无机材料——激光晶体
无机晶体材料的研究和应用
无机晶体材料的研究和应用无机晶体材料是一种重要的功能材料，具有独特的物理化学性质和广泛的应用前景。
随着材料科学的发展，人们对于无机晶体材料的研究和应用越来越深入，某些无机晶体材料已经在工业和生活中得到了广泛应用。
本文将从无机晶体材料的基本概念、研究方法、应用领域等方面对无机晶体材料进行探讨。
一、无机晶体材料的基本概念无机晶体材料是由一定的阴阳离子或共价键结合形成的化合物，具有清晰的晶体形态、规则的晶格结构和不同的物理化学性质。
无机晶体材料可以分为无机离子晶体和共价晶体两种，其中无机离子晶体包括氧化物、硫化物、氮化物、卤化物等，共价晶体包括硅酸盐、半导体和金属等。
无机晶体材料的获得主要是通过化学合成、熔融法、固相反应等方法进行。
其中，化学合成是较为常用的方法，通过溶液中加入适当配体，控制反应条件和时间来实现无机晶体的制备。
同时，采用晶种复制、模板剪切、旋转晶种等技术也能制备出高质量的单晶。
二、无机晶体材料的研究方法无机晶体材料的研究方法主要是材料分析和表征方法。
例如X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、热重分析（TGA）、差热分析（DSC）等。
其中XRD是分析无机晶体材料晶体结构的主要手段，通过衍射谱图进行分析确定其晶体结构。
三、无机晶体材料的应用领域无机晶体材料具有广泛的应用领域，以下是无机晶体材料在某些领域的应用举例：1. 发光材料：无机晶体材料中的发光材料包括荧光体、磷光体、半导体发光材料等，它们广泛应用于光电显示、照明、生物荧光成像、激光器等领域。
2. 电子器件：无机晶体材料作为半导体材料，广泛应用于电子器件中，例如集成电路、光电二极管、太阳能电池等。
3. 陶瓷材料：无机晶体材料能够制备出高硬度、高抗腐蚀性的陶瓷材料。
陶瓷材料广泛应用于机械制造、医疗设备、化学反应器等领域。
4. 催化剂：无机晶体材料的微孔结构能够促进分子在表面上的吸附作用，提高催化反应的速率。
无机合成化学期末复习资料(武汉大学)
化学的核心任务是研究化学反应与创造新物质。
无机合成化学研究的目标是为创造新物质和新材料提供高效、对环境友好的定向合成与制备手段，并在此基础上逐步发展无机材料的分子工程学；无机合成化学与国民经济的发展息息相关，并且在国民经济中占有重要的地位。
工业中广泛使用的“三酸两碱”，农业生产中必不可少的化肥、农药，基础建设中使用的水泥、玻璃、陶瓷，涂料工业中使用的大量无机颜料等无一不与无机合成有关。
这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。
热点领域：特种结构无机材料的制备；软化学和绿色合成方法；极端条件下的合成；无机功能材料的制备；特殊聚集态材料的制备；特种功能材料的分子设计；仿生合成等。
软化学与绿色合成方法：依赖于硬环境的硬化学方法必须有高精尖的设备和巨大的资金投入而软化学提供的方法依赖的则是人的知识、智慧、技能和创造力。
因而可以说软化学是一个具有智力密集型特点的研究领域。
绿色化学的核心是：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
按照绿色化学的原则、在理想的化工生产方式是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
绿色化学的主要特点是：◇充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；◇在无毒、无害的条件下进行反应，以减少向环境排放废物；◇提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；◇生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
所谓极端条件是指极限情况即超高压、超高温、超真空及接近绝对零度、强磁场与电场、激光、等离子体等。
如在模拟宇宙空间的情况下，可能合成没有位错的高纯度晶体。
◇★◇第二章气体和溶剂气体除杂净化方法：a.化学除杂（设计原则：特效性，灵敏性，高的选择性）b.气体的分级分离净化（包括：低温下的分级冷凝、低温下的分级蒸发、应用分馏柱进行分级蒸发、气体色谱法）c.吸附分离和净化（根据吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力差异）除杂净化的对象：液雾，固体微粒，水和杂质。
无机闪烁晶体
无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介一无机闪烁晶体1 闪烁晶体与辐射探测X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射出来或射线直接被探测器接收而形成影像。
所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。
而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。
无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。
闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。
现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。
