復(fù)合材料概論水泥聚合物材料

5.1.1塑料塑料是以聚合物為主要成分，在一定條件(溫度、壓力等)下可塑成一定形狀并且在常溫下保持其形狀不變的材料。特點(diǎn)：密度小，強(qiáng)度比較高，具有良好的機(jī)械性能、電性能、光性能和化學(xué)穩(wěn)定性。應(yīng)用塑料包裝塑料建材塑料玩具塑料薄膜塑料周轉(zhuǎn)箱管呸、瓶蓋、吹瓶壓克力制品汽摩塑件容器、編織品塑料工藝品醫(yī)療制品塑料加工定做電器類塑料塑料管、棒、板日用塑料工農(nóng)業(yè)塑料塑料包裝塑料薄膜PE地膜泡沫塑料充電器外殼貼片開關(guān)撥桿電器類塑料根據(jù)受熱后形態(tài)性能表現(xiàn)的不同熱塑性塑料熱固性塑料受熱軟化，冷卻變硬，軟化和變硬可重復(fù)、循環(huán)一旦形成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回復(fù)到可塑狀態(tài)。最后的固化階段和成型過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，所得的制品是不熔不溶的。所包含的高分子聚合物屬于線型或支鏈型分子結(jié)構(gòu)，熱塑性塑料約占全部塑料產(chǎn)量的60%，產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯（占熱塑性塑料總產(chǎn)量的80%以上）體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，一般都是剛性的，大都含有填料。工業(yè)上重要的品種：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料及有機(jī)硅塑料等。通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)格較低、力學(xué)性能一般、主要作非結(jié)構(gòu)材料使用的塑料，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等工程塑料可作為結(jié)構(gòu)材料使用，能經(jīng)受較寬的溫度變化范圍和較苛刻的環(huán)境條件，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱、耐磨性能和良好的尺寸穩(wěn)定性。主要品種有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等塑鋼門窗、塑料水管按使用范圍塑料工程塑料主要品種：聚酰胺：主鏈上含有酰胺基團(tuán)()的聚合物聚碳酸酯：主鏈上含有基團(tuán)的線型聚合物聚甲醛：分子鏈中含有基團(tuán)的聚合物質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、容易成型加工。力學(xué)性能比金屬材料差，表面硬度低，耐磨性及使用壽命較差，大多數(shù)品種易燃，耐熱性也較差。塑料的優(yōu)點(diǎn)：塑料的缺點(diǎn)：?jiǎn)谓M分塑料：多組分塑料：基本上是由聚合物組成或僅含少量輔助物料。如：聚四氟乙烯，聚乙烯、聚丙烯等。大多數(shù)的塑料均為多組分體系除基本組分聚合物之外，尚包含各種添加劑添加劑有助于加工潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑改進(jìn)材料力學(xué)性能

填料、增強(qiáng)劑、抗沖改性劑、增塑劑改進(jìn)耐燃性阻燃劑提高使用過(guò)程耐老化性的各種穩(wěn)定劑增強(qiáng)劑：提高塑料制品的強(qiáng)度和剛性。

玻璃纖維、石棉纖維及碳纖維、石墨纖維、硼纖維填料：降低成本和收縮率。在一定程度上改善塑料的某些性能。硅石、硅酸鹽、碳酸鈣、金屬氧化物等增強(qiáng)劑和填料的增強(qiáng)效果取決于它們與聚合物界面分子間相互作用的情況，采用偶聯(lián)劑處理填料及增強(qiáng)劑，可增加其與聚合物之間的作用力，通過(guò)化學(xué)鍵偶聯(lián)起來(lái)，更好地發(fā)揮其增強(qiáng)效果。增塑劑對(duì)一些玻璃化溫度較高的聚合物，為制得室溫下軟質(zhì)的制品和改善加工時(shí)熔體的流動(dòng)性能，需要加入一定量的增塑劑。一般為沸點(diǎn)較高、不易揮發(fā)、與聚合物有良好混溶性的低分子油狀物。形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)

工業(yè)上使用增塑劑的聚合物，最主要的是聚氯乙烯，還有聚醋酸乙烯以及以纖維素為基的塑料。主要的增塑劑品種是鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)及鄰苯二甲酸二甲酯、二乙酯。作用是防止塑料在光、熱、氧等條件下過(guò)早老化，延長(zhǎng)制品的使用壽命。包括：抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、光屏蔽劑等。穩(wěn)定劑抗氧劑熱穩(wěn)定劑變價(jià)金屬離子抑制劑紫外線吸收劑光屏蔽劑抗氧劑能抑制或延緩聚合物氧化過(guò)程的助劑。作用在于它能消除老化反應(yīng)中生成的過(guò)氧化自由基等，從而使氧化的連鎖反應(yīng)終止。酚類、芳胺類、亞磷酸酯類、含硫酯類等。熱穩(wěn)定劑主要用于聚氯乙烯及其共聚物。聚氯乙烯在熱加工過(guò)程中，在達(dá)到熔融流動(dòng)之前常有少量大分子鏈斷裂放出HCl，而HCl會(huì)進(jìn)一步加速分子鏈斷裂的連鎖反應(yīng)。加入適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)中和聚氯乙烯在熱加工過(guò)程中放出的HCl，可防止大分子進(jìn)一步斷鏈。金屬鹽類和皂類(鹽基硫酸鉛，硬脂酸鉛等)。光屏蔽劑將有害于聚合物的光波吸收，然后將光能轉(zhuǎn)換成熱能散射出去或?qū)⒐夥瓷涞?，從而?duì)聚合物起到保護(hù)作用。碳黑、氧化鋅、鈦白粉、鋅鋇白等黑色或白色的能吸收或反射光波的化學(xué)物質(zhì)。紫外線吸收劑能吸收紫外線或減少紫外線透射作用的化學(xué)物質(zhì)。能將紫外線的光能轉(zhuǎn)換成熱能或無(wú)破壞性的較長(zhǎng)光波的形式，從而把能量釋放出來(lái)，使聚合物免遭紫外線破壞。變價(jià)金屬離子抑制劑變價(jià)金屬離子如銅、錳、鐵離子能加速聚合物的氧化老化過(guò)程。變價(jià)金屬離子抑制劑能與變價(jià)金屬離子的鹽聯(lián)結(jié)為絡(luò)合物，從而消除這些金屬離子的催化活性的化學(xué)物質(zhì)。醛、二胺縮合物等。

