上个世纪80年代，美国人研发了KTP晶体。这是一种新型高效非线性光学材料,具有优异的性能,可广泛应用于民用、军工等领域。美国政府把KTP晶体作为高度保密的高科技产品，严格限制对非盟国出口。这种非常昂贵的“战略物资”，即使摔碎了,也要把碎片搜集起来上交。时价折合一万多元人民币一克，人家还不卖给我们，因为我们是被“禁运”国家。

　　以蒋民华院士为代表的山东大学晶体材料研究所科研团队，“长”出为中国人争气的KTP晶体，打破了技术垄断，并出口美国、日本等。

　　此后，一系列“中国晶”蓬勃生长，其中之一的KBBF族晶体，为中国独有。国外搞了多年，就是“长”不成。这回是他们想出高价购买，对不起，此乃“非卖品”也! 2009年2月，国际著名的“Nature”杂志以“China’s crystal cache”为题，采访了KBBF的主要发明者，中科院理化所陈创天院士。文中提到西方发达国家许多单位和个人想使用该晶体却买不到的困境。

　　10月17日，记者来到济南，采访了山东大学晶体材料研究所所长、晶体材料国家重点实验室主任陶绪堂教授。

　　■ 万元难买一克晶

　　刚刚送走参加“山东大学百年校庆”的嘉宾，陶绪堂教授就马不停蹄地接受了记者的采访。他说，如果我的恩师蒋民华院士能够接受您的采访就好了。非常沉痛的是，5月6日，蒋老师永远离开了我们……他为中国晶体材料事业做出的杰出贡献，将永留史册。1956年，蒋老师从山东大学毕业以后，到厦门大学卢嘉锡院士那里进修学习一段时间，回来就做大晶体。我们所的历史与中国大晶体研究是同步的。几十年来，几代人坚持不懈地做下来。上个世纪60年代，我国潜艇上的一些声呐探测器件，用的就是我们的酒石酸钾钠晶体。1964年，山东大学获得的第一个国家级奖项就是磷酸二氢铵大晶体。

　　我们的谈话，自然说到曾经被“卡脖子”的过去。

　　KTP晶体，是美国杜邦公司首先做出来的。它是一种新型高效非线性光学材料，具有非常优异的性能，能够广泛应用于激光医疗、激光加工、通讯、光盘等领域。美国政府把KTP晶体作为高度保密的高技术产品，是“战略物资”，进行非常严格的管理，即使摔碎了,也要把碎片搜集起来上交。严格限制对非盟国出口，对社会主义国家实行技术禁运。

　　那个时候，这个晶体价钱非常贵。上个世纪80年代，一克要一万多元人民币，比金子贵好多倍! 做一个器件，最少也要几十克。而且，这么贵你也买不到。人家就是要卡我们的脖子。

　　材料科学太重要了。老一辈科学家讲，一代材料、一代器件、一代产品。材料是基础。基础不行，别的就很难搞。蒋老师一直强调，搞材料，一是要问有没有什么功能；二是有什么用途。就是要有责任感、有志气，为国家需要服务、为民族自强争光。

　　美国人的方法是用高温高压来生长KTP晶体。蒋先生说我们不能按他们的方法来做。那样做出来了，也算人家的技术。我们就采用一种新的方法来生长这个晶体。我们用“助熔剂”的方法来长。1984年下半年，我们用自己的技术生长出了KTP晶体。

　　原来，他们只能长出指甲盖大小，晶体只是部分透明。我们长出的晶体有几百克重!整个全是透明的。

　　1986年，蒋老师把KTP晶体带到广交会上，开了中国高技术产品向西方工业国家出口的先河。以前，是美国人“卡”我们，打破了他们的技术垄断之后，反过来，是我们的晶体出口到美国、日本等国家。

　　还有一个有趣的故事，1987年，美国卖给我国一台激光器，附加条件是其中的KTP技术不能卖给中国。当时正在美国的中国科学院晶体专家陈创天笑着对美国人说，现在我们长出的KTP比你们的好多了!美国人只好笑着说，这是美国国务院的官僚主义!