一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件：<1>对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。
<2>具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。
<3>在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。
<4>较短的发光衰减时间（时间分辨好）。
<5>发射光与光探测元件光谱响应相匹配。
<6>较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。
<7>较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。
<8>易于加工成各种形状和尺寸。
<9>较好的化学稳定性（不吸潮）。
现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce（Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。
无机材料物理化学-缺陷3
则
n KF N Ni
2 i
ni 1/ 2 KF N
E f ni exp( ) N 2kT
6
设Ef为生成Frenkel缺陷所需的能量，反应过 程中晶体体积不变，则根据热力学原理，理 想溶液K：
K F exp(
E f kT
)
k为玻尔兹曼常数(1.380×10－23J/K)
2013-8-3 杨为中 无机材料物理化学－晶格缺陷
杨为中 无机材料物理化学－晶格缺陷
19
存在氧空位的氧化钛是一种N型半导
体，不能作介质材料。当晶体中存在 0.5%的4价钛离子被还原为3价，则其 电阻率将下降105－107数量级
二氧化钛的非化学计量范围大：
TiO――TiO2
2013-8-3 杨为中 无机材料物理化学－晶格缺陷 20
OO 2e V 1 / 2O2
• 故在固相反应、扩散等需要反应形成热缺
陷时，应适当提高T
• 在晶体生长等需避免热缺陷出现时，应避
免材料处于高温态
2013-8-3
杨为中 无机材料物理化学－晶格缺陷
11
非化学计量化合物
普化中，化合物化学式符合定比规律
非化学计量化合物 在化学组成上偏离
化学计量，不同原子的数量不是一个
简单的固定比例
Or
Fe2O3 2 Fe VFe 3OO
FeO Fe
2FeFe 1/ 2O2( g ) 2Fe OO VFe
Fe
1/ 2O2( g ) OO VFe 2h
K OO .VFe . h P
1/ 2 O2
掺Yb、Nd、Ce、Er等:YAG晶体（钇铝石榴石）
氟化钙晶体用途
氟化钙晶体用途氟化钙晶体（Calcium Fluoride）是一种无机化合物，由钙和氟元素组成。
它是一种透明无色的晶体，具有许多重要的用途。
氟化钙晶体在光学领域具有广泛的应用。
由于其高透明度和低折射率，氟化钙晶体被广泛用作光学仪器的透镜和窗口材料。
在激光技术中，氟化钙晶体可以用作激光器的光学元件，如激光谐振腔和光学棱镜。
此外，氟化钙晶体还可以用于红外光学系统，如红外摄像机和红外激光雷达。
由于其优异的光学性能，氟化钙晶体在光学领域被广泛应用。
氟化钙晶体在材料研究和制备中也有重要作用。
由于其稳定性和高熔点，氟化钙晶体常被用作高温热电材料的基底。
在电子器件制造中，氟化钙晶体可以用作半导体材料的基底，如氟化钙晶体晶片。
此外，氟化钙晶体还可以用于制备陶瓷材料和高温涂层，以提高材料的性能和稳定性。
在材料研究和制备领域，氟化钙晶体发挥着重要的作用。
氟化钙晶体在医学领域也有广泛的应用。
由于其低毒性和生物相容性，氟化钙晶体常被用作牙科材料，如牙科充填材料和牙科修复材料。
此外，氟化钙晶体还可以用于制备医用显像剂，如X射线造影剂和核医学显像剂。
在医学领域，氟化钙晶体的应用有助于提高诊断和治疗的效果。
氟化钙晶体还可以用于制备荧光材料和荧光涂层。
由于其特殊的荧光性能，氟化钙晶体常被用作荧光粉的基底材料，用于制备荧光灯和荧光显示屏。
在照明和显示领域，氟化钙晶体的应用有助于提高能源效率和显示质量。
氟化钙晶体具有广泛的用途。
它在光学、材料研究、医学和照明领域均有重要的应用。
氟化钙晶体的优异性能使其成为许多领域的理想材料之一。
随着科学技术的不断进步，相信氟化钙晶体的应用领域还将不断拓展和深化，为人类社会的发展做出更大的贡献。
无机非金属材料发展的新趋势及其影响
无机非金属材料发展的新趋势及其影响随着科技的不断发展，无机非金属材料行业也在不断创新与进步。
本文将探讨无机非金属材料发展的新趋势及其影响，主要包括以下方面：1.新材料研发近年来，随着新材料研发的不断深入，新型无机非金属材料层出不穷，如碳纳米材料、激光晶体等。
这些新材料具有优异的性能和潜在的应用价值，为现代科技和工业领域的发展提供了强有力的支持。
2.环保和可持续发展在环保和可持续发展的背景下，无机非金属材料行业也在积极探索绿色、环保的生产方式和应用领域。
例如，平板显示、智能环卫等领域的应用，以及政策支持和发展机遇的涌现，为无机非金属材料的环保和可持续发展提供了广阔的空间。
3.高性能材料无机非金属材料具有高性能化和多功能性的特点，如陶瓷材料、玻璃材料等。
这些材料在航空航天、汽车、电子等领域的应用越来越广泛，并具有巨大的市场潜力。
4.智能化制造随着智能化制造技术的不断发展，无机非金属材料的制造过程也变得更加高效、智能化。
例如，智能机器人、3D打印等技术应用于无机非金属材料的生产过程中，大大提高了生产效率和产品质量。