潤(rùn)滑劑防止塑料在成型加工過(guò)程中發(fā)生粘?，F(xiàn)象。外潤(rùn)滑劑是使聚合物熔體能順利離開加工設(shè)備的熱金屬表面，有利于熔體的流動(dòng)和脫模。不溶于聚合物，只是在聚合物與金屬的界面處形成薄薄的潤(rùn)滑劑層。硬脂酸及其金屬鹽類內(nèi)潤(rùn)滑劑與聚合物有良好的相溶性，能降低聚合物分子間的內(nèi)聚力，從而有助于聚合物流動(dòng)并降低內(nèi)摩擦所導(dǎo)致的升溫。低分子量聚乙烯一、不飽和聚酯樹脂聚酯包括飽和聚酯和不飽和聚酯。飽和聚酯：沒(méi)有非芳族的不飽和鍵不飽和聚酯：含有非芳族的不飽和鍵,由不飽和二元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對(duì)分子質(zhì)量不高的線型高分子化合物。不飽和聚酯樹脂：在聚酯化縮聚反應(yīng)結(jié)束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂。組成：酸不飽和二元酸（順丁烯二酸酐）混以一定量的飽和二元酸（鄰苯二甲酸和鄰苯二甲酸酐）醇飽和二元醇交聯(lián)單體苯乙烯等引發(fā)劑引發(fā)樹脂與交聯(lián)單體的交聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)劑促進(jìn)引發(fā)劑的引發(fā)反應(yīng)，不同的引發(fā)劑要與不同的促進(jìn)劑配套使用阻聚劑延長(zhǎng)不飽和聚酯的初聚物的存放時(shí)間觸變劑PVC粉、二氧化硅等，使樹脂在外力作用下變成流動(dòng)性液體，外力消失時(shí)恢復(fù)到高粘度的不流動(dòng)狀態(tài)原料先縮聚獲得線型初聚物，再在引發(fā)劑作用下固化交聯(lián)形成體型結(jié)構(gòu)。1.不飽和聚酯樹脂的合成原理2.不飽和聚酯樹脂的固化原理通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)聚酯分子中的雙鍵，與可聚合的乙烯類單體(如苯乙烯)進(jìn)行游離基共聚反應(yīng)，使線型的聚酯分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀的體形大分子結(jié)構(gòu)。不飽和聚酯樹脂的固化過(guò)程即它與乙烯類單體共聚的過(guò)程，共聚反應(yīng)過(guò)程包括三個(gè)主要階段：鏈引發(fā)鏈增長(zhǎng)鏈終止

(1)鏈引發(fā)：一般有三種方式(a)引發(fā)劑引發(fā)(如過(guò)氧化苯甲酰)(b)引發(fā)劑和促進(jìn)劑配合使用(如過(guò)氧化環(huán)己酮－萘酸鈷)引發(fā)(c)紫外線照射引發(fā)M1

、M2——分別代表乙烯類單體、聚酯分子(2)鏈增長(zhǎng)

聚酯分子雙鍵及乙烯類單體雙鍵被引發(fā)后，就會(huì)進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，有如下四種形式的鏈增長(zhǎng)反應(yīng)：～M1?——代表乙烯類單體形成的游離基～M2?——代表不飽和聚酯形成的游離基

(3)鏈終止鏈終止反應(yīng)即體系反應(yīng)的終止過(guò)程存在“雙基終止”反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高后，引發(fā)劑濃度和單體濃度都下降，聚合速率應(yīng)該下降，但事實(shí)相反，當(dāng)轉(zhuǎn)化率較高時(shí)，聚合速率反而大幅度增大?！白詣?dòng)加速效應(yīng)”

存在“雙基終止”反應(yīng)，當(dāng)共聚反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后，隨反應(yīng)進(jìn)行體系中出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，粘度增大，大分子活性鏈的運(yùn)動(dòng)受到阻礙，這樣就減弱了雙基終止反應(yīng)，而此時(shí)單體分子仍可以自由擴(kuò)散，自由基還在不斷形成，鏈增長(zhǎng)反應(yīng)仍然繼續(xù)進(jìn)行，而且速度加快，出現(xiàn)“自動(dòng)加速效應(yīng)”。以后進(jìn)一步共聚反應(yīng)，體系逐漸形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘度更大，限制了單體的擴(kuò)散，使聚合速度下降而終止反應(yīng)。3.輔助劑1)交聯(lián)劑2)引發(fā)劑3)促進(jìn)劑4)阻聚劑常用交聯(lián)劑：

苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、鄰苯二甲酸二丙稀酯、鄰苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。1)交聯(lián)劑要求作用是在線型的分子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，使線型分子相互連在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。高沸點(diǎn)，低粘度，能溶解樹脂、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、染料等，反應(yīng)活性大，能使共聚反應(yīng)在室溫或較低溫度下進(jìn)行，能與樹脂共聚形成均相共聚物。2)引發(fā)劑引發(fā)劑可以產(chǎn)生自由基，引發(fā)樹脂體系進(jìn)行固化反應(yīng)。引發(fā)劑一般為過(guò)氧化物，其通式為ROOR'。主要類型：氫過(guò)氧化物、酸過(guò)氧化物、酮過(guò)氧化物、酯過(guò)氧化物、二?；^(guò)氧化物。過(guò)氧化二苯甲酰

