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功能材料的基本概念及分类

发布人: 皇家娱乐游戏平台网页 来源: 皇家娱乐游戏平台网页登录 发布时间: 2021-01-25 10:20

  第一章 功能材料概述• 功能材料的概念、分类及特点• 功能设计的概念及方法 以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。即在声、光、电、磁、热及化学性能上有特殊效应的,用于的高技术材料。– 1965年由美国贝尔实验室的J.A. Morton博士首先提出功能材料概念。– 功能材料一般可将一种物理量转换成另一种物理量,例如太阳能电池的光电转换。 功能材料定义…continue• 科学技术的突飞猛进对功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。– 例:• 没有超纯石英玻璃纤维,激光-光纤通信...

  第一章 功能材料概述 功能材料的概念、分类及特点 功能设计的概念及方法 以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。即在声、光、电、磁、热及化学性能上有特殊效应的,用于的高技术材料。 1965年由美国贝尔实验室的J.A. Morton博士首先提出功能材料概念。 功能材料一般可将一种物理量转换成另一种物理量,例如太阳能电池的光电转换。 功能材料定义continue 科学技术的突飞猛进对功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成为新技术和新兴工业发展的关键。 例: 没有超纯石英玻璃纤维,激光-光纤通信就难以实现; 高反渗透薄膜应用于海水淡化,正在代替耗能大、成本高的蒸发法和离子交换法; 非晶硅光电材料,使太阳能电池具有工业应用意义。 此外,还有压电、热敏、光敏、透红外、微波、传感、电磁、换能及生物功能陶瓷、形状记忆合金、超导材料、防振合金、超塑性金属、超微粒子等等。 它们在现代科学技术领域中,有各种神奇妙用。 功能材料的的品种繁多,目前已达十多万种,而且还以每年百分之五的增长率不断增加。 功能材料分类 功能材料种类繁多,涉及面广,有多种分类方法。 目前主要是根据材料的化学组成、应用领域、使用性能进行分类。 分类 分类 分类 功能材料的现状1012 功能材料的现状 continue345* 功能材料的发展趋势1)开发高技术所需的新型功能材料,特别是尖端领域(航空航天、电子学、新能源、海洋技术和生命科学等)所需和在极端条件下(超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等)工作的高性能功能材料;2)功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综合功能发展,从低级功能向高级功能发展;3)功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超化; 功能材料的发展趋势continue4)功能材料和结构材料兼容,即功能材料结构化,结构材料功能化;5)进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和;6)完善和发展功能材料检测和评价的方法;7)加强功能材料的应用研究,扩展功能材料的应用领域,加强推广成熟的研究,以。 功能材料的特点以特殊的电学性能或各种电效应作为主要性能指标的一类材料。 功能材料的特点continue按可分为:电子导电材料和离子导电材料两大类。包括导体、超导体和半导体.的导电机理源于离子的运动,由于离子的运动速度远小于电子的运动速度,因此其电导率较小。 功能材料的特点continue,这是导体的一个特征:(1)金属材料。电导率在107~108s/m之间;铝 (3.45× 107s/m )(2)合金材料。电导率在105~107S/m之间;(3)无机非金属材料。电导率在105~108s/m之例: 石墨在基晶方向为2.5×106s/m。例: 银(6.63× 107s/m )铜(5.85× 107s/m )例: 黄铜(1.60× 107s/m ),镍铬合金(9.30× 105s/m )间。 功能材料的特点continue 导体材料应用 金属导体材料主要用作:电缆材料、电机材料、导电引线材料、导体布线材料、辐射屏蔽材料、电池材料、开关材料、传感器材料、信息传输材料、静电材料和接点材料等,还可以作成各种金属填充材料和金属复合材料。 合金导体材料主要用作电阻材料和热电偶材料,如铂铑-铂热电偶等。 非金属导体材料主要用作耐腐蚀导体和导电填料。 功能材料的特点continue(=10-7~104)(导体具有正的电阻温度系数) 功能材料的特点continue 功能材料的特点continue子,因此是一个满带。部分是导带,而导带是空的。满价带和空导带之间是禁带,其禁带宽度比较窄,一般在1ev左右。价带中的电子受能量激发后,如果激发能大于Eg,电子可以从价带跃迁到导带上,同时在价带中留下一个空的能级(空穴)。 导体的能带中都有末被填满的价带,在外电场的作用下,电子可由价带跃迁到导带,从而形成电流。 半导体能带结构下面部分是价带,价带是充满电 绝缘体的能带结构是满带与导带之间被一个较宽的禁带所隔开,在常温下几乎很少有电子可以被激发越过禁带,因此其电导率很低。 