新材料的鑒定

1、材料是當(dāng)前世界新技術(shù)革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起構(gòu)成了21世紀(jì)世界最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ娜箢I(lǐng)域之一。對材料的認(rèn)識與利用能力，往往決定著社會的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量。人類的歷史已經(jīng)證明，材料是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，而新材料則是人類社會進(jìn)步的里程碑。新材料在發(fā)展高新技術(shù)、改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、增強(qiáng)綜合國力和國防實(shí)力方面起著重要的作用，而且在自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展也，經(jīng)濟(jì)、科技在快速發(fā)展，人類文明也在不斷向前邁進(jìn)，無論何時、無論何地，經(jīng)濟(jì)與科技永遠(yuǎn)會圍繞著人類，我們能夠預(yù)測未來我們的世界會更加繽紛多彩，人類的生活會更加美好，而功不可沒的必將是新型材料，

2、新材料技術(shù)的發(fā)展必將成為人類社會的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。新型光學(xué)材料是指光電數(shù)碼及信息產(chǎn)品所應(yīng)用的技術(shù)含量高、制作難度大、光學(xué)性能優(yōu)越的光學(xué)材料,一般是指鑭系光學(xué)玻璃、環(huán)保系列光學(xué)玻璃、低熔點(diǎn)及磷酸鹽光學(xué)玻璃等。目前我國光學(xué)材料的研究開發(fā)水平與國外發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距,特別是與日本和德國等國際知名光學(xué)材料生產(chǎn)廠家相比,無論從光學(xué)玻璃品種還是生產(chǎn)工藝及設(shè)備都存在著明顯的差距。目前我國光學(xué)材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃為主,一些新型材料需從國外進(jìn)口,不能完全滿足我國高科技發(fā)展的需要。在光學(xué)材料方面,我國急待需要進(jìn)行技術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新工作,即開發(fā)新型的光學(xué)材料,盡快形成我國的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。超導(dǎo)體的概念超導(dǎo)

3、材料是一種沒有電阻的材料，既能節(jié)約能量，減少電能因電阻而消耗的能量，還能把電流儲存起來，供急需時使用。光學(xué)功能材料還可按材料凝聚狀態(tài)分為氣體、液體和固體（晶體、陶瓷、玻璃、薄膜或超晶格）等材料；按應(yīng)用效應(yīng)又分為激光頻率轉(zhuǎn)換材料、電光材料、聲光材料、磁光材料和光感應(yīng)雙折射材料。光學(xué)功能材料具有利用光波自身強(qiáng)度和外加電、磁、機(jī)械場對光波的強(qiáng)度、頻率、相位、偏振進(jìn)行控制的能力，從而在現(xiàn)代光電子技術(shù)中廣泛用于實(shí)現(xiàn)激光頻率轉(zhuǎn)換，改善激光器的脈寬、模式，進(jìn)行多種光學(xué)信息處理等。目前，這種特種新型發(fā)光材料已在歐美、日本、韓國和東南亞廣為應(yīng)用，并且每年從中國進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品。雖然中國在發(fā)光材料和制品應(yīng)用方面

4、比世界發(fā)達(dá)國家晚，但目前已顯示出巨大的消費(fèi)潛力。機(jī)場、車站、超級市場、摩天大樓、高速公路以及裝飾市場等為發(fā)光材料的應(yīng)用提供了更為廣闊的市場。由北京理工大學(xué)曾慶軒教授主持的超長余輝堿土鋁酸鹽自發(fā)光粉體新材料研發(fā)項(xiàng)目，目前已獲得重大進(jìn)展，取得多項(xiàng)發(fā)明專利。重慶上游經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展有限公司、四川沱牌集團(tuán)與北京中捷京工科技發(fā)展有限公司共同投資，采用這項(xiàng)技術(shù)，于1999年10月建成國內(nèi)較大規(guī)模的年產(chǎn)300噸超長余輝堿土鋁酸鹽自發(fā)光粉體特種新材料生產(chǎn)線，產(chǎn)品已通過ISO90012000質(zhì)量認(rèn)證，并出口到美國、韓國、菲律賓、歐洲和中東市場。曾慶軒教授介紹，如今采用特種新型自發(fā)光材料制成的各種發(fā)光制品，已廣泛用在

