在古代，朱砂、雄黃、石青、石墨等礦物質(zhì)顏料被廣泛應(yīng)用，而這些用以著色的顏料幾乎都是晶體。它賦予我們多彩的衣裳、絢麗的畫(huà)卷、傳世的書(shū)法、美麗的瓷器、還有許許多多藝術(shù)瑰寶，到今天仍令人嘆為觀止！
礦物質(zhì)顏料的原材料多為天然晶體礦石，它們具有特殊的光澤，美麗的色相，在自然界中歷經(jīng)數(shù)萬(wàn)年或更長(zhǎng)的時(shí)間演化形成。它們色性穩(wěn)定、覆蓋力強(qiáng)、不易變色，這使得晶體在不經(jīng)意間便承載了幾千年的人類(lèi)文明，仿佛在我們與古人間架起了一座心靈的橋梁。
這就是晶體，美麗神秘卻又在生活中觸手可及、必不可少。
新娘手中的鉆石是晶體，媽媽喜愛(ài)的翡翠是晶體，廚房里的糖和鹽是晶體，冬天飄灑的雪花也是晶體；我們使用的電腦、手機(jī)、鐘表離不開(kāi)晶體，天上的飛機(jī)、衛(wèi)星還有雷達(dá)同樣離不開(kāi)晶體；現(xiàn)代文明中用途最為廣泛的金屬，絕大部分都是晶體。所以，沒(méi)有晶體，我們的生活將完全不同。它與我們的生活息息相關(guān)，但許多人對(duì)它知之甚少。
自然的饋贈(zèng)
晶體是大自然的饋贈(zèng)，它是大自然最杰出的藝術(shù)作品。古往今來(lái)，晶體一直被人們喜愛(ài)著，而且一些著名的晶體在浩瀚的史冊(cè)上留下鼎鼎大名。
比如家喻戶(hù)曉的和氏璧，它是中國(guó)歷史上最著名的美玉，圍繞著它，留下了完璧歸趙的傳奇典故。作為一種典型的晶體，玉向來(lái)被中國(guó)人所喜愛(ài)，中國(guó)的玉石文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。人們開(kāi)采、雕琢、品鑒、收藏、贈(zèng)送，小小的晶體被賦予了厚重的文化積淀，也體現(xiàn)著中華民族含蓄而內(nèi)斂的特征。
不同于中華民族，西方文明對(duì)璀璨的寶石情有獨(dú)鐘，包括藍(lán)寶石、紅寶石和祖母綠等，它們都是典型的晶體。比如英國(guó)國(guó)王權(quán)杖上面鑲嵌的鉆石，名為“非洲之星”，這是世界上最大的鉆石。相傳，它是一個(gè)礦場(chǎng)工人在路邊的沙地中隨手拾來(lái)的。
規(guī)律的魅力
晶體是規(guī)律之美的代表。當(dāng)我們用肉眼觀察晶體時(shí)，它已是如此漂亮，但你知道嗎，在顯微鏡下、在肉眼所不能觀察到的微觀世界里，結(jié)晶的重復(fù)排列更是呈現(xiàn)著前所未有的壯麗之美。
墨西哥奈卡水晶洞穴是世界上最大的晶洞，它的美歷經(jīng)數(shù)十萬(wàn)年才能形成。在大自然的鬼斧神工下，在深深的地底，一個(gè)又一個(gè)晶瑩剔透的美麗世界悄然形成，直到被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)。如果說(shuō)晶體的生長(zhǎng)就像蓋房子，那么它們的組成物質(zhì)就是房子的磚塊，自然凝結(jié)的、不受外界干擾而形成的晶體擁有整齊規(guī)則的幾何外形，呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的自我規(guī)范性，這緣于晶體內(nèi)部粒子嚴(yán)格的排列方式。
由于內(nèi)部的排列十分規(guī)律，晶體結(jié)構(gòu)更趨于穩(wěn)定，使分子間的相互作用達(dá)到平衡。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，就必然能找到一個(gè)同樣的原子，這種嚴(yán)格的內(nèi)部排列，使得晶體呈現(xiàn)出一種充滿(mǎn)魅力的幾何外形。
蔗糖結(jié)晶：一種復(fù)雜的十面體結(jié)構(gòu)；
單晶硅的立體晶格結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心材料，所有電子產(chǎn)品的芯片都離不開(kāi)它；
