晶体的常见用途揭秘

2010年第31期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION○高校讲坛○科技信息

晶体的常见用途揭秘

周程成

(江苏教育学院运河分院江苏

邳州

221300)

【摘要】晶体作为物理教学组成部分，在实际生产和生活中有着广泛的应用，本文着重按功能对晶体做了适当的区分，并按这些分类简单的介绍了它们在生活和生产中的实际用途，以提高在晶体学习中的兴趣，提高学习效率。

【关键词】半导体晶体；激光晶体；电光晶体；非线性光学晶体

晶体做为固体的一种，在中学物理教材中不可避免的被涉及到，只是一般教材中篇幅不大，又不是重点，所以在教学过程中导致部分教师、学生对这一部分内容有可能认识不足，也提不起足够的兴趣。我想原因除了晶体这部分的教学要求不高之外，关键是有部分教者和学者没有意识到晶体的重要用途。因此，如果能够深刻认识到晶体在日常生活和生产中起到的不可或缺的作用，则对晶体的学习会起到事半功倍的效果。为了更好的和实践联系起来，方便教与学时的参考，本人对晶体的用途进行多方面探究，查阅大量资料，结合自身的认识，力求深入浅出地将晶体常见用途整理如下，以期望在教与学中起到辅助作用。

物质存在形式可以分为固、液、气三态，其中固体又可以分为晶体和非晶体，当物质以晶体状态存在时，它将表现出其它物质状态所没有的优异的物理性能，因而是人类研究固态物质的结构和性能的重要基础。此外，由于能够实现电、磁、光、声和力的相互作用和转换，晶体还是电子器件、半导体、固体激光及各种光学仪器等工业的重要材料，被广泛地应用于通信、摄影、宇航、医学、地质学、气象学、建筑学、军事技术等领域。

如果按功能来分，晶体有20种之多，如半导体晶体、磁光晶体、激光晶体、电光晶体、声光晶体、非线性光学晶体、压电晶体、热释电晶体、闪烁晶体、绝缘晶体、敏感晶体、光色晶体、超导晶体以及多功能晶体等。每一种晶体都在不同的领域中扮演着重要的角色，笔者在下面的篇幅中，就常用晶体择要阐述。

1半导体晶体

半导体晶体是半导体工业的主要基础材料，从应用的广泛性和重要性来看，它在晶体中占有头等重要的地位。半导体晶体是从20世纪50年代开始发展起来的。第一代半导体晶体是锗(Ge)单晶和硅单晶(Si)。由它们制成的各种二极管、三极管、场效应管、可控硅及大功率管等器件。它们的发展使得集成电路从只包括十几个单元电路飞速发展到含有成千上万个元件的超大规模集成电路，从而极大地促进了电子产品的微小型化，大大提高了工作的可靠性，同时又降低了成本，进而促进了集成电路在空间研究、核武器、导弹、雷达、电子计算机、军事通信装备及民用等方面的广泛应用。

目前，除了向大直径、高纯度、高均匀度及无缺陷方向发展的硅单晶之外，人们又研究了第二代半导体晶体———Ⅲ—Ⅴ族化合物，如(CaAs)、磷化镓(GaP)等单晶。近来，为了满足对更高性能的需求，已发展到三元或多元化合物等半导体晶体。在半导体晶体材料中，特别值得一提的是氮化镓(GaN)晶体。由于它具有很宽的禁带宽度，因而是蓝绿光发光二级管(LED)、激光二极管(LD)及高功率集成电路的理想材料，近年来在全世界范围内掀起了研究热潮，成为炙手可热的研究焦点。目前，中国科学院物理研究所在该晶体的生长方面独辟蹊径，首次利用熔盐法生长出3mm×4mm的片状晶体。一旦该晶体的质量得到进一步的提高，它将在发光器件、光通讯系统、CD机、全色打印、高分辨率激光打印、大屏幕全色显示系统、超薄电视等方面得到广泛的应用。

2激光晶体

激光晶体是激光的工作物质，经泵浦之后能发出激光，所以叫做激光晶体。1960年，美国科学家Maiman以红宝石晶体作为工作物质，成功地研制出世界上第一台激光器，取得了举世瞩目的重大科学成就。目前，人们已研制出数百种激光晶体。其中，最常用的有红宝石(Cr:Al2O3)、钛宝石(Ti:Al2O3)、掺镝氟化钙(Dy:CaF2)等晶体。

近年来，利用激光晶体得到的激光已涉及紫外、可见光到红外谱

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区，并被成功地应用于军事技术、宇宙探索、医学、化学等众多领域。例如，在各种材料的加工上，晶体产生的激光大显身手，特别是对于超硬材料的加工，它具有无可比拟的优越性。比如，同样是在金刚石上打一个孔，用传统方法需要两小时以上的时间，而用晶体产生的激光，连0.1秒的时间都不用。

