上個世紀(jì)80年代，美國人研發(fā)了KTP晶體。這是一種新型高效非線性光學(xué)材料,具有優(yōu)異的性能,可廣泛應(yīng)用于民用、軍工等領(lǐng)域。美國政府把KTP晶體作為高度保密的高科技產(chǎn)品，嚴(yán)格限制對非盟國出口。這種非常昂貴的“戰(zhàn)略物資”，即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。時價折合一萬多元人民幣一克，人家還不賣給我們，因為我們是被“禁運”國家。

　　以蔣民華院士為代表的山東大學(xué)晶體材料研究所科研團隊，“長”出為中國人爭氣的KTP晶體，打破了技術(shù)壟斷，并出口美國、日本等。

　　此后，一系列“中國晶”蓬勃生長，其中之一的KBBF族晶體，為中國獨有。國外搞了多年，就是“長”不成。這回是他們想出高價購買，對不起，此乃“非賣品”也! 2009年2月，國際著名的“Nature”雜志以“China’s crystal cache”為題，采訪了KBBF的主要發(fā)明者，中科院理化所陳創(chuàng)天院士。文中提到西方發(fā)達(dá)國家許多單位和個人想使用該晶體卻買不到的困境。

　　10月17日，記者來到濟南，采訪了山東大學(xué)晶體材料研究所所長、晶體材料國家重點實驗室主任陶緒堂教授。

　　■ 萬元難買一克晶

　　剛剛送走參加“山東大學(xué)百年校慶”的嘉賓，陶緒堂教授就馬不停蹄地接受了記者的采訪。他說，如果我的恩師蔣民華院士能夠接受您的采訪就好了。非常沉痛的是，5月6日，蔣老師永遠(yuǎn)離開了我們……他為中國晶體材料事業(yè)做出的杰出貢獻，將永留史冊。1956年，蔣老師從山東大學(xué)畢業(yè)以后，到廈門大學(xué)盧嘉錫院士那里進修學(xué)習(xí)一段時間，回來就做大晶體。我們所的歷史與中國大晶體研究是同步的。幾十年來，幾代人堅持不懈地做下來。上個世紀(jì)60年代，我國潛艇上的一些聲吶探測器件，用的就是我們的酒石酸鉀鈉晶體。1964年，山東大學(xué)獲得的第一個國家級獎項就是磷酸二氫銨大晶體。

　　我們的談話，自然說到曾經(jīng)被“卡脖子”的過去。

　　KTP晶體，是美國杜邦公司首先做出來的。它是一種新型高效非線性光學(xué)材料，具有非常優(yōu)異的性能，能夠廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)療、激光加工、通訊、光盤等領(lǐng)域。美國政府把KTP晶體作為高度保密的高技術(shù)產(chǎn)品，是“戰(zhàn)略物資”，進行非常嚴(yán)格的管理，即使摔碎了,也要把碎片搜集起來上交。嚴(yán)格限制對非盟國出口，對社會主義國家實行技術(shù)禁運。

　　那個時候，這個晶體價錢非常貴。上個世紀(jì)80年代，一克要一萬多元人民幣，比金子貴好多倍! 做一個器件，最少也要幾十克。而且，這么貴你也買不到。人家就是要卡我們的脖子。

　　材料科學(xué)太重要了。老一輩科學(xué)家講，一代材料、一代器件、一代產(chǎn)品。材料是基礎(chǔ)?；A(chǔ)不行，別的就很難搞。蔣老師一直強調(diào)，搞材料，一是要問有沒有什么功能；二是有什么用途。就是要有責(zé)任感、有志氣，為國家需要服務(wù)、為民族自強爭光。

　　美國人的方法是用高溫高壓來生長KTP晶體。蔣先生說我們不能按他們的方法來做。那樣做出來了，也算人家的技術(shù)。我們就采用一種新的方法來生長這個晶體。我們用“助熔劑”的方法來長。1984年下半年，我們用自己的技術(shù)生長出了KTP晶體。

