《型功能材料》PPT课件

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1、第七章新型功能材料第一节光学功能材料第二节电功能材料第三节功能转换材料7.1光学功能材料7.1.1激光材料自第一台激光器诞生后，激光技术便成为一门新兴科学发展起来，并且激光的出现又大大促进了光学材料的发展。1、激光的产生及特点当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来的能量后，就要从基态跃迁到不稳定的高能态，很快无辐射跃迁到一个亚稳态能级。当亚稳态粒子数大于基态粒子数时，即实现粒子数反转分布，粒子就要跌落到基态并放出新的光子。这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐腔内反复作用，便构成光振

2、荡，并发出强大的激光。激光具有下列特点：(1)相干性好，所有发射的光具有相同的相位。(2)单色性好：因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后，其它频率的光受到相消干涉。(3)方向性好：光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反射后被逸散掉。(4)亮度高：激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮度比普通光强108～1010倍。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。(1)激光晶体材料激光晶体材料按晶体的组成分类可分为掺杂型激光晶体和自激活激光晶体两类。掺杂型激光晶体掺杂型激光晶体由激

3、活离子和基质晶体两部分组成。①激活离子：现有的激活离子主要有四类，分别是过渡族金属离子、三价稀土离子、二价稀土离子和锕系离子，常用的主要为前两类。②基质晶体：它们是氧化物和复合氧化物、含氧金属酸化合物及氟化物和复合氟化物三大类。当激活离子成为基质的一种组分时，就形成了所谓的自激活晶体。(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，并得到了迅速的发展。①激活离子在激光玻璃中激活离子是以Nd3+离子为代表的三价稀土离子。②基质玻璃玻璃中最早的激光输出是由在掺钕、钡的玻璃中实现的。7

4、.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。1、红外辐射材料红外辐射材料可分为热型、“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材料。(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。根据不同的情况，发射率ε可分为以下几种：①材料本身结构对其发射率的影响一般说金属导电体的ε值较小，电介质材料的ε值较高。这往往与材料的晶体结构有关。②材料的发射率随辐射波长的变化多数红外辐射材料其发射红外线的性能，在短波主要与电子在价

5、带至导带间的跃迁有关；在长波段主要与晶格振动有关。晶格振动频率取决于晶体结构、组成晶体的元素的原子量及化学键特性。③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不同而有不同的发射率值。经700℃空气气氛处理与1400℃煤气气氛处理的氧化钛的常温发射率分别为0.81和0.86。④发射率与温度的关系温度影响材料的发射率。电介质材料的发射率较金属大的多，有些随温度升高而降低，有些随温度的升高而有复杂的变化。⑤发射率受材料表面状态的影响一般来说，材料表面愈粗糙，其发射率愈大。红外线在金属表面上

6、的反射性能与红外线波长对表面不平整度的相对大小有关，与金属表面上的化学特征和物理特征无关。⑥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。对某些材料，如红外线透明材料或半透明的材料，其发射率值还与其体因素有关，原因是红外线能量在传播过程中被材料吸收所致。⑦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，将使材料的发射率改变。(2)红外辐射材料的应用红外辐射材料在热能利用方面可用作红外加热、耐火材料等。

7、红外加热与干燥是指利用热辐射所发射出来的红外线，照射到物体上并被吸收后转换成热能，从而达到加热、干燥的目的。高发射率红外辐射涂层属于不定形耐火材料中的一种，一般被涂于加热炉的炉衬耐火砖或耐火纤维毡的表面，也可涂于测温套管、烧嘴砖等表面，将十分有利于热能的利用。在航天领域，航天器用红外辐射涂层是一种高温高发射率涂层，涂在航天器蒙皮表面上作为辐射防热结构。(3)用于军事目的①防红外伪装涂层红外伪装的最基本原理是降低和消除目标和背景的辐射差别，以降低目标被发现和识别的可能性。②红外诱铒器红外诱铒器作为

8、对付红外制导导弹的一种对抗手段，正受到重视。选择不同辐射频率的材料做成的红外诱铒器可以模拟各种武器装备的红外辐射特征，更好地发挥红外诱铒假目标的作用。2.透红外材料(1)透红外材料的性质透红外材料指的是对红外线透过率高的材料。对透红外材料的要求，红外光谱透过率要高，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只有二三十种，可以分为晶体、玻璃、透明陶瓷、塑料等。单晶体主要有锗、硅半导体作为红外光学材料。硅在力学性能和抗热冲击性上比锗好得多，温度影响也小，但硅的折射率高