無機(jī)材料的物理性質(zhì)(1)-2012

1、第二部分第二部分無機(jī)材料的物理性質(zhì)無機(jī)材料的物理性質(zhì)無機(jī)材料的光學(xué)性質(zhì)無機(jī)材料的光學(xué)性質(zhì)無機(jī)材料的電學(xué)性質(zhì)無機(jī)材料的電學(xué)性質(zhì)無機(jī)材料的磁學(xué)性質(zhì)無機(jī)材料的磁學(xué)性質(zhì) 一一 電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì) 能帶結(jié)構(gòu)能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 超導(dǎo)體超導(dǎo)體 介電質(zhì)介電質(zhì) 離子導(dǎo)電材料離子導(dǎo)電材料問題：材料導(dǎo)電的原理？問題：材料導(dǎo)電的原理？ 根據(jù)材料的導(dǎo)電性不同，如何劃分材料？根據(jù)材料的導(dǎo)電性不同，如何劃分材料？一一 電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì) 金屬導(dǎo)電率金屬導(dǎo)電率： 103105 -1 cm-1 半導(dǎo)體導(dǎo)電率半導(dǎo)體導(dǎo)電率： 10-5103 -1 cm-1 絕緣體導(dǎo)電率絕緣體導(dǎo)電率： Tc 鐵電體變成順電體鐵電體變成順電體實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)

2、 ：結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，自發(fā)極化消失。：結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，自發(fā)極化消失。鐵電體的相變鐵電體的相變居里溫度居里溫度鐵電體鐵電體鈦酸鋇鈦酸鋇BaTiO3 居里溫度居里溫度 120 oC； 120以上，立方結(jié)構(gòu)，晶體以上，立方結(jié)構(gòu)，晶體的正負(fù)電荷重心重合，無鐵電的正負(fù)電荷重心重合，無鐵電性（順電性）；性（順電性）； 120以下，四方結(jié)構(gòu)，晶體以下，四方結(jié)構(gòu)，晶體的正負(fù)電荷重心不重合，存在的正負(fù)電荷重心不重合，存在很強(qiáng)的自發(fā)極化，鐵電性；很強(qiáng)的自發(fā)極化，鐵電性； 介電常數(shù)高介電常數(shù)高 電容器電容器鐵電體的重要用途鐵電體的重要用途 電容器：電容器：BaTiO3 和和Pb(ZrxTi1-x)O3 熱敏電阻器熱敏電阻

3、器BaTiO3：溫度接近居里點(diǎn)時(shí)，電溫度接近居里點(diǎn)時(shí)，電阻率急劇增大，隨即使電流斷開。阻率急劇增大，隨即使電流斷開。 鐵電存儲(chǔ)器鐵電存儲(chǔ)器-IC卡存儲(chǔ)芯片卡存儲(chǔ)芯片 IC卡存儲(chǔ)芯片卡存儲(chǔ)芯片 鐵電存儲(chǔ)器，上世紀(jì)九十年代投放市場(chǎng)。鐵電存儲(chǔ)器，上世紀(jì)九十年代投放市場(chǎng)。 采用薄膜技術(shù)，將鐵電材料，如采用薄膜技術(shù)，將鐵電材料，如Pb(ZrxTi1-x)O3等，制成薄膜形態(tài)，借助集成電路技術(shù)與半導(dǎo)等，制成薄膜形態(tài)，借助集成電路技術(shù)與半導(dǎo)體集成。體集成。 擦寫次數(shù)達(dá)一萬億次以上，工作電壓低至擦寫次數(shù)達(dá)一萬億次以上，工作電壓低至2V。 鐵電體的功能效應(yīng)鐵電體的功能效應(yīng) 壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：在某些晶體的特定方

4、向施加壓力，相在某些晶體的特定方向施加壓力，相應(yīng)的表面上出現(xiàn)正或負(fù)的電荷，而且電荷密度與應(yīng)的表面上出現(xiàn)正或負(fù)的電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。壓力大小成正比。 熱電效應(yīng)：熱電效應(yīng)：電極化隨溫度改變的現(xiàn)象。電極化隨溫度改變的現(xiàn)象。3. 熱電體熱電體 自發(fā)極化晶體的極化狀態(tài)，將隨溫度的改變而自發(fā)極化晶體的極化狀態(tài)，將隨溫度的改變而變化，這種性質(zhì)稱為熱電性，具有熱電性的晶變化，這種性質(zhì)稱為熱電性，具有熱電性的晶體叫熱電體。體叫熱電體。 鐵電體都具有熱電性。鐵電體都具有熱電性。 兩種重要的熱電材料：兩種重要的熱電材料：LiTaO3 PbTiO3 熱電體熱電體紅外線傳感器紅外線傳感器熱電防盜預(yù)警器熱