激光晶体还可以制成激光测距仪和激光高度计，进行高精度的测量。令人兴奋的是，法国天文台利用具有红宝石晶体的装置，首次实现了对同一颗人造卫星的跟踪观察实验，精确地测定了这颗卫星到地面的距离。在医学上，激光晶体更是得到了巧妙的应用。它发出的激光通过可以自由弯曲的光导管进行传送，在出口端装有透镜和外科医生用的手柄。经过透镜，激光被聚焦成直径仅有几埃的微小斑点，变成一把无形却又十分灵巧的手术刀，不但能够彻底杀菌，而且可以快速地切断组织，甚至可以切断一个细胞。对于极其精细的眼科手术，掺铒的激光晶体是最合适不过的了。这种晶体可以产生近3μm波长的激光，由于水对该激光的强烈吸收，导致它进入生物组织后，只有几微米短的穿透深度，因此，这种激光是十分安全的，不会使患者产生任何痛苦。此外，激光电视、激光彩色立体电影、激光摄影、激光计算机等都将是激动人心的激光晶体的新用途。

3压电晶体

当晶体受到外力作用时，晶体会发生极化，并形成表面电荷，这种现象称为正压电效应；反之，当晶体受到外加电场作用时，晶体会产生形变，这种现象称为逆压电效应。具有压电效应的晶体则称为压电晶体，它只存在于没有对称中心的晶类中。最早发现的压电晶体是水晶(α-SiO2)。它具有频率稳定的特性，是一种理想的压电材料，可用来制造谐振器、滤波器、换能器、光偏转器、声表面波器件及各种热敏、气敏、光敏和化学敏器件等。它还被广泛地应用于人们的日常生活中，如石英表、电子钟、彩色电视机、立体声收音机及录音机等。

近年来，人们又研制出许多新的压电晶体，如钙钛矿型结构的铌酸锂(LiNbO3)、钽酸钾(KTaO3)等。利用这些晶体的压电效应，可制成各种器件，广泛地用于军事上和民用工业，如血压计、压电键盘、延迟线、振荡器、超声换能器、压电变压器等。

4声光晶体

当光波和声波同时射到晶体上时，声波和光波之间将会产生相互作用，从而可用于控制光束，如使光束发生偏转、使光强和频率发生变化等，这种晶体称为声光晶体，如钼酸铅(PbMoO4)、二氧化碲（TeO2)、硫代砷酸砣(Tl3AsS4)等。利用这些晶体，人们可制成各种声光器件，如声光偏转器、声表面波器件等，从而把这些晶体广泛地用于激光雷达、电视及大屏幕显示器的扫描、光子计算机的光存储器及激光通信等方面。

5光折变晶体

光折变晶体是众多晶体中最奇妙的一种晶体。当外界微弱的激光照到这种晶体上时，晶体中的载流子被激发，在晶体中迁移并重新被捕获，使得晶体内部产生空间电荷场，然后，通过电光效应，空间电荷场改变晶体中折射率的空间分布，形成折射率光栅，从而产生光析变效应。光折变效应的特点是，在弱光作用下就可表现出明显的效应。例如，在自泵浦相位共轭实验中，一束毫瓦级的激光与光折变晶体作用就可以产生相位共轭波，使畸变得无法辨认的图像清晰如初。

晶体世界是丰富多彩的，晶体不仅存在于地球，而且存在于宇宙天体中，晶体的研究和应用前景也是十分诱人的，相（下转第147页）

科技信息○高校讲坛○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2010年第31期

校企合作下的高等职业教育模式创新研究

许勤

（兰州教育学院人文与社会科学系

甘肃

兰州

730000）

【摘要】校企合作是高等职业教育可持续发展的必然要求，如何在校企合作中培养大学生的实践能力，创造能力和就业是高等职业教育模式创新的关键。

【关键词】校企合作；高等职业教育；创新研究。高等职业教育校合作模式是指学校与企业双方根据产业、技术、结构、企业发展、市场需要等方面的需要，共同研究专业设置、培养目标、人才规格、教学计划、课程和教学内容的安排，以及共同承担相应教育工作的一种办学模式。

职业教育思想的重要价值诉求。影响校企合作、工学结合的原因是多方面的，概而论之，表现在三个方面：

3.1是这种合作在不同程度上尚停留在“直观”层次。学校定向“帮”企业培养技术人才，即所谓的“订单”培养，企业则为学校提供一些设备、承担毕业实习等等。

3.2是“合”多“作”少。形式上热热闹闹，但在培养目标、教学内容、教学方法上互动匮乏，彼此的影响有限。

3.3是学校与企业合作普遍缺乏有效的机制。合作双方的责任和义务模糊，因而这种合作缺乏可持续发展的前提。

在当前职业教育改革和发展的情势下，校企合作、工学结合这一模式必须实现突破。应不断深化、不断完善。

为此，需要在以下三方面达成共识，并在实践层面上进行积极的探索。

①是要高度重视校企合作、工学结合的制度设计，在政策甚至法律层面上对职业教育的校企合作、工学结合进行规约。

校企合作、工学结合是职业教育改革最为重要的动力，但由于学校和企业在性质、体制、功能和结构上的不同，实上很难通过“自由恋爱”的方式实现真正意义上的合作。我们要充分借鉴德国“双元制”职业教育体系的成功经验，采用行政和立法手段切实推进校企合作的深入开展，使我国职业教育充满生机与活力，从而为经济社会的快速发展提供强大的智力保障和人才支撑。