過(guò)氧化環(huán)己酮(混合物)過(guò)氧化甲乙酮(混合物)實(shí)驗(yàn)表明，常用的引發(fā)劑其臨界溫度均在60℃以上，說(shuō)明單獨(dú)使用有機(jī)過(guò)氧化物，不能滿足不飽和聚酯樹脂室溫固化的要求。3)促進(jìn)劑能使引發(fā)劑降低分解活化能，降低引發(fā)溫度的物質(zhì)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在促進(jìn)劑的存在下，有機(jī)過(guò)氧化物“分解活化能”顯著下降，可使有機(jī)過(guò)氧化物的分解溫度降到室溫以下。實(shí)驗(yàn)表明：常用叔胺的反應(yīng)活性順序：N,N二甲基對(duì)甲苯胺>

二甲基苯胺>

二乙基苯胺A過(guò)氧化苯甲酰－叔胺體系叔胺類物質(zhì)能大大提高過(guò)氧化苯甲酰的反應(yīng)速度叔胺類用量20℃固化時(shí)間010天二乙基苯胺0.2%30分鐘二甲基苯胺0.2%18分鐘N，N二甲基對(duì)甲苯胺0.2%4分鐘叔胺促進(jìn)劑對(duì)固化速度的影響注：不飽和聚酯樹脂+1%過(guò)氧化苯甲酰B酮過(guò)氧化物－環(huán)烷酸鈷引發(fā)體系不飽和聚酯樹脂低溫固化最常見的引發(fā)體系引發(fā)劑及用量促進(jìn)劑及用量固化時(shí)間2％過(guò)氧化甲乙酮048×60min2％過(guò)氧化甲乙酮0.01％環(huán)烷酸鈷84min2％過(guò)氧化環(huán)己酮028×60min2％過(guò)氧化環(huán)己酮0.01％環(huán)烷酸鈷60min環(huán)烷酸鈷對(duì)聚酯固化速度的影響增加不飽和聚酯樹脂的貯存穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)適用期。最常用的阻聚劑：對(duì)苯二酚、對(duì)叔丁基鄰苯二酚、硝基苯、亞硫酸鹽等4)阻聚劑阻聚劑的阻聚作用(1)阻聚劑與引發(fā)劑分解而產(chǎn)生的游離基作用，使后者失去活性，聚合反應(yīng)要到阻聚劑完全消耗時(shí)才能進(jìn)行。(2)阻聚劑與鏈游離基化合。空氣中的O2和水分有明顯的“阻聚”作用自由基與苯乙烯的反應(yīng)速度比自由基與O2的反應(yīng)速度慢104倍，一般聚酯樹脂制品固化時(shí)，表面應(yīng)覆蓋聚酯薄膜。若不用薄膜覆蓋，也應(yīng)使成型表面形成與空氣隔離的物質(zhì)如蠟類，否則自由基與周圍空氣中的O2

、H2O反應(yīng)，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而發(fā)粘。不飽和聚酯樹脂的定義是什么？組成成分有哪些？二、環(huán)氧樹脂

分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，除個(gè)別外，它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。1.環(huán)氧樹脂的分類(1)縮水甘油醚類(2)縮水甘油酯類(3)縮水甘油胺類(4)線型脂肪族類(5)脂環(huán)族類2.環(huán)氧樹脂的性能及特點(diǎn)：在樹脂基復(fù)合材料中，用量?jī)H次于不飽和樹脂。其綜合性能明顯優(yōu)于不飽和聚酯樹脂。在受力構(gòu)件、耐堿、電性能要求較高的場(chǎng)合一般使用環(huán)氧樹脂。主要類型:(1)“雙酚A型環(huán)氧樹脂”、又稱“E”型環(huán)氧樹脂(2)“脂環(huán)族環(huán)氧樹脂”環(huán)氧樹脂俗稱萬(wàn)能膠。