■ 扬眉吐气“中国晶”

　　2004年，美国一家激光专业杂志载文说，第四代光存储技术的实现要等中国的晶体。 这个预言并非空穴来风，而是基于一个现实——在人工晶体研究方面，中国走在世界前列。

　　继KTP晶体打破西方垄断之后，一个又一个具有自主知识产权的“中国晶”在中国蓬勃生长，比如BBO晶体、LBO晶体、KBBF族晶体等。其中，KBBF族非线性光学晶体是到目前为止中国独有的。

　　陶教授介绍说，这个让中国人扬眉吐气的“中国晶”，是我国科研合作的一个典范，是国内几家科研单位通力合作的结果。

　　KBBF晶体是我们中国人发现的。1990年，中国科学院陈创天院士课题组，依据他们独创的理论,发现了KBBF。这是个非常好的晶体，是唯一可以用于200纳米以下真空紫外的晶体。但是，KBBF具有类似云母的层状特性,成核很难,长大就更难。不能下种子，只能自发成核生长。下种子它就生长不出来，这是很特殊的晶体。这个晶体一直长不厚。为什么国外到目前还长不出来？就是这个道理。

　　原来，陈老师他们的KBBF也只能长到0.8毫米厚，无法评价其性能。由于我们重点实验室在助熔剂生长KTP等晶体方面积累了丰富的经验，陈老师就找到蒋老师，商量合作开展KBBF晶体攻关。结果，我们只用一年多的时间，就让它长到了2.8个毫米。有了这个2.8毫米的厚度，中科院物理所许祖彦院士课题组就可以测试晶体的性能了。测试结果又反馈到生长研究组，反复改进工艺后，得到了比较理想的晶体。这一协作链条中，缺一不可。

　　大家非常高兴，通过我们三家科研单位的通力合作，使这个东西成为又一个“中国晶”。而且，是我们中国独有的!

　　以前，我们的“中国牌”晶体搞出来，外国人也很快跟着做出来。到目前，这个KBBF晶体他们还没做出来。包括美国、日本、欧洲的许多研究人员都想买这个晶体，因为有了这个晶体，就可以做很多独一无二的东西。近年，国家拨出专款，在中科院的多个研究所，用这个晶体产生的深紫外光源，建设了8台套独步世界的先进设备，包括深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等独有的科研利器，居深紫外领域国际领先地位。

　　我们对KBBF晶体的贡献，是通过我们的晶体生长技术，让KBBF晶体从0.8毫米，长到了2.8毫米的厚度。作为光学晶体，达到一定厚度才能加工。我们蒋老师说过：“晶体长大方成材。”就是说，块状晶体必须要长到一定尺寸才能派上用场。

　　国际上对KBBF很看好，认为它是第四代光存储优选材料，可能成为新一代光刻系统中准直部分的优选光源。

　　KBBF族非线性光学晶体是我们中国整个晶体界的一个骄傲。应该也是我们民族的骄傲!这是那些老先生毕生努力的结果，也是我国科研合作的一个典范。不同单位、不同的研究方向，为了一个目标，大家通力合作。我们现在还在合作。这正是我们独特的优势。

　　上世纪８０年代，美国国家基金会、能源部等曾联合召开非线性光学晶体研讨会，主题是“为什么十多年来优秀的非线性光学晶体都是中国人和欧洲人发明的”。他们得出结论，一是中国人在此领域有长达数十年的坚持，另一个原因就是团结协作。#p#分页标题#e#

■ 神奇晶体“长”出来

　　陶教授在介绍“中国晶”的时候，经常用“长”这个词。为什么叫长晶体呢？

　　他解释说，我们做晶体，首先要下“种子”。开个玩笑，就像生小孩儿一样，要有个种子。还可以说个形象的比喻，类似于长珍珠，珍珠要在贝里下个东西，才能长出来。我们也要下种子，从一小点点儿，慢慢地让它生长，越来越大，就是一个长晶体的过程。

　　晶体对于我们，就像有生命似的。长出一个大的晶体，时间是很长的。我们的大晶体，要生长一年半左右。俗话说，十月怀胎一朝分娩。我们的晶体要长18个月!比母亲孕育一个婴儿的时间还长。我们长出的最大晶体有800公斤重。

　　天然晶体是在特殊地质条件下慢慢长大的。包括天然的金刚石、水晶及各种宝石。物以稀为贵，天然的东西总归少啊。如果工业运用是不行的，要靠人工的方法生长。金刚石是非常好的晶体，非常贵，用克拉来计算……工业上的金刚石，都是用人工方法生长的。比如石油钻井的钻头，都用金刚石，因为它是最硬的材料。

