《功能材料》PPT课件

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1、功能材料FunctionalMaterials功能材料FunctionalMaterials李建忱材料馆610室第一节概述定义：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。是用于非结构目的高技术材料。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。内容1-1功能材料在电力技术、电子信息技术、微电子技术、激光技术、空间技术、海洋技术等领域得到广泛应用。例：计算机的发展历史－CPU电子管晶体管集成电路大规模集成电路现代微型计算机的功能与第一台大型电子管计算机相当，但运算速度快几十倍、体积仅1/300,000、重量

2、仅1/60,000。IBM研制的超级计算机的运算能力可达39,000次/s。（发热）材料：锗Ge半导体材料硅Si半导体材料硬化镓GaAs半导体材料功能材料的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。研究背景2-1功能材料的现状近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10万多品种，且每年都有大量新品种问世。现已开发的以物理功能材料最多，主要有：1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料

3、、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、防激光和防核）、电磁材料等。4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。目前，化学和生物功能材料的种类虽较少，但其发展速度很快，其功能也更多样化。功能材料的展望展望21世纪，功能材料的发展趋势为：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、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科

4、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、高密积化和超分子化；4）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、新设计和新工艺；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成果，以形成生产力。主要内容电功能材料磁功能材料热功能材料光功能材料其它功能材料简介第二节导电功能材

5、料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。半导体材料超导材料电接点（触头）材料导电材料电阻材料第一节固体导电性一、自由电子论(P.Drude,A.Lorentz)＝１／＝ne2L/2mv价电子参与导电无法解释低价金属导电性好？量子自由电子论（A.Sommerfeld)只有费米面的电子导电n为有效电子数无法解释电导率与温度的关系，导电性各向异性二、能带理论能带：指晶体中电子能量的本征值即不像孤立原子明显分立的电子能级，也不像无限空间中自由电子所具有连续能级。满带：所有能级全部被电子添满。空带：所有能级全部都是空的。导带：部分电子的未满带价带：导带以下

6、的第一个满带。导体：除了满带和空带外，还存在未满带绝缘体：没有未满带，更高能级全部为空带。半导体：能带添充同绝缘体，但能隙小。３、近代电导理论晶格振动产生能量（热）——声子。晶格振动形成的声子与电子发生相互作用引起电子散射，产生电阻。另外：晶体中的杂质和缺陷也引起电子散射，产生电阻。(T)=0+T(TD)(T)=0+T(TD)D德拜温度：当高于一特定温度后，摩尔热容接近一个常数（25J/molK).低于此温度摩尔热容与T3成正比。导电材料的分类按导电机理可分为：电子导电材料和离子导电材料两大类。电子导电材料包括导体、超导体和半导体：10-710-

7、610-510-410-310-210-1100101102103104105106电导率σS/m绝缘体半导体导体超导体：σ→∞离子导电材料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，目前最高不超过102S/m，一般在100S/m以下。导体电阻率公式电阻率公式：ρi取决于晶格缺陷的多少，缺陷越多，ρi越大，一般与温度无关；ρT取决于晶格的热振动。电阻率随着温度升高而升高，这是导体的一个特征。导体材料的种类导体材料按照化学成分主要有以下三种：（1）金属材料。电导率在107~108S/m之间；银（6.63×107S