敏感功能材料02电功能材料ppt课件.ppt

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1、第二讲电功能材料主要内容第1节功能材料简介（1学时）第2节电功能材料电功能材料简介及半导体材料（1学时）超导材料及电接点材料（2学时）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。一功能材料(敏感材料)第一节功能材料简介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。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

2、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、重量仅1/60,000。材料：锗Ge（灰白色、质脆）半导体材料硅Si半导体材料硬化镓GaAs半导体材料我国研制的天河二号能够以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算。（发热）二、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。按化学组成金属功能材料陶瓷功能材料（无机非金属）高分子功

3、能材料复合功能材料按应用领域电工材料能源材料信息材料光学材料仪器仪表材料航空航天材料生物医学材料传感器用敏感材料三、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、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

4、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。四、功能材料的展望展望21世纪，功能材料的发展趋势为：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；超高温超高压超低温强腐

5、蚀高真空强辐射高性能功能材料航空航天分子电子学新能源海洋技术生命科学极端条件下1）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。四、主要内容按使用性能划分的方式介绍材料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力功能材料

6、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。第二节电功能材料半导体材料超导材料电接点（触头）材料一、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。10-710-610-510-410-310-210-1100101102103104105106电导率σ绝缘体半导体导体超导体：σ→∞单位：S/m（西门子/米）电子导电材料包括导体、超导体和半导体：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

7、，一般在100S/m以下。离子导电材料的导电机理锂离子电池硅负极材料充放电时的导电聚合物示意图利用纳米碳三维导电网络构筑高性能锂离子电池电极材料示意图二、能带理论简介能带理论是用量子力学的方法研究固体内部电子运动的理论。是于20世纪初期，在量子力学确立以后发展起来的一种近似理论。它曾经定性地阐明了晶体中电子运动的普遍特点，并进而说明了导体与绝缘体、半导体的区别所在，解释了晶体中电子的平均自由程问题。1、禁带相邻两能带间的能量范围称为“能隙”或“禁带”。晶体中电子不能具有这种能量。2、满带完全被电

8、子占据的能带。满带中的电子不会导电；3、空带完全未被电子占据的称“空带”；4、导带部分被电子占据的称“导带”。导带中的电子能够导电；5、价带价电子所占据能带称“价带”。能量比价带低的各能带一般都是满带，价带可以是满带，也可以是导带。禁带空带或导带满价带导体的能带中都有未被填满的价带，其导带与价带之间的禁带非常窄，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导带而导电；在外电场的作用下，电子可由价带跃迁到导带，从而形成电流。绝缘体的能带结构是满带与导带之间被一个较宽的禁带所隔开，大约9eV左右，在常温下几乎