其他新材料簡介演示文稿

其他新材料簡介演示文稿當前第1頁\共有43頁\編于星期二\2點（優(yōu)選）第五節(jié)其他新材料簡介當前第2頁\共有43頁\編于星期二\2點3）材料與元件一體化結(jié)構(gòu)材料常以結(jié)構(gòu)形式為最終產(chǎn)品，而功能材料則以元件形式為最終產(chǎn)品。4）制造與應(yīng)用的高技術(shù)性，性能與質(zhì)量的高精密性及高穩(wěn)定性

為了賦予材料與元件的特定性能，需要嚴格控制材料成分（如高純度或超高純度要求、微量元素或特種添加劑含量等）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量，這往往需進行特殊制備與處理工藝。當前第3頁\共有43頁\編于星期二\2點3、常用功能材料當前第4頁\共有43頁\編于星期二\2點當前第5頁\共有43頁\編于星期二\2點當前第6頁\共有43頁\編于星期二\2點二、功能材料簡介

（一）電功能材料

電功能材料是指利用材料的電學性能和各種電效應(yīng)等電功能的材料。下面介紹導電材料、電阻材料和電接點材料。

1.導電材料

導電材料是用來制造傳輸電能的電線電纜及傳導信息的導線引線與布線的功能材料。主要功能要求是具有良好的導電性，有時還要求一定的強度、彈性、韌性或耐熱、耐蝕等性能。導電材料主要包括：常用導電金屬材料、膜（薄膜或厚膜）導體布線材料、導電高分子材料、超導電材料等。

（1）膜（薄膜或厚膜）導體布線材料（2）導電高分子材料導電高分子材料具有類似金屬的電導率，且由于具有輕質(zhì)、柔韌、耐蝕、電阻率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點。導電高分子材料按導電原理可分為結(jié)構(gòu)型導電高分子及復合型導電高分子材料。

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（3）超導電材料有些導體的直流電阻率，在某一低溫陡降為零，被稱為零電阻或超導電現(xiàn)象。超導體有電阻時被稱為“正常態(tài)”，而處于零電阻時被稱為“超導態(tài)”。導體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度，即電阻突變?yōu)榱愕臏囟确Q為超導轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度Tc。

超導體在臨界溫度Tc以下，不僅具有完全導電性（零電阻），還具有完全抗磁性，即置于外磁場中的超導體內(nèi)部的磁感應(yīng)強度恒為零。零電阻及完全抗磁性是超導體的兩個基本特征。使超導體從超導態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的最低磁場強度和最小電流密度，分別稱之為臨界磁場強度Hc臨界電流密度Jc。理想的超導材料應(yīng)有高的Tc、Hc、Jc值，而且要易于加工成絲。超導材料有元素超導體（例如Nb和Pb）、合金超導體（如Nb—Ti及Nb—Zr合金）、化合物超導體（如Nb3Sn和V3Ga）;有金屬超導體、高分子超導體、陶瓷超導體。

由于一般超導體材料均具有Tc低的特點，研制高溫超導材料就成為人們關(guān)注的焦點。1987年起，超導材料臨界溫度Tc提高到77K，高溫超導材料經(jīng)歷了四代：第一代鑭系，如La—Cu—Ba氧化物，Tc=91K；當前第8頁\共有43頁\編于星期二\2點

第二代釔系，如Y—Ba—Cu氧化物；第三代鉍系，如Bi—Sr—Ca—Cu氧化物，Tc=114120K。第四代鉈系，如Ti—Ca—Ba—Cu氧化物，Tc=122～125K。1990年發(fā)明的一種不含銅的釩系復合氧化物其Tc已達132K。

超導材料的主要應(yīng)用有：①零電阻特性的應(yīng)用，如制造超導電纜、超導變壓器等；②高磁場特性的應(yīng)用，如磁流體發(fā)電、磁懸浮列車、核磁共振裝置、電動機等。

