礦物材料中的電功能材料

1、PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 礦物材料中的電功能材料作為材料家施行中數(shù)量最多 、 門類豐富的天然礦物具有多種多樣的導(dǎo)電 ( 絕緣) 、介電 、壓電 、熱電性能 , 是鑒定和選別礦物和物理探礦 ( 電法勘探 、遙感 )以及利用礦物制備功能材料的物理依據(jù) 。在科學(xué)技術(shù)尤其是電子技術(shù)高速發(fā)展的今天 ,對電功能材料提出了更多的數(shù)量和更高的質(zhì)量要求 。背 景一、礦物的導(dǎo)電性材料導(dǎo)電率的大小由帶電粒子濃度和遷移率決定

2、。帶電粒子可以是電子、空穴和各種離子 。因此 ,材料導(dǎo)電率是上述各種粒子導(dǎo)電率的總和 。天然礦物之間導(dǎo)電率相差勘大 , 可達(dá)1020( 表1) 。歸結(jié)起來 , 是由于他們的化學(xué)成份、結(jié)構(gòu) 、鍵型的不同 , 形成過程中出溶 、 析晶 、晶格畸變 、缺陷 、位錯 、 類質(zhì)同象置 換和雜質(zhì)礦物的混入等原因 , 導(dǎo)致帶電粒子濃度和遷移率的差異而產(chǎn)生的 。固體電子論認(rèn)為 ,礦物導(dǎo)電性的本質(zhì)在于各種礦物能帶結(jié)構(gòu)的差別和價電子填充情況的不同 ,禁帶寬度決定了帶電粒子位移的難易。硅酸鹽礦物 、硫化物礦物及金屬礦物有不同的禁帶寬度 。一些礦物的禁帶寬度 ( Eg) 和帶電粒子濃度 ( n) 如表2所示 。礦物的

3、電導(dǎo)率還與環(huán)境溫度有關(guān) 。 對于金屬礦物而言 , 溫度增加使電子運(yùn)動所受阻力增大 , 電導(dǎo)下降 。對于硅酸鹽和氧化物類礦物 , 溫度升高 , 一方面使電子躍遷幾率加大 , 載流子濃度變大 ; 另一方面使離子振動加劇 , 載流子移動阻力增大 , 一般來說 , 隨著溫度升高 , 導(dǎo)電率增加 , 電阻率降低 。環(huán)境濕度對具有較高電阻率的離子鍵和共價鍵礦物的導(dǎo)電率有十分明顯的影響 。 礦物表面越粗糙 , 剩余鍵力越大 , 粒度越小 , 比表面積越大 , 都會使礦物吸濕性變大 。影響因素影響因素此外 , 礦物的導(dǎo)電性還和施加電場和頻率有關(guān) 。粉末狀礦物還與其粒徑和粒子形狀有關(guān) 。某些礦物在一定壓力 、

4、一端加熱和聲音作用下 ,會發(fā)生電荷聚集 ( 如壓電石英 、 電氣石 、 辰砂) , 進(jìn)而使電導(dǎo)率發(fā)生急劇變化 。二、 礦物導(dǎo)電性的應(yīng)用天然礦物在無機(jī)電絕緣材料 、導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料上有著廣泛的應(yīng)用 。由于天然礦物本身的復(fù)雜性和材料有一定的使用條件和技術(shù)要求 , 天然礦物作為功能材料原 料時 , 應(yīng)查明影響導(dǎo)電率的因素 , 有針對性地進(jìn)行選礦提純 、表面處理 、改性 、復(fù)合等處理 , 才能滿足使用各 種條件下的技術(shù)要求 。2 . 1 電絕緣材料在無線電電子技術(shù)和電氣工程中 , 需要大量具有較高電緣性能的材料 。如電機(jī) 、電車 、無線電發(fā)射塔等的絕緣支撐材料 , 家用電器中的電熱管 、電熨斗 、