5.新能源领域应用在新能源领域，无机非金属材料发挥着越来越重要的作用。
例如，光伏发电、新型电池等领域的应用，以及政策支持下的市场前景和机遇，为无机非金属材料在新能源领域的发展提供了巨大的动力。
6.生物医学应用无机非金属材料在生物医学领域的应用不断拓展，如医疗影像、生物传感器等。
这些材料具有安全、可靠、高效的特性，为医疗诊断和治疗提供了新的解决方案。
同时，随着生物技术的不断发展，无机非金属材料的生物医学应用前景十分广阔。
7.高附加值产品为了满足市场的多样化需求，无机非金属材料行业不断开发高附加值产品。
例如，功能材料、特种材料等，这些产品在性能、质量和应用领域方面具有较高的附加值，为行业的发展带来了新的增长点。
8.跨界融合发展无机非金属材料与其他领域的跨界融合发展也取得了显著的进展。
例如，智能制造、生物技术等领域的融合发展，为无机非金属材料的创新和应用提供了新的机会和挑战。
无机化合物的制备和表征
萃取剂在萃取过程中起关键作用，它可与要被分离的金 属离子形成稳定性不同的配合物(萃合物)，稳定性越大，萃 取率就越高，萃取就是依据萃取剂与不同金属离子的络合稳 定常数的差异将其分离的。常见的萃取剂有磷酸三丁酯(TBP)、 甲基膦酸二甲庚酯(P350)、三烷基胺(N235)、氯化三烷基甲胺 (N263)、噻吩甲酰基三氟丙酮(HTTA)、八羟基喹啉(HOX)等。
3.2.2 离子交换分离
离子交换分离法是应用离子交换剂进行物质分离的一种 现代操作技术。
离子交换剂分为两大类： 一类为无机离子交换剂，自然界中存在的粘土、沸石、 人工制备的某些金属氧化物或难溶盐类，都属这一类； 另一大类是有机离子交换剂。其中应用最广泛的有机离 子交换剂是离子交换树脂。它是人工合成的带有离子交换功 能基团的有机高分子聚合物。
为了提高萃取率和分离系数，水相中也常加入一些掩蔽 剂、盐析剂等，pH值的控制也是一个重要的影响因素。
萃取到有机相的金属离子需要再反萃取到水相。所谓反
萃取就是破坏有机相中的萃合物的结构、生成易溶于水相的 化合物(或生成既不溶于有机相也不溶于水相的沉淀)，而使被 萃物从有机相转入水相(或生成沉淀)。所以萃取剂络合金属离 子的能力不能太强，否则反萃取较难。
(3) 真空线技术
通过抽真空和充惰性气体严格地排除装置中的空气的 一种技术。
用于真空过滤、真空线上的气相色谱、产物的低温分 馏、气体和溶剂的贮存、封管反应等。且已成功地用于氢化 物、卤化物和许多其他挥发性物质的合成与操作。
金属与不饱和烃反应是使用真空线操作的典型例子。 另一个使用真空线操作的例子是低压化学气相淀积 (LPCVD)，此技术已广泛用于半导体材料如SiO2、GaAs等 的晶体生长和成膜。
晶体材料的应用
体等五种．
3、光学晶体材料
光学元件若按照其功能进行分类时则可分为有源光学元件和无 源光学元件两大类：
晶体在光学仪器中的主要应用是制作光学元件，光学元件的种 类繁多，其范围是从早巳采用的透镜、棱镜等光学元件开始到以光 电子学为基础的半导体激光器、光电二极管以及集成光路等．
近些年来，人们又研制成功了许多新型的压电晶体，主要有钙钛矿 型 结 构 的 铌 酸 锂 (LiNbO3) 、 钽 酸 锂 (LiTa03) 、 铌 酸 钾 (KNbO3) 、 钽 酸 钾 (KTa03)等晶体，和钨青铜型结构的铌酸铅钡(SBN)、铌酸钡钠(BNN)和铌 酸钾锂(KLiNbO3)等晶体，以及层状结构的钛酸铋和锗酸铋等晶体．
段． 当前，随着激光技术的发展，固体激光器的种类愈来愈多，诸如：
普通脉冲激光器、连续激光器、电光或声光调Q脉冲激光器、连续泵
浦声光调Q激光器、高频倍频激光器、锁模激光器以及固体可调谐激
光器。
5、超硬晶 体材料
单晶金刚石可以用来制作表镶钻头、砂轮修正笔、硬度计的压硬头、车 刀、拉丝模和航空仪表的抗震文承轴等．宝石级单晶金刚石可用来制作 激光器窗口和热沉以及鬼重的装饰品等．
体材料对近代科学技术的发展起到的推动作用
2、磁性晶体材料 磁性材料可分为金属磁性材料和非金属磁性材料两大类． 金属磁性多晶材料(如：硅铁合金、铁镍合金等)在电力、
电信和自控等方面都得到了广泛的应用。
铁氧体是属于非金属磁性材料，它是由铁和其他一种或多
种金属组成的复合氧化物，铁氧体磁性材料可分为软磁铁
晶体材料的应用
总述
晶体材料的应用
晶体能实现电、磁、光、声和力等的交互作用和转换，它是近代科学
新型无机材料：新型无机材料概述
专题二：新型无机材料概述无机非金属材料概述⏹无机非金属材料的定义除金属材料和高分子材料外的材料，或者除金属外的无机材料都称为无机非金属材料。
⏹无机非金属材料的分类按材料结构状态可分为1、非晶态材料：玻璃、非晶薄膜2、晶态材料：单晶（硅晶）、多晶（陶瓷、水泥）3、混合态材料：液晶、微晶玻璃按材料发展历程分：1、传统无机非金属材料：主要指含硅物质为原料经加热制成的硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料2、新型无机非金属材料：主要指新近发展或正在发展的具有优异性能和特殊功能，对科学技术尤其是对高技术的发展和产业具有决定意义的的无机非金属材料精细陶瓷、新型玻璃、能源材料、智能材料、人工晶体传统无机非金属材料：水泥1、主要性质：水化性、水硬性抗硫酸盐性、膨胀性、耐高温性2、原料条件：石灰石、黏土、辅助原料(包括石膏)3、设备装置：水泥回转窑（干法或湿法）立窑（普通和机械）4、反应条件：高温5、水泥成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、游离氧化钙3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