　　原來，他們只能長出指甲蓋大小，晶體只是部分透明。我們長出的晶體有幾百克重!整個全是透明的。

　　1986年，蔣老師把KTP晶體帶到廣交會上，開了中國高技術(shù)產(chǎn)品向西方工業(yè)國家出口的先河。以前，是美國人“卡”我們，打破了他們的技術(shù)壟斷之后，反過來，是我們的晶體出口到美國、日本等國家。

　　還有一個有趣的故事，1987年，美國賣給我國一臺激光器，附加條件是其中的KTP技術(shù)不能賣給中國。當(dāng)時正在美國的中國科學(xué)院晶體專家陳創(chuàng)天笑著對美國人說，現(xiàn)在我們長出的KTP比你們的好多了!美國人只好笑著說，這是美國國務(wù)院的官僚主義!

■ 揚眉吐氣“中國晶”

　　2004年，美國一家激光專業(yè)雜志載文說，第四代光存儲技術(shù)的實現(xiàn)要等中國的晶體。 這個預(yù)言并非空穴來風(fēng)，而是基于一個現(xiàn)實——在人工晶體研究方面，中國走在世界前列。

　　繼KTP晶體打破西方壟斷之后，一個又一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國晶”在中國蓬勃生長，比如BBO晶體、LBO晶體、KBBF族晶體等。其中，KBBF族非線性光學(xué)晶體是到目前為止中國獨有的。

　　陶教授介紹說，這個讓中國人揚眉吐氣的“中國晶”，是我國科研合作的一個典范，是國內(nèi)幾家科研單位通力合作的結(jié)果。

　　KBBF晶體是我們中國人發(fā)現(xiàn)的。1990年，中國科學(xué)院陳創(chuàng)天院士課題組，依據(jù)他們獨創(chuàng)的理論,發(fā)現(xiàn)了KBBF。這是個非常好的晶體，是唯一可以用于200納米以下真空紫外的晶體。但是，KBBF具有類似云母的層狀特性,成核很難,長大就更難。不能下種子，只能自發(fā)成核生長。下種子它就生長不出來，這是很特殊的晶體。這個晶體一直長不厚。為什么國外到目前還長不出來？就是這個道理。

　　原來，陳老師他們的KBBF也只能長到0.8毫米厚，無法評價其性能。由于我們重點實驗室在助熔劑生長KTP等晶體方面積累了豐富的經(jīng)驗，陳老師就找到蔣老師，商量合作開展KBBF晶體攻關(guān)。結(jié)果，我們只用一年多的時間，就讓它長到了2.8個毫米。有了這個2.8毫米的厚度，中科院物理所許祖彥院士課題組就可以測試晶體的性能了。測試結(jié)果又反饋到生長研究組，反復(fù)改進工藝后，得到了比較理想的晶體。這一協(xié)作鏈條中，缺一不可。

　　大家非常高興，通過我們?nèi)铱蒲袉挝坏耐献?，使這個東西成為又一個“中國晶”。而且，是我們中國獨有的!

　　以前，我們的“中國牌”晶體搞出來，外國人也很快跟著做出來。到目前，這個KBBF晶體他們還沒做出來。包括美國、日本、歐洲的許多研究人員都想買這個晶體，因為有了這個晶體，就可以做很多獨一無二的東西。近年，國家撥出?？?，在中科院的多個研究所，用這個晶體產(chǎn)生的深紫外光源，建設(shè)了8臺套獨步世界的先進設(shè)備，包括深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光發(fā)射電子顯微鏡等獨有的科研利器，居深紫外領(lǐng)域國際領(lǐng)先地位。

　　我們對KBBF晶體的貢獻，是通過我們的晶體生長技術(shù)，讓KBBF晶體從0.8毫米，長到了2.8毫米的厚度。作為光學(xué)晶體，達(dá)到一定厚度才能加工。我們蔣老師說過：“晶體長大方成材。”就是說，塊狀晶體必須要長到一定尺寸才能派上用場。

