晶体在我们身边
材料的发现、发展和应用是人类文明的标志。从远古的石器时代、青铜器时代到近现代的铁器时代、硅时代，新材料在人类文明进程中都扮演了重要的角色。特别是近代科学的诞生，大大促进了材料科学与技术的发展。大体上，材料可分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料三大类。在材料科学的百花园中有一朵光彩夺目的奇葩——晶体材料。当我们使用电脑上网时，当母亲为我们烹饪美味佳肴时，当我们轻按按钮打开电视、空调时，当我们用手机与朋友通话时，当父亲送给我们第一块电子手表时，当新郎为新娘戴上光彩夺目的钻戒时，朋友，你可曾想到，发生在我们身边的这些日常大事小事都与晶体有关。就在2005年发射成功的“神舟”六号飞船上，还有我们的晶体生长实验呢！科学家想知道，在几乎没有重力的太空中，晶体生长过程会有哪些新现象？
说到晶体，还得从结晶谈起。大家都知道，所有物质都是由原子或分子构成的。这些原子或分子非常小，只有当它们聚集在一起时我们才能看得见。物质有三种聚集态：气体、固体和液体。固体有晶体和非晶体之分。原子按照一定的规律排列形成长程有序的固体，就是晶体，这个过程就叫结晶。我们日常吃的盐和味精分别是氯化钠和谷氨酸钠的结晶，冬天玻璃窗户上的冰花和天上飘下的雪花都是水的结晶。科学家研究发现，巧克力放在一定温度的冰箱中味道会更好，这是因为在冷藏过程中，某些成分的结晶使其表现出好的味感。现在很多科学家致力于控制药物的结晶，因为对于同一种化合物，某些晶体结构的药物会对疾病有特佳的疗效而另一些晶体结构则完全没有疗效。
由于晶体中原子是规则排列的，所以晶体在不同方向上表现出不同的性能，即晶体的各向异性。晶体在某些方向上的性能被加强了，从而表现出神奇的功能。压电晶体可以把压力（机械能）变成电能，遥控器、电子表、手机、声纳等都是利用压电晶体或其他压电材料来实现能量转换的。利用激光晶体设计的激光器，通电后能够产生各种激光。非线性光学晶体可以把入射光的频率增加一倍或数倍，比如红光照到倍频晶体时能够产生绿光。当高能粒子入射到闪烁晶体上时会发出耀眼的光芒，光电探测器记录这些光子数，就可以计算出入射粒子的能量，科学家利用这一原理进行高能物理实验和宇宙射线的探测。有些晶体对热特别敏感，利用热释电晶体制作的红外夜视仪，可以在伸手不见五指的黑夜观察到人、动物以及汽车、坦克等具有热辐射的事物，被称为现代武器装备中的“千里眼”。最神奇的还要数半导体晶体，自从1958年第一块集成电路诞生以来，科学家不断地发展集成电路技术，现在已经能够在米粒大小的硅片上集成数十万乃至数百万个晶体管等电子元件，这就是我们的计算机从“386”迅速发展更新到“奔Ⅳ”的原因。
自然界中的大多数矿石都是晶体。但我们身边所用的晶体基本上都是人工晶体。科学家们发明了很多晶体生长技术，比如提拉法、下降法、区熔法、焰熔法、水热法、温梯法等。由于晶体生长不仅需要科学技术，而且需要丰富的经验，所以晶体生长是一门“科学加艺术”的学问。我国科学家在晶体生长领域做出了卓越的贡献，在国际上享有崇高的声誉，如中国科学院上海硅酸盐研究所研制的闪烁晶体、福建物质结构研究所研制的非线性光学晶体、山东大学晶体材料研究所研制的光学晶体等，形成了丰富多彩的中国晶体产品，被国外誉为“中国牌”晶体。近年来，上海硅酸盐研究所研制的四硼酸锂晶体销往日本、韩国等地，用于制作性能优异的移动通讯器件，包括先进的手机。说不定你的手机里，还跳动着一颗中国芯！
锂离子电池
