版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
第七章功能材料第一頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四本章內(nèi)容7.1光學(xué)功能材料7.2電功能材料7.3功能轉(zhuǎn)換材料第二頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.1光學(xué)功能材料
7.1.1激光材料1.激光的產(chǎn)生和特點(diǎn):基態(tài)不穩(wěn)定高能態(tài)亞穩(wěn)態(tài)(壽命長、粒子累積)無輻射躍遷工作物質(zhì)(原子或分子)泵浦過程(使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布)某些粒子跌落于基態(tài),并激發(fā)其他粒子跌落,一起放出的光在光諧振腔里放大則發(fā)出激光吸收外來能量激光產(chǎn)生的原理第三頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四激光的特點(diǎn):
相干性好發(fā)射的光具有相同相位
單色性純在諧振腔調(diào)諧為特定頻率
方向性好偏離調(diào)諧軸向的輻射經(jīng)反射逸散
高亮度光子被同時釋放,具有巨大亮度
激光焦點(diǎn)亮度比普通光高108-1010倍第四頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四2.常用激光材料
激光工作物質(zhì)分為固體、液體和氣體激光工作物質(zhì)。固體激光物質(zhì)最為重要,分為晶體和玻璃兩種。
第五頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(2)激光玻璃
激光玻璃與激光晶體一起構(gòu)成了固體激光材料的兩大類,并得到迅速發(fā)展。激光玻璃由激活離子和基質(zhì)玻璃組成。
激活離子:在激光玻璃中激活離子是以Nd3+為代表的三價稀土離子?;|(zhì)玻璃:在基質(zhì)玻璃中,最早的激光輸出是在摻釹鋇冕玻璃中實(shí)現(xiàn)的。
第六頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.1.2紅外材料
紅外材料是指與紅外線的輻射、吸收、透射和探測等相關(guān)的一些材料。本節(jié)主要介紹紅外透射和輻射材料。
1.紅外輻射材料:
紅外輻射又稱熱輻射。紅外輻射材料可分為熱型、“發(fā)光型”和熱-“發(fā)光”混合型三類。紅外加熱技術(shù)主要采用熱型紅外輻射。第七頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(1)紅外輻射材料的輻射特性
紅外輻射材料的輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。而發(fā)射率是紅外輻射材料的重要特征值。透過反射紅外輻射吸收
其中:
吸收率+反射率+透過率=
1
根據(jù)Kirchoff定律:
輻射體的輻射出射度/吸收率=黑體輻射出射度
則吸收率α
=輻射體的輻射出射度/黑體輻射出射度=
ε第八頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四材料發(fā)出輻射是因組成材料的原子、分子或離子體系在不同能量狀態(tài)間躍遷產(chǎn)生的。短波段與其電子躍遷有關(guān),長波段則與其晶格振動特性有關(guān)。紅外輻射體的輻射機(jī)制是由于分子轉(zhuǎn)動或振動而伴隨著電偶極矩的變化而產(chǎn)生的輻射。因此,組成材料的元素、化學(xué)鍵形式、晶體結(jié)構(gòu)以及晶體中存在缺陷等因素都將對材料的發(fā)射率發(fā)生影響。(a)材料本身結(jié)構(gòu)對其發(fā)射率的影響
一般來說金屬導(dǎo)電體的發(fā)射率值較小,電介質(zhì)材料的發(fā)射率較高。第九頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(b)材料的發(fā)射率隨輻射波長的變化
多數(shù)紅外輻射材料,在短波段與其電子躍遷有關(guān),長波段則與其晶格振動特性有關(guān)。第十頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(c)原材料預(yù)處理工藝對發(fā)射率的影響
同一種原材料因預(yù)處理工藝條件不同而有不同的發(fā)射串值。例如氧化鈦在空氣700oC和煤氣氛1400oC,其常溫發(fā)射率分別為0.81和0.86。(d)發(fā)射率與溫度的關(guān)系
對電介質(zhì)來說,有些隨溫度升高而升高,有些則降低。(e)發(fā)射率受材料表面狀態(tài)影響一般來說,表面越粗糙,其發(fā)射率值越大。第十一頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(f)材料的體因素對發(fā)射率的影響
材料的體因素包括材料的厚度、填料的粒徑和含量等等。對透紅外材料,其發(fā)射率值受到與材料體因素有關(guān)的紅外吸收影響。(d)材料的發(fā)射率隨工作時間而變化
在工作條件下,由于與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生相互作用或其他物理化學(xué)變化,從而引起成分及結(jié)構(gòu)的變化,使材料的發(fā)射率改變。
第十二頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(2)紅外輻射材料的應(yīng)用第十三頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第十四頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四2.透紅外材料:
(1)透紅外材料的性質(zhì)
透紅外材料是指對紅外線透過率高的材料。對其材料的要求是紅外光譜透過率要高,透過的短波限要低,透過的頻帶要寬。
(2)透紅外材料的種類目前實(shí)用的光學(xué)材料有二三十種,可以分為晶體、玻璃、透明陶瓷、塑料等。鍺、硅半導(dǎo)體的單晶和堿金屬、堿土金屬鹵化物離子晶體是常用的單晶透紅外材料。紅外光學(xué)玻璃主要有:硅酸鹽、鋁酸鹽、鎵酸鹽、硫?qū)倩衔锊AУ?。第十五頁,共五十六頁,編輯?023年,星期四