2.電阻材料

電阻材料是利用物質(zhì)固有的電阻特性來制造不同功能元件的材料。主要用于電阻元件、敏感元件和發(fā)熱元件。按其特性與用途可分為精密電阻材料、膜電阻材料和電熱材料。

（1）精密電阻材料精密電阻材料是指有低的電阻溫度系數(shù)、高精度、高穩(wěn)定性和良好的工藝性能的一類金屬或合金。1）貴金屬電阻合金2）Ni—Cr系電阻合金當前第9頁\共有43頁\編于星期二\2點

3）Cu—Mn系電阻合金4）Cu—Ni系電阻合金5）其它電阻合金

（2）膜電阻材料膜電阻材料的特點是體積小、質(zhì)量輕、便于混合集成化。1）薄膜電阻材料Ni—Cr系、Ta系（如Ta2Ni薄膜）和金屬陶瓷系（Cr—SiO薄膜）三大類。主要用于高精度、高穩(wěn)定性、噪聲電平低的電路及高頻電路器件。2）厚膜電阻材料由導體粉料、玻璃粉料和有機載體三部分組成。主要用于通用電阻、大功率電阻、高溫高壓電阻或高電阻器件。

3.電接點材料

電接點材料是指用來制造建立和消除電接觸的所有導體構(gòu)件的材料。有強電、中電和弱電三大類。強電和中電接點主要用于電力系統(tǒng)和電器裝置，弱電接點主要用于儀器儀表、電信和電子裝置。

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（1）強電接點材料要求為低接觸電阻、耐電蝕、耐磨損及具有較高的耐高壓強度、滅弧能力和一定的機械強度等。1）真空開關(guān)接點材料要求抗電弧熔焊、堅硬而致密，常用的材料有Cu—Bi—Ce、Cu—Fe—Ni—Co—Bi、W—Cu—Bi—Zn合金等。2）空氣開關(guān)接點材料如Ag—CdO、Ag—W、Ag—石墨、Cu—W、Cu—石墨等。

（2）弱電接點材料具有極好的導電性、極高的化學穩(wěn)定性、良好的耐磨性及抗點火花燒損性。主要有Ag系、Au系、Pt系及Pd系金屬合金四種。

（3）復合接點材料通過一定加工方式將貴金屬接點材料與普通金屬基底材料結(jié)合一體，制成能直接用于制造接點零件制品的材料。價格便宜，可制造出電接觸性能與力學性能優(yōu)化結(jié)合的接點元件。

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（二）磁功能材料

磁功能材料是指利用材料的磁性能和磁效應(yīng)（電磁互感效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁阻及磁熱效等）實現(xiàn)對能量及信息轉(zhuǎn)換、傳遞、調(diào)制、存儲、檢測等功能作用的材料。按成分不同分為金屬磁性材料（含金屬間化合物）和鐵氧體（氧化物磁性材料）；按磁性能不同軟磁材料和硬磁材料。

1.軟磁材料

軟磁材料是指磁矯頑力低（Hc＜103A/m、磁導率高、磁滯損耗小、磁感應(yīng)強度大，且在外磁場中易磁化和退磁的一類磁功能材料。包括金屬軟磁材料及鐵氧體軟磁材料。金屬軟磁材料的飽和磁化強度高（適于能量轉(zhuǎn)換場合）、磁導率高（適合信息處理場合）、居里溫度高；但電阻率低，有集膚效應(yīng)，渦流損失大。

（1）鐵鎳合金軟磁材料（亦稱坡莫合金）具有高的磁導率、較高的電阻率、且易于加工，適于交流弱磁場中使用。是常用精密儀表的微弱信息傳遞與轉(zhuǎn)換、電路漏電檢測、微電磁場屏蔽等元件的最佳材料。但因飽和磁感應(yīng)強度Bs低，故不適于作功率傳輸器件。