堿1.粘結(jié)力強(qiáng)；2.固化收縮小，固化體積收縮率1%~4%，制品尺寸穩(wěn)定性好；3.電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性能(特別是耐堿性)好；4.固化物機(jī)械強(qiáng)度高；5.樹脂保存期長(zhǎng)，可制成B階樹脂，有良好制造預(yù)浸漬制品的特性。樹脂是半熱塑性的，其特點(diǎn)是在室溫下呈硬而脆可部分溶于丙酮。優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧樹脂中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有突出的粘附力環(huán)氧樹脂與固化劑的反應(yīng)中沒(méi)有水或其他揮發(fā)性副產(chǎn)物產(chǎn)生。1.價(jià)格較高；2.粘度大(指雙酚A型)，一般不適合噴射成型；3.固化時(shí)間比聚酯長(zhǎng)，達(dá)到完全固化必須熱處理；4.固化劑毒性大。缺點(diǎn)：3.環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理固化劑的類型：注意：催化型的固化劑只促進(jìn)環(huán)氧樹脂固化，固化劑本身不參與反應(yīng)。反應(yīng)型：參與樹脂的交聯(lián)反應(yīng)伯仲胺類酸酐類催化型：不參與樹脂的交聯(lián)反應(yīng)(叔胺類)第一步：伯胺與環(huán)氧基反應(yīng)生成仲胺(1)伯胺類固化劑/環(huán)氧樹脂的反應(yīng)機(jī)理第二步：仲胺與環(huán)氧基反應(yīng)生成叔胺若采用多元胺則可反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使樹脂固化。特別是樹脂分子鏈上有多個(gè)環(huán)氧基時(shí)，更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。常用的伯胺固化劑有：乙二胺(揮發(fā)性強(qiáng))、三乙烯四胺、間苯二甲胺等(2)叔胺類固化劑的固化機(jī)理(催化型)如此不斷反應(yīng)生成網(wǎng)狀大分子常用的叔胺固化劑有：三乙胺、芐基二甲胺等作業(yè)：采用伯胺類固化劑時(shí)環(huán)氧樹脂的固化機(jī)理是什么？3.輔助劑(1)稀釋劑(2)增韌劑(3)填料(4)色料環(huán)氧樹脂的輔助劑通常有：(1)稀釋劑其作用是降低環(huán)氧樹脂的粘度，提高流動(dòng)性。含有活性基團(tuán)，降低樹脂粘度的同時(shí)，參與固化反應(yīng)。改善工藝性能的同時(shí)也改善材料的性能?；钚韵♂寗┓腔钚韵♂寗┘儗傥锢砘烊脒^(guò)程，只起降低樹脂粘度的作用，不參與固化反應(yīng)。樹脂固化時(shí)部分逸出，部分殘留在制品內(nèi)。常用活性稀釋劑：環(huán)氧丙烷丙稀醚、環(huán)氧丙烷丁基醚、酯環(huán)族環(huán)氧樹脂、甘油環(huán)氧樹脂等。注意活性稀釋劑一般都有毒，在使用過(guò)程中必須注意，長(zhǎng)期接觸往往會(huì)引起皮膚過(guò)敏，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生潰爛。(2)增韌劑

改善固化物的抗沖擊強(qiáng)度及耐熱沖擊性能，提高粘合劑的剝離程度，減少固化時(shí)的反應(yīng)熱及收縮性。非活性增韌劑(增塑劑)活性增韌劑不帶有活性基團(tuán)，不參與固化反應(yīng)。粘度都很小，可兼作稀釋劑用，可增加樹脂的流動(dòng)性，有利于浸潤(rùn)、擴(kuò)散和吸附。常用鄰苯二甲酸二甲酯、二乙酯等，摻加量5－20％。含有各種活性基團(tuán)(環(huán)氧基、巰基、氨基等)的高聚物，參與固化反應(yīng)。常用的有聚酰胺，用量是樹脂的45～80％，不需要另加其他固化劑。(3)填料作用：降低成本；減少制品成型過(guò)程的收縮性，降低制品的熱膨脹系數(shù)和制品的收縮率。常用的填料有陶土、滑石粉、石英粉、石墨、金屬粉等。有時(shí)填料對(duì)制品的電性能、機(jī)械性能、耐磨性能也有影響。(4)色料

為使制品美觀，在樹脂中加入色料。通常加入無(wú)機(jī)顏料的樹脂糊，也有加有機(jī)顏料的，但是應(yīng)保證有機(jī)顏料不參與反應(yīng)，否則容易退色。

顏料糊制備的目的：使均勻分布，不產(chǎn)生顏料團(tuán)。5.1.2橡膠橡膠是有機(jī)高分子彈性化合物。在很寬的溫度(－50～150℃)范圍內(nèi)具有優(yōu)異的彈性。具有良好的疲勞強(qiáng)度、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性以及耐磨性等按來(lái)源分類天然橡膠合成橡膠自然界含膠植物中制取的一種高彈性物質(zhì)。用人工合成的方法制得的高分子彈性材料。合成橡膠性能用途通用合成橡膠特種合成橡膠性能與天然橡膠相同或相近，廣泛用于制造輪胎及其他大量橡膠制品的橡膠品種。丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠具有耐寒、耐熱、耐油、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定條件下使用的橡膠制品。丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠。輪胎天然橡膠和布粘合鼠標(biāo)墊膠板橡膠墊片1.結(jié)構(gòu)特征作為橡膠材料使用的聚合物，在結(jié)構(gòu)上符合條件：結(jié)構(gòu)與性能大分子鏈具有足夠的柔性，玻璃化溫度應(yīng)比室溫低得多。這就要求大分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘較小，分子間作用力較弱，內(nèi)聚能密度較小。在使用條件下不結(jié)晶或結(jié)晶度很小。(天然橡膠)在使用條件下無(wú)分子間相對(duì)滑動(dòng)，即無(wú)冷流，因此大分子鏈上應(yīng)存在可供交聯(lián)的位置，以進(jìn)行交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1.彈性和強(qiáng)度（橡膠材料的主要性能指標(biāo)）結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系分子鏈柔順性越大，橡膠的彈性就越大交聯(lián)使橡膠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可提高橡膠的彈性和強(qiáng)度，但交聯(lián)度過(guò)大時(shí)，交聯(lián)點(diǎn)間網(wǎng)鏈分子量太小，強(qiáng)度大而彈性差。2.耐熱性和耐老化性能橡膠的耐熱性主要取決于主鏈上化學(xué)鍵的鍵能含C-C、C-O、C-H、C-F鍵的橡膠具有較好的耐熱性。不飽和橡膠主鏈上的雙鍵容易被臭氧氧化。次甲基的氫也易被氧化，因而耐老化性差。飽和性橡膠沒(méi)有降解反應(yīng)途徑而耐熱氧老化性好，帶供電取代基者容易氧化，而帶吸電取代基者較難氧化。3.耐寒性