祖母綠：作為世界四大名貴寶石之一，它的結(jié)晶體外形是六方柱結(jié)構(gòu)的；
金剛石：也就是鉆石，碳的結(jié)晶體，自然形成的金剛石具有規(guī)則的正八面體幾何外形；
食鹽是氯化鈉的結(jié)晶，人類(lèi)生存的必需物質(zhì)之一，烹飪中最常用的調(diào)味料，作為一種典型的晶體，它在自然狀態(tài)下呈現(xiàn)出幾乎一致的規(guī)則立方體。
規(guī)則、整齊、漂亮的微觀結(jié)構(gòu)是晶體的顯著特性，玻璃與水晶同樣由二氧化硅組成，但玻璃在結(jié)構(gòu)上并沒(méi)有呈現(xiàn)晶體的規(guī)則排列，內(nèi)部原子是雜亂無(wú)章的，所以，玻璃雖然也能做的很漂亮，但它并不是晶體大家族中的一員，類(lèi)似的非晶體物質(zhì)還有珍珠、瀝青、橡膠、塑料等等。
天然的特點(diǎn)
天然的晶體結(jié)構(gòu)都有著維持穩(wěn)定的執(zhí)著，這讓它們?cè)谧匀唤缰凶繝柌蝗?。與一般物質(zhì)遇熱后逐漸軟化的過(guò)程不同，晶體在受到高溫影響時(shí)，自身結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣不會(huì)被立刻破壞，當(dāng)溫度上升到晶體的熔點(diǎn)，它徹底忍受不住這樣的溫度時(shí)，會(huì)直接轉(zhuǎn)化為液態(tài)。所以，熔點(diǎn)也是判斷晶體與非晶體最重要的區(qū)別之一。
我們最常接觸到的晶體熔點(diǎn)變化便是冰與水，冰的熔點(diǎn)是零攝氏度，零攝氏度以上是水，零攝氏度以下就要開(kāi)始結(jié)冰。這個(gè)小朋友們都知道的常識(shí)背后，體現(xiàn)著冰花與雪花在自然界作為晶體大家庭一員的身份。
蠟燭“流淚”的場(chǎng)景想必大家都見(jiàn)過(guò)，蠟燭熔化是隨著溫度升高而逐漸變軟的，過(guò)程中并沒(méi)有特定的熔點(diǎn)溫度，，這就是蠟燭非晶體的特征。我們身邊的物質(zhì)，比如塑料、橡膠、瀝青，大家可以觀察一下，它們都屬于遇熱后逐漸熔化而沒(méi)有固定熔點(diǎn)的非晶體。
目前已知熔點(diǎn)最高的物質(zhì)是鉿合金，熔點(diǎn)高達(dá)4215攝氏度，大家熟悉的鉆石需要3550攝氏度的高溫才能使它融化，金子熔點(diǎn)是1064攝氏度，而固態(tài)酒精的熔點(diǎn)是負(fù)117攝氏度，也就是說(shuō)負(fù)117攝氏度以下的低溫才能讓酒精結(jié)冰。
美麗的期待
人類(lèi)對(duì)晶體的利用可以追溯到4000年前的夏朝，那時(shí)的中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始煮海為鹽了，而煉丹術(shù)則可以追溯到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，雖然古代的方士們從未實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)生不老的愿望，但升煉銀朱卻成為人類(lèi)最早從氣相中生長(zhǎng)晶體的過(guò)程。我國(guó)明代宋應(yīng)星所撰的《天工開(kāi)物》及李時(shí)珍的《本草綱目》中都有相關(guān)的記載。
中科院上海光機(jī)所強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的晶體生長(zhǎng)平臺(tái)，科研人員正在觀察晶體的生長(zhǎng)情況。
人工晶體與自然條件下的晶體相比，它的生長(zhǎng)是可控的，且純度相對(duì)來(lái)說(shuō)更高。自然條件下的晶體是在高溫高壓、在極端條件下形成的，比如地震、火山噴發(fā)。但是人工晶體只需要高純材料經(jīng)過(guò)一個(gè)繁忙的混合燒結(jié)，然后在一個(gè)充滿(mǎn)保護(hù)性氣體的條件下融化，再進(jìn)行生長(zhǎng)。這種條件是可控的，生長(zhǎng)周期更快。