手机、手提电脑、摄像机、照相机等电子产品已经成为人们现代化生活与工作中常见的高科技消费品。一旦拥有了它们，你对它们的幕后英雄——锂电池就不会再陌生了。其实，锂电池的应用范围已经不断拓宽，从信息产业到能源交通，从太空到水下，锂电池正在进入了人类社会的各个领域，为人类造福。
锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在照相机等耗电量较低的电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而在摄像机、数码相机、手机及笔记本电脑等耗电量较大的电子产品中则使用可充放电的二次锂电池，即锂离子电池。与前者相比，锂离子电池的需求量逐年大幅度增长。与其他蓄电池相比，锂离子电池的优点在于开路电压高（市售电池多为3.6V镍氢和镍镉二次电池的开路电压为1.2V）、比容量大（是镍镉二次电池的2.5倍，是镍氢二次电池的1.5倍）、自放电率低（<8%/月，远低于镍镉电池的30%和镍氢电池的40%）、寿命长（通常都可以达到千次以上）。没有记忆效应也是锂离子电池深受人们欢迎的突出优点，是其他二次电池所不具备的，人们在锂离子电池充电前不必顾及其中的电量是否已被用完。
锂离子电池是1990年日本SONY公司研制出并开始实现商品化的，它的出现称得上是在二次电池历史上的一次飞跃，在随后的10余年中，其商业化进程取得了突飞猛进的发展。与其他二次电池相比，它的工作原理也比较简单。之所以被称为锂离子电池，是因为这种电池中无论在正负极还是在电池隔膜中，锂都是以离子形式存在的，锂离子电池负极是碳素材料，如石墨等。正极则是含锂的过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等。电解质是含锂盐的有机溶液。锂离子电池在工作（充电或放电）过程中，锂离子在正负极及电解质隔膜中定向运动。充电时，在电场的驱动下锂离子从正极材料中脱出，经过电解质，插入到负极中。放电时，过程正好相反，即锂离子返回正极中，电子则通过了用电的电子产品中并为之供电。
目前在市场上有多种品牌的用于小型电子产品的锂离子电池，这些电池通常都是含有有机溶液的，有可能商业化的固态锂电池或聚合物锂电池实际上仍含有一定量的有机液体电解质，它的主要部件及其工作原理与液体二次锂电池几乎相同，只是包装上作了很大的改进。我们在使用锂离子电池时不应随意解剖电池，以免发生事故。
目前，在锂离子电池研究领域的研究热点是将其使用在车辆中，制成电动汽车或与汽油并用的混合电动汽车，同时人们也在研制真正意义上的固态锂电池，彻底摒弃锂离子电池中的有机液体，让锂电池成为最安全可靠的电池。
硅酸盐材料
在20世纪，“硅酸盐”这一领域中与陶瓷的发展很快，变化很大。它主要是表现在下列两个方面。
一、在含义上的变化
原先的硅酸盐材料指的是砖瓦、日用陶瓷、窗玻璃、建筑水泥等传统的硅酸盐材料。在这些材料中确实是以硅酸盐为其主要化学组成，如硅酸铝、硅酸钙等。可是到今天的硅酸盐，其含义已经发展成为广义的硅酸盐，所谓硅酸盐材料，它可以是含硅酸盐的，也可以是不含硅酸盐的，而是含其他盐类的材料，如锆酸盐、钛酸盐、铌酸盐、钽酸盐等等。它们统称硅酸盐材料，这是在含义上的一个变化。
不仅如此，今天硅酸盐的含义，它可以是盐类，也可以不是盐类。从化学的角度来看，单一元素也可以成为材料，如碳可以形成金刚石、石墨、碳纤维等，硅可以制成单晶硅和非晶硅等。都属于硅酸盐材料。此外，无机化合物也可以成为材料，如氧化铝、氮化硅、碳化硅等，也都属于硅酸盐材料。这又是含义上的变化。总之，当今的硅酸盐材料包括了单一元素的无机非金属材料，也包括了无机化合物材料，又包括了无机盐类材料以及复合盐类材料，如锆钛酸盐、铌钽酸盐等。它们的组成、结构与性能诸方面，特别是在用途方面，与传统的硅酸盐材料大不相同，成为新型硅酸盐材料。为了便于区别，新型硅酸盐材料又称无机材料。