氧化鋁透明陶瓷不只是透過紅外線,也可以透過可見光。稀有金屬氧化物(如氧化釔)陶瓷是一類具有耐高溫性能的透紅外光學(xué)材料。
塑料也是紅外光學(xué)材料,但近紅外性能不如其他材料,多用于遠(yuǎn)紅外。
(3)透紅外光學(xué)材料應(yīng)用透紅外光學(xué)材料是用來制造紅外光學(xué)透鏡、棱鏡、調(diào)整盤、整流罩等不可或缺的材料。第十六頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.1.3發(fā)光材料
發(fā)光是一種物體把吸收的能量,不經(jīng)過熱的階段,直接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象。發(fā)光材料種類很多,按激發(fā)方式可分為:光致發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、陰極射線致發(fā)光材料、熱致發(fā)光材料、等離子發(fā)光材料。
1.發(fā)光機(jī)理(1)分立中心發(fā)光:發(fā)光材料的發(fā)光中心受激后,激發(fā)和發(fā)射過程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光。它是單分子過程,有自發(fā)發(fā)光和受迫發(fā)光兩種。第十七頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四自發(fā)發(fā)光:受激發(fā)粒子受內(nèi)部電場作用從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時的發(fā)光。其特征為,與發(fā)光相應(yīng)的電子躍遷概率決定于發(fā)射體內(nèi)部電場,而不受外界影響。受迫發(fā)光:受激發(fā)的電子只有在外界影響下才發(fā)光。其特征是發(fā)射過程分為兩個階段,發(fā)射體存在亞穩(wěn)的受激態(tài)M,其躍遷至基態(tài)是禁阻的,而受迫發(fā)光的第一階段為由熱起伏使電子躍遷到A態(tài),然后再從A態(tài)躍遷回基態(tài)而發(fā)光。第十八頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(2)復(fù)合發(fā)光
發(fā)光材料受激發(fā)時,分離出一對帶異號的電荷的粒子,一般為正離子和電子,這兩種離子在復(fù)合時便發(fā)光,既復(fù)合發(fā)光。復(fù)合發(fā)光過程中存在離子化的帶電粒子的遷移或擴(kuò)散,構(gòu)成特征的光電導(dǎo),也稱為“光電導(dǎo)發(fā)光”。復(fù)合發(fā)光過程,可以在一個發(fā)光中心上進(jìn)行而實(shí)現(xiàn)單分子過程,電子在導(dǎo)帶中存在時間很短,是短復(fù)合發(fā)光過程;大部分情況是電子脫離原來的發(fā)光中心在其他中心上實(shí)現(xiàn)雙分子過程,電子在導(dǎo)帶中時間長,是長復(fù)合過程。第十九頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四2.發(fā)光特征第二十頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四3.發(fā)光材料
(1)光致發(fā)光材料
用紫外線、可見光及紅外線激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生發(fā)光的現(xiàn)象稱為光致發(fā)光,相應(yīng)材料為光致發(fā)光材料。一般分熒光材料和磷光材料兩種。
熒光材料:只有具備共軛鍵系統(tǒng)的分子才能使激發(fā)態(tài)保持相對穩(wěn)定而發(fā)射熒光,因而熒光材料主要是以苯環(huán)為基的芳香族化合物和雜環(huán)化合物。
具有缺陷的某些復(fù)雜的無機(jī)晶體物質(zhì),在光激發(fā)時和光激發(fā)停止后一定時間內(nèi)能夠發(fā)光,稱為磷光材料。光致發(fā)光主要用于顯示、顯像、照明和日常生活中。第二十一頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(2)電致發(fā)光材料第二十二頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(3)射線致發(fā)光材料(4)等離子體發(fā)光材料第二十三頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.2電功能材料
7.2.1半導(dǎo)體材料1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理
半導(dǎo)體價帶中的電子受激發(fā)后從滿價帶躍遷到空導(dǎo)帶中,躍遷電子可以在導(dǎo)帶自由移動,傳導(dǎo)負(fù)電荷;同時在滿價帶中留下空穴,在價帶中傳導(dǎo)正電荷。
半導(dǎo)體導(dǎo)電來源于電子和空穴的運(yùn)動,電子和空穴都是半導(dǎo)體中的載流子。激發(fā)可以是熱激發(fā),也可以是非熱激發(fā),通過激發(fā)半導(dǎo)體中產(chǎn)生載流子,從而導(dǎo)電。第二十四頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四2.半導(dǎo)體的分類
按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體又可以分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體?;衔锇雽?dǎo)體可分為合金、化合物、陶瓷和有機(jī)高分子四種。按照摻雜原子的價電子數(shù)可以分為施主型和受主型,前者摻雜原子的價電子多于純元素價電子,而后者相反。按晶態(tài)分為結(jié)晶、微晶、非晶體半導(dǎo)體。第二十五頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四3.半導(dǎo)體材料第二十六頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第二十七頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第二十八頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第二十九頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四