5、發(fā)達(dá)國家軍事、工業(yè)、消防、交通、日用品等領(lǐng)域。由于這一新型自發(fā)光材料的出現(xiàn)，對國外輕工、電子、鐘表、日用品和娛樂品等領(lǐng)域產(chǎn)生了積極影響，提高了傳統(tǒng)產(chǎn)品的附加值，成為市場賣點(diǎn)，已形成發(fā)光產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)市場。 曾慶軒教授認(rèn)為，從國內(nèi)外市場看，水性發(fā)光涂料、發(fā)光塑料制品、發(fā)光陶瓷、發(fā)光印花漿等特種發(fā)光制品對超長余輝發(fā)光材料的需求量將進(jìn)一步增加，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)M(jìn)一步擴(kuò)大。而目前國際市場超長余輝發(fā)光材料價(jià)格較貴，國外同類產(chǎn)品近期很難進(jìn)入中國市場，中國同類產(chǎn)品出口機(jī)會將加大。目前國內(nèi)企業(yè)規(guī)模小，而需求日益增加，供不應(yīng)求，為新建項(xiàng)目提供了契機(jī)。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料是一類具有半

6、導(dǎo)體性能、可用來制作 半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。正是利用半導(dǎo)體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展對半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。半導(dǎo)體材料按化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大致可分為以下幾類。1.元素半導(dǎo)體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。種類 常用的半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體是由單一元素制成的半導(dǎo)體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應(yīng)用最廣。化合物半導(dǎo)體分為二元系、

7、三元系、多元系和有機(jī)化合物半導(dǎo)體。二元系化合物半導(dǎo)體有-族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、-族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、 -族（如硫化鉛、硒化鉛等）、-族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導(dǎo)體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機(jī)化合物半導(dǎo)體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處于研究階段。此外，還有非晶態(tài)和液態(tài)半導(dǎo)體材料，這類半導(dǎo)體與晶態(tài)半導(dǎo)體的最大區(qū)別是不具有嚴(yán)格周期性排列的晶體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料，支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。半導(dǎo)體材料及應(yīng)

8、用已成為衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國防實(shí)力的重要標(biāo)志。近幾年，由于市場需求的不斷擴(kuò)大、投資環(huán)境的日益改善、優(yōu)惠政策的吸引及全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移等等原因，我國集成電路產(chǎn)業(yè)每年都保持30%的增長率。集成電路制造過程中需要的主要關(guān)鍵原材料有幾十種，材料的質(zhì)量和供應(yīng)直接影響著集成電路的質(zhì)量和競爭力，因此支撐關(guān)鍵材料業(yè)是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中最上游也是最重要的一環(huán)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)一步刺激了多晶硅、單晶硅等基礎(chǔ)材料需求量的不斷增長。目前，世界半導(dǎo)體行業(yè)巨頭紛紛到國內(nèi)投資，整個半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展，這也要求材料業(yè)要跟上半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的步伐?？梢哉f，市場發(fā)展為半導(dǎo)體支撐

9、材料業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。2用的最多的是Si材料，主要用于電子器件、微電子器件 用于光通信的有GaAs系、InP系的材料。利用能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)制造具有特殊功能元器件的材料叫做功能轉(zhuǎn)換材料。能源短缺和環(huán)境污染愈來愈制約著未來社會的可持續(xù)發(fā)展,太陽能等可再生能源技術(shù)代表了清潔能源的發(fā)展方向。作為具有完全可持續(xù)發(fā)展特征的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正逐漸進(jìn)入人類能源結(jié)構(gòu),并將成為未來基礎(chǔ)能源的重要組成部分。然而,目前所廣泛使用的硅基太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率理論最大值僅為29%(Shockley-Queisser極限效率),實(shí)際轉(zhuǎn)換效率約15%。太陽光之所以有很少的百分比轉(zhuǎn)換為電能,原因歸結(jié)于硅太陽能電池不能將

10、全部的太陽光轉(zhuǎn)換為電流。通常情況下,到達(dá)地面的太陽能光譜(AM1.5)其能量約1000 W/m2,波長覆蓋2802500 nm。然而僅能量大于硅太陽能電池能隙(Eg>1.12eV,<1100 nm)的太陽光才能被吸收(載流子熱能化也將降低硅太陽能電池的效率),而能量小于硅太陽能電池能隙的太陽光(>1100 nm)則不能被吸收利用。如何通過光譜調(diào)制使硅太陽能電池更充分、更合理地吸收太陽光,從而提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。為此可以在太陽能電池的上表面引入下轉(zhuǎn)換發(fā)光層,其中包含的摻稀土量子剪裁下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料首先吸收電池光譜響應(yīng)較差的一個短波長光子(3

11、00.硅系材料太陽能電池1.1 單晶硅材料太陽能電池硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)在單晶硅的電池工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度

12、和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%，是大值可達(dá)233。Kyocera 公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為1944%，國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm X 2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅材料制成的電池（5cm X 5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶目前，國外已將砷化鎵太陽能電池作為航天飛行器空間主電源.而且砷化鎵組件所占比例逐漸增大，目前已占9