O36、常见水泥制品：水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土⏹水泥的分类☐硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥☐铝酸盐水泥☐硫铝酸盐水泥☐铁铝酸盐水泥☐氟铝酸盐水泥☐以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥⏹水泥技术性质☐细度☐凝结时间☐安定性☐强度☐碱含量☐水化热水泥生产工艺：两磨一烧熟料水泥冷却加石膏磨细磨烧磨水泥水泥制品水泥电阻普通玻璃1、定义：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结 构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料2、原料条件：纯碱、石灰石和石英3、设备装置：高温玻璃熔炉4、主要成分：CaO · Na 2 O ·6SiO 25、常见玻璃：窗用玻璃、玻璃器皿、建筑幕墙玻璃、特种建筑玻璃(节能、自洁净、抗菌环保等)6、普通玻璃的生产流程：原料混合→高温融制→快速冷却→后加工加工（退火、镀膜等）⏹普通玻璃的分类☐引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)☐平拉法平板玻璃☐浮法玻璃⏹玻璃通性☐各向同性：均质玻璃在各个方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数等性能相同☐介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能在较低温度下保留高温时的结构而不变化☐可逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的☐连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性质随温度变化是连续的传统陶瓷1、定义：指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的工业产品,是陶器和瓷器的总称2、原料条件：粘土（高岭石、叶蜡石、蒙脱土等）3、设备装置：高温窑4、常见传统陶瓷：陶瓷器皿、建筑陶瓷、卫生洁具、工艺陶器5、传统陶瓷的生产流程：配料→原料混合→成型→干燥→烧制→冷却→陶瓷制品釉料制备及施釉⏹传统陶瓷的分类☐日用陶瓷☐艺术陶瓷☐建筑卫生陶瓷⏹传统陶瓷共性☐耐腐蚀☐易碎，抗压强度大，而抗拉、抗弯、抗冲击强度较小☐耐高温☐表面特性⏹耐火材料⏹定义：是由多种不同化学成分及不同结构矿物组成的非均质体，由较高熔点的化合物组成⏹功能：抵抗高温，满足高温使用条件⏹组成：颗粒相及基质相⏹分类☐按化学特性、化学成分分类，分为硅铝系耐火制品、碱性耐火制品、含锆耐火制品、含碳耐火制品☐按制造工艺和烧制方法分类，分为定形耐火材料、不定形耐火材料、隔热耐火材料和特殊耐火材料等☐也可分为非氧化物系和氧化物系匣钵推板三明治棚板铸管、套管新型无机非金属材料：⏹新型玻璃：⏹人工晶体：⏹新型陶瓷：专题报告⏹纳米材料：专题报告⏹多孔材料：⏹无机（光学）纤维：⏹薄膜（涂层）材料：专题报告⏹生物材料：自学⏹半导体材料：自学⏹新能源材料：自学新型玻璃材料⏹新型玻璃是指除平板玻璃和日用器皿玻璃以外的，采用精确、高纯或新型原料，采用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制得的具有特殊功能或特殊用途的玻璃⏹新型玻璃的特点1、成分：（硅、硼、磷、锗、铅）酸盐、卤族、硫族等2、形状：板状、薄膜、纤维3、玻璃态：单一玻璃态、乳浊玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃4、功能：光、电、磁、声、生物等5、制备工艺：坩埚、池窑、电加热、真空熔炼等⏹新型玻璃材料的分类光学纤维、激光玻璃、红外玻璃1. 光学玻璃材料：SiO22. 电磁玻璃材料：液晶显示器用导电玻璃、磁性玻璃3. 热学玻璃材料：抗热震性、耐热、导热、透明微晶玻璃4. 力学及机械玻璃材料：云母切削微晶玻璃、氧氮玻璃等5. 生物化学玻璃材料：生物微晶玻璃、自清洁玻璃、多孔玻璃⏹新型玻璃材料的制备常规方法：原料混合→高温融制→成型→冷却→热处理（退火或核化晶化）→后精加工（镀膜）新方法：溶胶－凝胶法、气相沉积法、高速冷却法等新型玻璃材料（光导纤维）处于高温下的光导纤维光缆新型玻璃材料（微晶玻璃）微晶玻璃轴承计算机硬盘基板天文望远镜镜坯LCD面板微晶玻璃装饰板电器配套面板人工晶体材料⏹人工晶体定义是指采用人工合成技术及方法制备的晶体。
无机材料科学基础 第一章结晶学基础
§1-5 晶体的理想形态
一、 单形的概念
➢ 单形：指借助于对称型之全部对称要素的作用 而相互联系起来的一组晶面的组合。
➢ 单形特点：同一单形中的晶面是同形等大的； 共有47种单形。
物
质
气态
内
能
液态
玻璃态
结晶态
2020/6/18
物质存在状态
2020/6/18
一、对称的特点
➢ 所有的晶体都是对称的； ➢ 受到格子构造控制晶体的对称是有限的。 ➢ 对称体现在外形上、物理、化学性质上。
2020/6/18
二.晶体的宏观对称要素和对称操作
➢对称操作:指能使对称物体中各相同部分作有
2020/6/18
• 二、各晶系晶体的定向法则
晶系
三斜晶系
单斜晶系
晶体几何常数
ａ≠ｂ≠ｃ α≠β≠γ
ａ≠ｂ≠ｃ α＝γ＝ 90°β≠ 90°
