晶体缺陷研究的意义

5.4.6　晶体缺陷研究的意义

晶体中的缺陷存在，明显地影响着晶体的各种物理、化学性质。研究晶体缺陷类型，形成的物理、化学环境，研究较完整晶体与存在较多的晶体之间物理、化学性质的差异，对矿物科学、材料科学、冶金科学等都有重要意义。

1．矿物晶体缺陷的研究意义

矿物学一向研究比较理想晶体的结构特点，并讨论它的晶体化学，对缺陷中的特殊情况如双晶、多型、类质同像(替位式固熔体)等也进行研究，但对常见的一般缺陷研究很不够。矿物晶体缺陷研究，对晶体结构、晶体化学理论的发展将有重大意义。

晶体缺陷在矿物中是普遍存在的，深入研究这些缺陷形成的物理化学环境，对比不同成因条件的矿物晶体的物理、化学性质，将使成因矿物研究更加深入一步。

研究构造应力与矿物缺陷的内在联系，将改变过去单一研究几种应力矿物的被动局面。在构造应力作用下，几乎所有矿物都会产生不同程度、一定方向的应变，这种应变结果反映到晶体内部就是缺陷。可见研究矿物晶体的缺陷，有利于深入研究构造应力场。

2．材料晶体缺陷的研究意义

科学家将计算的理想金属晶体强度与同种类型晶体的实测强度对比，发现计算强度值是实测强度值的1 000倍以上。研究结果证明，晶体内存在着大量位错、层错等缺陷，这些缺陷不仅影响材料的强度，还严重影响材料的其他性质，而改善晶体强度和其他性质是非常有意义的。

光纤材料是光纤通信发展的基础，光纤传送的信息量比直径相同的金属导线传送的信息量多10亿倍。理论上的估计表明，一对细如发丝的纤维，可以传送100万路的电话。从铜线到光纤是一个划时代的转变。英籍华裔科学家高锟在1964年就预见:在未来的电话网络里，完全可以用光来代替电流;用玻璃纤维代替金属导线，新一代通信技术将是崭新的光纤通信。但当时玻璃纤维透明度极低，每公里玻璃纤维损耗竟达1 000分贝，即从它的一端输入光信号，传到另一端时信号强度只有原来的1/100 100。

材料对光的损耗究竟是怎么引起的?怎样才能消去它呢?高锟指出:杂质如铁、铜、镍、铬和钴混入，玻璃纤维中的结构上的缺陷等是材料对光损耗的主要原因。用纯净的石英基玻璃纤维进行长距离信息传输，带来了通信事业的革命。

1970年，美国罗伯特、莫勒采用气相沉淀技术提高了石英基玻璃的纯度，单模光纤损耗下降到每公里20分贝。80年代光纤损耗下降到每公里0.5分贝。目前世界上用半导体激光器作光源，用石英基玻璃光纤作光缆，建成了横跨大西洋、长达6 630km的光通信干线。

半导体材料中的缺陷对材料性能有明显影响，从电子探针X射线能量色谱仪中锂漂移硅探测器应用技术可以清楚理解到这一点。在半导体材料中，目前硅被公认是最优越的材料。将人工合成的单晶硅应用于X射线检测，效果并不理想，由于锂漂移硅Si(Li)探测器的探测效率高、能量分辨好(149eV)，用在X射线能量色谱仪上取得了满意的效果。为什么锂漂移硅探测器比单晶硅探测器的X射线能量分辨率高、探测率好呢?研究证明，任何“理想”的单晶硅片中，仍然会存在着一些缺陷，而这些缺陷对于X射线检测是有害的。当X射线到达探测器表面，它就会产生许多光电子，光电子将电子驱向导带，如果给探测器加上一定电压，就会得到电流信号。假如在电子运动的路程中，存在着空位或杂质原子等缺陷，该处电场会发生畸变，形成一种电子陷阱，电子就会丢失。为了避免这种情况发生，通过扩散金属锂的方法将探测器中单晶硅片上所有缺陷填满，消除电子陷阱。因此，锂漂移硅探测器的X射线能量分辨率、探测效率大为提高。目前已将新型锂漂移硅作为探测器的X射线能增仪广泛应用于扫描电子显微镜、电子探针仪、透射电子显微镜等分析测试仪器中。