二、在用途上的变化
硅酸盐材料的发展，具有广阔的天地，并取得了丰硕的成果。
现代化的建设，一靠材料，二靠能源，三靠信息。而能源又是离不开材料，不仅是能源本身需要有材料，而且能源的利用也需要有材料。同样，信息也是离不开材料，不仅是信息的存储需要有材料，而且信息的传输也需要有材料。由此可见，材料是何等的重要。
材料大致可分三大类：金属材料（包括合金）、高分子材料（包括液晶）和无机材料（即新型硅酸盐材料）。因此无机材料是三大材料之一，另外还有各种复合材料。其中无机复合材料已成为发展无机材料的一个重要领域。
无机材料按其用途可分两大类：无机结构材料与无机功能材料。在无机结构材料（或称无机工程材料）方面，着重考虑的是耐高温、高强度、但在某些应用中，韧性及稳定性尤其重要。在无机功能材料方面，着重考虑的是光、电、声、磁、热等各种物理性能以及它们的能量转换或者是交互效应。
无机材料，无论是作为结构材料，还是作为功能材料，都具有广泛的用途。可以涉及到机械、电子、能源利用、宇航、水声、激光、计算机以及通讯等各种工业和各项新技术，这是传统的硅酸盐材料无法比拟的。这是在应用上的变化。
不过需要补充一点。传统的硅酸盐材料本身也有所发展。老产品也在换新面孔。砖瓦已经发展成为轻质砖，马赛克等；玻璃已经发展成为钢化玻璃、防弹玻璃等；水泥已经发展成为高强水泥、快干水泥等。至于陶瓷的发展变化则更大。在这里可能对标题会产生一个问题：既然陶瓷也属于硅酸盐材料，为什么在项目标题中，把陶瓷单独列出呢？这是因为这里的陶瓷指的不是传统硅酸盐的陶瓷（pottery and porcelain），而是指新型硅酸盐的陶瓷（ceramics），其实它指的也就是无机材料。
神奇的等离子
对于世界上每一个人来说，无时无刻不处在运动之中，也就是说我们无时无刻不在用我们的手臂、腿、脚等部分来完成哪怕是及其微小的一个动作，而支配这种运动的基础就是我们的骨骼。推而广之，世界上大多数的动物，也是依靠自身神奇的骨骼结构来完成他们赖以生存的运动——狩猎，同时还要依靠它们尖厉的牙齿来完成食物的细化过程。很难想象，假若没有了骨骼和牙齿，人会变成什么样子。而我们那些可爱的狮、熊、虎、豹、大象、长颈鹿等等动物朋友，又会变成什么样子呢？哪怕我们的骨骼朋友稍稍出点毛病，也会使我们的日常生活增添不小甚至是很大的麻烦，如牙齿松动，就要影响进食；骨骼受伤，轻者卧床休息，重者需要截肢！
在我们迅猛发展的科技社会中，一方面，汽车等现代化的交通工具已经紧紧溶解在我们的生活里，改变了我们的生活，但同时也给我们带来了一个日益严重的问题：车祸。车祸使许多健康人直接暴露在伤筋断骨甚至是截肢的危险之中，有时给他们的心灵造成难以弥合的创伤。另一方面，在和平的气氛中，战争的阴影总在世界各地盘桓，许多无辜的平民在战争中遭受到了诸如地雷、枪弹等带给他们的伤害，使他们失去了手臂和腿脚，丧失了生活的能力。
对那些遭受不幸的人来说，真的没有帮助他们的办法吗？不是的。许多科学家已经开始探讨研制各种人造骨骼，来植入患者的体中。有的研究成果已经开始应用到临床上，取得了令人瞩目的效果。人造骨骼的优点是它可以替换已经毁坏的骨骼，使人真正的重新恢复心灵和身体的健康。
现在，一种崭新的人造骨骼制备方法逐步走入科学家的视野之中——羟基磷灰石等离子喷涂法。