　　晶体的生长，下了种子，还要给它创造一个人为的生长环境。生长环境非常重要。晶体生长，一个靠科学，一个靠技术。就像人才的成长，需要合适的环境。如果没有好环境，肯定长不出好的晶体。

　　晶体生长是一门综合交叉学科，涉及物理、化学、材料、机械、自动控制等众多学科。生长晶体有不同的方法，有的是从水溶液里面长，有的是从高温的熔体里面长等。

　　我们用助熔剂生长KTP晶体，这个方法开创了用高温溶液产业化生长晶体的先河。

　　晶体的生长环境是在晶体生长炉里面实现的。以前，我们的晶体生长炉是半自动化的，需要人工控制，24小时盯着，十分辛苦。最近几年，我们在自主研制先进晶体生长设备方面也取得了重要进展。研发了具有自主知识产权的晶体生长炉。这种炉子非常好用，它的炉膛内径达1米，具有红外实时测温、真空与非真空(流动气氛)有效切换、高精度晶体提拉控制等特点。用自主研制的设备，我们长出了在国际上尺寸领先的激光晶体。炉子的软件也是我们自己设计的。国外的炉子自动化程度很高，就像傻瓜相机一样，种子放进去，就开始长晶体了，中间不能干涉它，不管长得好坏，它就这样了。我们的炉子的特点是自动和手动相结合，需要自动就自动，需要手动就手动。可以加上人的意志，我可以控制它的生长。这里有我们创新的技术。

　　■ 前景绚丽妙无穷

　　我说，作为普通读者，在为“中国晶”而自豪的同时，还想了解晶体的应用推广给我们的生活带来哪些影响？以及未来的世界将可能发生哪些变化？

　　陶教授说，这方面的事例太多了。材料是基础。一旦一代新材料成功，一代新的器件就产生了，甚至引起产业革命。比如，单晶硅是现代工业的基础，几乎全部集成电路都是在单晶硅上完成的。以前的计算机，体积非常大，运算速度却很慢。现在，“笔记本”夹着就走。现在一个小小的U盘，顶过去多少张A盘？电视也一样，以前29口寸的电视你抱不动，现在46口寸液晶的，一提就走了，还能挂在墙上。将来，基于深紫外激光的微细加工技术、基于晶体或光纤的高功率激光、基于蓝宝石的LED、基于闪烁晶体的医疗器械和辐射探测设备、基于晶型控制的药物设计和蛋白质结晶以及基于人工设计的准晶和纳米晶体的不断涌现，将影响我们生活的方方面面。

　　核电站会更安全

　　日本大地震导致核泄漏，让世人惊恐。还有前苏联切尔诺贝利核电站事故，像弄了颗原子弹，危害非常大。一旦出了问题，就不可控制。

　　我们国家的“神光”工程，其中的一项，就是用很强的激光来控制核聚变。用多束极强的激光集中到一点，射击靶材料，温度可超过一亿度。它会产生非常巨大的能量。这个问题解决以后，可以为人类提供源源不断的洁净能源。只要一点点核原料，就能满足我们的需求。一旦获得成功，能源就不成问题了。因为海水里的氘非常多，只要一点点，产生的能量就非常巨大，而且很安全。

　　现在核电站用的是核裂变的方法，核裂变的过程会产生辐射，它的危险就在这里。日本大地震后的核危机，问题就在核辐射。如果这个技术解决了，人类就不会为核电站的安全担忧了。因为它的原理是相反的，那个是裂变，这个是复合到一起的核聚变。核聚变不会产生辐射。

　　为什么要用我们的晶体呢？因为，现在常用的激光波长在红外区，用它时靶材不吸收，必须用短波长的光。通过我们的晶体材料变频，把它变成短波长激光，才能被靶材吸收。就像我们在海滩或露天，有太阳的紫外线照射，如果我们的皮肤不吸收光，身体就不会发热。它吸收了，才会感到热。简单地说，我们的晶体就是把眼睛看不见的红外光，变成看得见的光及紫外光。还有，我们不能到大气中做核试验，但是，可以通过激光模拟核试验……这是一个大工程，我们只是为它提供关键的那个材料。

