自然界极为罕见的“青莲紫”宝石人工培育成功

科技日报记者 陈曦 通讯员 孙军

紫色蓝宝石在自然界极为罕见，高品质紫色系蓝宝石市场供给不足、价格昂贵。同时蓝宝石又是重要的光电功能晶体材料，被广泛应用在半导体照明、探测器、激光、医疗等领域。近日，南开大学物理科学学院光电晶体与器件实验室成功培育了“青莲紫”色蓝宝石，即三氧化二铝单晶。

“青莲紫”色蓝宝石原石

据介绍，三氧化二铝单晶熔点高达2000多度、矿物莫氏硬度仅次于钻石，不同成分的三氧化二铝单晶呈现不同的颜色，除红色单晶被称为红宝石外，其他颜色均称为蓝宝石。

蓝宝石和红宝石都是名贵的宝石材料，同时又是重要的光电功能晶体材料，世界第一台激光器就是采用掺铬氧化铝单晶作为激光增益介质。

光电晶体与器件实验室研制的晶体生长设备。

在紫色蓝宝石中，“青莲紫”的色度为CMYK（10,60,0,49）、RGB（116,52,129）），接近“青莲紫”色的矿物宝石尚未见到报道。实验室培育“青莲紫”色蓝宝石时，需要在2000℃以上高温下长时间合成，宝石内着色元素复杂、浓度高，需要极其昂贵的耐高温铱金坩埚，工艺技术复杂，成品率低，成本高昂。

南开大学物理科学学院光电晶体与器件实验室在长期从事高性能光电晶体培育的基础上，联合汇友阁(天津)文化传播有限公司等共同开展技术攻关，解决了晶体培育装备、热场设计、晶体生长工艺、色度控制以及缺陷控制等系列关键技术，成功实现了“青莲紫”宝石的高质量培育，原石约15930克拉。

切割后的“青莲紫”色蓝宝石与南开大学校色对比。

众所周知，“青莲紫”是南开大学的校色，体现的是南开人“出污泥而不染、濯清涟而不妖”的君子品格，也有“紫气东来”祥瑞寓意。今年恰逢南开大学物理学科100周年华诞，光电晶体与器件实验室联合合作单位将“青莲紫”蓝宝石原石捐赠给南开大学物理科学学院，旨在为南开物理百年华诞献上贺礼。

（南开大学供图）