材料科学前沿

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1、思考题1、试述功能陶瓷领域的总体发展趋势。1）小型化／微型化:随着移动通信和卫星通信尤其是近两年来蓝牙、WAP、GPS等技术的迅速发展，在硬件上对器件小型化／微型化的要求越来越迫切;电子元器件，特别是大量使用的以电子陶瓷材料为基础的各类无源器件是实现整机小型化／微型化的主要“瓶颈”;小型化／微型化（包括片式化）是目前元器件研究开发的一个重要目标,实现小型化／微型化的基础在于提高陶瓷材料的性能和发展陶瓷纳米晶技术和相关工艺。2）高频化与频率系列化:数字化技术的核心是将各种信息变成脉冲编码信号，为了获得足够的带宽和处理速度，

2、要求较高的工作频率。目前商品化的CPU时钟频率最高可达2~3GHz。移动通信所使用的频率也在不断升高：以模拟信号的调制为主要特征的第一代移动通信所用的频段在800~900MHz，以数字信号为主要特征的第二代移动通信所用的频段则为900MHz~1.8GHz，目前正在研究的第三代移动通信系统的使用频率则在2GHz左右。适应高的工作频率对各类电子元器件中的陶瓷材料来说是一个严峻的挑战。寻找具有良好高频特性以及系列化工作频率的功能陶瓷材料是目前新型电子元器件领域的一个研究热点。3）集成化／模块化:适应电子产品小型化和满足高频电路

3、要求的一个途径是将分立的陶瓷元件集成化以及进一步的模块化。越来越多的集成陶瓷元件已被研制出来，如集成若干个高介陶瓷电容器和电感器的LC滤波器，集成若干个陶瓷电阻器、电容器和电感器的LCR组件（感容式电阻）等。作为实现集成化／模块化这一问题的基础是异质材料的匹配共烧、化学兼容性和不同功能耦合与界面行为的相关性。4）多功能化:具有电、磁、光、热、机耦合行为的新型多功能陶瓷材料及其耦合机制的研究日益为研究者所重视。5）高稳定性:电子陶瓷元器件往往需要在不同外场环境（如不同温度、电磁场以及机械振动）条件下工作，要求元器件对上述条

4、件的变化有高的稳定性。器件的稳定性归根到底是陶瓷材料的稳定性，探索电子陶瓷材料的高稳定性以及服役行为是追求的一个重要目标。2、功能纳米陶瓷材料及新型纳米陶瓷器件的发展趋势是什么？1）发展趋势：功能纳米陶瓷材料和纳米技术涉及纳米粉体、纳米添加剂、纳米复合以及陶瓷晶粒的纳米化①随着电子信息技术日益走向集成化、薄型化、微型化和智能化，使陶瓷元器件小型化、多层化、片式化、集成化和多功能化成为这一领域的发展趋势。元器件的微型化和介质薄层化发展趋势必然促使相关的功能陶瓷材料走向晶粒微细化和纳米化。因此，功能材料纳米化、纳米陶瓷、纳米

5、器件是信息陶瓷元器件发展的必然趋势，正成为国际研究的热点。②纳米晶陶瓷发展的一个重要的推动力来自功能陶瓷技术与半导体技术的集成化。面向铁电存储、红外探测、微波调谐、激光调制和微机电系统（MEMS)应用的铁电和压电陶瓷的薄膜化成为当前功能陶瓷领域最重要的研究方向之一，在半导体工艺和铁电材料工艺基础上发展起来的集成铁电学已发展成为电介质物理学重要的分支。铁电集成的核心是铁电压电陶瓷的薄膜化。薄膜化功能陶瓷的特征是在尺度上的纳米化。③功能陶瓷的纳米化是电子元器件微型化和集成化发展的必由之路，世界各国对纳米功能陶瓷的研究和开发也

6、给子了高度重视。1、何谓功能陶瓷的集成化与集成陶瓷系统。①功能陶瓷的复合化和集成化是功能陶瓷元器件向片式化、模块化、多功能化、高频化、高可靠和低功耗发展的必然趋势。②集成化功能陶瓷元器件是以低温共烧陶瓷（LTCC）为平台，采用多层陶瓷技术将电容、电感和电阻材料以嵌入的方式集成在陶瓷基板中，形成无源集成陶瓷器件。2、功能陶瓷的共性科学问题有哪些？1)．制备科学问题(l）高纯高活性功能陶瓷粉体的先进合成技术基础；(2）亚微米／纳米晶功能陶瓷材料的制备科学与控制烧结技术原理；(3）功能陶瓷低维材料（纳米线和纳米管状材料、薄膜、

7、厚膜等）的制备技术和控制原理；(4）功能陶瓷的低烧与共烧原理与技术基础；(5）超薄层微型多层陶瓷元件的制备技术基础；(6）功能陶瓷与器件的低成本绿色制造技术基础；(7）三维自动成型集成功能陶瓷制备技术基础。2)．物理化学问题(l）功能陶瓷的晶界／界面效应、畴结构与小尺度限制的科学问题；(2）半导体陶瓷的缺陷结构与缺陷化学原理；(3）功能陶瓷多元体系相图的计算与实验测定；(4）异质材料的界面扩散机制与扩散动力学原理；(5）复相材料的致密化行为与烧结动力学；(6）陶瓷薄膜和厚膜的约束烧结动力学原理；(7）功能陶瓷的纳米烧结动

8、力学原理。3)外场响应问题(1）复相功能陶瓷的多功能化与多场耦合效应机理；(2）非均质材料中电磁场的分布及其对功能的影响机制；(3）功能陶瓷的电磁非线性响应特性与机制；(4）强场下功能陶瓷的结构变异及其对功能的影响机制；(5）铁性材料的畴结构特征与畴结构工程化调制；(6）外场作用下铁性材料中畴结构的演变规律和机制；(