　　國際上對KBBF很看好，認(rèn)為它是第四代光存儲優(yōu)選材料，可能成為新一代光刻系統(tǒng)中準(zhǔn)直部分的優(yōu)選光源。

　　KBBF族非線性光學(xué)晶體是我們中國整個晶體界的一個驕傲。應(yīng)該也是我們民族的驕傲!這是那些老先生畢生努力的結(jié)果，也是我國科研合作的一個典范。不同單位、不同的研究方向，為了一個目標(biāo)，大家通力合作。我們現(xiàn)在還在合作。這正是我們獨特的優(yōu)勢。

　　上世紀(jì)８０年代，美國國家基金會、能源部等曾聯(lián)合召開非線性光學(xué)晶體研討會，主題是“為什么十多年來優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體都是中國人和歐洲人發(fā)明的”。他們得出結(jié)論，一是中國人在此領(lǐng)域有長達(dá)數(shù)十年的堅持，另一個原因就是團結(jié)協(xié)作。#p#分頁標(biāo)題#e#

■ 神奇晶體“長”出來

　　陶教授在介紹“中國晶”的時候，經(jīng)常用“長”這個詞。為什么叫長晶體呢？

　　他解釋說，我們做晶體，首先要下“種子”。開個玩笑，就像生小孩兒一樣，要有個種子。還可以說個形象的比喻，類似于長珍珠，珍珠要在貝里下個東西，才能長出來。我們也要下種子，從一小點點兒，慢慢地讓它生長，越來越大，就是一個長晶體的過程。

　　晶體對于我們，就像有生命似的。長出一個大的晶體，時間是很長的。我們的大晶體，要生長一年半左右。俗話說，十月懷胎一朝分娩。我們的晶體要長18個月!比母親孕育一個嬰兒的時間還長。我們長出的最大晶體有800公斤重。

　　天然晶體是在特殊地質(zhì)條件下慢慢長大的。包括天然的金剛石、水晶及各種寶石。物以稀為貴，天然的東西總歸少啊。如果工業(yè)運用是不行的，要靠人工的方法生長。金剛石是非常好的晶體，非常貴，用克拉來計算……工業(yè)上的金剛石，都是用人工方法生長的。比如石油鉆井的鉆頭，都用金剛石，因為它是最硬的材料。

　　晶體的生長，下了種子，還要給它創(chuàng)造一個人為的生長環(huán)境。生長環(huán)境非常重要。晶體生長，一個靠科學(xué)，一個靠技術(shù)。就像人才的成長，需要合適的環(huán)境。如果沒有好環(huán)境，肯定長不出好的晶體。

　　晶體生長是一門綜合交叉學(xué)科，涉及物理、化學(xué)、材料、機械、自動控制等眾多學(xué)科。生長晶體有不同的方法，有的是從水溶液里面長，有的是從高溫的熔體里面長等。

　　我們用助熔劑生長KTP晶體，這個方法開創(chuàng)了用高溫溶液產(chǎn)業(yè)化生長晶體的先河。

　　晶體的生長環(huán)境是在晶體生長爐里面實現(xiàn)的。以前，我們的晶體生長爐是半自動化的，需要人工控制，24小時盯著，十分辛苦。最近幾年，我們在自主研制先進晶體生長設(shè)備方面也取得了重要進展。研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的晶體生長爐。這種爐子非常好用，它的爐膛內(nèi)徑達(dá)1米，具有紅外實時測溫、真空與非真空(流動氣氛)有效切換、高精度晶體提拉控制等特點。用自主研制的設(shè)備，我們長出了在國際上尺寸領(lǐng)先的激光晶體。爐子的軟件也是我們自己設(shè)計的。國外的爐子自動化程度很高，就像傻瓜相機一樣，種子放進去，就開始長晶體了，中間不能干涉它，不管長得好壞，它就這樣了。我們的爐子的特點是自動和手動相結(jié)合，需要自動就自動，需要手動就手動?？梢约由先说囊庵?，我可以控制它的生長。這里有我們創(chuàng)新的技術(shù)。