7.2.2超導(dǎo)材料
1911年荷蘭物理學(xué)家Onnes在研究水銀低溫電阻時,首先發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。
物質(zhì)在超低溫下,失去電阻的性質(zhì)為超導(dǎo)電性,相應(yīng)的物質(zhì)就稱為超導(dǎo)體。一些金屬、合金和化合物也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其超導(dǎo)現(xiàn)象。因此,超導(dǎo)體存在常導(dǎo)狀態(tài)和超導(dǎo)狀態(tài)。第三十頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四1.超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì)
(1)零電阻現(xiàn)象Tc–臨界溫度超導(dǎo)物質(zhì)在溫度降低至某一數(shù)值Tc以下,則電阻突然為零。第三十一頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四(2)完全抗磁性
1933年Meissner和Ochsenfeld首次發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體具有完全抗磁性的特性。他們將錫單晶球超導(dǎo)體在磁場(H≤Hc)中冷卻,在臨界溫度以下,超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線一下子被排斥出去;先冷卻到臨界溫度以下,再通以磁場,現(xiàn)象一樣。即在超導(dǎo)狀態(tài)下,超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B≡0,也就是所謂的Meissner效應(yīng)。超導(dǎo)態(tài)具有兩大特性:零電阻現(xiàn)象和Meissner效應(yīng)。第三十二頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四2.超導(dǎo)體的臨界參數(shù)第三十三頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第三十四頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四3.超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)理第三十五頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四按照材料成分,超導(dǎo)體可分為元素超導(dǎo)體、合金超導(dǎo)體、化合物超導(dǎo)體。按照Meissner效應(yīng)分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體。4.超導(dǎo)體的種類第三十六頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第三十七頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四5.超導(dǎo)體材料的性能第三十八頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第三十九頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四6.超導(dǎo)體材料的應(yīng)用第四十頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.2.3熱電材料第四十一頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第四十二頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.2.4壓電材料第四十三頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第四十四頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四7.3功能轉(zhuǎn)換材料7.3.1光電轉(zhuǎn)換材料第四十五頁,共五十六頁,編輯于2023年,星期四第四十六頁,共五十六頁,
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2024年法律規(guī)定公證離婚協(xié)議樣式版B版
- 2024年租賃合同標(biāo)的及權(quán)利義務(wù)
- 2024年版:專業(yè)消毒服務(wù)合同模板3篇
- 2024年采購合作詳細(xì)協(xié)議樣式版B版
- 2024年高鐵車站建設(shè)勞務(wù)分包協(xié)議
- 導(dǎo)游基礎(chǔ)知識-中國四大宗教考試試題-(三)
- 2024租賃房屋場地合同
- 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用配套課件
- 2024版全新研究:節(jié)能減排項(xiàng)目貸款合同
- 信息科災(zāi)害脆弱性分析報告
- 人口基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息庫
- 妊娠合并貧血護(hù)理
- 完整解讀《義務(wù)教育課程方案(2022版)》PPT2022年新版義務(wù)教育課程實(shí)施方案最新發(fā)布義務(wù)教育課程方案(2022版)精品課件
- 6.ctg-mboss crm2.0渠道服務(wù)總線功能技術(shù)_v0.99
- 流動資金自動測算表(內(nèi)自帶計(jì)算公式)
- t-橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書
- 暴雨產(chǎn)流計(jì)算(推理公式河南省)
- 品質(zhì)管控流程(PPT32頁)
- 人教版小學(xué)數(shù)學(xué)六年級上冊:第八單元總復(fù)習(xí)教案(共10頁)
- 田字格硬筆書法練字專用A4打印版紅藍(lán)兩色
- 鐵路站房及配套工程裝飾裝修施工作業(yè)指導(dǎo)書
評論
0/150
提交評論