士说:“我们认为,这种领先地位不是永远下去的。只要是我们稍微松懈,领先的地位就会失掉。我们要抓紧,要努力保持这种领先地位才行。所以不能懈怠,一定要继续努力。”

  目前,我国的氟化物晶体、蓝宝石、人造水晶、人造金刚石、单晶硅等与市场结合的科研产品,也已形成了规模生产,产品销售国内外,每年为国家赚取数以亿计的外汇,同时也为我国的科技、国防事业发挥了突出作用。

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