　　■ 前景絢麗妙無窮

　　我說，作為普通讀者，在為“中國晶”而自豪的同時，還想了解晶體的應(yīng)用推廣給我們的生活帶來哪些影響？以及未來的世界將可能發(fā)生哪些變化？

　　陶教授說，這方面的事例太多了。材料是基礎(chǔ)。一旦一代新材料成功，一代新的器件就產(chǎn)生了，甚至引起產(chǎn)業(yè)革命。比如，單晶硅是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，幾乎全部集成電路都是在單晶硅上完成的。以前的計算機，體積非常大，運算速度卻很慢。現(xiàn)在，“筆記本”夾著就走?，F(xiàn)在一個小小的U盤，頂過去多少張A盤？電視也一樣，以前29口寸的電視你抱不動，現(xiàn)在46口寸液晶的，一提就走了，還能掛在墻上。將來，基于深紫外激光的微細(xì)加工技術(shù)、基于晶體或光纖的高功率激光、基于藍(lán)寶石的LED、基于閃爍晶體的醫(yī)療器械和輻射探測設(shè)備、基于晶型控制的藥物設(shè)計和蛋白質(zhì)結(jié)晶以及基于人工設(shè)計的準(zhǔn)晶和納米晶體的不斷涌現(xiàn)，將影響我們生活的方方面面。

　　核電站會更安全

　　日本大地震導(dǎo)致核泄漏，讓世人驚恐。還有前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故，像弄了顆原子彈，危害非常大。一旦出了問題，就不可控制。

　　我們國家的“神光”工程，其中的一項，就是用很強的激光來控制核聚變。用多束極強的激光集中到一點，射擊靶材料，溫度可超過一億度。它會產(chǎn)生非常巨大的能量。這個問題解決以后，可以為人類提供源源不斷的潔凈能源。只要一點點核原料，就能滿足我們的需求。一旦獲得成功，能源就不成問題了。因為海水里的氘非常多，只要一點點，產(chǎn)生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　現(xiàn)在核電站用的是核裂變的方法，核裂變的過程會產(chǎn)生輻射，它的危險就在這里。日本大地震后的核危機，問題就在核輻射。如果這個技術(shù)解決了，人類就不會為核電站的安全擔(dān)憂了。因為它的原理是相反的，那個是裂變，這個是復(fù)合到一起的核聚變。核聚變不會產(chǎn)生輻射。

　　為什么要用我們的晶體呢？因為，現(xiàn)在常用的激光波長在紅外區(qū)，用它時靶材不吸收，必須用短波長的光。通過我們的晶體材料變頻，把它變成短波長激光，才能被靶材吸收。就像我們在海灘或露天，有太陽的紫外線照射，如果我們的皮膚不吸收光，身體就不會發(fā)熱。它吸收了，才會感到熱。簡單地說，我們的晶體就是把眼睛看不見的紅外光，變成看得見的光及紫外光。還有，我們不能到大氣中做核試驗，但是，可以通過激光模擬核試驗……這是一個大工程，我們只是為它提供關(guān)鍵的那個材料。

　航天航空顯身手

　　“天宮一號”升天，成功實現(xiàn)交會對接，我們將會有中國人的空間站。太空的輻射非常強，航天器高速飛行時與大氣摩擦產(chǎn)生非常大的熱，因此，航天器用的一些材料需要抗輻射，耐高溫等。氧化鋯的熔點非常高，抗輻射，但氧化鋯長纖維非常難做。山東大學(xué)晶體材料研究所及晶體材料國家重點實驗室以“十年磨一劍”的精神，使氧化鋯長纖維實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

　　陶教授激動地說，你看看，這就是氧化鋯長纖維，像棉花一樣。我們以這些纖維為基礎(chǔ)，加工了各種形狀的氧化鋯型材。它能抗輻射、耐高溫，是航天航空不可或缺的材料。

　　還有，隨著武器裝備的更新?lián)Q代，多功能復(fù)合的光電窗口及器件的需求越來越大。多光譜窗口和整流罩是這些技術(shù)的關(guān)鍵部件，它既要保證光電傳感器的光學(xué)性能，以確保其成像質(zhì)量，又要保護傳感器及其光電裝置不被外界環(huán)境損傷。藍(lán)寶石晶體具有優(yōu)良的機械、光學(xué)和熱學(xué)性能，是各種窗口和整流罩的理想材料。