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（2）鐵鈷合金軟磁材料具有Bs高（約2.45T）。居里溫度高（高達980℃）的特點，但因其電阻率較低，只適于作小型輕量電動機和變壓器。（3）非晶及微晶軟磁材料具有極優(yōu)良的軟磁性能，如高磁導率、高飽和磁感應(yīng)強度、低矯頑力，低磁滯損耗，良好的高頻特性、力學性能及耐蝕性等。

2.硬磁材料（永磁材料）

硬磁材料是指材料在磁場充磁后，當磁場去除時其磁性仍能長時間被保留的一類磁功能材料。應(yīng)用在兩個方面：其一是利用硬磁合金產(chǎn)生的磁場；其二是利用硬磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使電能轉(zhuǎn)化為機械能，如磁滯電動機。

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分類：（1）Al—Ni—Co系硬磁合金材料

具有高剩磁、溫度系數(shù)低、性能穩(wěn)定。多用于硬磁性能穩(wěn)定性要求較高的精密儀器儀表及其裝置中。（2）硬磁鐵氧體

主要包括兩種鋇鐵氧體（BaO·6Fe2O3），磁矯頑力與電阻率高，而剩磁低、價格低廉，主要用于高頻或脈沖磁場。（3）稀土硬磁材料（4）鐵鉻鈷系硬磁合金材料

3.信息磁材料

信息磁材料指用于光電通訊、計算機、磁記錄和其它信息處理技術(shù)中的存取信息類磁功能材料。包括磁記錄材料、磁泡材料、磁光材料、特殊功能材料等。

分類：（1）磁記錄材料

由磁記錄材料制作的磁頭和磁記錄介質(zhì)。

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（2）磁泡材料小于一定尺寸且遷移率很高的圓柱狀磁疇材料，可作高速、高存儲密度存儲器。（3）磁光材料磁光材料是指應(yīng)用于激光、光通訊和光學計算機方面的餓磁性材料。其磁特性上法拉第旋轉(zhuǎn)角度高、損耗低及工作頻帶寬。

（4）特殊功能磁性材料1）微波磁材料主要有微波電子管用硬磁材料、微波旋磁材料及微波磁吸收材料。2）磁電材料在磁場作用下可產(chǎn)生磁化強度和電極化強度，在電場作用下可產(chǎn)生電極化強度和磁化強度的材料稱為磁電材料。

（三）熱功能材料

熱功能材料是指利用材料的熱學性能及其熱效應(yīng)來實現(xiàn)某種功能的一類材料。按性能分為膨脹材料、測溫材料、形狀記憶材料、熱釋電材料、熱敏材料、隔熱材料等。

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1.膨脹材料

膨脹材料分為三種：低膨脹材料、定膨脹材料和高膨脹材料。

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2.形狀記憶材料

形狀記憶材料是指具有形狀記憶效應(yīng)的金屬（合金）、陶瓷和高分子等材料。材料在高溫下形成一定形狀后，冷卻到低溫進行塑性變形為另外一種形狀，然后經(jīng)加熱后通過馬氏體逆相變，即可恢復到高溫時的形狀，這就是形狀記憶效應(yīng)。常見形狀記憶材料多為兩種以上的金屬元素構(gòu)成，也稱其為形狀記憶合金。按形狀恢復形式，形狀記憶效應(yīng)分為單程記憶、雙程記憶和全程記憶三種。單程記憶是指材料在低溫下塑性變形后，加熱時會自動恢復其高溫時的形狀，再冷卻時不能恢復到低溫形狀；雙程記憶是指材料加熱時恢復高溫形狀，冷卻時恢復低溫形狀，即溫度升降時，高低溫形狀反復出現(xiàn)；全程記憶即材料在實現(xiàn)雙程記憶的同時，如冷卻到更低溫度時出現(xiàn)與高溫形狀完全相反的形狀。

形狀記憶合金可分為兩個類別：第一類是以過渡族金屬為基的合金；第二類是貴金屬的β相合金。工程上有實用價值是Ni—Ti合金、Cu—Zn—Al合金和Fe—Mn—Si合金。高分子形狀記憶材料（又稱熱收縮材料），具有質(zhì)輕、易成型、電絕緣等優(yōu)點。已發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應(yīng)的高分子材料有聚氨酯、苯乙烯—丁二烯共聚體等。

