电磁功能玻璃

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1、1电磁功能玻璃1导电玻璃2电磁屏蔽用玻璃3基板玻璃4磁性玻璃2电磁功能玻璃在高技术领域中占有重要的地位，是通讯、能源以及生命科学领域中不可缺少的电子材料和光电子材料（下表）。3导电玻璃导电玻璃发展简史1884年瓦布尔格（Warburg）用实验证明了玻璃的离子导电性，于是人们认为一切玻璃都是离子导电的。1950年Kolomiets发现硫属化物玻璃具有半导电性质，人们认识到有些玻璃是电子导电的。1966年Namikawa和Assara提出无碱BaO•P2O5玻璃是质子导电的导电玻璃分类根据导电的机理不同，导电玻璃可分为：离子导电玻璃、质子

2、导电玻璃和电子导电玻璃。4离子导电玻璃导电机理离子导电是以离子为载流子，在外加电场的驱动下，载流子离子长程迁移贯穿了玻璃体，因而显示其导电作用。载流子离子通常是以玻璃所含能动度最高的阳离子为主（Na+、K+等），在能动度相差很大的情况下，全部电流几乎由一种阳离子负载。外加电场对载流子离子施加作用，使原先无定向的离子热运动纳向电场方向的概率增加。5电导率与温度的关系电导率：电导率是表示固体材料通过电流的能力，电导率与材料的截面积成正比，与其长度成反比。K为电导率；χ为比电导率（Ω-1•m-1），L为材料长度；S为材料截面积。电导率K为电

3、阻率R的倒数，比电导率χ是比电阻率ρ的倒数。6电导率与温度的关系在玻璃转变温度以下，体积电阻率的对数与绝对温度的倒数成正比。σ为电导率，为每种玻璃的固有常数，σ0约为10～100Ω-1•m-1；为电导激活能，玻璃类型不同，值不同，对于离子电导而言，大致为62.76～125.52KJ/mol；R为气体常数。7影响离子电导的因素组成的影响碱离子含量对电导率影响显著随碱含量的增加，△Hdc一直下降，原因是随着碱离子的引入，引起非桥氧增加，玻璃结构松弛，碱离子移动所需克服障碍减小；随碱离子半径增大，△Hdc增大，因为随着Li到Cs，半径增大，

4、移动所需克服的障碍增大，激活能增加。8影响离子电导的因素第三组分的影响引入离子半径较大的二价离子（Ba、Pb、Sr、Ca等）增大体积电阻率，因为二价离子的电荷较大，与结构结合强，且占据网络结构空隙，起到阻碍碱离子迁移的作用，从而电导率变小。引入半径较小的二价离子（Be、Mg、Zn等），不影响电导率。引入三价离子Al、B等，起到增大电导率的作用。混合碱效应，当玻璃中一部分碱被其他碱所代替时，即使保持碱浓度不变，体积电阻也增大3～6个数量级，并在置换分数为0.5时出现极大值。混合碱效应12影响离子电导的因素热历史的影响一般情况下，淬火玻璃

5、的电导率比退火玻璃大3～7倍。分相的影响因极冷而抑制分相的玻璃，其电导率比分相玻璃大2个数量级，是因为极冷玻璃为连续相，而分相玻璃中会出现碱离子的富集，因此连续相中碱离子的浓度降低，造成整体玻璃电导率的下降。132.质子导电玻璃80年代Y.Abe开始研究MO•P2O5质子电荷载体质子易于移动OH基团氢键键强质子浓度为硅酸盐玻璃10814导电机理网络形成体相连OH基团＋角氧氢键（X-O-H•••O-X）是桥氧，则氢键弱X-O-X是非桥氧，则氢键强X-O-质子移动、O-H键的状态和导电激活能的关系15快质子导电玻璃的制备制备应满足的条件a

6、.质子的移动速度尽可能提高。b.质子的浓度尽可能高。c.玻璃的化学稳定性尽可能高。提高玻璃中质子导电的方法a.溶胶－凝胶技术是制备材料的低温化学合成法。b.复合法强化质子导电采用在基体中加入分散剂的方法来强化固体的质子电导率。c.H+注入技术强化质子导电采用在玻璃中注入H+，通过改变基体中质子的浓度或相关的结构从而实现快质子导电。具有制品纯度高、均匀度高、烧成温度低、反应易于控制、材料成分可任意调整、成型性好等优点。在硅磷酸盐玻璃的质子传导体中添加PWA（钨磷酸）或PMA（钼磷酸）来提高质子导电率，目前的研究还较少。163.电子导电玻

7、璃按照导电机理不同，主要包括硫属化物玻璃和含过渡元素氧化物玻璃，他们是由电子或空穴为载流子的电子导电玻璃。其电导率的温度系数与晶体半导体一致均为正值，因此也称玻璃半导体。电子导电玻璃分类17硫属化物玻璃的导电机理硫属化物玻璃实质上为能带型电子电导，这种玻璃半导体结构上长程无序，在导带和价带的能带边缘产生能带间隙。从EA到EB出现裙摆，这里形成了局部能级；载流子的迁移率在EC以上及EV以下能级中具有最大值，在EC及EV之间却很小能级之差EC-EV（△E）称为迁移率隙。18硫属化物玻璃电导率电导率与杂质关系硫属化物玻璃半导体大部分为P型，

8、由于其自由度较高，容易满足原子价的配置，形成活性中心较难，因此，即使添加不纯原子，玻璃的电导性质几乎不会受到大的影响。电导率与温度关系在玻璃转变温度以下时，lgσ～1/T基本上呈现直线关系，即：（σ－电导率；C，R－常数