　　環(huán)境治理前景廣

　　能源與環(huán)境治理是人類面臨的兩大難題。除了通過激光核聚變來解決能源之外，在解決環(huán)境污染問題上，晶體材料已經(jīng)發(fā)揮了積極作用，其前景很廣闊。

　　環(huán)境問題，包括水系的污染，污水的處理，還有垃圾等各種污染物的處理。新型光催化材料，在可見光照射下，可以讓污染物降解。比如，有機的污染物，能被降解成小分子化合物，實現(xiàn)無毒化處理。

　　它還可以分解水，把水分解成氫氣和氧氣，這都是好東西啊?，F(xiàn)在，我們的污水處理成本很高，推廣困難。如果用光催化材料，初期成本可能會高一些，但實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后，成本會大大降低。

　　山東有許多鹽礦，伴生著很臭的硫化物，鹽水出來以后太臭了。老百姓有意見，有的鹽礦被迫停產(chǎn)。我們重點實驗室把納米晶體運用到鹽礦污染治理，用光催化技術(shù)，解決了臭的問題，使停產(chǎn)的鹽礦又充滿了生機。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　無所不在“中國晶”

　　晶體材料的應(yīng)用可謂無處不在，就在我們的生活里。比如，它用在手機的濾波器上，不然，手機就有各種雜音。我們檢測用的正電子發(fā)射斷層掃描儀，關(guān)鍵部件就是閃爍晶體。我們隨處可見的汽車的轉(zhuǎn)向燈、尾燈、霓虹燈，一閃一閃的，用的都是發(fā)光二極管，大部分都要在藍(lán)寶石晶體上制作。液晶顯示屏本身是不發(fā)光的，它需要一個背景光源，需要白光LED，這項技術(shù)我們搞了20多年，使我國半導(dǎo)體發(fā)光器件終于有了“中國芯”。將來的激光電視，更離不開晶體。

　　天黒看不見東西，用紅外可以看見，還有一些環(huán)境的監(jiān)視、紅外探測、紅外攝像。比如，工業(yè)檢測的時候，溫度很高，不能用人去看，要用紅外線探測，電路板有沒有短路？可以用紅外探測，其關(guān)鍵部件是紅外晶體。

　　開關(guān)大家都知道，有機械開關(guān)、電開關(guān)。這類開關(guān)的速度很慢。如果用光開關(guān)，光的頻率很高，開關(guān)速度非?？?。在關(guān)的狀態(tài)下，瞬間打開，就容易得到高功率密度的激光。

　　現(xiàn)在，世界上許多國家都在做激光武器。美國用激光武器打無人機，還作為反導(dǎo)武器，導(dǎo)彈在飛行過程中，就可以被打下來。因為光的速度非常快，導(dǎo)彈的飛行速度相對光來說是非常慢的，因此，激光可以摧毀導(dǎo)彈。激光武器需要很好的晶體材料。目前的激光武器，功率比較高的是氣體激光，但氣體激光的體積非常大，這個東西，用起來非常不便，所以需要固體激光武器，體積就可以小得多。就像液體燃料火箭和固態(tài)燃料火箭，液體的就大，不方便。

　　激光還可以用在防暴武器上，就是眩暈，這個光很亮，又避免把眼睛打瞎，瞬間讓犯罪分子眩暈，瞬間致盲，失去攻擊能力。這是新型的警用武器，用的就是“中國晶”。

　　非線性光學(xué)晶體的一個重要性能是改變激光的波長。物理學(xué)規(guī)律告訴我們，波長每縮短一倍,存儲的密度就會增加4倍。隨著集成電路器件密度增加，器件的線度越來越小，隨之制作集成電路的光刻技術(shù)要求光的波長越來越短。利用非線性光學(xué)晶體的倍頻效應(yīng)是產(chǎn)生短波長的重要方法。國際上看好KBBF“中國晶”,認(rèn)為它可能成為新一代光刻系統(tǒng)中準(zhǔn)直部分的優(yōu)選光源。

　　“中國晶”正在向世界展示它絢爛的光彩?！?/p>