②是要从探索职业教育规律的新视角来认识校企合作、工学结合对于职业教育改革和发展的深刻意义，努力转变教育观念，积极尝试职业教育改革的新路径。

传统的职业教育因袭于“精英教育”的传统，这种传统将“知识传授”作为教育的第一要务，因固守于学科体系的逻辑完整而失之对社会需求作为职业教育的逻辑起点，从根本上改变现有的以学科为本位的职业教育思想和模式。

③是要在更深的层次上积极推进职业教育中的校企合作、工学结合，通过构架校企合作、工学结合的长效机制为职业教育的可持续发展吸取现实的动力。

总之要从改革职业院校办学模式的认识高度来理解校企合作、工学结合对于职业教育的深刻意义，让企业在职业教育的主体框架内获得充分的话语权，通过在培养目标、专业设置、课程内容、教学形式、实训实习以及师资队伍建设等诸多方面进行卓有成效的合作，使传统的职业教育来一次脱胎换骨，从而构建起具有中国特色的、真正体现“以就业为导向”的职业教育新体系。科

1构建校企合作的载体

从企业的角度看，现代企业的竞争实际上是知识的竞争、人才的竞争，只有拥有一批高素质的员工才能保证企业健康持续地发展，才能在为顾客创造独特价值的前提下不断提升企业的获利能力。因此，企业需要一批训练有素的员工队伍，而建立高素质员工队伍的途径是建立学习型组织。同时，在激烈的企业竞争中，创造效益是最重要的，而管理观点创新是创造效益和企业发展的根基，是企业持续健康发展的关键。学习型组织正是这样一种与时俱进、不断创新的管理模式。学习型组织生存为全面提升企业竞争力提供良好的契机，组织学习是学习型组织提升管理能力的途径，是学习型组织生存的前提和基础。

从学校的角度看，高职院校作为教书育人的重要场所，是学生获的知识、技能、价值观，以及行为养成的重要场所，也是一个传播文化的特定的组织，因此也是典型的具有学习功能的学习型组织。高等院校的管理若能从学习型组织理论中吸取营养并结合实际，积极创建学习型组织，必将拓宽高职院校发展的新思路，使教职工在学习中不断解放思想、转变观念、增强学校凝聚力，使高职院校跟上外部环境快速变化的节奏。可见，无论是企业还是高职院校，都具有通过打造学习型组织来激发人、塑造人的这个共同特质。

2实现教学模式的创新

实践教学是学生理解理论知识、形成主动学习精神、锻炼综合素质和能力的重要途径。大学生是否具有很强的实践能力和创新意识，是其在激烈的就业竞争和发展竞争中是否占据优势的决定性因素之一。实践教学在应用型创新人才培养中不可或缺、不可替代。

知识需要在实践中深化，能力需要在实践中磨砺，素质需要在实践中提升。各种实践教学环节对于培养学生的实践能力和创新能力尤其重要，离开高质量的实践教学，提高教学质量就是空话。毕业生能否适应社会，是否具有实践能力已成为衡量人才的重要标准，实际上也成为衡量大学生教学质量的重要标准。大力加强课程实习、专业实习、毕业实习、实验教学、社会实践和社会调查等各类实践教学，积极改革实践教学内容和方法，制定合理的实践教学方案，建立和完善实践教学体系，是提高教学质量的重要途径。

开展校企合作的教学模式，实现校企“合作共赢”，因地制宜地建设规范、稳定的、条件优良的实践教学基地，是实践型教学的基本前提和保证；有利于增进高校与社会的密切联系，丰富学生的学习经验，培养学生实事求是的科学态度，确保学生对所学专业理论知识和操作技能的全面考核和自我检验，进一步培养学生综合运用知识解决问题的能力，达到全面提高学生实践能力的目的。

【参考文献】

［1］叶华.高职院校组织文化与企业组织文化的比较研究[J].职教论坛,2007,(1).［2］陆丹晨.学习型组织———高职教育文化与企业文化的契合点[J].无锡职业技术学院学报,2008,(12).

［3］宋梅梅.“弹性订单式”人才培养模式的探索与实践[J].职业教育研究,2007,(4).

作者简介：许勤（1974.11.8—），兰州教育学院人文与社会科学系教师。

3要体现校企合作、工学结合的办学模式

校企合作、工学结合是我国职业教育模式的重要组成部分，也是

［责任编辑：常鹏飞］

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（上接第132页）信适当地了解晶体的用途对晶体的学习会起到一个

积极的促进作用。科

［2］周公度．晶体结构的周期性和对称性.第一版[M].高等教育出版社，1992年.［3］秦善编．晶体学基础.第一版[M].北京大学出版社，2004年.

【参考文献】

［1］周公度，郭可信．晶体和准晶体的衍射.第一版[M].北京大学出版社，1999年.

［责任编辑：常鹏飞］

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