降低分子鏈的剛性減小鏈間作用力提高分子的對(duì)稱性與Tg較低的聚合物共聚減少交聯(lián)鍵支化以增加鏈端濃度加入溶劑和增塑劑降低Tg的途徑當(dāng)溫度低于玻璃化溫度(Tg)時(shí)，或者由于結(jié)晶，橡膠將失去彈性。因此，降低其Tg或避免結(jié)晶，可以提高橡膠材料的耐寒性。避免結(jié)晶的方法使結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)化無(wú)規(guī)共聚聚合之后無(wú)規(guī)地引入基團(tuán)進(jìn)行鏈支化和交聯(lián)采用不導(dǎo)致立構(gòu)規(guī)整性的聚合方法控制幾何異構(gòu)4.化學(xué)反應(yīng)性

可進(jìn)行有利的反應(yīng)，如交聯(lián)反應(yīng)或進(jìn)行取代等改性反應(yīng)。有害的反應(yīng)，如氧化降解反應(yīng)等。上述兩方面反應(yīng)往往同時(shí)存在，為了改變不利的一面，可制成大部分結(jié)構(gòu)的化學(xué)活性很低，而引入少量可供交聯(lián)的活性位置的橡膠。5.加工性能結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠加工中熔體粘度、壓出膨脹率、壓出膠質(zhì)量、混煉特性、膠料強(qiáng)度、冷流性以及粘著性有較大影響。作業(yè)：橡膠按其性能和用途分為哪幾類？(1)涂料涂料—涂布在物體表面而形成具有保護(hù)和裝飾作用膜層的材料組成：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑、填充劑、增塑劑、催干劑、增稠劑及稀釋劑、其他添加劑

起裝飾作用，并對(duì)物體表面起抗腐蝕作用改進(jìn)涂料的流動(dòng)性能、提高膜層的力學(xué)性能和耐久性、光澤，并可降低涂料的成本為提高漆膜柔性而加入的有機(jī)添加劑。殺菌劑、顏料分散劑及阻聚劑、防結(jié)皮劑等提高漆膜柔性促使聚合物膜聚合或交聯(lián)5.1.3涂料和膠粘劑成膜物質(zhì)反應(yīng)型非反應(yīng)型作為成膜物質(zhì)必須與物體表面和顏料具有良好的結(jié)合力聚合物或能形成聚合物的物質(zhì)，涂料的基本成分，決定了涂料的基本性能。要求植物油或具有反應(yīng)活性的低聚物、單體等所構(gòu)成的成膜物質(zhì)溶解或分散于液體介質(zhì)中的線型聚合物。涂布后，由于液體介質(zhì)的揮發(fā)而形成聚合物膜層→→類型清油、厚漆、調(diào)和漆、清漆、色漆(磁漆)單純植物油熬煉而成清油加顏料、填充劑制成的糊狀物厚漆加清油調(diào)制而成的，其目的是為了便于涂布為提高漆膜的光澤度和改進(jìn)漆膜的性能，加進(jìn)了天然樹脂或合成樹脂清漆加顏料后即成為色漆，漆膜光亮根據(jù)施工層次分類：膩?zhàn)印⒌灼?、面漆、罩光漆等。根?jù)稀釋介質(zhì)：溶劑型、水溶型、水乳型等。根據(jù)漆膜的光澤：無(wú)光漆、半光（平光）漆和有光漆等。(2)膠粘劑膠粘劑—能把各種材料緊密地結(jié)合在一起的物質(zhì)。按膠接強(qiáng)度特性分類：膠粘劑結(jié)構(gòu)型膠粘劑非結(jié)構(gòu)型膠粘劑次結(jié)構(gòu)型膠粘劑具有足夠高的膠接強(qiáng)度，膠接接頭可經(jīng)受較苛刻的條件，可用以膠接結(jié)構(gòu)件膠接強(qiáng)度低，主要用以非結(jié)構(gòu)部件膠接膠接強(qiáng)度介于結(jié)構(gòu)型膠粘劑和非結(jié)構(gòu)型膠粘劑之間按主要組成成分分類：有機(jī)膠粘劑無(wú)機(jī)膠粘劑天然膠粘劑合成膠粘劑動(dòng)物膠

魚膠、骨膠、蟲膠植物膠

淀粉、松香、阿拉伯樹膠熱塑性樹脂膠粘劑

聚醋酸乙烯酯聚酰胺熱固性樹脂膠粘劑

環(huán)氧樹脂酚醛樹脂橡膠型膠粘劑

氯丁膠丁腈膠混合型膠粘劑

環(huán)氧-酚醛酚醛-

丁腈環(huán)氧-尼龍磷酸鹽型硅酸鹽型硼酸鹽型玻璃陶瓷及其他低熔點(diǎn)物等膠粘劑按固化類型分類合成膠粘劑化學(xué)反應(yīng)型膠粘劑熱塑性樹脂溶液膠粘劑熱熔膠粘劑含有活性基團(tuán)的線型聚合物，當(dāng)加入固化劑時(shí)，由于化學(xué)反應(yīng)而生成交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生膠接作用熱塑性聚合物加溶劑配制而成以熱塑性聚合物為基本組分的無(wú)溶劑型固態(tài)膠粘劑，通過(guò)加熱熔融粘合，然后冷卻固化。組成(1)增塑劑及增韌劑(2)固化劑(硬化劑)(3)填料(4)溶劑(5)其他輔料膠粘劑一般是以聚合物為基本組分的多組分體系。除基本組分聚合物（即粘料）外，根據(jù)配方及用途的不同，尚包含以下輔料中的一種、數(shù)種或全部。

