空间晶体生长研究进展
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2012-2-17 10:49
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飞行器, 空间站, 品质, 天宫一号, 神舟八号
地球上不同纬度和不同高度的重力加速度是有起伏的,其平均值是g0=9.80m/s2。微重力环境的严格定义是g=10-6g0处的空间环境。获得微重力环境的实验装置和航天器:落管、落塔、气球、抛物线飞机和探空火箭等,可得到数秒到数十分量级的微重力环境;使用人造卫星、飞船和特殊的太空飞行器,可获得数天到数十天的微重力环境;使用空间站可实现数年到十几年的微重力环境。2011年9月29日,中国成功发射“天宫一号”实验平台,它是一座试验性空间站。2011年11月3日,成功实现了“天宫一号”与“神舟八号”飞船的对接,这表明中国已具备实现微重力环境的所有手段。本期封面图片上部为“天宫一号”与“神舟八号”飞船的对接过程模拟图。
随着信息技术和生物技术的发展,人们对于结构完整、性能完美的高品质光电子晶体和蛋白质晶体的需求愈加迫切。地面重力条件下存在自然对流,它显著地影响热量和溶质的输运过程以及晶体/溶液界面边界层特性,进而影响晶体的品质和性能。空间微重力环境提供了纯扩散晶体生长的理想条件,在此条件下有可能生长出高性能的单晶体。
空间晶体生长的研究目标是,探索空间环境中晶体生长的原理、方法和规律;寻求改善晶体特性的途径;发现新晶体品种;开拓晶体的应用前景。由于晶体生长的实验周期很长,对于熔体生长体系,一般采用提拉法、坩埚移动法等技术,实验周期需数天或数周;而对于溶液生长体系,一般采用水热法或溶液法等技术,实验周期需数周或数月。在太空中探求晶体生长的实验和理论问题,需要长时间微重力环境。在过去30多年的微重力实验中,科学家们都是搭载卫星、飞船和空间站等航天器,开展空间晶体生长研究。
中国的空间晶体生长研究开始于20世纪80年代中期。中国科学院半导体研究所与原航天部510研究所合作,于1987年首先搭载我国返回式卫星,进行了GaAs半导体单晶体的生长实验。此后,随着中国返回式卫星的多次发射,又多次开展了空间晶体的生长实验。中国科学院物理研究所开展了非线性光学晶体α-LiIO3的空间生长,中国科学院生物物理研究所开展了蛋白质晶体研究,原航天部的相关研究所在空间生长了HgCdTe半导体。中国科学工作者将试验材料搭载在“神舟三号”和“神舟八号”飞船上,生长了掺铈硅酸铋晶体(Ce:Bi12SiO20,Ce:BSO)、蛋白质晶体以及自组装胶体晶体。本期封面图片下部从左到右分别是半导体Mn:GaSb 在空间生长(左上)和地面生长(左下)的晶体,空间生长(中)和地面生长(右)的刀豆氨酸蛋白质晶体。
《科技导报》2012年第2期45—57页刊登了陈万春、宋友庭的论文“空间微重力环境中的晶体生长研究进展”。封面图片由陈万春提供,金功博设计。
(责任编辑 岳臣)
https://blog.sciencenet.cn/blog-336909-538324.html
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