斜方晶系 四方晶系 三方晶系 六方晶系
ａ≠ｂ≠ｃ、 α＝β＝γ＝90°
ａ＝ｂ≠ｃ、 α＝β＝γ＝90°
ａ＝ｂ＝ｃ、 α＝β＝γ≠90°
ａ＝ｂ≠ｃ、 α＝β＝90°γ＝120°
第一章 结晶学基础
2020/6/18
第一章 几何结晶学基础
认识晶体/非晶体的过程:
自然界存在的外形规则的物体→人工合成晶体 非晶体也可以呈现出规则外形;晶体在非理想生长条件 下可以呈 现出不规则外形
晶体现代定义:内部质点以一定周期性方式在 三维空间规则排列的物质
晶体学包含的主要内容
2020/6/18
2020/6/18
3.空间点阵与实际晶体的区别
组成单元
空间分布
空间点阵 几何点
无限大
实际晶体 实际原子或离子 有限大
bgo晶体的化学式
bgo晶体的化学式BGO晶体的化学式为Bi4Ge3O12。
BGO晶体是一种具有重要应用价值的无机材料，具有广泛的应用领域，如激光器、探测器、光学器件等。
本文将从BGO晶体的结构、性质以及应用等方面进行介绍。
我们来了解一下BGO晶体的结构。
BGO晶体属于正交晶系，晶格参数a=1.155 nm，b=1.155 nm，c=1.155 nm。
它的晶胞结构由Bi2O2层和GeO4四面体层交替排列而成。
Bi2O2层中的Bi原子和O原子形成了Bi-O键，GeO4四面体层中的Ge原子和O原子形成了Ge-O键。
这种结构使得BGO晶体具有较好的光学性能和机械性能，适用于各种应用。
BGO晶体具有一系列优良的物理和化学性质。
首先，BGO晶体具有较高的折射率和较低的散射损失，这使得它在光学器件中具有广泛的应用。
然后，我们来看一下BGO晶体在各个领域的应用。
首先，在激光器领域，BGO晶体被广泛应用于固体激光器和光学放大器中。
由于其较高的光学透明度和较低的散射损失，BGO晶体可以用作激光器的工作介质，实现激光的放大和输出。
其次，在探测器领域，BGO 晶体被广泛应用于γ射线探测器和正电子发射断层扫描仪(PET)中。
由于其较高的密度和较高的吸收截面，BGO晶体可以实现对γ射线的高效探测和测量。
此外，BGO晶体还可以用于医学成像和核能领域。
BGO晶体还被应用于其他光学器件中，如光波导器件、光学传感器等。
由于其较好的光学性能和机械性能，BGO晶体可以实现光学信号的传输和处理，具有重要的应用前景。
BGO晶体是一种具有重要应用价值的无机材料，具有较好的光学性能和机械性能。
它的化学式为Bi4Ge3O12，结构稳定，物理和化学性质优良。
在激光器、探测器、光学器件等领域都有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展，BGO晶体的应用前景将会更加广阔，为人们的生活和工作带来更多的便利。
材料科学第四章无机非金属材料分析解析
普通陶瓷材料
2）卫生陶瓷
以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶 瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。
3）电器绝缘陶瓷 又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝 缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。 4）化工陶瓷 要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、 化工、制药、食品等工业。
3、性质：特种陶瓷具有特殊性质和功能。
结构陶瓷材料
结构陶瓷的种类
氧化物结构陶瓷 碳化物结构陶瓷 氮化物结构陶瓷
结构陶瓷材料
氧化物结构陶瓷
特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。
Al2O3陶瓷 ZrO2陶瓷
BeO陶瓷
MgO陶瓷
结构陶瓷材料
Al2O3陶瓷
Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。 主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数 的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶 相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。 Al2O3有三中结晶形态，即α、β、γ型。α型是高 温型，而γ型是低温型。
晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶 体或化合物。 晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。 陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、 氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。 晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料 的特性和应用。
硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元
结构陶瓷材料
MgO陶瓷
耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。 可以用作冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等金属 的坩埚及浇注金属的铸模，也可用作高温热电偶 保护套及炉衬材料等。
