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日常生活で利用される合成サファイア

公開日: : まめ知識

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合成サファイアは、日常生活でも一般的なものになっています。これは、サファイアの光学的、機械的、熱的、化学的、構造的な特性が理想的で、様々な素晴らしい用途を生み出すからです。

レーザーの発明

1960年にレーザーが発明されたことで、合成サファイアに転機が訪れました。セオドア・メイマンという研究者によって、ベルヌーイ成長ルビーを使用して世界初の光レーザーが発明されました。火炎溶融成長によるルビーの品質は、産業用レーザーには不十分であったため、チョクラルスキー法を使用してサファイアを合成していました。現在でも、様々な組成物のレーザー結晶がこの方法で作られています。軍用距離計やタトゥー除去、脱毛などの美容用途のためにルビー結晶が作られてきましたが、今は他のレーザー素材に置き換えられていることが多いです。ルビーレーザーは現在、主にホログラフィック画像を生成したり、ダイヤモンドに小さな穴を開けるために使用されています。

もう一つ重要なレーザー結晶は、チタンサファイアです。チタンサファイアは、チョクラルスキー法や熱交換方式で生成されることが多いです。チタンサファイアレーザーは、非常に高いエネルギーを生成するため、基礎研究を進めるのに役立っています。また、核融合エネルギーを実現するための鍵になる可能性も秘めています。

大きなルビーを合成する技術が確立された後、科学者たちは耐久性をもつ透明性の高い素材として「ホワイトサファイア(リューコサファイア)」と呼ばれる合成サファイアの開発を始めました。1960年代には、軍用保護レーザー被覆、航空宇宙用の窓、防弾装甲など、様々な傷を防止する高化学純度で欠陥の少ない結晶が現れました。サファイアは、理想的な断熱効果とその構造の特性を持っていることから、シリコンと窒化ガリウムなどの単結晶半導体に適切な材料で、これによってさらに多くの市場機会が生まれました。1970年代に開発された、ヒューレッド・パッカード41シリーズの計算機など、よりエネルギーの効率が高い回路が良い例です。そのテクノロジーにより、青色、紫色、白色の短波発光ダイオード(LED)を製造することも可能になり、最終的には消費者向けに合成ホワイトサファイアの応用が始まりました。

消費者に利用される合成サファイア

レジの横にある、商品をスキャナウィンドウにかざして読み取る機器は、あらゆる店舗で利用されていますが、そのウィンドウの表面は一枚の非常に薄いサファイアで作られています。この合成サファイアのおかげでガラスに傷が付かず、ガラスを交換する必要もなく、何度でも商品をかざすことができるのです。1978年に初めて開発されたこの用途は、現在では世界中の小売店で見られます。また、サファイアのウィンドウは、生体指紋センサーの保護にも使用できます。スマートフォン製造会社はこの技術に大変興味を示し、その業界で合成サファイアが様々な用途に使用される可能性が予想されています。

携帯電話に利用される合成サファイア

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サファイアは、携帯電話のカメラレンズのカバーとして使用されてきました。また、現在はスマートフォンや電子タブレットメーカーも、耐破損性の高いディスプレイ用に試験的にサファイアを使用しています。すでに、最高級のスマートフォンにはサファイアスクリーンが使用されるものもあります。もしも、1年間で製造されるすべてのスマートフォンにサファイアスクリーンを搭載すると仮定すると、約10億枚ものサファイアスクリーンが生産されることになります。耐傷性、耐亀裂性の高いスクリーンを求める消費者は多く、様々な市場関係者や業界アナリストたちは、消費者がサファイアスクリーンが搭載されているスマートフォンなどを購入するのに3,000円から5,000円追加料金を支払う意思があることを明らかにしました。しかし、現在の合成サファイアの生産量では、需要を満たすことができない可能性があるとも言われています。

LEDに利用される合成サファイア

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サファイア基板は、次世代の照明とも言われる白色LEDの製造に使用されています。白色LEDは、実際は黄色発光蛍光体で青色LEDを覆って生成した白色光です。世界的に、より効率的なエネルギーが求められ、水銀などの有毒物質に依存しないよう努めることにより、LED照明の発達が促されています。サファイア基板の需要は非常に大きく、年間に約数百万単位で成長し続けています。

 

引用参考 合成宝石素材入門

 

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