第七篇 新型功能材料.pptVIP

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，便构成光振荡，并发出强大的激光。 (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。 (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。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。 7.2 电功能材料 7.2.1 半导体材料 1、半导体的导电机理 半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。激发既可以是热激发，也可以是非热激发，通过激发，半导体中产生载流子，从而导电。 5. 超导材料的性能 超导材料的种类很多，大致可分为低温超导体、高温超导体、非晶超导材料复合超导材料、重费米超导体、有机超导材料。 低温超导材料：这种材料的超导转变温度较低，大约在30K以下。具体又可分为元素超导体、合金超导体、化合物超导体三种。 7.超导材料的应用 在超导材料应用中，一般分为低温超导材料和高温超导材料应用两大方面。 (1)低温超导材料的应用 低温超导材料的应用分为：强电应用，主要包括超导在强磁场中的应用和大电流输送；弱电应用，主要包括超导电性在微电子学和精密测量等方面的应用。 (2)高温超导体材料的应用与进展 目前高温超导材料大量应用在磁体、电子器件、电力等方面。但仍有许多材料和技术方面的问题需要解决。在材料方面，主要是要求超导体应有较高的临界温度和临界电流。 7.2.3 热电材料 热电效应 赛贝克(seebeck)效应 当两种不同金属接触时，它们之间会产生接触电位差。如果两种不同金属形成一个回路时，两个接头的温度不同，则由于该接头的接触电位不同，电路中会存在一个电动势，因而有电流通过。电流与热流之间有交互作用存在，其温度梯度不但可以产生热流，还可以产生电流，这是一种热电效应，称为赛贝克效应，其所形成的电动势，称为赛贝克电动势。 2.热电材料及其应用 合金热电材料是最重要的热电材料之一，根据赛贝克效应的原理，被广泛地应用在测量温度方面，这便是我们熟知的热电偶。此外，热电效应还被广泛地应用于加热(热泵)、制冷和发电等方面。 7.2.4 压电材料 压电效应与逆压电效应 压电材料是实现机械能与电能相互转变的工作物质。这是一类具有很大潜力的功能材料。 　当压电材料受到机械应力时，会引起电极化，其极化值与机械应力成正比，其符号则取决于力的方向，这种现象称为正压电效应；反过来，材料在电场作用下，产生一个在数量上与电场强度成正比的应变，这种现象称为逆压电效应。 2. 压电材料及其应用 常用的压电材料有石英(SiO2)、钛酸钡(BaTiO3)、铌酸锂(LiNbO3)等单晶和钙钛矿型的压电陶瓷，这种陶瓷是钛酸钡、钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)O3，简写为[PZT]等的多晶材料，其成分可根据应用的要求进行配料。 7.2.5 铁电材料 1. 铁电材料的结构和性质 一般的电介质只有在电场作用下才能电极化，但有一类电介质具有自发极化，而且它的自发极化方向能随电场的作用而转向， 这一类电介质称为铁电体。 7.3 功能转换材料 7.3.1 光电转换材料 1.物质由于受到光照而引发其某些电性质变化的这一现象称为光电效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应三种。 光电导效应 光电效应 光生伏特效应 光电子发射效应---外光电效应(发生于金属中) (1) 光电导效应 物质在受到光照