结构陶瓷材料
碳化物结构陶瓷
新人教版高中化学无机非金属材料的地位和作用
新人教版高中化学无机非金属材料的地位和作用地位：作为四大材料中(钢铁、有色、有机和无机非金属材料)工业之一的无机非金属材料工业在中国经济建设中起着重要的作用。
无机非金属材料不仅在品种上有了空前的发展，而且在内涵上有了进一步的延伸。
根据无机非金属材料功能与作用的不同，可以将无机非金属材料划分为传统无机非金属材料(建筑材料）和无机非金属新材料。
无机非金属新材料作为生态材料，在保护环境、减少污染、增进人民健康、提高生活质量方面也有着突出作用。
无机非金属新材料的发展对我国传统产业改造与升级，对新技术产业的形成与发展，对国民经济可持续发展都起着举足轻重的作用，是对世纪我国国防工业和国民经济不可缺少的重要关键材料。
作用：新型无机非金属材料是指具有如高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其它材料难以替代的功能材料和结构材料。
无机非金属新材料具有独特的性能，是高技术产业不可缺少的关键材料。
例如稀土掺杂石英玻璃广泛应用于导弹、卫星及坦克火控武器等激光测距系统，耐辐照石英玻璃应用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统;光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到应用;航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件。
二氧化硅气凝胶是最轻的固体材料，也是导热系数最低的材料，被广泛开发应用于管道、设备保温。
是人工晶体材料中激光、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、激光武器等。
特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可制作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。
已开发了近四千种高性能、多功能无机非金属新材料新品种。
这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。
我国无机非线性光学晶体的发展历程
我国无机非线性光学晶体的发展历程作者：沈德忠院士材料是人类社会生产力发展程度的重要标志。
我们用“旧石器时代”、“新石器时代”、“铁器时代”等等来划分不同生产力发展阶段的历史时期。
人工晶体也能起到划分时代的作用：水晶及其压电元件的研制成功，将人类带入无线电通讯的新时代;单晶硅及其集成电路的普及，标志着电子时代的到来;红宝石及其激光器的研制成功，预示着人类进入光电子时代。
水晶、单晶硅、红宝石都是人工晶体材料，这些人工晶体材料都已经产业化，在全世界大量生产。
当然，这三种材料也只分别是压电材料、半导体材料、激光材料的代表。
随着科技的不断发展，各领域的新材料不断涌现。
例如激光材料，继首次实现激光输出的红宝石之后，又出现了激光性能更好的钇铝石榴石、钆镓石榴石、钒酸钇等激光晶体。
但是，尽管新型激光晶体不断被研制出来，所输出的激光波长并没有覆盖从紫外到红外的整个光谱范围，而是多半集中在1064nm附近，这就大大制约了激光的应用。
于是人们进一步研究、寻找具有改变激光频率特性的材料——非线性光学晶体，利用这类晶体进行倍频、和频、参量震荡等光学变换来获得从紫外到红外的激光输出。
信息来自:上世纪七、八十年代，能用作激光变频的无机非线性光学晶体只有石英、磷酸二氢钾、铌酸锂、以及铌酸钡钠等几种，这些晶体都有缺点。
石英的有效非线性光学系数太小，频率转换效率极低;磷酸二氢钾不但非线性系数小，而且在空气中还易潮解;铌酸锂的非线性系数虽然比较大，但抗激光的损伤阈值很低，很容易被打坏，且透过波段在325-5500 nm范围，不能用紫外倍频;铌酸钡钠晶体十分难长，很难制备出高光学均匀性的单晶。
所以在激光发明十多年后，其频率转换工作仍没有取得明显进展。
上世纪七十年代末，中科院物质结构研究所研制出新型非线性光学晶体——低温相硼酸钡(β-BaB2O4,简称β-BBO)[图1]，该晶体有适中的非线性光学系数，不潮解、抗激光损伤能力强。
透过波段较宽(190nm-3500nm)，对1064nm激光可进行四、五倍频获得266nm、213nm的紫外激光输出。
稀土元素在无机材料中的应用
稀土元素在无机材料中的应用稀土元素指的是钪（Sc）、钇（Y）、镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、镱（Tm）、铥（Yb）、镥（Lu）这17种元素及其直系后代元素。
这些元素在能源、电子、化工、冶金、航天等领域均有重要的应用价值。
其中，无机材料中的稀土元素应用在材料科学中，为材料的发展和制备提供了重要的支持。
1、稀土元素在磁性材料中的应用稀土元素是典型的磁性元素，具有很强的磁性。
它们的带状结构和能隙结构使它们在磁学性质方面表现出很强的独特性能。
稀土元素的磁学性质被广泛应用于磁性材料的制备。
磁钙钛矿相氧化物（Lanthanide-based perovskites）是一种重要的磁性材料，它通常由稀土元素配合离子和过渡金属元素制备而成。
这种材料的磁性表现非常优异，它们的磁易轴性、磁居里温度、磁记忆效应等均具有优异的性能。