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3.測溫材料

利用材料的熱膨脹、熱電阻和熱電動勢等特性來制造儀器儀表測溫元件的一類材料稱為測溫材料。按材質(zhì)可分為：高純金屬及合金、單晶、多晶和非晶半導體材料，陶瓷、高分子及復合材料；按使用溫度可分為高溫、中溫和低溫測溫材料；按功能原理可分為熱膨脹、熱電阻、磁性、熱電動勢等測溫材料。工業(yè)上應(yīng)用最多的是熱電偶和熱電阻材料。

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熱電偶材料包括制作測溫熱電偶的高純金屬及合金材料，以及用來制作發(fā)電或電致冷器的溫差電錐用高摻雜半導體材料。熱電阻材料包括純鉑絲、高純銅絲、高純鎳絲、鉑鈷與銠鐵絲等。

4.隔熱材料

防止無用的熱及有害熱侵襲的材料稱為隔熱材料。目前主要向著耐高溫、高強度、低密度方向發(fā)展，尤其是向著復合材料發(fā)展。

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（四）光功能材料

按照材質(zhì)分為光學玻璃、光學晶體、光學塑料等；按用途可分為固體激光器材料、信息顯示材料、光纖、隱形材料等。

1.固體激光器材料

分為激光玻璃和激光晶體等，均由基質(zhì)與激活離子兩部分組成。激光玻璃透明度高、易于成形、價格便宜，適于制造輸出能量大、輸出功率高的脈沖激光器；激光晶體的熒光線寬度比玻璃窄，量子效率高，熱導率高，應(yīng)用于中小型脈沖激光器，特別是連續(xù)激光器或高重復率激光器。

2.信息顯示材料

按顯示光的形式分為兩類：主動式顯示用發(fā)光材料和被動顯示用發(fā)光材料。（1）主動式顯示用發(fā)光材料是指在某種方式激發(fā)下的發(fā)光材料。例如：陰極射線發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、光致發(fā)光材料。當前第20頁\共有43頁\編于星期二\2點

（2）被動式顯示用發(fā)光材料在電場等作用下不能發(fā)光，但能形成著色中心，再在可見光照射下能夠著色從而顯示出來。包括：液晶、電著色材料、電泳材料。

3.光纖材料

光纖是由高透明電介質(zhì)材料制成的極細的低損耗導光纖維。它具有傳輸從紅外線到可見光區(qū)間的光和傳感的兩重功能。通信光纖是由纖芯與包層構(gòu)成。非通信光纖主要用于光纖測量儀表的光學探頭（傳感器）、醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。

（五）其它功能材料

1.貯氧材料

利用金屬或合金可固溶氫形成含氫的固溶體及金屬氫化物，在需要時，在一定溫度和壓力下金屬氫化物可分解釋放氫，這就是貯氫材料。

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2.傳感器用敏感功能材料

傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其關(guān)鍵是敏感元件。敏感元件則由敏感功能材料來制造。敏感功能材料按其功能分為力敏功能材料、熱敏功能材料、氣敏功能材料、濕敏功能材料、聲敏功能材料、磁敏功能材料、電化學功能材料、電壓敏功能材料、光敏功能材料及生物敏功能材料。

3.隱形功能材料

為了對抗探測器的探測、跟蹤及攻擊研制了隱形功能材料。隱形材料可分為吸波隱形材料及紅外隱形材料等。

4.智能材料

智能材料是指對環(huán)境具有可感知、可響應(yīng)，并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的材料。

當前第22頁\共有43頁\編于星期二\2點

5.功能梯度材料

依使用要求選擇兩種不同性能的材料，采用先進的復合技術(shù)使中間部分的組成和結(jié)構(gòu)連續(xù)地呈梯度變化，而內(nèi)部不存在明顯界面，從而使材料的性能和功能沿厚度方向呈梯度變化的一種新型復合材料。

