第10次课-人工晶体,无机纤维
07370910《人工晶体》教学大纲
人工晶体Synthetic Crystals课程编号：07370910学分：1学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机：0）先修课程：材料科学基础、无机化学、物理化学适用专业：材料类教材：《人工晶体—生长技术、性能与应用》张玉龙唐磊主编化学工业出版社2005年版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务《人工晶体—生长技术、性能与应用》是材料专业的一门选修课程《人工晶体—生长技术、性能与应用》的基本任务是通过课堂教学，使学生了解工程用人工晶体：激光晶体、闪烁晶体、光学晶体、非线性光学晶体与光折变晶体、单晶光纤、磁光晶体与声光晶体、宝石晶体、压电晶体、人造金刚石、半导体晶体和纳米晶体等人工晶体的生长技术、晶体结构、性能、应用与发展等基本知识，掌握不同人工晶体的生长技术、性能和应用，了解人工晶体的研究成果，普及其生长技术与应用技术，拓宽学生知识面，提高学生的综合素质。
二、课程的基本内容及要求第一章绪论1、教学内容（1）人工晶体的基本概念和范畴（2）人工晶体的结构和性能：结构特点、相律、相图（3）人工晶体的地位和作用：电子材料、光电子材料、光子材料与人工晶体（4）人工晶体的的发展和应用：研制状况、产业化的晶体、具有发展前途的人工晶体2、基本要求（1）了解人工晶体的的概念、基本结构和性能（2）了解人工晶体的在国民经济中的地位和作用，人工晶体的的发展和应用。
第二章人工晶体的生长1、教学内容（1）人工晶体的生长过程：成核和生长形态、人工晶体的生长理论（2）晶体生长的热量和质量输运（3）晶体生长方法：溶液生长法、熔体生长法、气相生长和固相生长（4）我国人工晶体生长设备的发展：单晶硅、半导体晶体、激光晶体和非线性光学晶体的生长设备（5）晶体的缺陷和检测：缺陷的概述、观察和检测2、基本要求（1）掌握人工晶体的生长过程和生长方法（2）了解晶体生长的能量输运，人工晶体的生长设备及其发展（3）了解晶体的缺陷和检测第三章激光晶体1、教学内容（1）概述：激光晶体的定义、发展与现状，激光晶体生长的方法和设备（2）掺稀土钇铝石榴石激光晶体：Nd：YAG，Yb：YAG，Er：YAG晶体的结构、生长、性能与应用（3）掺稀土钨酸盐激光晶体：Nd：KGW，Yb：KGW，Nd：NBW，Yb：NYW，Nd：NYW晶体的结构、生长、性能与应用（4）掺稀土硼酸盐激光晶体：：Nd：YAB，Nd：GYAB，Nd：GdCOB，Er：GdCOB，Pr：GdCOB，Nd：LSB晶体的结构、生长、性能与应用（5）固体可调谐激光晶体的晶体的结构、生长、性能与应用：（6）其他激光晶体的晶体的结构、生长、性能与应用：氟化物激光晶体，磷酸盐激光晶体，钒酸盐激光晶体2、基本要求（1）掌握几种钇铝石榴石、钨酸盐、硼酸盐、钒酸盐、固体可调谐激光晶体的晶体生长、性能与应用（2）了解激光晶体的发展与现状，激光晶体生长的方法和设备（3）了解其他激光晶体的晶体的结构、生长、性能与应用第四章闪烁晶体1、教学内容（1）概述：闪烁晶体的定义、发展与现状，闪烁晶体生长的方法和设备（2）硅酸盐闪烁晶体：Ce：Lu2SiO3，Ce：Ln2SiO5；Ce：Gd2SiO5的结构、生长、性能与应用(3) 钨酸铅闪烁晶体的结构、生长、性质、发光机制与应用(4)其它闪烁晶体的生长、性能与应用：BGO、NBW、YAG2、基本要求(1) 掌握硅酸盐、钨酸铅闪烁晶体生长、性能与应用(2) 了解闪烁晶体的发展与现状，闪烁晶体生长的方法和设备(3)了解其它闪烁晶体的生长、性能与应用第五章光学晶体、非线性光学晶体与光折变晶体1、教学内容（1）光学晶体①概述：光学晶体的定义、特点、发展与现状、生长方法与设备②碱卤化合物、金属铊和卤素化合物、碱土-卤素化合物、氧化物光学晶体的性能与应用（3）非线性光学晶体①概述：光学晶体的定义、特点、发展与现状、生长方法与设备②硼酸盐非线性光学晶体：LBO，BBO，GdCOB，RCBO的结构、生长、性能和应用（4）光折变晶体①概述：光折变晶体的定义、特点、发展与现状、生长方法与设备②主要光折变晶体：LN，BTO，BSO，BGO，GaS，InP等的结构、生长、性能和应用2、基本要求（1）掌握主要光学晶体、非线性光学晶体和光折变晶体的生长方法、性能与应用（2）了解光学晶体、非线性光学晶体和光折变晶体的发展与现状及其生长设备第六章单晶光纤1、教学内容（1）概述：单晶光纤的定义、特点、发展与现状、生长方法与设备（2）主要单晶光纤：α-氧化铝，氯化钾，氯化汞、蓝宝石和铌酸锂的制备、性能与应用2、基本要求（1）掌握主要单晶光纤的制备方法、性能与应用（2）了解单晶光纤的发展与现状及其生长设备第七章磁光晶体与声光晶体1、教学内容（1）磁光晶体①概述：磁光晶体的定义、发展、性能、生长方法与设备②主要磁光晶体：YIG，GGG的结构、生长、性能和应用（2）声光晶体①概述：声光晶体的定义、性能、生长方法与设备②主要声光晶体：PbBr2，Hg2Cl2结构、生长、性能和应用3、基本要求（1）掌握主要磁光晶体、声光晶体的生长方法、性能和应用（2）了解磁光晶体、声光晶体的发展和生长设备第八章宝石晶体人造金刚石1、教学内容（1）刚玉晶体（蓝宝石、红宝石）的人工合成设备、工艺、性能、应用和质量评定（2）人造金刚石的结构与性能、合成技术、质量评定和应用2、基本要求（1）掌握刚玉晶体、人造金刚石的合成技术、性能和应用（2）了解刚玉晶体（蓝宝石、红宝石）、人造金刚石的人工合成设备和质量评定第九章压电晶体1、教学内容（1）概述：压电晶体的定义、发展、性能、生长方法与设备（2）主要压电晶体：SiO2，LGS，AlGaPO的结构与性能、晶体生长工艺与应用2、基本要求（1）掌握主要压电晶体的性能、生长工艺与应用（2）了解压电晶体的发展、生长方法与设备第十章半导体晶体1、教学内容（1）概述：半导体晶体的定义、发展、性能、生长方法与设备、社会发展中的地位和应用（2）第一、第二代半导体晶体：硅单晶、砷化镓的性能、生长工艺、应用与技术发展（3）第三代半导体晶体碳化硅和氮化镓的性能、生长工艺、应用与技术发展（4）其它半导体材料的结构、性能和应用展望2、基本要求（1）掌握第一、第二代、第三代半导体晶体生长工艺、应用与技术发展（2）了解半导体晶体和其它半导体材料的结构、性能、生长设备、社会发展中的地位和应用第十一章纳米晶体1、教学内容（1）概述：纳米晶体的定义、分类、性能、制备技术与设备（2）主要纳米晶体：钛酸钡、铁酸钴，氧化锌等的制备方法、性能与应用2、基本要求（1）掌握主要纳米晶体的性能、制备技术与应用（2）了解纳米晶体的发展、生长方法与设备三、课程学时分配四、大纲说明1、目前教材为暂定，以后可采用自编教材或更为合适的教材2、由于人工晶体的发展速度很快，讲课内容应结合最新研究成果及时适当调整五、参考书目及学习资料1、晶体生长科学与技术张克从张乐惠主编科学出版社1997年第一版2、非线性光学晶体材料科学张克从王希敏编科学出版社1996年第一版3、光功能晶体侯印春周哲仪颜声辉等编中国计量出版社1991制定人：唐丽永审定人：刘军批准人：杨娟2013年4 月10 日课程简介课程编码：07370910课程名称：人工晶体英文名称：Synthetic Crystals学分：1学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0 ）课程内容：本课程是材料科学与工程各专业的一门选修课程，课程的基本任务是通过课堂教学，使学生了解工程用人工晶体：激光晶体、闪烁晶体、光学晶体、非线性光学晶体与光折变晶体、单晶光纤、磁光晶体与声光晶体、宝石晶体、压电晶体、人造金刚石、半导体晶体和纳米晶体等人工晶体的生长技术、晶体结构、性能、应用与发展等基本知识，掌握不同人工晶体的生长技术、性能和应用，了解人工晶体的研究成果，普及其生长技术与应用技术，拓宽学生知识面，提高学生的综合素质。