人工晶體是我們對(duì)自然規(guī)律解讀后的再創(chuàng)造，要知道，自然界的晶體有的需要經(jīng)歷上百萬(wàn)年才能成形。雖然在人工調(diào)制的環(huán)境中其生長(zhǎng)周期被極大的縮短，但這仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，仍然需要科研人員艱辛的付出和長(zhǎng)久的期待。與古代追求長(zhǎng)生的方士不同，揭開(kāi)大自然瑰寶的秘密，讓晶體更好地服務(wù)于人類(lèi)，是每一個(gè)人工晶體工作者共同的愿望。
快樂(lè)的晶體
晶體是快樂(lè)的，不僅科研工作者對(duì)它關(guān)心備至，我們與它也始終是朋友。從投影儀、數(shù)碼相機(jī)、醫(yī)療設(shè)備再到飛機(jī)上的導(dǎo)航雷達(dá)、秘的激光武器，晶體正在扮演著越來(lái)越重要的角色。
單晶硅是高純度硅元素結(jié)晶體，是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，是絕大部分電子設(shè)備中必不可少的芯片原材料。無(wú)論手機(jī)、電腦、無(wú)人駕駛、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)，皆是如此，可以說(shuō)晶體技術(shù)的發(fā)展影響著電子設(shè)備的發(fā)展，影響著我們的數(shù)字生活。
晶體在醫(yī)療中有著廣泛的應(yīng)用，能夠通過(guò)其對(duì)高能射線(xiàn)的探測(cè)反應(yīng)，從而顯示人體各臟器的具體情況。通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層顯像的方法顯示人體的主要器官的生理代謝功能，同時(shí)應(yīng)用CT技術(shù)為這些核素分布情況進(jìn)行精確定位；PET-CT（正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像）的出現(xiàn)是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一次革命，受到了醫(yī)學(xué)界的公認(rèn)和廣泛關(guān)注，堪稱(chēng)“現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高科技之冠”。
在晶體的應(yīng)用中，有一項(xiàng)前沿領(lǐng)域正讓我們的生活發(fā)生著巨大的變化，那就是各類(lèi)激光晶體?，F(xiàn)代社會(huì)，激光對(duì)科研、工業(yè)、醫(yī)療、通信、軍事等方面都有著巨大的影響，而激光晶體正是激光產(chǎn)生的重要工作物質(zhì)。
除了科研中的各類(lèi)激光器，激光在我們現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用極為廣泛，比如工業(yè)設(shè)備中的導(dǎo)光、加工、控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在汽車(chē)車(chē)身、鋰電池、心臟起搏器等各種不允許焊接污染和變形器件的激光焊接應(yīng)用。還有計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、航天工業(yè)中使用的激光切割與打孔技術(shù)，以及臨床醫(yī)學(xué)上重要的激光診斷與各類(lèi)激光醫(yī)療應(yīng)用，比如激光治療心血管疾病、準(zhǔn)分子激光角膜成形術(shù)、激光美容術(shù)、激光關(guān)節(jié)鏡手術(shù)、激光碎石術(shù)等等幾十種醫(yī)療應(yīng)用。
晶體一直在為人類(lèi)更好的生活而服務(wù)！
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