提高韌性用以使膠粘劑交聯(lián)、固化用以降低固化時(shí)的收縮率、降低成本、提高抗沖強(qiáng)度、膠接強(qiáng)度、提高耐熱性用以溶解粘料及調(diào)節(jié)粘度，以便于施工。如稀釋劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、色料等5.2聚合物的結(jié)構(gòu)與性能5.2.1線型、體型高分子化合物的性質(zhì)線型高分子化合物：柔順性；強(qiáng)度、塑性和彈性都很好；分子容易互相滑動(dòng)；在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌梢匀芙?；可以熔融而不分解，成為粘度較大、能流動(dòng)的液體。體型高分子化合物：巨型分子，分子的體積和分子量都沒(méi)有一個(gè)限度；各個(gè)結(jié)構(gòu)單元均以共價(jià)鍵結(jié)合，不能被溶劑分散，固不溶于任何溶劑，最多只能溶脹；加熱后不軟化，也不能流動(dòng)；無(wú)定型，只有玻璃態(tài)，具有較高的硬度和脆性，沒(méi)有塑性。5.2.2高分子化合物的柔順性C1C2C3C4內(nèi)旋轉(zhuǎn)：?jiǎn)捂I是由電子組成，電子云的分布軸對(duì)稱，因此高分子運(yùn)動(dòng)時(shí)C-C單鍵可以繞軸旋轉(zhuǎn)。高分子鏈能夠通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)作用改變其構(gòu)象的性能稱為高分子鏈的柔順性。高分子鏈能形成的構(gòu)象數(shù)越多，柔順性越大。在拉伸時(shí)，分子鏈被拉而擴(kuò)展伸長(zhǎng)；當(dāng)外力消除后，又蜷曲收縮，顯得十分柔順。5.2.3高分子化合物的結(jié)晶與取向聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：在分子間力作用下，大分子相互斂集在一起所形成的組織結(jié)構(gòu)。高分子化合物結(jié)構(gòu)分晶態(tài)結(jié)構(gòu)與非晶態(tài)（無(wú)定形）。不同于低分子物凝聚態(tài)的兩個(gè)特點(diǎn)：聚合物結(jié)晶態(tài)總包含一定量的非晶相，100%結(jié)晶的情況是非常罕見的。2.凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)不僅與分子鏈本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且強(qiáng)烈依賴于外界條件。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一個(gè)比晶態(tài)更為普遍存在的聚集形態(tài)，不僅有大量完全非晶態(tài)的聚合物，而且即使在晶態(tài)聚合物中也存在非晶區(qū)。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)包括玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、粘流態(tài)（或熔融態(tài)）及結(jié)晶聚合物中的非晶區(qū)。非晶態(tài)聚合物的分子排列無(wú)長(zhǎng)程有序，對(duì)X-射線衍射無(wú)清晰點(diǎn)陣圖案。聚合物非晶態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu)與低分子晶體相比，聚合物晶體具有不完善性、無(wú)完全確定的熔點(diǎn)、結(jié)晶速度較慢等特點(diǎn)。高分子化合物結(jié)晶能力：高分子化合物的結(jié)構(gòu)：若具有極性大的基團(tuán)、龐大的取代基、復(fù)雜的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)或高分子量，易得到非晶態(tài)高分子化合物。需要極長(zhǎng)時(shí)間的分子重排或由于分子之間的局部引力阻礙了它們的分子重排，使結(jié)晶速度比硬化速度小。高分子鏈的柔順性具有僵硬鏈的高分子化合物，結(jié)晶困難；柔順的或中等柔順的，并且具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的高分子化合物能生成晶態(tài)高分子化合物。晶體生長(zhǎng)的過(guò)程

如果高分子化合物冷卻時(shí)，它的硬化速度大于結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，則得不到結(jié)晶的高分子化合物。結(jié)晶過(guò)程聚合物結(jié)晶是高分子鏈從無(wú)序轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻倪^(guò)程，有三個(gè)特點(diǎn)：(1)結(jié)晶必須在玻璃化溫度Tg與熔點(diǎn)Tm之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行

聚合物結(jié)晶過(guò)程與小分子化合物相似，要經(jīng)歷晶核形成和晶粒生長(zhǎng)兩過(guò)程。溫度高于熔點(diǎn)Tm，高分子處于熔融狀態(tài)，晶核不易形成，低于Tg，高分子鏈運(yùn)動(dòng)困難，難以規(guī)整排列，晶核也不能生成，晶粒難以生長(zhǎng)。

結(jié)晶溫度不同，結(jié)晶速度也不同，在某一溫度時(shí)出現(xiàn)最大值。(2)同一聚合物在同一結(jié)晶溫度下，結(jié)晶速度隨結(jié)晶過(guò)程而變化

一般最初結(jié)晶速度較慢，中間有加速過(guò)程，最后結(jié)晶速度又減慢。（3）結(jié)晶聚合物沒(méi)有精確的熔點(diǎn)，只存在一個(gè)熔融范圍，也稱熔限。

熔限大小與結(jié)晶溫度有關(guān)。結(jié)晶溫度低，熔限寬，反之則窄。原因：結(jié)晶溫度較低時(shí)，高分子鏈的流動(dòng)性較差，形成的晶體不完善，且各晶體的完善程度差別大，因而熔限寬。

結(jié)晶使高分子鏈規(guī)整排列，堆砌緊密，因而增強(qiáng)了分子鏈間的作用力，使聚合物的密度、強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐溶劑性、耐化學(xué)腐蝕性等性能得以提高，從而改善塑料的使用性能。