材料工艺学课后思考题-答案
材料工艺学课后思考题-答案(总32页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章：概述1.什么是无机非金属材料如何分类？答：无机非金属材料是以某些元素的氧化物，碳化物，氮化物，卤素化合物，硼化物以及硅酸盐，磷酸盐，硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异。
因此，还没有一个统一而完善的分类方法。
通常把它分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属两大类。
其中传统可分为：水泥，陶瓷，耐火材料，玻璃，搪瓷磨料等。
而新型的有：先进陶瓷，非晶态材料，人工晶体，无机涂层，无机纤维等。
第二章：原料和燃料1.钙质原料主要有那些分类有何品质要求常见钙质原料有石灰石、泥灰岩、白垩、硅灰石。
钙质原料的化学成分及其杂质含量对水泥生料粉磨和熟料的煅烧质量都有很大影响。
例如，未消除方镁石膨胀造成的水泥安定性不良，要求熟料中氧化镁的含量小于%，在生产过程中则必须控制石灰石的氧化镁含量小于%。
同样，对石灰石原料中的碱的含量等也有相应的限制。
2．黏土类原料如何分类？按成因可分为两类：1.原生黏土，是母岩风化崩解后在原地残留下来的黏土。
特征：质地较纯，耐火度较高，可塑性较差。
2.次生黏土：由风化、经自然力作用沉积下来的黏土层。
特征：质地不纯，可塑性较好，耐火度较差，呈色3.什么是黏土的可塑性、离子交换性、触变性、膨化性、耐火度和烧结温度范围？可塑性是指黏土与适量水混合后形成的泥团，在外力作用下可塑造乘各种形状而不开裂，当外力去除后，仍能保持该形状不变的性能。
离子交换性是指能够吸附溶液中的异性离子，这些被吸附的离子又可被其他离子所置换，这种性质成为黏土的离子交换性。
触变性是指若此时收到搅拌或者振动，则可使其黏度降低而流动性增加，在放置一段时间后又能恢复原来的状态，这种性质成为触变性。
膨化性是指黏土加水后发生体积膨胀的性质称之为膨化性。
人工晶体ppt精品医学课件
材料
? 折叠式 丙烯酸酯
疏水性 亲水性
硅凝胶 水凝胶
富含渗水性，眼内代谢物可 进入内部而黏附污染，影响 其透明度 IOL钙化
相关代表性晶体
?Alcon公司Acrysof
疏水性丙烯酸酯 一体式 折叠时可控性好，展开 时较缓慢 应用广泛
相关代表性晶体
?AMO公司Sensar
疏水性丙烯酸酯 三体式 支撑性好 OptiEdge 边缘设计（阻 止后发障，有眩光的可 能）
可调节人工晶状体
1CU(HumanOptics)
4个襻膝部由菲薄的“关节” 构成，可随晶状体囊袋的收 缩而屈伸，光学部随之前后 移动，产生一定的调节作用 可持续性？
材料
? PMMA
? 折叠式 丙烯酸酯
疏水性 亲水性
硅凝胶 水凝胶
屈光指数较小 生物相容性相对差，眼内代谢产 物易黏附表面，尤其硅油 在慢性葡萄膜炎、糖尿病并发白 内障、白内障合并青光眼手术及 眼后节病变时，谨慎选用 折叠时易滑脱，可控性差，在晶 状体囊膜撕裂和不对称撕囊时， 最好不要选用
? PMMA
相关代表性晶体
? IOLTECH公司 ? Corneal公司
特殊功能的人工晶状体
防蓝光的人工晶状体（？）
Alcon公司Acrysof Natural
人类晶状体可阻断紫外线可见 光及短波可见光（ 400-500nm, 蓝 光为主） , 而普通 IOL不遮挡蓝光
IOL 内掺入紫外线阻挡剂和黄 色染料
人工晶状体发展现状
材料
? 发展历史 ? 第一片折叠晶体的诞生 ? PMMA ? 折叠式
丙烯酸酯
疏水性 亲水性
硅凝胶 水凝胶
材料
? PMMA
? 折叠式 丙烯酸酯
无机非金属材料的应用和发展趋势
无机非金属材料的应用和发展趋势【摘要】无机非金属材料是硅酸盐材料通过优化后得到的一种新型材料，在我国较多领域中有较为广泛的应用，比如建筑行业、信息技术行业、军事以及科研行业等，具有功能多元化、种类繁多以及节能的优势。
因此，无机非金属材料在不同领域的应用对我国科学发展提供助力，对未来经济的提高具有较大的促进作用。
本文着重探讨了无机非金属材料在不同领域中的应用效果，最后对无机非金属材料的未来发展进行了探究。
【关键词】无机非金属材料；应用；发展趋势非金属材料是由非金属元素或化合物构成的材料。
自19世纪以来，随着生产和科学技术的进步，尤其是无机化学和有机化学工业的发展，人类以天然的矿物、植物、石油等为原料，制造和合成了许多新型非金属材料，如水泥、人造石墨、特种陶瓷、合成橡胶，合成树脂（塑料）、合成纤维等。
这些非金属材料因具有各种优异的性能，为天然的非金属材料和某些金属材料所不及，从而在近代工业中的用途不断扩大，并迅速发展。
非金属材料种类及品种繁多、涉及范围极其广泛。
非金属材料分为有机非金属材料，无机非金属材料两个大类。
其中，无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一，市场前景广阔。
1无机非金属材料的特点无机非金属材料和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。
在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。
无机非金属材料具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。
这种化学键所特有的高键能，而高键能赋予这类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，因此，还没有一个统一而完善的分类方法。
通常把它们分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属材料两大类。
1.1普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。
高考化学传统无机材料与新型无机材料
高考化学传统无机材料与新型无机材料
无机材料一般可以分为传统的和新型的两大类。
传统的无机材料主要是以SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，因此又被称为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机材料。