當前第23頁\共有43頁\編于星期二\2點二、納米材料當前第24頁\共有43頁\編于星期二\2點納米科技軍事居家航天醫(yī)學能源環(huán)保信息納米科技當前第25頁\共有43頁\編于星期二\2點納米材料和納米科技

nanometer1. 什么是納米科學？2. 納米材料及其特性3. 納米技術(shù)的應(yīng)用當前第26頁\共有43頁\編于星期二\2點1. 納米科學1990年在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學技術(shù)會議，并正式創(chuàng)辦了《納米技術(shù)》雜志，標志著納米科學的誕生。就其學科方向而言，它既不是化學，也不是物理學和生物學，而是一門多學科交叉滲透和綜合的高新技術(shù)學科；就其應(yīng)用而言，它包括納米生物學、納米電子學、納米化學、納米材料學和納米機械學等新興學科；就其研究領(lǐng)域而言，是人類過去很少涉及的非宏觀、非微觀的中間領(lǐng)域，即從宏觀世界到微觀世界的過渡區(qū)—納米世界。當前第27頁\共有43頁\編于星期二\2點2. 納米材料及其特性

1nm=10-9m，即1毫微米，十億分之一米，納米微粒的尺度一般定義為10-7—10-10m內(nèi)（0.1—100nm）；相當于人發(fā)直徑的1/10萬。具有奇異的力學、光學、磁學、熱學和化學等特性。當材料晶粒的尺寸小于1nm時，材料的性質(zhì)就會出現(xiàn)意想不到的變化。譬如：色、熔點、著火點……它很可能成為本世紀前20年的主導技術(shù)。美國科學技術(shù)委員會則把啟動納米技術(shù)的計劃看作是下一次的工業(yè)革命的核心。當前第28頁\共有43頁\編于星期二\2點信息1998年，美國首次研制出由磁性納米棒組成的“量子磁盤”，每平方英寸可儲存20萬部紅樓夢。當前第29頁\共有43頁\編于星期二\2點汽車尾氣含鉛汽油中的鉛很容易通過血液長期蓄積于人的肝、腎、脾、肺和大腦中，從而導致人的智能發(fā)育障礙和血色素制造障礙等后果。汽車尾氣的處理：加入納米級的復合稀土氧化物后，對尾氣的凈化特別明顯，尾氣中的CO、NOx幾乎完全轉(zhuǎn)化。當前第30頁\共有43頁\編于星期二\2點拯救水資源特種半導體納米材料使海水淡化；納米TiO2可以用來降解有機磷，降解毛紡染整廢水，降解石油……當前第31頁\共有43頁\編于星期二\2點

碳納米管是直徑非常細的中空管狀納米材料，它能夠大量地吸附氫氣，成為許多個“納米鋼瓶”。研究表明，約2/3的氫氣能夠在常溫常壓下從碳納米管中釋放出來。據(jù)預測，到2010年，就可以生產(chǎn)出氫氣汽車，只需攜帶1.5升左右的儲氫納米碳管，即可行駛500km。納米碳管當前第32頁\共有43頁\編于星期二\2點納米碳管當前第33頁\共有43頁\編于星期二\2點納米碳管材料的價格目前，納米碳管材料尚未達到大批量制造水平，售價昂貴：1000美元/克。最近，日本科學家開發(fā)成功新的納米碳管制造技術(shù)，可將生產(chǎn)成本降低至目前的1/100。預計2004年可進入大批量生產(chǎn)階段。當前第34頁\共有43頁\編于星期二\2點納米清潔工科學家設(shè)想制造出負責清掃血管的納米機器人（清潔工），專門負責清掃血管壁上的膽固醇、凝血等沉積物，以預防腦血栓等心血管病；同時也可以制作出清掃體內(nèi)癌細胞的機器人。當