在1880年時,Jacquer 和Pierre 居里夫妇首度发现水晶的一种压电性(Piezo-Electricity),就是在水晶的一端施以压力时,另一端会有释放出电荷的现象。但在当时,她们专注于其他的研究科目,未再对此深入进去。
一直到1922 年时,又有一位西方的科学家W.G. Cady 再度以水晶做实验,他继续着居里夫妇的脚步,对着水晶的压电性继续深入研究。此时,他对水晶通以电流,发觉晶体有膨胀的现象,当停止电流,晶体又会缩回原样。当再通以交流电时,发现晶体可以以一种非常高速、却又非常稳定的速率在膨胀、收缩着,这就是后世所称的「振荡」(Vibration)。当晶体被仔细切割至一定的大小、长宽、厚薄时,这种振荡的頻率(Frequency)又可以被非常精准的控制住,就是所谓的振荡晶片(Vibration Chips)。从此,开启了人类在电子通讯、电脑上的新时代,也创造了辉煌的二十世纪新科技!
简单的来说,从水晶的振荡性来看,基本上可以衍生出以下几种功能:
1、记忆储存(Storage):
本身就是半导体的水晶晶片,在受到压力或是电流影响的时候,就会改变它所带的电荷,如正电或是负电,也就是如最初电脑二进位法的语言方式,“0”和“1”,当有一系列讯号排列出现时,也就可以被晶片所记忆储存下来。事实上,这也就是电脑主机、记忆体的滥觞!
2、扩大(Amplify):
电流等能量,能够透过晶片的振荡作用而等比率的放大,而频率仍然保持不变。收音机、音响、电话等,里面的扩大机、喇叭、麦克风等等,就是这种功能在作用的。
3.、传递(Transmit):
由于晶片的振荡极为精确稳定,所以用来收发各种精密的讯息,比如电脑和电脑之间的资讯传递,或是用作电子时钟的精准计算时间,或是用在人造卫星、导向飞弹等的微电脑心脏等等。
4.、转换(Transform):
就是将能源做不同型态的转变。如集热晶片可以将太阳能转换成电能,或有些设备能将电能又转变磁能、热能,所有这些声、光、电、热、磁等之间的转变,多需仰赖水晶的作用。
5、聚焦(Focus):
磨成凹凸鏡面的圆晶片,可以将阳光聚集于一点,产生高热;也可以产生光学的折射效果,将小东西、小字放大,以利观察;多片配合使用时,还能制成望远镜,将远物调近。水晶对紫外线具透明性,特別适合制成显像度极高的显微镜镜片,或是照相机的镜片、棱镜、及光谱仪的镜片等等。特別是雷射激光的原理(LASER)也是利用晶体的作用,来产生高度聚焦、平行、高能量的光束,精微者,可以用来做眼科手术,巨大者,可以是用来摧毁敌军飞机、飞弹等的致命武器。
所以,水晶其实并不是什么神秘、难解、遥远的东西,经过近一个世纪的努力,水晶的运用几乎已经深入我们每天的日常生活中了。举凡我們的电子手表、时钟、计算机、行动电话、呼叫器、收音机、随身听、音响、电视、电话、电脑,以及所有的电子、通讯、太阳能产品等等,莫不和水晶有著密切的关联。所以,也难怪乎有的科学家会拿古代的“新石器时代”来和现代比较,说现在是“新新石器时代”。因为上从人造卫星,下到人工心脏的心律调整器,到处都有水晶的运用,水晶改变了我们所有人的生活,若是沒有了水晶,我们又得倒退回到落伍、缓慢、不方便的旧时代去了。