新型无机材料则是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。
主要包括新型陶瓷、特种玻璃、人工晶体、半导体材料、薄膜材料、无机纤维、多孔材料等。
总的来说，传统无机材料和新型无机材料在成分、制备工艺和应用领域等方面存在显著差异。
传统无机材料以硅酸盐为主要成分，历史悠久，制备工艺相对简单，但应用范围有限。
新型无机材料则更加多样化，可以通过特殊的先进工艺制备出高性能的材料，应用范围广泛，具有巨大的发展潜力。
人工晶体介绍
人工晶体人工晶体，（Intraocular lens, IOL）。
是一种植入眼内的人工透镜，取代天然晶状体的作用。
第一枚人工晶体是由John Pike,John Holt和Hardold Ridley共同设计的，于1949年11月29日，Ridley医生在伦敦St.Thomas医院为病人植入了首枚人工晶体。
在二战中，人们观察到某些受伤的飞行员眼中有玻璃弹片，却没有引起明显的、持续的炎症反应，于是想到玻璃或者一些高分子有机材料可以在眼内保持稳定，由此发明了人工晶体。
人工晶体的形态，通常是由一个圆形光学部和周边的支撑袢组成，光学部的直径一般在5.5-6mm左右，这是因为，在夜间或暗光下，人的瞳孔会放大，直径可以达到6mm左右，而过大的人工晶体在制造或者手术中都有一定的困难，因此主要生产厂商都使用5.5-6mm的光学部直径。
支撑袢的作用是固定人工晶体，形态就很多了，基本的可以是两个C型的线装支撑袢。
目录• 1 人工晶体的分类• 2 人工晶体的材料的演变与特性• 3 人工晶体度数的计算• 4 人工晶体发展趋势人工晶体的分类1、按照放置位置分类可以分为前房固定型人工晶体、虹膜固定型人工晶体、后房固定型人工晶体。
通常人工晶体最佳的安放位置是在天然晶状体的囊袋内，也就是后房固定型人工晶体的位置，在这里可以比较好的保证人工晶体的位置居中，与周围组织没有摩擦，炎症反应较轻。
但是在某些特殊情况下眼科医师也可能把人工晶体安放在其他的位置，例如，对于校正屈光不正的患者，可以保留其天然晶状体，进行有晶体眼的人工晶体（PIOL）植入；或者是对于手术中出现晶体囊袋破裂等并发症的患者，可以植入前房型人工晶体或者后房型人工晶体缝线固定。
2、按照手术切口大小分类（1）硬质人工晶体一般质地偏硬、无弹性，直径一般为5.5—6毫米，那么要将其植入眼内，就需要一个6毫米的手术切口，切口相对较大、术后反应较重。
（2）可折叠人工晶体随着超声乳化手术的开展与普及，为了把人工晶体自很小切口植入，于1984年人们设计制造了可以折叠或卷曲的晶体，近十年来才得以应用并不断改进。
人工晶体
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1.3 人工晶体的研究
19世纪发现许多矿物在水相和高温高压下能形成晶体，但没有理论
和条件支持。
1918年熔体提拉法等方法出现，卤化物光学单晶、人工水晶、半导体 单晶等出现，1955年高压合成金刚石第一次成功。
中国起步晚，1957年第一颗氧化铝晶体(红宝石)成功。现能合成几
同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内 能最小。 事实证明，当气态、液态、非晶态物质转变为 晶态物质时，为放热反应；而晶体遭到破坏时伴 随吸热反应。 （6）稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态 是一个相对稳定的状态，这就是晶体的稳定性。
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七个晶系的存在及其相互关系
三斜 单斜 正交 六方
天然熔体：岩浆
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库里南钻石
金刚石晶体
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• 长林 • 蒙山一号 • 金鸡钻石(281.25克拉)
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• “没有金刚钻，别揽瓷器活” • 工业钻头（玻璃刀） • 人工制备（得率较低）
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b.从溶液中结晶：当溶液达到过饱和时，析出晶 体，方式有：温度降低、水分蒸发和化学反应 生成难溶物质。
2. 面向21世纪的人工晶体
• 薄膜晶体的制备向材料和器件一体化方向发展
是人工晶体的重要发展方向，其中包括在同质或异质衬底单晶 上外延生长晶体的 主要方法。
• 光子晶体——光半导体
在完整的三维光子晶体中，光不能沿任意方向传播，一旦出现 点缺陷或线缺陷，光便随缺陷传出；由于有光子禁带，光拐弯时几 乎无能量损失；因此可在微米亚微米尺寸上控制光传播。
体，在同一晶体的各个不同部分，质 点的分布是一样，所以晶体的各个部 分的物理和化学性质也是相同，这就 是晶体的均一性。
人工晶体课件资料
人工晶体分类
1.从硬度上分硬质晶体，软质折叠晶体 2.从晶体成型分为一片式和三片式 3.从晶体的调节性可分为单焦点和多焦点 4.晶体还可分为球面人工晶体和非球面人工 晶体 5.可植入式眼内接触镜（ICL，Implantable Contact Lans）
1.1 硬质晶体
为聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）， 球面；单焦晶体。
1.2.2丙烯酸酯材料的折叠人工晶状体
• 与硅凝胶相比, 丙烯酸酯具有更好的生物相 容性。尤其是包被有纤维连结蛋白膜的疏水 性丙烯酸晶状体, 能够吸附纤维连结蛋白, 从而保证了 IOL 与前、后囊膜紧密粘联, 能 明显减少术后晶状体上皮细胞增殖, 同时具 有免疫隔离作用,在对抗术后炎症反应, 减少 相关并发症方面有良好的表现。
3.2 多焦晶体
3.2 多焦晶体
• 虽然多焦晶体已广泛应用于临床，但 是它的远期效果还有待进一步研究。 其在术后远、近视脱镜率方面取得了 突破，但却以降低敏锐视力为代价， 因此在适应证方面有明显的局限性。
4 球面人工晶体和非球面人工晶体
• 球面人工晶状体：早期的人工晶体均为球面 ，因价格合理、安全度数高、适应症广泛， 目前仍广泛应用。 • 非球面人工晶状体：是指光学部非球面设计 ，减轻像差而提高对比度的一种新型人工晶 状体。波前像差技术的出现，使进一步提升 白内障术后人眼的成像质量成为可能。植入 非球面人工晶体可以获得较好的视敏感度， 减轻术后眩光、光晕和夜视力下降等不良现 象发生，使人工晶体眼更接近生理状态。
5 可植入式眼内接触镜 ICL
5 可植入式眼内接触镜 ICL
