“神舟二号”飞船上装载了一台可制备多种晶体材料的“百宝箱”——多工位空间晶体生长炉。进行空间材料科学研究,是“神舟二号”的使命之一。由于太空真空、失重的环境有利于高品质晶体材料的生长,有可能在空间获得高性能的晶体材料。
例如二元半导体锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料,与目前普遍应用的硅单晶相比,该晶体具有电子迁移率高、工作温度高、抗辐射能力强和噪声低等优良性能;三元半导体碲锌镉晶体是制造红外探测器不可缺少的材料,我们现在通过风云气象卫星可以获得准确的天气预报,还可进行矿产资源勘探、指导农牧业生产和自然灾害预防等等,这其中红外探测器功不可没;氧化物激光晶体硅酸铋是光信息存储功能材料,随着信息时代的到来,信息存储材料的重要作用已是有目共睹。
地面的晶体生长过程可以通过肉眼直接观察,那么,在空间微重力环境下的晶体生长过程又是什么样的呢?科学家还设计了一种特殊的安装在飞船上的空间晶体生长观察装置,利用摄像机全过程拍摄空间微重力条件下氧化物单晶的生长历程,通过对空间晶体熔化和结晶过程图像的分析,研究晶体生长动力学和重力对流消失后各种效应对晶体生长的影响。通过在空间对晶体材料生长机理和生长工艺的深入研究,可以指导地面晶体材料生产过程,改进工艺,提高晶体质量,推进材料科学及工程的发展,造福全人类。