5、 電飯煲的絕緣填料 。 雖然其中一部分可以使用有機(jī)材料 , 但無機(jī)礦物材料 , 尤其是硅酸鹽一氧化物具有耐高溫 、 抗老化 、 抗酸堿和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn) , 仍是當(dāng)今電絕緣材料的重要組成部分 。如白云母 , 具有很高的透明度 、 彈性 、 韌性 、 化學(xué)穩(wěn)定性 , 并有優(yōu)異耐高壓 、 耐熱 、 耐火性和較好的電絕緣性是制備電機(jī) 、 電子管和電容 器的重要材料 。又如滑石粉 , 在 1 000 以內(nèi)具有較好的電絕緣性 , 常用于變壓器 、 電機(jī)匝間涂料的填料 。云 母 礦白 云 母 作為電熱管用的電絕緣填料 。 目前常用的是電熔氧化鎂 , 在常溫下極易吸潮發(fā)生水合反應(yīng) , 生成氫氧化鎂 , 而

6、使電絕緣性能大為降低 , 并且價格較貴 。經(jīng)過多年的反復(fù)試驗(yàn) , 以天然硅酸鹽礦物為原料 , 經(jīng)過選礦提純 、 表面處理和改性 , 制備出復(fù)合硅酸鹽礦物電絕緣填料 。 完全能在一 定溫度范圍( 100) 和較低的介電損耗 ( tan 2 10-3) , 是制備微波介質(zhì)材料的較好原料 , 經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部有關(guān)科研單位制成介質(zhì)墊片初步試用 , 效果良好 , 目前正在繼續(xù)深入開發(fā)研究中。天然金紅石（金紅石渣）雖然天然金紅石雜質(zhì)含量高 , 但是其介電性質(zhì)優(yōu)于人工金紅石 。 這是因?yàn)?: 人造金紅石是化工過程產(chǎn)物 , 用硫酸法或氯化法制備而得 , 產(chǎn)品中粉粒表面會有殘留一些酸根離子并產(chǎn)生晶格缺陷 , 反應(yīng)過

7、程中會產(chǎn)生氧空位 。 如煅燒不充分會殘留一些未經(jīng)轉(zhuǎn)化的銳鈦礦相 。因此介電常數(shù)和介質(zhì)損耗變化大 , 而天然金紅石是高溫高壓的產(chǎn)物 , 盡管引入了一些雜質(zhì)離子 , 對其內(nèi)鈦 、 氧離子進(jìn)行異價類質(zhì)同相置換 , 造成晶格缺陷 , 影響其介電常數(shù)和介電損耗的同時 , 其中的三價 、 五價離子可以增強(qiáng)金紅石的抗還原性 ,減少氧空位的產(chǎn)生 , 從而使天然金紅石盡管雜質(zhì)含量高 , 而與某些人工金紅石相比介電常數(shù)高 、 介質(zhì)損耗低 。此外 , 國內(nèi) 外學(xué)者對黑電氣 石粉末的 研究表明 , 這類礦物細(xì)磨后在表面會形成強(qiáng)度為 108V / m的靜電場 , 在電磁屏蔽環(huán)境保護(hù)方面有著廣闊的應(yīng)用前景 電氣石粉末綜上所述 , 礦物的電學(xué)性能在材料科學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用前景 。 但是天然礦物形成的環(huán)境和條件比較復(fù)雜 , 致使同一種礦物在不同產(chǎn)地 、 在同一礦區(qū)的不同礦段不同層位 上 , 其物 質(zhì)組成 ( 雜質(zhì)) 、結(jié)構(gòu) 、 形貌 、 晶體缺陷等會有較大的不同 , 致其電性能不一致 。作為功能材料 , 往往是在一定條件下使用 , 并有一定的技術(shù)要求。因此 , 要想制備出滿足工業(yè)需要和技術(shù)進(jìn)步的功能材料 ,