• 后房型人工晶体（ICL）植入手术过程非常简单， 只需在眼睛角膜缘切开一个3毫米左右的小口，再 向眼内注入粘弹剂撑起眼前房，将极薄的、折叠好 的人工晶体，用显微注射器推入眼球内（瞳孔与透 明晶状体之间），再定位于睫状沟内，冲洗出粘弹 剂，切口自行密闭愈合。单眼手术时间约5—10分 钟左右，与一例双眼准分子激光手术时间相同。 • 最新的后房型人工晶体（ICL）植入手术的治疗范 围：400—2500度的近视，200—1000度的远视、 100—600度的散光，年龄20岁以上，近两年屈光状 态稳定，角膜厚度不够或者相对较薄，不适合接受 准分子激光手术，经检查前房深度在2.8毫米以上 的患者，均可施行后房型人工晶体（ICL）手术矫 正近视。
人工晶体分类
精选ppt课件
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众所周知，角膜和晶状体除了传导光线以外，还能吸 收特定波长范围内的光线（200-550nm),包括太阳光、紫 外线、近紫外线，具有天然滤光片的作用。现在常规使用 的人工晶体都有吸收紫外线的功能（只能滤过200-400nm 紫外线)，但对于其他可见光，如蓝光（440-500nm)则不 具有阻挡作用。
1.有晶体眼人工晶体 房角固定型 虹膜固定型 后房型
2.无晶体眼人工晶体 后房型 前房型
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三. 根据人工晶体能否折叠，可分为
• 硬性人工晶体 • 软性人工晶体（折叠人工晶体）
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四. 根据人工晶体植入眼内固定的位置，可 分为
• 前房型人工晶体 • 虹膜固定型人工晶体 • 后房型人工晶体
人工晶体分类及其特点
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一.根据人工晶体材料来源
1.丙烯酸甲酯/甲基聚合物 • 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)(硬性） • 疏水性丙烯酸酯（软性） • 亲水性丙烯酸酯（软性） • 水凝胶 • 其他如凝胶 2.硅凝胶弹性体
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二.根据有无晶体（植入眼是否保留晶状 体），可以分为两大类
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为什么要非球面？ 球面像差
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有球差什么感觉？ 不同视功能的效果对比
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模拟视力表所见视标
視力1.0相当
球面IOL
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非球面IOL
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为什么会产生球差-折射角度
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球差产生的结果
Uday Devgan, M.D.
球面
非球面
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无机非金属材料行业的发展解读
无机非金属材料行业的发展解读韩云涛（佛山市南海益高卫浴有限公司，广东 佛山 528000）摘要：近几年，无机非金属材料被广泛应用在各个行业中，其不仅具有功能多元化的特点，且能满足节能降耗的基本要求。
本文分析了无机非金属材料行业发展的现状，并对行业发展趋势展开讨论。
关键词：无机非金属材料；行业发展；现状；趋势非金属材料种类较多且应用范围较广，尽管我国对无机非金属材料行业的研究起步较晚，但是相应的研究深度和研究广度在不断优化，并向着更加多元化的方向发展，也能为新型材料行业的可持续进步奠定坚实基础。
1 无机非金属材料分类第一，半导体材料，应用在电子设备中，在信息技术全面发展进步的环境中，半导体作为电子数值在导体和绝缘体之间的材料应用较为广泛。
尤其是在无线电子技术中。
第二，晶体材料。
是一种化合物的统称，从物理层面表现为无色透明状物体，具有较为突出的特点，因此，在应用中利用入射电子粒的位置就能完成能量的计算分析，对物理领域、社会科学领域都具有重要的作用。
第三，硅酸盐类材料，其中含有较多的天然硅酸盐或者是工业硅酸盐，作为矿物质丰富的材料具有结构稳定且隔热性能较好的特点，被广泛应用在各个行业中[1]。
2 无机非金属材料行业的发展现状2.1 建筑行业中应用无机非金属材料伴随着市场经济的不断发展，建筑行业也呈现出全面转型升级的趋势，为了避免资源短缺和资源浪费产生的不良影响，在建筑材料方面要落实新型材料管控机制，其中，非金属材料具有重要的研究价值，不仅具有良好的保温隔热效果，且整体化学性质稳定。
一方面，在建筑外表和结构方面应用非金属材料，能大大优化保温效果，并且能减少外力破坏。
常见的保温材料包括泡沫玻璃、硅藻土等，尤其是硅藻土，本身材质较为松软，制成粉末后吸水效果较好。
另外，岩棉也是化学性质较为稳定的非金属材料，具有较好的耐酸性和耐碱性，将其包裹在建筑物表面，就能有效提高保温水平。
另一方面，应用在建筑内部装饰方面，配合相应的非金属材料，有效提升美观度和应用价值。
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二、材料的演变及特性
1、聚甲基丙烯酸酯（PMMA） 优点：PMMA材料透光性很好，质轻，不易破碎
，性能稳定，耐用，对衰老及环境的变化有较高 的抵抗性，还可以抗酸、抗碱、抗有机溶剂等。
缺点：由于其硬度高，手术中如果直接接触角 膜内皮，会造成角膜内皮细胞的损伤。
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二、材料的演变及特性
2、硅胶 为第一代软性人工晶体，它是一种高分子 聚合体，主要成分是甲基乙烯硅油，屈光指 数为1.41~1.46，比重为1.0，较PMMA轻。
优点：稳定性好、抗老化强，具有良好的 生物相容性，可高温加热消毒，能折叠以适 应小切口人工晶体植入。
缺点：硅胶材料容易产生静电，因而使眼 内的代谢产物粘附于人工晶体光学部表面， 成为钙化斑；硅胶材料更容易引起后发障
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二、材料的演变及特性
3、水凝胶 水凝胶具有网状空间结构，由于羟基而具 有吸水性，制成的人工晶体为三片式。 优点：具有亲水性，水分子物质可通过， 可折叠，耐高温，可高温加热消毒，同时化 学稳定性好，韧性好，不易折断 缺点：主要为“毒性晶体综合症”,由于 水凝胶的网状结构，使眼内组织的代谢产物 可进入并沉积其中，有些蛋白质还会与水凝 胶材料发生紧密结合，而改变了人工晶体的 光学特性和生物相容性，使其透明度降低。
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囊膜相容性的机理
