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) 。在科學技術尤其是電子技術高速發(fā)展的今天 ,對電功能材料提出了更多的數(shù)量和更高的質量要求 。背 景一、礦物的導電性材料導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 ,材料導電率是上述各種粒子導電率的總和 。天然礦物之間導電率相差勘大 , 可達1020( 表1) 。歸結起來 , 是由于他們的化學成份、結構 、鍵型的不同 , 形成過程中出溶 、 析晶 、晶格畸變 、缺陷 、位錯 、 類質同象置 換和雜質礦物的混入等原因 , 導致帶電粒子濃度和遷移率的差異而產(chǎn)生的 。固體電子論認為 ,礦物導電性的本質在于各種礦物能帶結構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、電導率還與環(huán)境溫度有關 。 對于金屬礦物而言 , 溫度增加使電子運動所受阻力增大 , 電導下降 。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 , 礦物的導電性還和施加電場和頻率有關 。粉末狀礦物還與其粒徑和粒子形狀有關 。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) , 進而使電導率發(fā)生急劇變化 。二、 礦物導電性的應用天然礦物在無機電絕緣材料 、導電材料和半導體材料上有著廣泛的應用 。由于天然礦物本身的復雜性和材料有一定的使用條件和技術要求 , 天然礦物作為功能材料原 料時 , 應查明影響導電率的因素 , 有針對性地進行選礦提純 、表面處理 、改性 、復合等處理 , 才能滿足使用各 種條件下的技術要求 。2 . 1 電絕緣材料在無線電電子技術和電氣工程中 , 需要大量具有較高電緣性能的材料 。如電機 、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材料 , 但無機礦物材料 , 尤其是硅酸鹽一氧化物具有耐高溫 、 抗老化 、 抗酸堿和化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點 , 仍是當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 、 電子管和電容 器的重要材料 。又如滑石粉 , 在 1 000 以內具有較好的電絕緣性 , 常用于變壓器 、 電機匝間涂料的填料 。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 , 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)過多年的反復試驗 , 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) , 是制備微波介質材料的較好原料 , 經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部有關科研單位制成介質墊片初步試用 , 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含量高 , 但是其介電性質優(yōu)于人工金紅石 。 這是因為 : 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)轉化的銳鈦礦相 。因此介電常數(shù)和介質損耗變化大 , 而天然金紅石是高溫高壓的產(chǎn)物 , 盡管引入了一些雜質離子 , 對其內鈦 、 氧離子進行異價類質同相置換 , 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含量高 , 而與某些人工金紅石相比介電常數(shù)高 、 介質損耗低 。此外 , 國內 外學者對黑電氣 石粉末的 研究表明 , 這類礦物細磨后在表面會形成強度為 108V / m的靜電場 , 在電磁屏蔽環(huán)境保護方面有著廣闊的應用前景 電氣石粉末綜上所述 , 礦物的電學性能在材料科學上有著廣泛的應用前景 。 但是天然礦物形成的環(huán)境和條件比較復雜 , 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 質組成 ( 雜質) 、結構 、 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 , 并有一定的技術要求。因此 , 要想制備出滿足工業(yè)需要和技術進步的功能材料 ,