功能材料的特点continue半导体价带中的电子受激发后从满价带跃到空导带中,跃迁电子可在导带中,传导电子的负电荷。同时,在满价带中留下空穴,空穴带正电荷,在价带中空穴可按电子运动相反的方向运动而传导正电荷。因此,半导体的导电来源于电子和空穴的运动,电子和空穴都是半导体中导电的载流子。 功能材料的特点continue 功能材料的特点continue-& : 10-9: 功能材料的特点continue1952SiGe 功能材料的特点continue 功能材料的特点continue n: n: & p p: 功能材料的特点continueVA nACPSiAsGeSbSnBin pAACSiGeSnBp 功能材料的特点continue NEg 例如Si十亿分之一As时,其Eg为1.6×10-19 J, Ed为6.4×10-21J。Ge十亿分之一Sb时,其Eg为1.15×10-19J, Ed为1.6×10-21J。 PEgEdEa 功能材料的特点continue GaAsAsSe3CdSSiCGeS AgGeTe2AgAsSe2CuCdSnTe4 功能材料的特点continue: Bi-SbHg1-xCdxTeGeAs1-xPx 功能材料的特点continue: : 1/1091/1001/100 功能材料的特点continue 功能材料的特点continue 1911Onnes H K4.2K 功能材料的特点continue 超导体的基本特性特性一:File和Mills利用精确核磁共振方法测量超导电流产生的,来研究螺线管内超导电流的衰变,得出的结论是超导电流的衰变时间不短于10万年。 功能材料的特点continue 超导体的基本特性特性二:处于超导状态的材料,磁强度B始终为零。即磁力线不能进入超导体内部。 这一现象为迈斯纳(Meissner)1933年发现,称为迈斯纳效应。 功能材料的特点continue 超导体的基本特性特性三:临界温度(Tc)、临界(Hc)、临界电流Jc是约束超导现象的三大临界条件。三者具有明显的相关性。只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时,才能发生超导现象(由Tc、Hc,Jc形成的闭合曲面内为超导态)。 功能材料的特点continue 超导体的基本特性特性四:B D Josephson承担超导电的超导电子还可以穿越极薄绝缘体势垒 经典力学中,若两个区域被一个势垒隔开,则只有粒子具有足够的能量时,其才会从一个区域进入另一个区域。 量子力学中,粒子具有足够的能力不再是一个必要条件,一个能量不太高的粒子也可能会以一定的概率“穿过”势垒,即所谓的“”。 功能材料的特点continue 第一类超导体 & 第二类超导体 (按迈斯纳效应分) 第一类超导体(软超导体) 当H Hc 时 当H Hc 时 第一类超导体只有一个临界,即Hc只有一个特征值。除钒、铌、钌外,元素超导体都是第一类超导体BB0(B 为磁强度)H 功能材料的特点continue 第二类超导体(硬超导体) 当H Hc1时完全抗磁 当Hc1H Hc2时仍为零,这时体内有磁线穿过,形成许多半径很小的圆柱形正常区,正常区周围是连通的超导区。 当H Hc2时B0处于迈斯纳状态,处于混合状态,但电阻BH 功能材料的特点continue 元素超导体在低温常压下,具有超导特性的化学元素共有26种,由于临界温度太低,无太大实用价值Nb的Tc最高,仅为9.26K 功能材料的特点continue合金超导体是机械强度最高、应力应变较小、强度低、临界电流密度高的超导体,在早期得到实际应用。超导合金主要有Ti-V、Nb-Zr、Mo-Zr、Nb-Ti等合金系,其中Ge-Nb3的临界温度最高(23.2K)。 功能材料的特点continue金属间化合物超导体的临界温度与临界一般比合金超导体的高,但此类超导体的脆性大,不易直接加工成带材或线材。 功能材料的特点continue1986年发现了陶瓷超导体,使超导材料获得了更高的临界温度,如YBaCuO(Tc=90K)、TiBaCaCuO(Tc=120K)等。最大缺点为脆性大,加工困难。 高温超导材料:Tc>77K(液N温度) 功能材料的特点continue 如:四硫富瓦稀四腈代对苯醌二甲烷10K 功能材料的特点continue 超导材料的应用 - 基本上可以分为强电强磁和弱电弱磁两大类。- 主要基于超导体的零电阻特性和完全抗磁性以及非理想第二类超导体所特有的高临界电流密度和高临界。主要应用在电力方面如超导电缆、超导磁体(如超导磁悬浮列车)、巨大环形超导磁体、超导磁分离等。 功能材料的特点continue 超导弱电弱磁的应用基于Josephson效应为基础,建立极灵敏的电子测量装置为目标的超导电子学,发展了低温电子学。如超导量子器件是一种高灵敏度的测量装置,主要功能是测量。它可以在电工仪表、医学、生物、资源开发、、固体材料、地球物理等领域应用。 功能材料的特点continue30%95% 功能材料的特点continue 功能材料的特点continue-Ag-CdOCu-WAg-FeCu-Ag-WAg- Cu-Bi-CeCu-Fe-Ni-Co-BiW-Cu-Bi-Zr 功能材料的特点continue Au Ag Pt Pd 功能材料的特点continue.90% 功能材料的特点continue

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