《当前材料研究热点》PPT课件

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1、当前新材料研究热点领域：●信息技术领域与信息材料世所公认，我们当前是处于信息时代，即以信息技术为时代特征。信息技术主要是指信息的获取、传递、处理、存储、显示等技术，包括微电子技术，光电子技术，计算机技术，软件技术，通讯技术，辐射成像技术，高清晰度电视技术等，以这些技术为基础，互相交叉，形成现代信息高技术和产业。这些技术的发展的基于种种新型材料，这些材料主要包括：★半导体材料和集成电路、微电子工业★激光材料与非线性光学材料★信息传感与传感器技术材料★半导体发光材料、液晶显示材料与感光材料★信息传输材料：石英光纤，非氧化物

2、玻璃纤维，有机聚合物光纤★信息存储材料：磁记录材料、磁光记录材料、光存储材料●新型半导体材料与大规模三维集成电路★元素半导体和化合物半导体：Si，Ge，金刚石,III－V、II－VI族化合物单晶硅Si材料，直径，1970年50mm；1985年150mm；2000年225mm集成电路集成度：1987年>100万晶体管/平方厘米,2000年>1000万(1024K)IBM预测,2007年,设计线宽将达到0.01微米,芯片上可集成10亿晶体管★GaAs为第二代半导体,可在300-500℃使用,运算频率可达2000Mhz而Si

3、仅可工作在250℃以下,频率仅为300MHz★GaN为第三代化合物半导体,工作放热有可能使电路失效,发展高热导的II型金刚石是个方向★CVD法金刚石薄膜和AlN薄膜,将有效的提高了集成度★三维电路要求高性能衬底材料和高热导封装材料的研发★铁电-Si微集成系统,具有良好系统功能,成为当前的研制热点●信息传输光纤材料多模光纤、新型色散补偿光纤与色散管理光纤、稀土掺杂光纤和高聚合物光纤和其他特种微气孔光纤或微结构光纤；特别是光纤预制棒制造技术是光纤制造技术的核心，也一直是我国光纤产业发展的最薄弱环节●新型能源材料目前地球上的

4、主要能源－化石燃料（煤、石油、天然气等）存在的主要问题是：♣利用效率低♣应用技术落后，对环境造成污染（烟尘、有害气体等）♣未开采的储量已经不多，终将消耗因而，开发新能源和节能技术是当前始终如一的研究课题，涉及种类繁多的新材料：★核能技术材料（陶瓷核燃料，核反应堆容器材料……）★储氢材料（SmCo5，NbTi合金……）★燃料电池材料（电解质、阴极、阳极、连接材料、密封材料……)★风力发电设备材料（高强度轻质复合材料……）★太阳电池材料（Si，a－Si，CdSe，GaAs……）★超导输电线材料★镍氢电池、锂离子电池相关材料

5、★……固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置，比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率和节能效果，可减少二氧化碳排放50%，不产生NOx，已成为发达国家重点研究开发的新能源技术。但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达800～900℃，其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：a）高性能电极材料及其制备技术；b）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；c）电池结构优化设计及其制备技术；d）电池的结构、性能与表征的研究。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如

6、固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。●固体氧化物燃料电池材料固体氧化物燃料电池（SOFC）工作原理阳极氧离子固体电解质阴极内重整CH4H2OCOCO2H2H2OO2电子固体氧化物燃料电池的结构（1）管状SOFC电池结构示意图多孔支撑管空气燃料气Ni接触杆阴极LSMNi-YSZ阳极YSZ电解质膜固体氧化物燃料电池的结构（2）自支撑型平板式SOFC♣单晶硅，多晶硅，非晶硅太阳电池材料；II－VI族化合物半导体太阳电池材料：ZnSe，CdTe。。。要求：研制出光电转

7、换效率大于18%的低成本、大面积、可商业化的硅基太阳能电池及其组件。IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。♣太阳能的综合利用(光电、热电、热交换)及其与风力发电的耦合技术；建立总体利用效率达15%的追尾聚集光式太阳能光电、热电、热交换系统并实用化，建立太阳能综合利用与风力发电耦合的实用型分布式地面电站，并可并网供电。●太阳能利用技术以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；但是，由于常规低温超导体的临界温度太低

8、，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。高温氧化物超导体，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