1.3.4　纤维状晶体

纤维状晶体在这里指的是单晶光纤与晶须。它们是晶体生长的一种特殊形态。

（1）单晶光纤　在信息社会中，光纤通信占有极其重要地位。光纤属光子材料，光子与电子相比，光子作为信息载体不仅响应速率快，而且信息容量大。20世纪60年代激光的出现为光通信提供了一个亮度最高、方向性最好、颜色最纯的载波源，促进了光纤通信的迅速发展。光纤通信是从20世纪70年代开始发展起来的。为了远距离传输信息，要求光纤必须使用超纯原料和特殊精细的工艺来制备，未来光纤的应用将会深入到人类生活的各个领域，光纤的需求量必将与日俱增。新型的光子材料也必将有更大的发展和更多的创新。

光纤是直径为5～100μm的石英玻璃、塑料或晶体细丝。晶体光纤可分为单晶与多晶两类。单晶光纤是晶体生长的一种特殊形态，结晶质点（原子、分子或离子）在三维空间中仍作规则排列，具有一致的结晶取向，可以看作是一维晶体生长。由于单晶光纤具有特殊的功能，它在光纤通信系统和传感技术等领域有重要的应用。近十多年来，单晶光纤激光器、高温传感器、红外传能等单晶光纤的应用都有所发展。单晶光纤器件既能适应光纤通信又能实现光的放大或变频、混频等。单晶光纤应用到光学系统中，还能减小损耗，促进小型化，提高稳定性。单晶光纤除直接应用外，还能与石英玻璃光纤很好地耦合而制成许多极有应用价值的构件。生长单晶光纤周期短，用料少，有利于对新型晶体材料的探索工作。

生长单晶光纤有多种方法，诸如挤压法、滚压法、提拉法、下降法、熔区移动法和激光加热基座法（LHPG），其中LHPG法有不用坩埚而少污染等优点，采用LHPG法生长Al₂O₃：Ti单晶光纤的自动化设备如图1-7所示。

图1-7　单晶光纤生长装置示意图

（2）晶须　晶须是一种丝状单晶体，它是晶体一维度生长的表现形式，这种丝状晶体中杂质含量很低，晶格缺陷很少，因此具有优异的力学性能和物理化学性能。利用晶须这种优异性能与陶瓷、玻璃、聚合物等材料进行复合，不仅可提高基体材料的强度、改善其韧性，而且还可以改善其物理化学性能，增加其功能性，扩大其应用。

当前研究较多的晶须是碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）等。SiC是金属基、陶瓷基等复合材料的有效补强增韧材料之一，可广泛用于宇航、航空、热机、运动器等部件。SiC晶须的制备方法很多，目前广泛采用的固相原料法，采用不同的反应原料，加入适当催化剂，在保护气氛中进行反应可以得到不同特性的SiC晶须。Si₃N₄晶须是增强Al合金和Si₃N₄、Al₂O₃等结构陶瓷材料的理想增强组元。Si₃N₄晶须在复合材料领域中具有广泛的应用前景。目前Si₃N₄晶须的制备工艺尚不成熟，亟待进一步研究。晶须的光洁度、直晶率等是衡量晶须质量的重要指标。弯晶的存在不利于基体材料的性能改善。