材料與功能材料的分類.pptx

1、電子功能材料及元器件,電子科學與工程學院 梁喜雙,目 錄,第一章 電子功能材料概述 第二章 化合物晶體的缺陷化學基礎 第三章 熱敏陶瓷及熱（溫）敏感元件 第四章 半導體氣體敏感元件 第五章 濕度敏感器件 第六章 光敏及光電器件 第七章 光纖及光纖傳感器 第八章 壓力傳感器 第九章 磁敏傳感器件,第一章 電子功能材料概述,1-1 材料與功能材料的分類,1. 材料科學的重要性,材料科學是信息技術的基礎,現(xiàn)代信息技術是一門綜合性很強的技術，它包含微電子技術、計算機技術、數(shù)字通信技術、多媒體技術、網絡技術、光纖通信技術，衛(wèi)星通信技術、遙感、遙測技術、遙控技術以及人工智能等各種高技術?，F(xiàn)代信息技術的主要

2、特征是：各種信息的數(shù)字化和信息傳遞、信息處理的計算機化和網絡化。,1.材料科學的重要性,信息功能材料是信息技術發(fā)展的基礎和先導；沒有硅材料和硅集成芯片的問世，就不會有今天微電子技術；沒有光學纖維材料的發(fā)明，砷化鎵材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半導體激光器和超高速器件的發(fā)展，就不會有今天先進的光通信、移動通信和數(shù)字化高速信息網絡技術。 21世紀的信息技術是以集材料、器件和電路為一體的信息功能材料為基礎的，融最先進的微電子、光電子和光子技術于一體。,1.材料科學的重要性,能源指能夠提供出能量的自然資源。能源是人類生存的物質基礎，社會經濟發(fā)展的原動力。,新能源,人類利用能源三個時期,

3、材料科學是能源技術的基礎,1.材料科學的重要性,2. 材料的分類,材料,3. 功能材料的概念,功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學、生物醫(yī)學功能，特殊的物理、化學、生物學效應，能完成功能相互轉化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應用于各類高科技領域的高新技術材料。,Diagram,功能材料,信息技術,海洋工程技術,空間技術,能源技術,環(huán)保技術,生物工程技術,計算機技術,納米技術,4. 功能材料的分類,功能材料,熱學功能材料（高溫耐熱材料、燃氣輪機、飛機、汽車的高溫絕緣材料等）,機械功能材料（質輕、高強度、高硬度材料。例如普通鋼抗拉伸強度是 （20-40）kg/m

4、m2 高強度鋼為（40-100）kg/mm2，此外， 還有超塑性、抗震材料等),磁學功能材料（永磁鐵、磁流體、即強磁性微粉分布于液相無磁滯現(xiàn)象、 不凝聚、不沉淀的膠體，還有霍爾器件等）,電學功能材料（光電轉換材料、半導體材料、超導材料、絕緣材料、 介電材料等）,光學功能材料（激光材料、光致變色材料，透光、導光玻璃、光聲、 光磁材料等）,化學和生物功能材料（人造器官材料、氣體、離子分離膜、抗血栓功能 材料等）,其他功能材料（混雜材料、合成碳纖維、氧化鉛纖維等復合材料）,開發(fā)新材料的必要性和可能性,1. 人類的需求增加,2. 現(xiàn)有資源的枯竭,3. 科學技術的發(fā)展,4. 功能材料的分類,5.高新技術

5、及其應用材料的典型例子,A：宇航材料,1頭錐和機翼 （1260-1500 ） 熱分解的碳纖維和石墨化樹脂 2機身和機翼下表面 （ 650-1260 ） 高溫陶瓷瓦（SiO2纖維+硼化硅） 3機身側面和機翼上表面（370-650 ） 低溫陶瓷瓦（SiO2纖維+膠狀SiO2） 4貨艙門、尾端機身等 （398） 粘瓦（聚芳纖胺纖維）,航天飛機 長：37.2M ， 寬：23.8M，重：68.8噸 火箭 長：56M 重：2020噸,“哥倫比亞”號航天飛機在起飛大約33秒后的照片,5.高新技術及其應用材料的典型例子,飛機減重： 一架波音767飛機由于使用復合材料可減重450公斤，采用高強度鋼代替原先的合金

6、鋼減重900公斤，采用改進的鋁合金又可減重363公斤，三項總計減重約為1.7噸。,B：新能源材料（核能）,原子能的理論基礎：愛因斯坦的質能方程（1905年） Emc2 表示的質量(m)和能量(E)之間的關系。式中c為光速,1932：（質子轟擊Li）,1 初期人工核反應（1919年盧瑟福： 粒子轟擊N）,5.高新技術及其應用材料的典型例子,核能開發(fā)階段： 1.實現(xiàn)人工核反應 2.發(fā)現(xiàn)中子及輕原素裂變 3.重元素裂變及鏈式反應,30萬eV,860萬eV,發(fā)出1690萬eV,1932年，英國的查德威爾：粒子轟擊Be，發(fā)現(xiàn)了中子。,3 重核裂變及鏈式反應,2 中子的發(fā)現(xiàn)輕元素的裂變,1934年，居里夫

7、婦：粒子轟擊Al,費米,哈恩,5.高新技術及其應用材料的典型例子,5.高新技術及其應用材料的典型例子,我國進行的原子彈實驗,5.高新技術及其應用材料的典型例子,秦山核電站,5.高新技術及其應用材料的典型例子,反應堆,5.高新技術及其應用材料的典型例子,5.高新技術及其應用材料的典型例子,C：重要的信息材料（Si）,Si是IC和先進科學儀器的基礎，是制作高性能IC的最重要材料！,單晶硅,集成電路,5.高新技術及其應用材料的典型例子,18000個電子管 1500個繼電器 消耗功率為50 占地300平方米 重30噸 價值48萬美元。,1946年美國賓夕法尼亞大學為了彈道設計的需要設計了世界上第一臺數(shù)

8、字電子計算機。 它的運算速度不高，卻是一個龐然大物。,第一代 （電子管）（1946-1957 ）,計算機發(fā)展簡史,5.高新技術及其應用材料的典型例子,第二代晶體管 (1957-1964),第二代晶體管計算機,1947年，肖克利、巴丁、布拉頓三人發(fā)明第一個Ge晶體管。 1954年，貝爾實驗室制成了第一臺晶體管計算機TRADIC，使計算機體積大大縮小，用了800只晶體管。 1957年，美國研制成功了全部使用晶體管的計算機，第二代計算機誕生了。,5.高新技術及其應用材料的典型例子,第三代 （IC機） 小規(guī)模 SSIC (105元件/片) 1975-1978年,第四代計算機是什么？ 光計算機？ 光計算

9、機是由光代替電子或電流，實現(xiàn)高速處理大容量信息的計算機。運算速度極高、耗電極低。 超導計算機？ 利用高溫超導材料作為材料制作計算機，計算機運算速度比現(xiàn)在的電子計算機快100倍，超導而電能消耗僅是電子計算機的千分之一。 分子計算機？ 分子計算計劃就是嘗試利用分子計算的能力進行信息的處理。分子計算機耗電可大大減少并能更長期地存儲大量數(shù)據(jù)。 量子計算機？ 利用電子的兩個自旋方向，用幾個原子做出量子計算機的基本電路。,5.高新技術及其應用材料的典型例子,光子計算機發(fā)展過程： 1969年：美國麻省理工學院提出光計算機的概念 1982年，英國赫羅特一瓦特大學研制出第一支光晶體管 1986年，貝爾實驗室用半導體做成光晶體管 1990年，貝爾實驗室制造出光計算機的雛形 隨后，英、法、比、德、