但結(jié)晶使高彈性、斷裂伸長(zhǎng)率、抗沖擊強(qiáng)度等性能下降，對(duì)以彈性、韌性為主要使用性能的材料是不利的。如結(jié)晶會(huì)使橡膠失去彈性，發(fā)生爆裂。鏈段、整個(gè)大分子鏈以及晶粒在外力場(chǎng)作用下沿一定方向排列的現(xiàn)象。未取向的聚合物材料是各向同性的，即各個(gè)方向上的性能相同。取向聚合物材料是各向異性的，即方向不同，性能不同。取向(orientation)鏈段的取向分子鏈的取向結(jié)晶聚合物的晶片等沿外力方向的擇優(yōu)排列聚合物的取向現(xiàn)象聚合物的取向一般有兩種方式：?jiǎn)屋S取向：在一個(gè)軸向上施以外力，使分子鏈沿一個(gè)方向取向。如纖維紡絲：再如薄膜的單軸拉伸雙軸取向：一般在兩個(gè)垂直方向施加外力。如薄膜雙軸拉伸，使分子鏈取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面與平面之間易剝離。薄膜的雙軸拉伸取向：聚合物取向(a)單軸取向(b)雙軸取向大尺寸取向：大分子鏈作為整體是取向的，但就鏈段而言，可能并未取向。小尺寸取向：鏈段取向，而整個(gè)大分子鏈并未取向。非晶態(tài)聚合物取向高分子鏈取向示意圖(a)鏈段取向；(b)分子鏈取向結(jié)晶性高分子化合物：鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整、能結(jié)晶的高分子化合物；非結(jié)晶性高分子化合物：鏈結(jié)構(gòu)不規(guī)整、一般不能形成晶粒的高分子化合物5.2.4高分子化合物的物理狀態(tài)5.2.4.1非晶態(tài)高分子化合物的物理狀態(tài)非晶態(tài)聚合物典型的溫度--形變曲線，存在兩個(gè)斜率突變區(qū)，這兩個(gè)突變區(qū)把熱-機(jī)械曲線分為三個(gè)區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)于三種不同的力學(xué)狀態(tài)，三種狀態(tài)的性能與分子運(yùn)動(dòng)特征各有不同。聚合物力學(xué)三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)聚合物存在晶態(tài)和非晶態(tài)(無(wú)定形)兩種相態(tài)形變溫度IIIIII溫度--形變曲線溫度-模量曲線玻璃態(tài)溫度形變IIIIII

在區(qū)域I，溫度低，鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，只有側(cè)基、鏈節(jié)、鏈長(zhǎng)、鍵角等的局部運(yùn)動(dòng)，因此聚合物在外力作用下的形變小，具有虎克彈性行為：形變?cè)谒查g完成，當(dāng)外力除去后，形變又立即恢復(fù)，表現(xiàn)為質(zhì)硬而脆，這種力學(xué)狀態(tài)與無(wú)機(jī)玻璃相似，稱為玻璃態(tài)。在力學(xué)行為上表現(xiàn)為模量高(109~1010Pa)和形變小。溫度形變IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)區(qū)域II，隨著溫度的升高，鏈段運(yùn)動(dòng)逐漸“解凍”，形變逐漸增大，當(dāng)溫度升高到某一程度時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)得以充分發(fā)展，形變發(fā)生突變，進(jìn)入?yún)^(qū)域II，這時(shí)即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當(dāng)外力除去后，形變又可逐漸恢復(fù)。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性，相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)稱高彈態(tài)。模量降為105~106Pa左右。

由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，以Tg表示。高彈態(tài)的主要特征：有很大的形變，例如橡膠一類的高彈形變物質(zhì)，形變可達(dá)其原來(lái)體積的1000%；(2)有顯著的松弛現(xiàn)象，即它的彈性形變是隨時(shí)間而逐漸發(fā)展的。玻璃化溫度的高低與高分子鏈的柔性有直接關(guān)系。分子鏈柔性越大，玻璃化溫度就越低；分子剛性越大，玻璃化溫度就越高玻璃化溫度是塑料使用的最高溫度和橡膠使用的最低溫度。形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)Tg粘流態(tài)粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)Tf交聯(lián)聚合物MaMbMb>Ma區(qū)域III，當(dāng)溫度升到足夠高時(shí)，在外力作用下，由于鏈段運(yùn)動(dòng)劇烈，導(dǎo)致整個(gè)分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生相對(duì)位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學(xué)狀態(tài)稱為粘流態(tài)。高彈態(tài)開始向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為粘流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區(qū)域稱為粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)。分子量越大，Tf越高。交聯(lián)聚合物由于分子鏈間有化學(xué)鍵連接，不能發(fā)生相對(duì)位移，不出現(xiàn)粘流態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學(xué)三態(tài)具有柔順性的高分子化合物的粘性流動(dòng)的特點(diǎn)：(1)鏈段的移動(dòng)。它對(duì)粘度的影響很小，且與高分子化合物的分子量無(wú)關(guān)；(2)整個(gè)分子的移動(dòng)。它對(duì)粘度的影響很大，并且與分子量有很大的關(guān)系；(3)在流動(dòng)時(shí)分子鏈的構(gòu)象有改變。柔順性高分子鏈原來(lái)的自由狀態(tài)是蜷曲的，在流動(dòng)時(shí)相當(dāng)于施加一外作用力使高分子拉伸，增加分子間的接觸和分子間的摩擦力，因此，流動(dòng)過(guò)程中粘性逐漸增加。τ—剪切應(yīng)力；—流體的應(yīng)變速率；η—粘度系數(shù)5.3聚合物體系的流變行為低分子質(zhì)量的流體呈現(xiàn)牛頓流動(dòng)行為應(yīng)變速率(dr/dt)牛頓型和非牛頓型流動(dòng)行為牛頓型流體：η與