• 晶状体上皮细胞和晶状体囊对IOL材料及结构的反应。 • 机理：白内障手术破坏了LECs及囊膜的完整性，诱发了
晶状体自身的创伤愈合反应，产生上皮细胞增生和细胞外 基质的重新构建。
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囊膜相容性的表现
• IOL植入囊袋并与残余晶状体上皮细胞(LECs)接触， LECs增殖延伸于后囊、前囊和IOL表面形成ACO、PCO 和囊的收缩。
• 疏水的IOL，由于能诱导LECs迅速而明显的变性，LECs 在由IOL后表面周边向中心的迁移过程中就会出现变性、 纤维化、甚至死亡，从而表现为囊膜周边的混浊程度较重。
人工晶体_幻灯片
上述产品均已进入国际市场参与竞争。
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[二]在西方：人工晶体培养大约 是在19世纪初欧洲开始：焰熔法-1902 年；水热法-1905年；提拉法-lOl7年。 1949年，英国法拉第学会，举行 了世界上第一次关于晶体生长的学术 讨论会，这次会议奠定了晶体生长的 理论基础。
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三、晶体生长分类
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晶体材料在功能材料中占有相当 重要的位置，由于它具有一系列宝贵 的物理性能，如它能实现电、磁、力、 光、声、热的交互作用和转换，而使 它成为现代科学技术中不可缺少的重 要材料。 以下介绍10种常见的晶体材料：
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一、半导体晶体
这是大家比较熟悉的一类具有 特殊导电性能的功能材料。 其电阻率处于：一般在102—7欧姆．厘米之间的晶体 材料，即电阻率介于典型的金属与典型的绝缘体之间。 半导体的电阻率对其杂质含量，环境温度以及光照 等外界条件有非常高的灵敏度。制造半导体单晶体要求 超净的环境，对原料的纯正度要求也极高，纯度要高达 13个9，（1/10万亿以下）。由于半导体所具有的独特光 电性能，使其成为具有广阔应用前景的电子材料，当今 发展微电子、光电子工业的核心材料。
晶体生长是晶体学的一个年轻的分支。从历史发 展看，晶体生长曾经是一种经验工艺，理论研究远落 后于实践。 20世纪50年代后，新科学技术迅猛发展，人们不但 要求合成大块的晶体，而且要求高质量的晶体。因此， 人工晶体生长理论受到人们的重视，理论研究的不断 深入，促进了晶体生长工艺的飞速发展，新的晶体生 长方法不断出现，使晶体生长发展成为独立的崭新的 学科--晶体生长学，它是晶体学中一支年轻的分支。 它与相关学科的关系如图3所示。
4.主要用途
正是由于压电水晶有着极高的振动频率稳定性、良好 的谐振性以及机械、温度的高稳定性，而广泛应用于：无 线电工业中作谐振器、换能器等，以及各种测压元件、压 电变压器、血压计、振动速度计等等。 在英国最近发明了一种“智能涂料”。内含一种叫PZT 的细微压电晶体材料，当其受到拉、挤、压等力的作用时， 便会发出信号，人们通过对信号的监测、分析，就会对涂 有“智能涂料”的建筑物的疲劳程度做出判断，以采取相 应的对策。
无机功能材料
世界上的材料分为两大类，一类为结构材料，如黄沙、石子；一类为功能材料，如磁性材料、超导材料。
现在人们发现，一些结构无机材料，加工到纳米级后，也成了功能材料，具有与原来材料完全不同的特性。
如：铜不导电了、塑料导电了、陶瓷打不碎了。
它们的声、光、电、热、磁和乃至化学性质都发生了变化，出现了特异的表面效应、体积效应、量子小尺寸效应与隧道效应。
而且，有的还富有辐射、吸收、杀菌、吸附等许多新特性，具有新的功能，可以用于改造人类的生产与生活材料是现代文明社会的物质基础。
材料科学是人类文明社会发展的主要动力之一。
新材料、新效应、新器件、新应用的出现，都将推动科学技术的发展，产生新的工业革命，促进社会的变革。
对材料科学的研究和对材料应用的水平标志着人类文明进步的程度。
同时，随着人类社会的进步、科学技术的发展，人们对生活质量的要求不断提高，对材料也提出了更高、更加苛刻的要求。
如何满足人类发展需要，提供出高质量的带有多种功能的优秀材料，是摆在每个从事材料科学技术研究工作者必须应答的挑战。
这也是科学与技术研究领域中倍受关注的核心问题。
目前所用的材料制备方法大多是对目的产物的结构、性质无法预测，完全依靠经验与直觉。
产物的特性和功能也常是单一的。
此外，还有很少考虑到材料的制备过程中和材料功能的使用过程中对生态环境及社会的影响。
显然，利用现有的单一方法制备能够满足生态环境及社会的需求，并具有优异特性的多功能材料是不合适的。
本项研究主要是综合考虑经济发展、生态保护和社会进步各方面的影响，把研究内容分成以下两部分。
第一部分在可持续发展科学的大前提下，考虑如何确定一个化学品或一个化学过程是否是绿色的，对生态环境有何影响；原料是否是得到了合理有效的利用，是否可再生，综合考虑对经济和社会发展等多方面有何影响，从而提出绿色化学评估的初步建议。
第二部分以组合形式充分利用低温熔盐、水热和Sol-Gel方法，结合超分子化学、晶体工程、主-客体化学、自组装和模板效应等手段，力求在低温或溶液中使反应物在分子态尺寸上进行可控制的一步反应，经过生成前驱物或中间体，最后生成具有指定组成、结构、物相或形貌、带有特定功能的材料。
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回归公式：
举例SRK Ⅱ 公式：P=A-2.5AL0.9K+C
P为人工晶体度数，A为人工晶体常 数，L为眼轴长度，K为角膜曲率，C 为不同眼轴时数值。
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第三代公式：20世纪80年代后期，Holladay 等将角膜曲率引入ACD计算公式，推出第三代 理论公式Holladay公式，Retzlaff等以SRKⅡ 公式为基础，推出了第三代理论公式SRK/T， 同时出现的还有Hoffer Q公式。
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前房型
前房型：前房角支持型，虹膜支持型。 优点：适用各种白内障手术，植入容易
，取出也容易。不影响眼后段的检查和 治疗。 缺点：植入后有不适感、触痛等，并发 症多，前房出血、虹膜炎、继发性青光 眼、损伤角膜内皮等。
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后房型
优点：符合正常生理状态，成像质量 好，不接触房角和角膜内皮，损伤小 。保留了完整后囊，眼底并发症少。
虹膜隔型人工晶状体：中心为透明光学部分周围为棕 色，硬性。 功能：适用于无虹膜患者，外伤或先天等因素造成的 无虹膜或大范围虹膜缺损的患者。先天性小眼球、房 角结构发育异常、青光眼病史者慎用。
