晶体是一类非常奇妙的物体，它是如此精致与完美，可以让人爱不释手，更使人感悟到晶体的自然或人工之力的伟大-施尔畏先生。除了美之外，功能晶体材料还是高新技术不可或缺的重要材料哦。

天然的，美！

人工的，也美！

图片来源：安徽科瑞思创晶体材料

天然的晶体VS人工晶

随着着科技进步和社会发展，人们对于功能晶体需求的数量和品种越来越大，然而晶体作为地球亿万年来逐渐积累的自然资源，其储量是有限的，且由于自然条件的自发性，天然晶体不可避免有各种缺陷，其纯净度和单晶性也远也远不能和人工晶体相比。由于地球在演化过程中条件，地球在演化过程中条件属于自然条件，不长出那些只有极端条件下才能生长的晶体。

想捡钻石的MM，建议经常去火山口附近溜达。全世界的钻石勘探队几乎都是在火山口附近发现金刚石矿的

人工晶体具有较高的完整性，包括结构完整性和组成完整性等；具有可控的生长规律和生长习性；在适当的环境和设备条件下，可合成出具有较高实用价值或满足特定需要的晶体，，也可根据应用对象的性能需求，生长出满足特定应用要求的人工晶体来，包括自然界不存在的晶体品种。人工晶体材料科学的发展给让材料世界变得更加精彩，正是有了多样功能的人工晶体材料才有了五彩斑斓的光电子时代。

“人工合成的立方氧化锆也有类似金刚石的光彩！”由于形成条件的限制，大而完整的单晶矿物相当稀少，某些特别罕见的宝石单晶（如钻石，红宝石）多数形成了稀奇的收藏品、名贵的装饰品和博物馆中的展览品，毕竟古往今来都是物以稀为贵嘛。虽然人工的大大大宝石收藏价值不大，但是作为装饰品而言，颜值管够。

各种人工晶体功能材料

发现一些单晶体具有宝贵的物理性质及其在技术上的应用价值是最近一个世纪的事。随着生产和科学技术的发展，人们对单晶体的需要日益增加。例如加工工业需要大量的金刚石，精密仪表和钟表工业需要大量红宝石做轴承，光学工业大量冰洲石制造偏光镜，超声和压电技术需要大量的压电水晶等等。但天然的单晶矿物无论是在品种数量还质量上都不能满足日益增长的需要，于是人们就想方设法用人工合成单晶，这也促进了合成晶体工业的发展。

人工晶体：物性交互与交互及转换的载体

人工晶体作为一类重要的功能材料，它能实现光、电、声、磁、热、力等不同能量形式的交互及转换，在现代科学技术中很多功能晶体材料贯穿高新技术的许多领域，已经成为微电子、光学、激光、遥感、通讯、航天等高技术发展的重要物质基础，处于新材料科学发展的前沿。如下是各种功能的人工晶体。

各种各种功能的人工晶体

1、光功能晶体--与光现象相关联的无机晶体

在外场（电、光、磁、热、声、力等）作用下，利用材料本身光学性质（如折射率、感应电极化或非线性效应等）发生变化，实现对入射光信号的获取、调制、传输、显示、能量或频率转换、受激发射等目的无机晶体之总称。有光学晶体、

电光晶体、声光晶体、磁光晶体、激光晶体、非线性晶体、光折变晶体及闪烁晶体等。

部分人光学晶体

图片来源：安徽科瑞思创晶体材料

2、压电晶体

有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应，能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。

正压电效应&逆压电效应

天然滴水晶（SiO₂）单晶体

水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。

石英压电晶体VS压电陶瓷

3、半导体晶体

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是重要的晶体，半导体材料几乎都是晶体。电子工业的发展对材料的需求是促进半导体材料及工艺技术研究和开拓的强大动力，而材料质量的提高和新型半导体材料的出现以及工艺进步反之也会推动电子工业往前发展。一个大家明显感觉得到的是，电脑处理数据的速度越来越牛，而体积也越来越小，人人都持有的“贵重物品”更是从大哥大变成了多功能的智能手机，没有半导体技术的提升，一切都将停摆，如上只是两个生活中的常见案例，更多相关说明查看相关阅读：第1、第2、第3代半导体材料，后浪强劲但打不死前浪

