《功能材料》PPT课件

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1、第七章新型功能材料本章内容7.1光学功能材料7.2电功能材料7.3功能转换材料7.1光学功能材料7.1.1激光材料1.激光的产生和特点：基态不稳定高能态亚稳态（寿命长、粒子累积）无辐射跃迁工作物质（原子或分子）泵浦过程（使粒子数反转分布）某些粒子跌落于基态，并激发其他粒子跌落，一起放出的光在光谐振腔里放大则发出激光吸收外来能量激光产生的原理激光的特点：相干性好发射的光具有相同相位单色性纯在谐振腔调谐为特定频率方向性好偏离调谐轴向的辐射经反射逸散高亮度光子被同时释放，具有巨大亮度激光焦点亮度比普通光高108-1010倍

2、2.常用激光材料激光工作物质分为固体、液体和气体激光工作物质。固体激光物质最为重要，分为晶体和玻璃两种。（2）激光玻璃激光玻璃与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大类，并得到迅速发展。激光玻璃由激活离子和基质玻璃组成。激活离子：在激光玻璃中激活离子是以Nd3+为代表的三价稀土离子。基质玻璃：在基质玻璃中，最早的激光输出是在掺钕钡冕玻璃中实现的。7.1.2红外材料红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的一些材料。本节主要介绍红外透射和辐射材料。1.红外辐射材料：红外辐射又称热辐射。红外辐射材料可分为热型、“

3、发光型”和热-“发光”混合型三类。红外加热技术主要采用热型红外辐射。（1）红外辐射材料的辐射特性红外辐射材料的辐射特性决定于材料的温度和发射率。而发射率是红外辐射材料的重要特征值。透过反射红外辐射吸收其中:吸收率+反射率+透过率=1根据Kirchoff定律:辐射体的辐射出射度/吸收率=黑体辐射出射度则吸收率α=辐射体的辐射出射度/黑体辐射出射度=ε材料发出辐射是因组成材料的原子、分子或离子体系在不同能量状态间跃迁产生的。短波段与其电子跃迁有关，长波段则与其晶格振动特性有关。红外辐射体的辐射机制是由于分子转动或振动而伴

4、随着电偶极矩的变化而产生的辐射。因此，组成材料的元素、化学键形式、晶体结构以及晶体中存在缺陷等因素都将对材料的发射率发生影响。（a）材料本身结构对其发射率的影响一般来说金属导电体的发射率值较小，电介质材料的发射率较高。（b）材料的发射率随辐射波长的变化多数红外辐射材料，在短波段与其电子跃迁有关，长波段则与其晶格振动特性有关。（c）原材料预处理工艺对发射率的影响同一种原材料因预处理工艺条件不同而有不同的发射串值。例如氧化钛在空气700oC和煤气氛1400oC，其常温发射率分别为0.81和0.86。（d）发射率与温度的关

5、系对电介质来说，有些随温度升高而升高，有些则降低。（e）发射率受材料表面状态影响一般来说，表面越粗糙，其发射率值越大。（f）材料的体因素对发射率的影响材料的体因素包括材料的厚度、填料的粒径和含量等等。对透红外材料，其发射率值受到与材料体因素有关的红外吸收影响。（d）材料的发射率随工作时间而变化在工作条件下，由于与环境介质发生相互作用或其他物理化学变化，从而引起成分及结构的变化，使材料的发射率改变。（2）红外辐射材料的应用2.透红外材料：（1）透红外材料的性质透红外材料是指对红外线透过率高的材料。对其材料的要求是红外光

6、谱透过率要高，透过的短波限要低，透过的频带要宽。（2）透红外材料的种类目前实用的光学材料有二三十种，可以分为晶体、玻璃、透明陶瓷、塑料等。锗、硅半导体的单晶和碱金属、碱土金属卤化物离子晶体是常用的单晶透红外材料。红外光学玻璃主要有：硅酸盐、铝酸盐、镓酸盐、硫属化合物玻璃等。氧化铝透明陶瓷不只是透过红外线，也可以透过可见光。稀有金属氧化物（如氧化钇）陶瓷是一类具有耐高温性能的透红外光学材料。塑料也是红外光学材料，但近红外性能不如其他材料，多用于远红外。（3）透红外光学材料应用透红外光学材料是用来制造红外光学透镜、棱镜、

7、调整盘、整流罩等不可或缺的材料。7.1.3发光材料发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料种类很多，按激发方式可分为：光致发光材料、电致发光材料、阴极射线致发光材料、热致发光材料、等离子发光材料。1.发光机理（1）分立中心发光：发光材料的发光中心受激后，激发和发射过程发生在彼此独立的、个别的发光中心内部的发光。它是单分子过程，有自发发光和受迫发光两种。自发发光：受激发粒子受内部电场作用从激发态回到基态时的发光。其特征为，与发光相应的电子跃迁概率决定于发射体内部电场，而不受外界影响

8、。受迫发光：受激发的电子只有在外界影响下才发光。其特征是发射过程分为两个阶段，发射体存在亚稳的受激态M,其跃迁至基态是禁阻的，而受迫发光的第一阶段为由热起伏使电子跃迁到A态，然后再从A态跃迁回基态而发光。（2）复合发光发光材料受激发时，分离出一对带异号的电荷的粒子，一般为正离子和电子，这两种离子在复合时便发光，既复合发光。复合发光过程中存在离子