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人工晶状体的特殊设计
有晶状体眼的人工晶状体： 又称“可植 入式接触镜” 治疗高度近视（‐10 ～‐36 D ) (1000 度～3600 度） 植入于虹膜之后、原晶状体之前。
第四代公式：包括Holladay Ⅱ公式和Haigis 公式。与前三代公式相比，第四代公式较多 考虑了人工晶体的有效位置，一定程度上实 现了人工晶体计算的个体化。
(完整版)无机非金属材料10.1
该窑依山倾斜建筑,结构简单,似龙形，故 称龙窑。
该窑依山倾斜建筑。一般分成8-10间，成 阶梯状，故称阶级窑。
1-拱顶； 2-拱脚； 3-拱脚梁； 4-立柱； 5-拉杆； 6-检查坑；
R-拱半径； B-跨度 ； -拱心角； s-拱厚；
f-拱高
玻璃工业
十七世纪以来由于工业纯碱的使用导致各 种日用玻璃和技术玻璃迅速进入全社会。
机制平板玻璃自20世纪问世以来，有诸多 的生产方法，如：有槽法、无槽法、平拉 法、对辊法等，总称为传统工艺。1957年， 英国人发明了浮法工艺（PB法），逐步取 代了平板玻璃的传统工艺，成为生产平板 玻璃最先进的工艺方法。
无机非金属材料
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绪论
一.无机非金属材料定义与分类
1.定义 无机非金属材料是以某些元素的氧化物、
碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及 硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组 成的材料。是除有机高分子材料和金属材料 以外的所有材料的统称。
2.分类
普通的（传统的）和先进的（新型的）两 大类。
原料称量W、粉料均化H。
无机非金属材料生产的工艺流程简写为：
玻璃
C-R-B(G、W、H)M-F-P
传统陶瓷、耐火材料 C-R-B(G、W、HS-P
水泥
C-R-B(G、W、H)S-G-H
1. 胶凝材料类 （1）水泥：粉磨-煅烧-粉磨 （2）石灰：煅烧 （3）半水石膏：粉磨-煅烧 （4）碳化硅磨料：粉磨-煅烧-粉磨 2. 玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类 （1）玻璃：粉碎-熔化-成型 （2）玻璃纤维：粉碎-熔化-成型 （3）铸石：粉碎-熔化-成型-晶化
（1）传统无机非金属材料
《人工晶体》教学方法优化实践与探索
《人工晶体》教学方法优化实践与探索作者：薛兵来源：《教育教学论坛》 2013年第33期薛兵（吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春130025）摘要：基于培养素质全面的专业技术人员，激发学生对专业课的学习兴趣和热情，笔者针对人工晶体课程特点和教学实际，通过增加课程内容趣味性，及时更新教学内容，应用多媒体技术，课堂教学与实验课、参观课紧密结合等手段，对本课程的教学方法进行了初步的实践和探讨。
关键词：人工晶体；专业课；教学方法中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）33-0076-02人工晶体是高等工科院校材料学专业开设的一门专业课，主要讲授各类人工晶体合成工艺、晶体的形成和生长机理等内容。
人工晶体是近代晶体学的重要分支学科，也是材料科学的一个重要组成部分和无机功能材料的发展前沿。
通过本课程的学习，学生将熟悉和掌握人工晶体生长方面的基础知识，了解常见的人工晶体合成技术工艺、应用领域、发展前景，拓宽专业知识面，完善专业知识结构，有助于将来的升学和就业。
笔者在授课过程中发现，人工晶体课程和其他专业课一样，概念内容多，记忆内容多，各章内容无多少联系，学生学起来感到很枯燥且内容庞杂。
人工晶体课不如基础学科逻辑性强，章节联系密切，公式定理等一环扣一环，有所遵循。
如果这门专业课教学也像基础课那样去讲授，势必会让学生感到枯燥和困惑。
如何提高人工晶体课程的教学质量，提高学生学习的积极性已成为任课教师亟待解决的问题。
因此，笔者针对人工晶体课程特点和教学实际，对本课程的教学方法进行了初步的实践和探讨。
一、增加课程内容的趣味性在授课之前要针对专业特点和本门课程的总体结构，结合教学大纲和教材，对教学内容进行精心选择。
在备课过程中，要把教学内容中的基本概念、理论与著名人物、历史事件和发生的背景结合起来，融会贯通，加以故事性和艺术性的陈述，使枯燥的基本概念和理论融入一个个故事之中，从而增强课程内容的趣味性和艺术性，引起学生学习的探索兴趣。
人工晶体
ZnO 1.蓝光和近紫外发光二极管 1.蓝光和近紫外发光二极管 2.通常在蓝宝石衬底上外延一层 2.通常在蓝宝石衬底上外延一层 GaN过渡层 然后再外延ZnO GaN过渡层，然后再外延ZnO 过渡层， 3.蒸汽压太高，无法用提拉法生 3.蒸汽压太高 蒸汽压太高， 长 4.顶部籽晶法熔剂法生长ZnO晶 4.顶部籽晶法熔剂法生长 顶部籽晶法熔剂法生长ZnO晶 体 5.尺寸15 × 18 × 3mm3 5.尺寸 尺寸15 四元体系材料 AlGaInP的涵盖的波长范围 AlGaInP的涵盖的波长范围： 的涵盖的波长范围： —— 570nm的黄光 570nm的黄光 —— 590nm的橙光 590nm的橙光 —— 620nm的红光 620nm的红光 GaN和GaInN： GaN和GaInN： —— 450nm的蓝光 450nm的蓝光 —— 525nm的蓝绿光 525nm的蓝绿光 以气相外延技术合成的 Al,Ga,In,N四元材料 Al,Ga,In,N四元材料,可以涵该所 四元材料, 有的可见光。 有的可见光。
2、人工晶体的分类 人工晶体按照功能不同， 人工晶体的分类 人工晶体按照功能不同， 可粗略分为半导体晶体，激光晶体， 可粗略分为半导体晶体，激光晶体，非线 性光学晶体，光折变晶体，闪烁晶体， 性光学晶体，光折变晶体，闪烁晶体，电 磁光、声光调制晶体，压电晶体， 光、磁光、声光调制晶体，压电晶体，红 外探测晶体，光学晶体，双折射晶体，宝 外探测晶体，光学晶体，双折射晶体， 石晶体与超硬晶体等十二类。 石晶体与超硬晶体等十二类。
1、人工晶体在高科技发展中的重要性 人类发展的历史就是一部人类对材料的使 用发展史。在原始社会， 用发展史。在原始社会，人类只会使用简 单材料如木头、石头等做工具。慢慢发展， 单材料如木头、石头等做工具。慢慢发展， 人类就学会了使用青铜器、铁器等。 人类就学会了使用青铜器、铁器等。随着 材料的不断更新， 材料的不断更新，促进着人类社会的不断 发展与变革。 发展与变革。人们往往用材料来划分历史 时期， 石器时代” 时期，如：“石器时代”、“青铜器时 铁器时代”等等, 代”、“铁器时代”等等,可见材料在人类 发展过程中的重要性。 发展过程中的重要性。人工晶体的研制与 使用， 使用，同样在科技领域内起到了关键的作 用。
人工晶体分类及其特点 ppt课件
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What is Blue Light?