13、0 %。2. 3 銅銦硒太陽能電池銅銦硒太陽能電池是以銅、銦、硒三元化合物半導(dǎo)體為基本材料制成的太陽能電池，是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上沉積若十層金屬化合物的半導(dǎo)體薄膜.其厚度大約為200300nm.具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等特性。日本昭和石油公司開發(fā)的而積為864cm2 的電池轉(zhuǎn)換效率為14.3 %。美國盡管化合物能源部叫再生能源實(shí)驗(yàn)室研制出的CIGS 電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)19.2 。邁斯納效應(yīng)(指超導(dǎo)體處于外界磁場中，磁力線無法穿透，超導(dǎo)體內(nèi)的磁通量為零)和零電阻性質(zhì)是超導(dǎo)態(tài)的兩個獨(dú)立的基本屬性，衡量一種材料是否具有超導(dǎo)電性必須看是否同時具有零電阻和邁斯納效應(yīng)。新材料是指新出現(xiàn)的或正在發(fā)

14、展中的，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料；或采用新技術(shù)(工藝,裝備)，使傳統(tǒng)材料性能有明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料；一般認(rèn)為滿足高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的一些關(guān)鍵材料也屬于新材料的范疇。新型功能材料對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，新型功能材料約占85 % 。隨著信息社會的到來，新型功能材料對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，成為世界各國新材料領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)，也是世界各國高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點(diǎn)。發(fā)展新型功能材料技術(shù)也正在成為一些發(fā)達(dá)國家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢的重要手段。超導(dǎo)材料，又

15、稱為超導(dǎo)體（superconductor），指可以在在特定溫度以下，呈現(xiàn)電阻為零的導(dǎo)體。零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度?，F(xiàn)在對于超導(dǎo)體的分類并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通常的分類方法有以下幾種：· 通過材料對于磁場的相應(yīng)可以把它們分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體：對于第一類超導(dǎo)體只存在一個單一的臨界磁場，超過臨界磁場的時候，超導(dǎo)性消失；對于第二類超導(dǎo)體，他們有兩個臨界磁場值，在兩個臨界值之間，材料允許部分磁場穿透材料。· 通過解釋的理論不同可以把它們分為：傳統(tǒng)超導(dǎo)體（如果它們可以用BCS理論或其推論解釋）和非傳統(tǒng)超導(dǎo)體（如果它們不能用上述理

16、論解釋）。· 通過材料達(dá)到超導(dǎo)的臨界溫度可以把它們分為高溫超導(dǎo)體和低溫超導(dǎo)體：高溫超導(dǎo)體通常指它們的轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到液氮溫度（大于77K）；低溫超導(dǎo)體通常指它們需要其他特殊的技術(shù)才可以達(dá)到它們的轉(zhuǎn)變溫度。· 通過材料可以將它們分為化學(xué)材料超導(dǎo)體比如：鉛和水銀；合金超導(dǎo)體比如：鈮鈦合金；氧化物超導(dǎo)體,比如釔鋇銅氧化物；有機(jī)超導(dǎo)體,比如：碳納米管。由于高溫超導(dǎo)材料具有零電阻性、通電能力強(qiáng)體積小、重量輕和完全抗磁性等特性隨著社會節(jié)能減排壓力的日益增加和社會深層次發(fā)展的需求,其應(yīng)用范圍將從大功率輸電電纜、電機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域,逐步進(jìn)入有色金屬方面的研究。超導(dǎo)材料由于具有零電阻、完全抗磁性和超

17、導(dǎo)隧道效應(yīng)等優(yōu)異的特性高溫超導(dǎo)材料的用途非常廣闊大致可分為三類:大電流應(yīng)用、電子學(xué)應(yīng)用和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用即超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲能;電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)器件等;抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以到用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在無磨擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性能。目前超導(dǎo)材料正從研究階段向應(yīng)用發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，且有可能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。超導(dǎo)材料正越來越多地應(yīng)用于尖端技術(shù)中，如超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)電機(jī)與超導(dǎo)電力輸送、火箭磁懸浮發(fā)射、超導(dǎo)磁選礦技術(shù)、超導(dǎo)量子干涉儀等。因此超導(dǎo)材料技術(shù)有著重大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ山鉀Q未來能源、交通、醫(yī)療和國防事業(yè)中的重要問題。自從超導(dǎo)材料制備技術(shù)不斷成熟并逐步產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以來，近十年來高臨界溫度超導(dǎo)應(yīng)用得到了良好的發(fā)展，在超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器與超導(dǎo)變壓器等電力應(yīng)用方面，研制成功多臺樣機(jī)，人類不久將進(jìn)入超導(dǎo)應(yīng)用的新時代。從超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程來看，新的更高轉(zhuǎn)變溫度材料的發(fā)現(xiàn)及室溫超導(dǎo)的實(shí)