在線客服
企業(yè)微信
嘗試在水溶液中培養(yǎng)晶體
1958年“8·23”炮擊金門后，全國(guó)正在“大躍進(jìn)”的熱潮中，盧嘉錫思考物構(gòu)專業(yè)如何為“大躍進(jìn)”添磚加瓦。根據(jù)當(dāng)時(shí)條件，他想可以人工培養(yǎng)晶體，但國(guó)內(nèi)還沒(méi)有人進(jìn)行過(guò)這樣的工作。盧嘉錫查閱文獻(xiàn)后，拿了一本外文參考書，找到張乾二和張炳楷兩位青年教師。晶體培養(yǎng)有許多方式，可以水溶液培養(yǎng)，也可以用水熱法，還可以從熔體中提拉晶體……因?yàn)闆](méi)有直接經(jīng)驗(yàn)，他對(duì)兩位年輕教師說(shuō)，我們還是先易后難，先從水溶液中培養(yǎng)晶體。盧嘉錫讓他們帶兩個(gè)學(xué)生共4人，一起到漳州設(shè)立“晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室”，進(jìn)行培養(yǎng)晶體的研究。當(dāng)時(shí)條件簡(jiǎn)陋，實(shí)驗(yàn)室設(shè)在小學(xué)，住在天主教堂，吃在專署食堂。
怎么培養(yǎng)晶體？張乾二與張炳楷先好好讀了一遍晶體生長(zhǎng)的專著。晶體生長(zhǎng)，外人看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際卻很復(fù)雜。它涉及熱力學(xué)中的相平衡和相變，要了解晶體生長(zhǎng)的成核過(guò)程，還要考慮溶質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程、晶體界面的穩(wěn)定等。要培養(yǎng)什么晶體呢？他們先查看了水溶性晶體的溶解度曲線圖。不同物質(zhì)在水中的溶解度有明顯差別，大的如酒石酸鉀鈉，小的如硫酸鋰，大多數(shù)晶體溶解度隨溫度升高而增大。張炳楷看到酒石酸鉀鈉隨著溫度變化很大，心想這樣可能比較容易結(jié)晶，就選擇了它。當(dāng)時(shí)完全是白手起家，先用廣口瓶做容器。加熱水溶液要用的電爐，也沒(méi)有現(xiàn)成的，只好采購(gòu)一堆電阻絲，自己動(dòng)手繞電阻絲，加工成電爐。培養(yǎng)晶體需要24小時(shí)連續(xù)恒溫條件，當(dāng)時(shí)不但沒(méi)有恒溫爐，而且供電條件很差，經(jīng)常斷電。張乾二把人員分成兩班，輪流值班。先配制過(guò)飽和的酒石酸鉀鈉溶液，找一顆比較好的晶種，固定在旋轉(zhuǎn)棒上，讓晶種緩慢旋轉(zhuǎn)，隨著晶體的生長(zhǎng)，還要不斷添加晶料，保持溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)。但是不知什么原因，晶體一直長(zhǎng)不起來(lái)，而恒溫槽底部有時(shí)會(huì)有晶體析出，他們只好再去查參考書。書中提到，過(guò)飽和溶液在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。過(guò)飽和溶液可分為“不穩(wěn)過(guò)飽和”和“亞穩(wěn)過(guò)飽和”，但哪里是亞穩(wěn)區(qū)并不明確。
張乾二提出，我們是不是換磷酸二氫銨試試，因?yàn)樗娜芙舛惹�比較平緩，可能比較容易摸索亞穩(wěn)區(qū)。于是一切從頭開始，過(guò)了幾天，晶種開始慢慢長(zhǎng)大，大家感到十分興奮，這更加強(qiáng)了做下去的信心。大家輪班培養(yǎng)晶體，記錄溫度、濃度等數(shù)據(jù)。十幾天后，晶體長(zhǎng)到三四厘米了，大家發(fā)現(xiàn)其晶面有缺陷，這說(shuō)明晶種一開始沒(méi)處理好。經(jīng)過(guò)重新處理，晶種長(zhǎng)了二十幾天后，單晶長(zhǎng)到了五六厘米長(zhǎng)�？粗К撎尥傅木w一天天長(zhǎng)大，大家的心里有說(shuō)不出的高興。培養(yǎng)了磷酸二氫銨（ADP）單晶后，再培養(yǎng)另一種磷酸二氫鉀（KDP）晶體。就這樣，張乾二、張炳楷帶領(lǐng)學(xué)生克服了一個(gè)個(gè)困難，在水溶液中培養(yǎng)晶體方面闖出了一條路。情況好轉(zhuǎn)后，“晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室”遷回廈門大學(xué)。在大禮堂邊化學(xué)樓設(shè)了一間晶體室，晶體組想要培養(yǎng)大一些的晶體，就做了一個(gè)較大的恒溫槽。張乾二在內(nèi)套的培養(yǎng)玻璃缸上面加了環(huán)形圈，可使晶種緩緩移動(dòng)，沿環(huán)做公轉(zhuǎn)，使溶液保持均勻性；另一方面晶種又繞著自己的晶軸進(jìn)行自轉(zhuǎn)。先培養(yǎng)更大的ADP和KDP晶體，在引入晶種后，為防止溶液中出現(xiàn)自發(fā)結(jié)晶，培養(yǎng)晶體的溶液還要進(jìn)行清潔處理，達(dá)到“光學(xué)純”（對(duì)光束無(wú)明顯散射現(xiàn)象）。籽晶經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的精心培養(yǎng)后，慢慢生長(zhǎng)到二十幾厘米長(zhǎng)。由于晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中不停地自轉(zhuǎn)，培養(yǎng)出來(lái)的晶面有棱有角、晶瑩剔透。
廈門大學(xué)在水溶液中培養(yǎng)出晶體的消息傳開后，山東大學(xué)派張克從、蔣民華趕來(lái)學(xué)習(xí)。他們與張乾二、張炳楷一起培養(yǎng)氯化鈉、氯化鉀晶體。雖然有了ADP和KDP晶體的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，但氯化鈉、氯化鉀須從熔體中培養(yǎng)。將食鹽晶體放在坩堝中加熱熔融，籽晶在熔體上部冷卻，邊旋轉(zhuǎn)邊緩緩向上提升。但氯化鈉晶體長(zhǎng)出來(lái)不透明，他們?cè)囍淖僷H值、在熔體中摻雜，經(jīng)過(guò)多次探索后才有透明的立方晶體出現(xiàn)。張克從、蔣民華老師回到山大后，建立了晶體室。不久后（1960年）張炳楷等隨盧嘉錫到中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，在那里也建了一個(gè)晶體室，積極進(jìn)行大口徑磷酸二氫鉀的晶體培養(yǎng)。后來(lái)物構(gòu)所又用熔鹽法培養(yǎng)出激光性能極好的偏硼酸鋇（BBO）。這兩個(gè)地方后來(lái)成為我國(guó)重要的晶體培養(yǎng)基地，不僅滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要，還大量出口到國(guó)外。