More energy
Less energy
Blue Light
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美国Alcon公司推出的AcrySof Natural IOL（SN60AT） 模仿了正常人53岁的晶状体传导光线的情况，在材料中整 合了0.04%黄色发色团，能够滤过200-500nm范围内不可见 光的紫外线和可见蓝光。其中对330-400nm的紫外线100% 阻断，对450nm蓝光滤过50%,对480nm蓝光滤过25%。
可以植入零球差或传统的人工晶体。
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AcrySof IQ IOL
Akreos AO IOL
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市面上主要的高端人工晶状体
Toric 、多焦点 、三焦点 、区域折射型 、symphony等
多焦的光学设计原理： 区域折射多焦
同心圆环状多焦（折射型、 衍射型、折射衍射型）
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4.丙烯酸酯--Acrylic：目前临床最好的可折叠IOL。 包括亲水性和疏水性两种。 对于亲水性后发障发生率较高； 疏水性可抑制后发障，但高折射率可产生较多的术后眩光等不良反应 疏水性丙烯酸酯有代表性的产品是Alcon公司的Acrysof系列
优点：具有与PMMA相当的光学和生物学特性,但又具有软性，人工 晶体较薄,折叠后的人工晶体能轻柔而缓慢地展开。有较强的黏性,较 之PMMA和硅凝胶晶体更易附着于囊袋内,从而保持晶体的正常位置。
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晶体生长又包含两个基本过程，即界面过程和
输运过程。
5.2 人工晶体的形成原理
5.2.1 相变过程和结晶动力学
从化学平衡的观点出发，晶体形成可以看成下列类型的复 相化学反应： 固体→晶体；液体→晶体；气体→晶体 晶体的形成过程是物质由其他凝聚态即气态、液态和固态 （包括非晶态和其他晶相）向特定晶态转变的过程，形成晶 体的过程实质上是控制相变的过程。如果这一过程发生在单 组分体系中则称为单组分结晶过程；如果在体系中除了要形 成的晶体组分外，还有一个或几个其他组分，则把该相变的 过程称为多组分结晶。 结晶过程是在热驱动下的非平衡相变过程，一般包括气相 生长、熔体生长和溶液生长几种生长方式。
晶体分类
1）天然晶体（natural crystal） 矿物：天然产出的，具有一定化学 组成和晶体结构的单质或化
水晶
黄铁矿
并非所有晶体都具有外部晶形 受生长环境所限制，可形成不规则形状
赤铁矿
芙蓉石
2）人工晶体（synthetic crystal） —人工合成或人造的晶体
约几厘米的发形或针状单晶体）、单晶纤维和多晶纤维；
按应用，还可分为普通纤维、光导纤维、增强纤维等。
6、无机纤维
玻璃光导纤维 无机增强纤维
6.1 光导纤维
光纤通信与电通信区别
光纤通信用光波作为载频传输信号 光纤通信用光导纤维构成的光缆作为传输线路 电通信用电子作为传输信号 电通信用金属介质作为传输线路
6.2 增强纤维
从图中可以看出，无机纤维如中高强度碳纤维和高模 量碳纤维是出类拔萃的，而碳化硅纤维和硼纤维也具有很 好的力学性能。
无机纤维材料的种类
玻璃纤维
碳化硅纤维
碳 化 硅 晶 须
多 晶 氧 化 铝 纤 维
6.2 增强纤维
新型无机增强纤维品种与性能
新型无机增强纤维又称高性能增强纤维，是20世纪 90年代以来，为满足复合材料的高性能（高强度、高模 量）化、多功能化、小型化、轻量化、智能化及低成本 的发展需求，开发出许多新品种、新技术、新工艺和新 设备，推动了高性能纤维的发展。
必然引起热和质的对流传输，因此，热量输运和质量输
运常常是同时进行的，称之为混合传输。
5.3 人工晶体的合成技术
人工晶体的合成技术主要包括：单晶生长、气相生长、 溶液生长、熔体生长、固体合成等方法。 物理气相沉积（升华-凝结法、分子束外延法、 离子束沉积法） 化学气相沉积 气-液-固生长法；
气相生长
5.2 人工晶体的形成原理
在稀薄环境相中生长的界面则是（原子级）光滑的低能 面，这种面是靠层的依次沉积，即台阶的切向移动而生长
的，这样的生长称为切向生长或层向生长。稀薄环境相晶
体生长动力学发展较早也较为成熟。 在浓厚环境相生长的晶体界面是（原子级）粗糙（扩 散）的界面，表面能较高。质点在其上的堆砌，宏观地看， 可以在表面的任何地方发生，结果表面在生长过程中在每
5.2 人工晶体的形成原理
5.2.2 成核机理
要使结晶过程发生,除了要求体系处于过饱和或过冷状态 以获得结晶驱动力外，还要求体系中某些局部区域，首先形 成新相(晶相）的核，这样体系中将出现相界面。然后依靠 相界面逐步向旧相区域内推移而使新相不断长大。这种新相 核发生和长大称为成核过程，成核过程有均匀成核和非均匀 成核之分。 1）均匀成核 所谓均匀形核，是不考虑外来质点或表面存在的影响，在 一个体系中各个地方成核概率均相等。 2）非均匀形核 在实际的晶体生长系统中，经常有不均匀部位存在，因而 影响成核过程，这种在相界表面上形成晶核称为非均匀形核。
图所示的三层芯线结构，在光纤的外面是一次被覆层，主要
目的是防止光纤的玻璃表面受损伤，并保持光纤的强度。
光纤的结构和模式
6.1 光导纤维
6.1.1光导纤维结构与特性参数 根据芯层折射率的分布，光纤有三种基本的波导结构，分
别为① 阶跃型多模光纤 ② 梯度型多模光纤 ③ 单模光纤。 •Multi-Mode(50~62.5um/125um) 多模光纤
光纤通信基本概念
光纤布线系统优点
传输频带宽、通信容量大、传输距离远