無(wú)關(guān)假塑型流體：η隨

增加而降低膨脹型流體：η隨

增大而增大觸變型流體：隨著流動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)粘度逐漸下降

震凝型流體：隨流動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)粘度提高（1）粘度大，流動(dòng)性差：高分子鏈的流動(dòng)是通過(guò)鏈段的位移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它不是分子鏈的整體遷移，而是通過(guò)鏈段的相繼遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，類似蚯蚓的蠕動(dòng)。聚合物熔體流動(dòng)特點(diǎn)（2）不符合牛頓流動(dòng)規(guī)律：在流動(dòng)過(guò)程中粘度隨切變速率的增加而下降。（假塑性流體）（3）熔體流動(dòng)時(shí)伴隨高彈形變：因?yàn)樵谕饬ψ饔孟?，高分子鏈沿外力方向發(fā)生伸展，當(dāng)外力消失后，分子鏈又由伸展變?yōu)榫砬?，使形變部分恢?fù)，表現(xiàn)出彈性行為。第一牛頓區(qū)第二牛頓區(qū)假塑區(qū)n=1n=1n

10lgσs低切變速率范圍內(nèi)，粘度基本上不隨γ改變，流動(dòng)行為符合牛頓流體。當(dāng)γ很大時(shí)，粘度再次維持恒定，表現(xiàn)為牛頓流體行為。γ增大到一定數(shù)值后，熔體粘度開始隨γ的增加而下降，表現(xiàn)假塑性行為。5.4復(fù)合材料選用聚合物的原則聚合物復(fù)合材料是以合成樹脂為主的基體材料，合成樹脂首先要具有較高的力學(xué)性能、介電性能、耐熱性能等，并要施工方便，有良好的工藝性能。酚醛、環(huán)氧和不飽和聚酯樹脂酚醛樹脂：酚類化合物與醛類化合物縮聚而得的樹脂，一般常指由苯酚和甲醛經(jīng)縮聚反應(yīng)而得的合成樹脂，它是最早合成的一類熱固性樹脂。

苯酚

甲醛優(yōu)點(diǎn)：耐熱性好，能耐瞬時(shí)超高溫，電性能良好，耐腐蝕性好，原料來(lái)源充足，價(jià)格低。廣泛應(yīng)用于電機(jī)、電器的絕緣材料和耐高溫的燒蝕材料缺點(diǎn)：一般必須高溫、高壓成型，機(jī)械強(qiáng)度較差，在大型制品上的應(yīng)用受到限制。熱塑性酚醛樹脂以酸類為催化劑，酚和醛的比例大于1在合成過(guò)程中不會(huì)形成三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)一步的固化過(guò)程中必須加入固化劑。熱固性酚醛塑料甲醛過(guò)量，以酸或堿為催化劑，或甲醛雖不過(guò)量，但以堿為催化劑，含有可進(jìn)一步反應(yīng)的羥甲基活性基團(tuán)，如果合成不加以控制，會(huì)使體型縮聚反應(yīng)一直進(jìn)行至形成不熔、不溶的具有三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固化樹脂。

熱塑性酚醛樹脂與熱固性酚醛樹脂能相互轉(zhuǎn)化。復(fù)合材料選用聚合物要考慮的因素：

(1)產(chǎn)品性能：根據(jù)產(chǎn)品的主要要求選擇適當(dāng)?shù)木酆衔?/p>

(2)對(duì)纖維應(yīng)有良好的浸潤(rùn)性和粘附力

(3)具有良好的工藝性

在成型中要求膠液的粘度低而穩(wěn)定，使用壽命適當(dāng)，成型和固化溫度不能太高，配方中不能含有難揮發(fā)的溶劑。

1)粘度：低粘度膠液是保證纖維浸潤(rùn)性好的必要條件

2)溫度

3)使用壽命

4)毒性要低，刺激性要小

5)來(lái)源方便，價(jià)格低廉作業(yè)1.畫出典型非晶態(tài)聚合物的溫度－形變曲線和模量-溫度曲線，并用分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理加以解釋。6其他材料6.1半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力（電阻率）的不同，可劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。類名特點(diǎn)舉例導(dǎo)體容易傳導(dǎo)電流如銅、鋁、銀等金屬絕緣體幾乎不傳導(dǎo)電流如塑料、陶瓷、橡皮、玻璃等半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕練體之間。另具有光敏、熱敏及摻雜等特性如硅Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs等

半導(dǎo)體材料：具有特殊導(dǎo)電性能的功能材料，其電阻率處于導(dǎo)體電阻率(10-5

Ω·cm以上)和絕緣體電阻率(1010

Ω·cm以下)之間；電阻率對(duì)其雜質(zhì)含量、環(huán)境溫度以及光照等外界條件有非常高的靈敏性。純硅(Si)材料電阻率約2.1×105

Ω·cm能帶理論：在絕對(duì)零度時(shí)，半導(dǎo)體的原子其價(jià)帶是滿的，而導(dǎo)帶是空的；導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的禁帶一般只有0.6eV

族周期Ⅲ

AⅣAⅤAⅥAⅦA2BCNOF3AlSiPSCl4CaGeAsSeBr5InSnSbTeI6TlPbBiPoAt表6-1半導(dǎo)體元素在周期表中的位置硅和鍺是最常用的元素半導(dǎo)體材料。而對(duì)于錫，只有低溫變體（灰錫）才是半導(dǎo)體將雜質(zhì)元素引入晶格來(lái)產(chǎn)生電子和空穴本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體借助于電、磁、熱或其他形式能量的激發(fā)來(lái)產(chǎn)生電子和空穴6.1.1本征半導(dǎo)體

1．本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)不含雜質(zhì)且結(jié)構(gòu)非常完整的半導(dǎo)體單晶

(a)硅晶體的空間排列(b)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K且無(wú)外部激發(fā)能量時(shí)，導(dǎo)體中沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴?？梢娨蚣ぐl(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。2.載流子——運(yùn)載電荷的粒子空穴在晶格中的移動(dòng)半導(dǎo)體中載流子為自由電子和空穴，二者成對(duì)出現(xiàn)，電荷量相等，極性相反，漂移運(yùn)動(dòng)方向相反。3.本征濃度——載流