5、電防盜預(yù)警器紅外成像系統(tǒng)（夜視裝置）紅外成像系統(tǒng)（夜視裝置）4. 壓電體壓電體 在外加機(jī)械應(yīng)力作用下，晶體發(fā)生電極化或在外加機(jī)械應(yīng)力作用下，晶體發(fā)生電極化或電極化的變化，這樣的性質(zhì)稱為壓電性，具電極化的變化，這樣的性質(zhì)稱為壓電性，具有壓電性的物質(zhì)稱為壓電體有壓電性的物質(zhì)稱為壓電體 。壓電陶瓷壓電陶瓷 壓電陶瓷一般是鐵電體壓電陶瓷一般是鐵電體 鈦酸鋇（鈦酸鋇（BaTiO3） 鋯鈦酸鉛鋯鈦酸鉛(Pb(Ti.Zr)O3-PZT) 鈮酸鹽陶瓷鈮酸鹽陶瓷 蜂鳴器和安全報(bào)警器蜂鳴器和安全報(bào)警器 發(fā)射和接收超聲波發(fā)射和接收超聲波 麥克風(fēng)麥克風(fēng) 壓電陶瓷點(diǎn)火器壓電陶瓷點(diǎn)火器 石英電子手表石英電子手表 高壓引線

6、高壓引線壓電陶瓷點(diǎn)火器壓電陶瓷點(diǎn)火器墊塊墊塊外外殼殼沖擊塊沖擊塊V Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays Z.L. Wang and J.H. Song Science, 14 April 2006: 242-246 Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves X.D. Wang, J.H. Song, J. Liu and Z.L. Wang Science, 316 (2007) 102-105氧化鋅納米發(fā)電機(jī) 用導(dǎo)電的原子力顯微鏡

7、探針將豎直的氧化鋅納米線彎曲，輸入機(jī)械能。同時(shí)，氧化鋅納米線的壓電效應(yīng)使電荷產(chǎn)生極化，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。由于氧化鋅的半導(dǎo)體特性，用半導(dǎo)體和金屬的肖特基勢(shì)壘將電能暫時(shí)儲(chǔ)存在納米線內(nèi)，然后用導(dǎo)電的原子力顯微鏡探針接通這一電源，并向外界輸電，從而完美地實(shí)現(xiàn)了納米尺度的發(fā)電功能。鐵電物理學(xué)研究的新進(jìn)展鐵電物理學(xué)研究的新進(jìn)展 第一性原理的計(jì)算：第一性原理的計(jì)算： BaTiO3和和PbTiO3都有鐵電都有鐵電性，晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)方面都與它們相同的性，晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)方面都與它們相同的SrTiO3卻沒有鐵電性？卻沒有鐵電性？ 尺寸效應(yīng)的研究尺寸效應(yīng)的研究 ：自發(fā)極化、相變溫度和介電自發(fā)極化、相變溫度和介電極化

8、率等隨尺寸變化的規(guī)律，鐵電體的鐵電臨界極化率等隨尺寸變化的規(guī)律，鐵電體的鐵電臨界尺寸。尺寸。 鐵電液晶和鐵電聚合物的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。鐵電液晶和鐵電聚合物的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。 集成鐵電體的研究集成鐵電體的研究 ：鐵電薄膜與半導(dǎo)體的集成。鐵電薄膜與半導(dǎo)體的集成。課后閱讀課后閱讀 鐵電體鐵電體 鈦酸鋇鈦酸鋇 鋯鈦酸鉛（鋯鈦酸鉛（PZT） 壓電陶瓷壓電陶瓷 高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)講課內(nèi)容（講課內(nèi)容（2人）人） ZnO是一種重要的半導(dǎo)體材料和壓電材料，是一種重要的半導(dǎo)體材料和壓電材料，請(qǐng)利用中文期刊網(wǎng)查閱最新發(fā)表的兩篇文請(qǐng)利用中文期刊網(wǎng)查閱最新發(fā)表的兩篇文章，介紹章，介紹ZnO的合成方法，結(jié)構(gòu)和形貌表的合成方法，結(jié)構(gòu)和形貌表征以及用途。附上你所查閱的文章。征以及用途。附上你所查閱的文章。 從牙齒的組成說明氟化牙膏的用途，附上從牙齒的組成說明氟化牙膏的用途，附上你所參考的資料。你所參考的資料。講課內(nèi)容（講課內(nèi)容（2人）人） 請(qǐng)介紹請(qǐng)介紹SCI，并列出五種中文化學(xué)期刊和