绝缘体、半导体、导体

单质半导体&化合物半导体

半导体的用途

4、热释电晶体--黑夜中明亮的眼睛

当温度发生变化时，晶体某一结晶学方向上正负电荷相对重心位移而引起自发极化效应，这类晶体为热释电晶体。利用晶体的热释电效应可以制作各种探测器件，除夜视外，还可做体温计、辐射测量计，红外热像仪可以做医疗诊断，导弹前面安装的红外致导装置成为导弹紧盯目标的“杀手锏”，热释电晶体的用途不可谓不广。

科学研究表明，物体发热时均会产生一种肉眼看不见的光线，称为红外光线。其波长范围在0.76～1000微米之间。在通常情况下，一切发热的物体都会辐射出红外线，人体也不例外。利用热释电晶体做成的热释电元件，再配以电子、机械等元件就可以制作红外夜视仪。各种物体（包括人体）由于本身温度和发射红外线的本领不一样．实际发射的红外线波长和强度不一样。在黑夜中，这样的红外
线辐射已经勾画出夜幕掩盖下的生动世界。我们可以用热释电晶体成像管配以高超的电子、图像技术，在人们的眼前显现出周围的一切，为人们在夜幕中装上了明亮的眼睛。

热释晶体大多是一些铁电极性晶体，由于器件性能要求很薄的晶片，因而加工制作工艺较复杂。近年来曾发现一些铁电陶瓷和高电压下极化的铁电有机薄膜亦具有热释电性能，并被用以制作热释电器件。与这些材料相比，热释电晶体性能稳定可靠，探测灵敏度高。有热释电效应的材料超过千种，但真正符合应用的只有几种。其中硫酸三甘肽（TGS）、钽酸锂（LiTaO3）、铌酸锶钡（SBN）、钛酸铅（PbTiO3）和聚偏氟乙烯（PVF2）是最重要的几种，其中硫酸三甘肽或称三甘氨酸硫酸盐，是一类最重要最常用的热释电晶体。

铌酸锂晶体

图片来源：焦作科尔光电科技

5、超硬晶体

超硬晶体目前主要指的是金刚石及立方氮化硼，利用其硬的指标成各种刀具。两者材料各有特点，适用于不同的应用场合。

钻石也称之为“金刚石”，是一种天然矿物，是目前已知自然界中最为坚硬的物质，钻石是在地球深部高压、高温条件下，经过很长时间形成的一种由碳元素组成的单质晶体。硬度大是金刚石众多特点之一，金刚石刀具在许多领域可实现高效、高精度、环保的加工。但当用金刚石加工一些硬度较高的材料，例如在研磨大量钢材和烧结过的碳化硅时，金刚石的表面温度高达1500～2000℃，在这种条件下，金刚石的强度迅速下降，并且极易与空气中的氧反立产生类似“燃烧”的现象，从而导致金刚石的损耗极快，而立方结构的氮化硼-CBN，其晶体结构类似金刚石，硬度略低于金刚石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性，可以作为金刚石的补充。

人工晶体的制备

目前人工晶体在品种、质量、数量方面已远远超过了天然晶体。人工晶体的合成（生长）既是一门技艺，又是一门科学。由于晶体需要在不同状态和条件下生成，加上应用对人工晶体的质量要求十分苛刻，因而造成了人工合成品体方法和技术的多样性以及生长条件和设备的复杂性。如果说生长设备是晶体生长的"硬件"，那么晶体生长技艺就是它的"软件"。如下为单晶生长方法的汇总表，更多内容请关注粉体圈后续文章更新。

编辑：Alpha