VẬT LIỆU TINH THỂ CÓ CÔNG HIỆU GÌ?
Tinh thể là vật chất thể rắn được hình thành do các nguyên tử hay phân tử sắp xếp lặp lại trong không gian theo một quy luật chu kỳ nhất định: Tinh thể có không ít các tính chất thú vị, ví dụ bôi lên mặt tấm đá vân mẫu một lớp sáp nến, sau đó cho một chiếc kim cực nóng vào giữa tấm đá vân mẫu, làm cho sáp nến xung quanh bị nóng chảy. Lúc này, bạn sẽ phát hiện thấy sáp bị nóng chảy lại không có hình tròn, mà là hình bầu dục, điều này nói lên rằng tốc độ truyền tải nhiệt ra xung quanh của đá vân mẫu không giống nhau. Người ta gọi tính chất loại này của tinh thể là tính lạ. Tinh thể còn có tính đối xứng, do vậy tinh thể có ngoại hình đa dạng. Tính đối xứng của tinh thể cũng sinh ra các loại hiệu ứng, ví dụ như tinh thể đối xứng không cân dễ sinh ra hiệu ứng điện áp, loại tinh thể này có thể biến áp lực thành điện, cũng có thể chuyển điện thành áp lực.
Do kết cấu và phương thức sắp xếp của tinh thể có rất nhiều loại, do vậy làm nguyên liệu ứng dụng, cho dù tổ hợp hóa học hoàn toàn tương đồng, thì tính chất vẫn có sự khác biệt rất lớn. Ví dụ, thành phần hóa học của khoáng sản nhôm là nhôm oxit. Nếu như lấy một ít nhôm khoáng sản dạng bột luyện thành đơn tinh thể, nó liền ''chuyển mình biến dạng'', trở thành đá trắng hoặc đá hồng vô cùng giá trị, có thể làm nguyên liệu laze, đương nhiên thành phần hóa học của nó vẫn là nhôm oxyt. Nếu như dùng công nghệ khác chế nhôm oxit thành đa tinh thể chất bột nhỏ, nó lại có thể làm nguyên liệu cơ bản cung cấp nhiệt cho đường điện tập trung. Ngoài ra, nhôm oxyt còn là nguyên liệu để làm công vụ cắt gọt những vật cứng, nếu như lấy nhôm oxit tạo thành đa tinh thể nhiều lỗ, nó vừa có thể làm chất truyền tải xúc tác hoặc vật liệu mẫn cảm; nhưng loại nhôm oxyt đa tinh thể ở dạng sợi, do có tính chất cứng cao, nên được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt rất tốt.
Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, ứng dụng và sự phát triển của nguyên liệu đa tinh thể cũng ngày càng rộng rãi. Ví dụ gormani sunfuric bitmut dạng tinh thể là loại tinh thể trong suốt không màu, dưới sự chiếu xạ của tia X quang có tính phát sáng rất mạnh, do vậy đã nhanh chóng được chế thành một loại nguyên liệu tinh thể thế hệ mới ưu việt có tính lấp nháy, dùng để thăm dò tia X, tia Y, các hạt điện và hạt mang điện, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực vật lý năng lượng cao, vật lý hạt nhân, y học hạt nhân, công nghiệp hạt nhân và thăm dò dầu mỏ. Nhà hóa học vật lý nổi tiếng gốc Hoa, giáo sư Đinh Khải Trung người đã đạt giải Nobel trong quá trình thí nghiệm vụ nổ vũ trụ với quy mô lớn, đã sử dụng 11 tấn germani sunfuric bitmut tinh thể.
''Tinh thể lý tưởng'' là chỉ loại tinh thể có các nguyên tử và phân tử được hoàn toàn dựa vào sự lặp lại có tính chu kỳ và được sắp xếp chặt chẽ không hề sai sót, nhưng trên thực tế, một số khiếm khuyết của nguyên tử kép, vị trí sai, chỗ trống được sắp xếp xuất hiện trong tinh thể, người ta gọi loại hiện tượng này là ''tinh thể khiếm khuyết''. Sự khiếm khuyết của tinh thể sẽ làm cho tính năng của vật liệu tinh thể có sự thay đổi rất lớn. Ví dụ như trong tinh thể germgni sunfuric bitmut được nói tới ở trên nếu như trộn vào vài trăm nghìn nguyên tử tạp chất sẽ xuất hiện các ảnh hưởng phụ rất lớn trong tính năng của vật liệu tinh thể lấp lánh, do vậy cần hết sức cố gắng khắc phục khiếm khuyết của tinh thể để thu được nguyên liệu có chất lượng cao. Tuy nhiên, một số vật liệu tinh thể lại đòi hỏi chúng ta chế tạo ra khiếm khuyết tinh thể có khoa học và mục đích làm cho tính chất của tinh thể có tính biến đổi định hướng, từ đó làm xuất hiện ra ngày càng nhiều nguyên liệu có tính năng khác nhau, đáp ứng nhu cầu của con người. Ví dụ, nguyên liệu chủ yếu của bọt huỳnh quang màu xanh là tinh thể kẽm lưu huỳnh hóa, vốn dĩ của nó là màu trắng, nếu như cho khoảng 0,0001% bạc clo hóa vào trong tinh thể kẽm lưu huỳnh hóa, có thể tạo thành khiếm khuyết tinh thể. Kết quả trộn lẫn làm cho kẽm lưu huỳnh hóa có thể phóng ra huỳnh quang có sóng dài 450 mồm dưới sự kích thích đường xạ âm cực, từ đó làm cho nó trở thành loại vật liệu huỳnh quang màu xanh trong ống huỳnh quang ti vi màu. Ví dụ tiếp là silic đơn tinh thể, germani đơn tinh thể vốn là nguyên liệu bán dẫn rất tốt, nếu thêm vào một chút nguyên tố gallium hay asen, sẽ thu được các loại vật liệu thể bán dẫn hỗn tạp với các tính chất khác nhau, tính chất của nó có thể chịu được các loại tạp chất và sự khống chế số lượng, do vậy phạm vi ứng dụng cũng rộng hơn.
Do vậy có thể thấy, cái gọi là vật liệu tinh thể chính là một số đặc tính mà con người lợi dụng nó, ví dụ như độ cứng cao, tính bình quân, tính khác hướng và tính đối xứng của tinh thể, từ đó tạo ra các loại vật liệu có chức năng tương ứng như có ánh sáng, điện, nhiệt, từ.
Những loại nguyên liệu công năng này hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ cao mới như điện tử, laze, thông tin, nguồn năng lượng và sinh vật, và không ngừng mang tới cho cuộc sống con người những tín hiệu hạnh phúc.