损耗低、无NEXT困扰 不受电磁干扰、也无电磁辐射 线芯直径细、重量轻、抗腐蚀 光纤传输信息保密性好
光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。
6.1 光导纤维
光纤的定义：光纤是由高纯透明材料组成的光传输媒质。 它由一个高折射率的芯外包以低折射率的皮层组成，采用
5.1 人工晶体的分类
按化学分类:
无机晶体和有机晶体等；
按生长方法分类:
水溶性晶体和高温晶体等；
按其物理性质分类:
半导体晶体、激光晶体、非线性光学晶体、光折变
晶体、电光晶体、磁光晶体、声光晶体、闪烁晶体等。
5.1 人工晶体的分类
5.2 人工晶体的形成原理
晶体的形成是在一定热力学条件下发生的物质 相变过程，它可分为成核和晶体生长两个阶段。
径可远大于1而不受界面大小的限制，作成长束状时可弯曲传光、传 像。目前有价值的是用作低损耗的光通讯传输元件是光导纤维的最重 要应用领域，与同轴电缆的微波通讯系统相比，光纤通信具有通信容 量大、抗电磁干扰、尺寸小、质量轻、耐辐射和价格便宜、易于铺设 等优点。 2）光导纤维可应用于激光器：玻璃光纤有极低的光损耗，又 可以方便地掺入各种稀土激活离子，其几何尺寸容易与通讯光纤耦合 和焊接，因而很早就有玻璃光纤激光器作为光通讯光源和中继放大器 的研究。 3）光导纤维可应用于传感器：传感器是目前各种测试仪器 的关键部件，也是自动化控制、近代机器人的重要部件。光电子技术 的发展，将传统的以电子作为信息载体的各种器件代之为以有更高速 度、更大信息量、更高信噪比的光子作为信息载体的器件，实现了近 代电子仪器的换代革新。在这个过程中，各种光纤传感器起到了先驱 者的作用。
其中已广泛应用的新型无机增强纤维品种有碳纤维
（CF）、碳化硅系列纤维、氧化铝纤维、特种玻璃纤维
等。
个点都沿着法线方向推移，这样的生长称为法向生长。
5.2 人工晶体的形成原理
5.2.4 晶体生长的输运过程
输运过程是晶体生长的重要阶段。当晶体从浓厚环 境中生长时，结晶潜热必须从生长界面输运出去，凝固 才能发生，称之为热量输运。晶体从稀薄环境相中生长 时，质点（生长基元）需要首先输运到生长界面，然后 才能进行界面过程，称之为质量输运。 在实际的生长环境系统中，环境相流体的宏观运动，
一、坩埚（容器的选择）
对于熔体或溶液生长，需要有盛装液体的容器-坩埚， 选择满意的盛装液体的坩埚材料，对晶体生长成败至关 重要。通常认为好的坩埚材料应满足以下要求：
1、坩埚材料不溶或微溶于熔体。 2、坩埚材料必须容易清洗 3、坩埚材料必须具有高强度和物理稳定性。
4、坩埚材料必须有低的气孔率，以利于排气。
5.2 人工晶体的形成原理
5.2.3 晶体生长的界面过程
人工晶体通常在籽晶上生长，为了获得大单晶，必须 在不形成新的核的条件下（即体系处于过饱和或过冷的亚 稳区），使质点在已形成的晶体表面上不断堆砌而使晶体 逐渐生长。
晶体生长机制还和生长环境有关：
当晶体生长的母相介质是气相或溶液相时，环境相和 晶相的质点密度有很大差别，称为稀薄环境相； 如果晶体生长的母相介质是该物质的熔体时，因质点 密度相差不明显，则把它叫做浓厚环境相。
•Single-Mode(8.3~10um/125um) 单模光纤
阶跃光纤和梯度光纤
阶跃光纤
梯度光纤
梯度光纤可以减小模间色散：沿着轴心传播的光经历的路程短 但折射率高，沿纤芯外层传播的光路程长但折射率低。
6.1 光导纤维
6.1.2光导纤维制备工艺
不同种类、不同用途及不同性能要求的光导纤维采用 不同方法制备。 1）棒管法 是最简便的光导纤维 制备方法。 如图所示， 将棒-管组合件逐渐送 入炉内，下端抽出的 丝缠绕于鼓轮上。用 此法可制得芯径小于 15μm的单丝，在工艺 上要求芯、皮料的对 应面要精确抛光。
6、无机纤维
根据化学键特征，纤维可分为无机、有机、金属三大
类。而对于无机纤维， 如按材料来源，可分为天然矿物纤维和人造纤维； 按化学组成，可分为单质纤维（如碳纤维、硼纤维等）、 硬质纤维（如碳化硅纤维、氮化硅纤维等）、氧化物纤维 （如石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维等）、硅酸盐纤维 （如玻璃纤维、陶瓷纤维和矿物纤维等）； 按晶体结构，可分为晶须（根截面直径约数十微米，长
世界上的固态物质包括两类：晶体与非晶质体 晶体—具有布拉菲格子的固体(长程有序）
红宝石
1、高级晶族 等轴晶系 a0=b0=c0
2、中级晶系 四方晶系、三方晶系、六方晶系 a0=b0≠c0
锆石（四方）
碧玺（三方）
绿柱石（六方）
3、低级晶族 斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系 a0≠b0≠c0
黄玉（斜方） 透辉石（单斜） 长石（三斜）
溶液生长方式主要有低温溶液生长和助熔剂生长等方法。
熔体生长主要有籽晶提拉法、坩埚下降法等方法。 固相合成方法主要有再结晶法、应变退火法、烧结法和 多形体相变。
5.3 人工晶体的合成技术
晶体生长环境的建立 一、坩埚（容器的选择） 二、加热器
三、控温系统
四、保护气氛 五、热流与温度场 六、晶体直径的控制 七、微观生长波动
5、坩埚材料必须易于加工或制成所须的坩埚形状。
5.3 人工晶体的合成技术
提拉棒
籽晶夹具 籽晶 拉出的晶体 熔体 坩埚
5.4 新晶体材料设计
新晶体材料的设计通常根据应用要求和物理性质分类， 运用固体物理、固体化学和晶体学的基本知识，在总结已 有晶体材料的结构、性质和应用有关数据和规律的基础上， 有选择地进行大量合成的性能试验（粉末或小晶体），选 择有前途的材料进行晶体生长和表征，不断反复和反馈直 至找到能满足应用要求的新晶体。 随着固体物理和微结构、量子化学、原子分子物理、应 用数学和统计物理等相关学科以及计算机信息处理技术的 迅速发展，使得旨在预报与合成具有预期性能的新材料的 “材料设计”工作取得长足进展。由此进入计算材料学范 畴。