此外，稀土元素还广泛应用于磁体、磁盘等产品中，提升了这些产品的磁学性能和性能稳定性。
2、稀土元素在光学材料中的应用稀土元素的光学性质是其在光学材料中得到广泛应用的主要原因。
稀土元素的电子和晶体场结构决定了其众多的电子跃迁和辐射转移通道，使其具有很高的荧光效率和荧光寿命，在荧光探针、荧光标记、荧光催化等领域得到了广泛应用。
稀土元素还广泛应用于激光材料中，如Nd：YAG（Nd-doped yttrium aluminum garnet）激光晶体，以及用于化学分析、生物分子标记等。
3、稀土元素在能源材料中的应用稀土元素还广泛应用于能源材料中，这里主要涉及到太阳能材料和电池材料。
在太阳能材料中，稀土元素通常作为掺杂剂（如La、Ce等）或光学增透剂（如Yb、Er等）使用，以提高太阳能电池的效率和稳定性。
在电池材料中，稀土元素也是一种重要的添加元素。
钕和钴、镝和磁铁矿等元素的复合体系广泛应用于中高温燃料电池中，使得此类电池能够在较高的温度下运行，大大提高了电池的效率和性能。
无机化学在科技中的应用
无机化学在科技中的应用
无机化学为我们提供了许多方便和有用的应用，在各种新兴技术领
域里，无机化学发挥着重要的作用。
1. 锂离子电池：锂离子电池采用无机化学的知识来制造正极材料，可
以使电池具有更大的容量和更高的密度，延长电池使用寿命及其充电
速度，是新能源汽车和数字产品的必须条件之一。
2. LED发光材料：LED发光材料主要是采用无机化学来合成稀土发光粉、半导体微粒、金属氧化物等。
它们的共同的特点是低温、高效率
和高亮度。
它们已经被广泛应用于LED背光模组、显示屏、高亮度照明，等领域。
3. 光学电容玻璃：光学电容玻璃是以无机玻璃为基础，加入有机物质，经过热处理形成光学响应（即变暗、变亮）的半导体材料，可以应用
于智能窗、太阳能电池和环境传感器等新能源领域。
4. 激光器件：激光器件应用了大量的无机物材料，它们中应用最多的
是激光晶体，它们可以在激光器上形成一束集中的光，这束光可以被
用来实现一些新型的功能，比如激光打印、激光焊接、激光切割、激
光成像等等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光晶体的现状及发展趋势分析
激光材料是激光技术发展的核心和基础，具有里程碑的意义和作用：20世纪60年代第一台红宝石晶体激光器问世，激光诞生；70年代掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)[引，固体激光开始大力发展；80年代钛宝石晶体(Ti：A1203)E引，超短、超快和超强激光已成为可能，飞秒(fs)激光科学技术蓬勃发展、并渗透到各个基础研究和应用学科领域；90年代矾酸钇晶体(Nd：YV04) ,固体激光的发展进入新时期一全固态激光科学技术(SSDPL，Solid-state LD Pumped Laser)；进入新世纪，上世纪60年代初出现的激光和激光科学技术，正以其强大的生命力推动着光电子技术和产业的发展，激光材料也在单晶、玻璃、光纤和陶瓷等四方面全方位迅猛展开，如微一纳米级晶界，完整性好、制作工艺简单的微晶激光陶瓷和结构紧凑、散热好、成本低的激光光纤，正在向占据激光晶体首席达40年之久的Nd：YAG发出强有力的挑战，激光材料也已从最初的几种基质材料发展到数十种，受到各国政府、科学界乃至企业界的高度重视。
国内外现状和研究进展
1、中、小功率激光晶体
与Nd：YAG比较，Nd：YV04具有两个突出的特点：受激发射截面大，比Nd：YAG大5倍；808nm 具有相对宽的吸收带。
因此，Nd：YV04具有低的泵浦阈值，特别适合用LD泵浦，从而实现了商品化的全固态激光器。
对于LD泵浦掺Nd介质腔内倍频实现532nm的激光输出，Nd：YV04是一种最重要的材料。
这是因为在端面泵浦的系统中，泵浦光束通常是高度聚焦的，很难在超过几毫米的距离内维持小的束腰，而吸收截面和增益都很高的Nd：YV04晶体就具有很大的优势。
例如，中国科学院北京物理所和福建物构所等采用Nd：YVOt晶体为激光增益介质，LBO为倍频材料，通过腔内倍频，在泵浦功率为21．1W时，获得输出功率为5．25W的连续绿色激光。
但是，Nd：YV04和Nd：GdV04晶体的物化性能差，大尺寸晶体生长有一定的困难．美国曾尝试采用Nd：Sr5(V04)3F(SVAP)取代Nd：YV04．Nd：SVAP是在Nd：FAP晶体的基础上，经离子置换发展起来的一种新晶体，它保留了FAP的增益截面大、泵浦阈值低的优点，而机械性能有较大改进。
2、超快激光晶体
20世纪70-80年代，超快激光主要是采用被动锁模的染料激光器，可以产生亚ps级的短脉冲激光。
80年代末期，发现了可调谐范围为660-1100nm的钛宝石(Ti：A1203)，其带宽非常有利于实现fs激光脉冲，而且具有受激发射截面大、激光损伤阈值高等优点。
2001年，采用Kerr透镜被动锁模，获得了平均功率为100mW，脉宽为5,V6fs的激光脉冲，并且首次实现了fs脉冲运转下的波长宽带(400nm)调谐。
钛宝石激光器基本上取代了染料激光器在超短脉冲激光领域中的位置，成为了最主要的超短脉冲激光振荡源。
太瓦、飞秒(注：太瓦即Tw，1012W；飞秒即fs，10--158)超快高功率激光在物理、化学以及生命科学等领域的强场物理研究、激光惯性约束核聚变(ICF)等方面具有广阔的应用前景。
