“氧化铝”人工培育的蓝宝石也能够成为重要的光电功能晶体材料？

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近日，南开大学物理科学学院光电晶体与器件实验室解决了晶体培育装备、热场设计、晶体生长工艺、色度控制以及缺陷控制等系列关键技术，成功培育了“青莲紫”色蓝宝石，原石约15930克拉。

要想培育出“青莲紫”色蓝宝石这种尚未见到过报道的矿物宝石，需要在实验室中以2000℃以上高温下长时间合成，其中宝石内着色元素复杂、浓度高，需要极其昂贵的耐高温铱金坩埚，工艺技术复杂，成品率低，成本高昂。既然培育“青莲紫”色蓝宝石如此麻烦，那又为什么要去花费巨大精力呢？

蓝宝石的矿物学名称叫做刚玉，其化学成分就是三氧化二铝，三氧化二铝的单晶熔点高达2000多度、矿物莫氏硬度仅次于钻石。其实，蓝宝石不仅仅是名贵的宝石材料，同时也是重要的光电功能晶体材料，世界第一台激光器就是采用掺铬氧化铝单晶作为激光增益介质。

AL2O3是所有氧化铝中最稳定的物相，其优异的稳定性与它的晶体结构有着密切的关系，并且有着粒度分布均匀、纯度高、高分散的优点。不仅如此，AL2O3颗粒还耐磨损、良好的电绝缘性、价格低廉且原料丰富。也正是因为AL2O3具有无比优越的物理、热学、光学、力学性能，使之在喷墨打印机用纸图层、显示屏材料、能源、汽车、半导体及电脑等领域得到拓展应用。

空燃比传感器是由部分稳定的氧化锆和氧化铝基质及加热器组成，主要是用来检查发动机燃烧过程空气与燃料比的仪器。氧化铝覆盖在氧化锆传感元件表面的铂膜上，能够防止废气中的杂质腐蚀铂膜。同时，氧化铝还能够被用在制造半导体和大规模集成电路的衬底材料及液晶显示器材料。

控制氧化铝烧结体中气泡残留量和杂质含量，就能够获得无气孔、高抗弯曲度和抗腐蚀性的氧化铝陶瓷。氧化铝透明陶瓷是第一个实现透明的陶瓷材料，对可见光和红外光具有良好的透过性，同时也有着高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强及电阻率大等特点，能够被用在高压钠灯、微波集成电路基片、高强度气体放电灯的放电管、矫治牙齿用的透明陶瓷托等地方。

氧化铝不仅是能用在这些方面，随着锂离子充电电池容量的不断提高，其内部蓄积能量越来越大，内部的温度就会逐渐升高，若温度过高，就会导致负极隔膜被融化而造成短路。高纯纳米氧化铝的绝缘、隔热、耐高温等特性，使之能够用于电池负极的涂层。在隔膜上涂一层纳米氧化铝涂层，就能够避免电极之间短路，从而提高锂电池使用的安全性。

高纯氧化铝这种用途广泛的无机材料原料，随着其重要性的不断加强，对产品质量的要求也变得严格。如何提高我国高纯氧化铝产品质量和装备水平并占领高端市场一直都是我们所需要面临的主要问题。这一次“青莲紫”色蓝宝石的成功培养，不仅仅是解决了晶体培育装备、热场设计、晶体生长工艺、色度控制以及缺陷控制等系列关键技术，提高了高纯氧化铝的质量，更是逐渐缩小我国与国外高纯氧化铝制备技术的差距，逐渐提高我国高纯氧化铝技术水平。高纯氧化铝的研制，有望更多“绿色”环境友好新工艺且生产成本低的材料逐渐应用在我们的日常生活中。

(资料来源：科技日报、百科、知网等)

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