　航天航空显身手

　　“天宫一号”升天，成功实现交会对接，我们将会有中国人的空间站。太空的辐射非常强，航天器高速飞行时与大气摩擦产生非常大的热，因此，航天器用的一些材料需要抗辐射，耐高温等。氧化锆的熔点非常高，抗辐射，但氧化锆长纤维非常难做。山东大学晶体材料研究所及晶体材料国家重点实验室以“十年磨一剑”的精神，使氧化锆长纤维实现了产业化。

　　陶教授激动地说，你看看，这就是氧化锆长纤维，像棉花一样。我们以这些纤维为基础，加工了各种形状的氧化锆型材。它能抗辐射、耐高温，是航天航空不可或缺的材料。

　　还有，随着武器装备的更新换代，多功能复合的光电窗口及器件的需求越来越大。多光谱窗口和整流罩是这些技术的关键部件，它既要保证光电传感器的光学性能，以确保其成像质量，又要保护传感器及其光电装置不被外界环境损伤。蓝宝石晶体具有优良的机械、光学和热学性能，是各种窗口和整流罩的理想材料。

　　环境治理前景广

　　能源与环境治理是人类面临的两大难题。除了通过激光核聚变来解决能源之外，在解决环境污染问题上，晶体材料已经发挥了积极作用，其前景很广阔。

　　环境问题，包括水系的污染，污水的处理，还有垃圾等各种污染物的处理。新型光催化材料，在可见光照射下，可以让污染物降解。比如，有机的污染物，能被降解成小分子化合物，实现无毒化处理。

　　它还可以分解水，把水分解成氢气和氧气，这都是好东西啊。现在，我们的污水处理成本很高，推广困难。如果用光催化材料，初期成本可能会高一些，但实现工业化生产后，成本会大大降低。

　　山东有许多盐矿，伴生着很臭的硫化物，盐水出来以后太臭了。老百姓有意见，有的盐矿被迫停产。我们重点实验室把纳米晶体运用到盐矿污染治理，用光催化技术，解决了臭的问题，使停产的盐矿又充满了生机。#p#分页标题#e#

　　无所不在“中国晶”

　　晶体材料的应用可谓无处不在，就在我们的生活里。比如，它用在手机的滤波器上，不然，手机就有各种杂音。我们检测用的正电子发射断层扫描仪，关键部件就是闪烁晶体。我们随处可见的汽车的转向灯、尾灯、霓虹灯，一闪一闪的，用的都是发光二极管，大部分都要在蓝宝石晶体上制作。液晶显示屏本身是不发光的，它需要一个背景光源，需要白光LED，这项技术我们搞了20多年，使我国半导体发光器件终于有了“中国芯”。将来的激光电视，更离不开晶体。

　　天黒看不见东西，用红外可以看见，还有一些环境的监视、红外探测、红外摄像。比如，工业检测的时候，温度很高，不能用人去看，要用红外线探测，电路板有没有短路？可以用红外探测，其关键部件是红外晶体。

　　开关大家都知道，有机械开关、电开关。这类开关的速度很慢。如果用光开关，光的频率很高，开关速度非常快。在关的状态下，瞬间打开，就容易得到高功率密度的激光。

　　现在，世界上许多国家都在做激光武器。美国用激光武器打无人机，还作为反导武器，导弹在飞行过程中，就可以被打下来。因为光的速度非常快，导弹的飞行速度相对光来说是非常慢的，因此，激光可以摧毁导弹。激光武器需要很好的晶体材料。目前的激光武器，功率比较高的是气体激光，但气体激光的体积非常大，这个东西，用起来非常不便，所以需要固体激光武器，体积就可以小得多。就像液体燃料火箭和固态燃料火箭，液体的就大，不方便。

　　激光还可以用在防暴武器上，就是眩晕，这个光很亮，又避免把眼睛打瞎，瞬间让犯罪分子眩晕，瞬间致盲，失去攻击能力。这是新型的警用武器，用的就是“中国晶”。

　　非线性光学晶体的一个重要性能是改变激光的波长。物理学规律告诉我们，波长每缩短一倍,存储的密度就会增加4倍。随着集成电路器件密度增加，器件的线度越来越小，随之制作集成电路的光刻技术要求光的波长越来越短。利用非线性光学晶体的倍频效应是产生短波长的重要方法。国际上看好KBBF“中国晶”,认为它可能成为新一代光刻系统中准直部分的优选光源。

　　“中国晶”正在向世界展示它绚烂的光彩。