自1991年世界上第一台自锁模钛蓝宝石激光器研制成功以来，在短短的10多年里，钛蓝宝石激光器的脉宽从最初的皮秒(ps)发展到现在的几飞秒(6．5fs)，峰值功率由瓦提高到太瓦甚至拍瓦(即PW，1015w)，受到了世界各国的极大关注最为典型的是美国劳伦斯·里弗莫尔实验室(LLNL)获得了430fs、1．3PW、1021W／cm2的激光辐照强度，这一强度超过产生等离子体要求阈值的1000倍，该系统采用了3块大尺寸片状钛宝石晶体(两块100mm，一块咖80mm)作为放大器。
因此研制出高光学均匀性、高浓度均匀性、大直径的钛宝石激光晶体，对于发展超短、超快、超强(“三超”)激光器具有重要意义。
美国Crystal System公司F．Schmid等人采用热交换法(HEM)可以生长出大尺寸(直径>80ram)、高质量的Ti：A1203激光晶体．该方法是目前世界上生产优质Ti：A1203晶体的主要方法之一，但它难于在零双折射方向(0001)上生长单晶，因此晶体利用率低。
上海光机所的导向温度梯度法是生长大尺寸、高掺钛浓度(0．45wt％)、高峰值吸收系数(490nm处达7．0cm-1)和高完整性Ti：A1203晶体的有效技术。
自1996年起，先后生长并提供优质的lOmmx lOmmx 15mm、15mmx 15mmx 15mm、20mmx 15mm、
25mmx20mm和30mmxl5mm器件晶体，并继1996年在国内首先建成了2．8TW／43fs小型化CPA(啁啾脉冲放大)钛宝石超短超强激光装置，于1998、2001和2002年，先后将该激光系统升级到5．4、16和23TW．2004年，采用55x40x23mm3激光晶片，在国内突破100Tw大关(120TW／36fs)．更大尺寸如80mm、100mm的钛宝石激光晶片和500TW、1PW钛宝石超短超强激光输出正在进一步的发展之中。
随着高性能LD的快速发展，具有高效率、小型化、集成化的LD泵浦全固态超快激光器成为这一领域的另一主要研究方向。
由于钛宝石的吸收带位于400-600nm，无法采用LD直接泵浦。
而适合高性能InGaAs二极管泵浦的掺镱(Yb3+)激光介质成为了这一领域研究的焦点。
与Nd3+等其他稀土离子相比，由于Yb3+离子在晶场中具有强的电一声子耦合效应，掺Yb激光介质普遍具有较宽的吸收和发射带，有利于产生超短脉冲．通过选择或设计合适的基质晶体，可以获得更短的激光脉冲．例如，最初采用Yb：YAG，产生的激光脉宽为340fs。
之后开展了大量具有宽带发射特性的掺Yb激光介质的研究工作，并获得了很大的进展。
例如，2004年，Yb：SYS晶体在1066nm处获得了平均功率为156mW的70fs的激光脉冲，其工作波长可以在1055-1072nm范围内连续调谐。
可以预测，随着具有更加优异综合性能基质晶体的出现，以及超快激光器在加工、医疗等方面应用的独特优势，LD泵浦全固态超快激光器不仅在科研，而且在实现工业化的技术上将有重大突破。
纵观固体激光器的应用现状和发展前景，近阶段激光晶体的主要发展趋势是迫切发展如下4个方面，并将取得突破和实际应用：
(1)High-power＆energy solid state laser materials(1nm)面向先进制造技术、激光武器等应用的高功率、大能量激光晶体(1um波段)，如Yb：YAG、Nd：GGG等；
(2)Mid一&far-IR solid state laser materials面向人眼安全、遥感、光通讯、医疗等应用的红外激光晶体；
(3)Visible&UV solid state laser materials面向全色显示、光刻等应用的蓝绿紫和可见光激光晶体；
(4)Super-fast solid state laser materials LD泵浦超快激光增益和放大介质材料。
需要解决的重要科学问题
在激光材料的基础研究和应用基础研究方面，中长期主要研究趋势和目标将会集中在如下几方面：1．发展在原子、分子和基团尺度上，激光材料(单晶、玻璃、光纤、陶瓷)的组成、结构设计和制备的科学研究.
2．研究过渡金属离子(Cr3+、Cr4+、Ti)、重金属离子(Bi、Mn、V)、稀土离子(Yb、Nd、Er、Tm、Pr、Ho、Ce、Eu)等重要激活离子在单晶、玻璃态、纳米晶等基质中的价态、发光规律、能量传递转移(重点合作发光)及其与晶格相互作用的机理；全量子理论、Judd-Ofelt、Forster和Dexter理论的光谱分析和数据处理。
3．重点开展复合功能(如自调Q、自倍频、自拉曼Raman频移和敏化、上转换、退激活)和复合结构(如“Sandwich”三明治、“Glass-Ceramic”玻璃陶瓷、有机一无机复合结构、光一电集成微结构)激光材料的研究，这是激光材料的一个重要发展方向一全固化、集成化、小型化和多功能化。
4．发展新一代宽波段高功率可调谐、超快(ps、fs、as)、超强(Tw、Pw)激光增益材料和光放大材料．解决当前和今后CPA和OPCPA技术、光孤子通讯技术等发展中的关键技术瓶颈问题，并为未来紫外一可见光、lum、1．55um、中红外和远红外等宽波段高功率可调谐、超快、超强激光打下物质基础。
5．发展新一代高功率激光材料．面向未来先进激光制造、激光显示等民用、工业领域。
6．发展新一代大能量固态热容激光材料．瞄准未来“新概念”武器，即激光武器。
7．关于微一纳结构激光波导、光子晶体激光光纤材料的理论与应用的交叉基础研究。
8．晶态(单晶、陶瓷)和非晶态(玻璃、光纤)激光材料的生长、制备技术的突破，特别是大尺寸高浓度激光晶体的生长、复合激光材料的制备。
9．晶态(单晶、陶瓷)和非晶态(玻璃、光纤)激光材料的微观缺陷(包括点缺陷)及其形成机理，以及在LD高泵浦功率密度下(有别于以往灯泵)对材料热性能、发光性能和激光性能的影响。
10．与器件紧密结合，研究其激光性能和激活损伤的微观机理。