工程基础第10章-功能讲义.ppt

第十章 功能材料 FUNCTIONAL MATERIALS ;第一节 概　述; 一、功能材料的定义 Definition of functional materials ;功能材料在电力技术、电子信息技术、微电子技术、激光技术、空间技术、海洋技术等领域得到广泛应用、并已渗透到各个领域，乃至影响到人们的日常生活; 材料：锗Ge半导体材料 硅Si半导体材料 砷化镓GaAs半导体材料; 二、功能材料的分类 Classification of functional materials;第二节 电功能材料;导电材料的分类;导体材料的种类;导体材料的应用; 一、半导体材料;元素半导体;大量原子组成晶体时，各个原子的电子云重叠而使能级分裂。由N 个原子组成的晶体， N 个能级构成一个连续的能量带——能带;碱金属的能带结构与导电性;Eg很大的材料,价电子很难跃迁到导带，不能导电，称其为绝缘体 Eg为零的材料，价电子极易跃迁，具有很好的导电性，称其为导体 Eg较小的材料, 价电子可以跃迁, 具有一定导电性，称其为半导体;导电性能介于金属和绝缘体之间；（σ＝10-7～104S/m）;本征半导体——高纯度的不掺有杂质的晶体半导体;电 导 率;——向本征半导体中掺入少量特定杂质的半导体 ;——向本征半导体中掺入少量ⅤA族（P、As、Sb） 杂质的半导体。有5个价电子，形成共价键后多 出一个电子，杂质被称为施主( donor );——向本征半导体中掺入少量ⅢA族（B、Al、Ga、In）杂质的半导体。 3个价电子，形成共价键时需从其它共价键夺取电子，留下空穴，杂质被称为受主(acceptor)。;低温时;单纯的一片p型或n型半导体，仅仅是导电能力增强了，但还不具备半导体器件所要求的各种特性。如果在一块n型（或p型）半导体上再制成一层p型(或n型)半导体，于是在p型半导体和n型半导体的交界处就会形成一个p-n结。 ; 1). 半导体二极管;当加在p-n结上的反向电压超过某一数值时，发生电流突然增大的现象，这时p-n 结被击穿。p-n结被击穿后便失去其单向导电的性能，但结并不一定损坏，此时将反向电压降低，它的性能还可以;当具有p-n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。这现象称为p-n结 的光生伏特效应。 ;1) 元素半导体;二、半导体材料;2、超导体材料;2）合金超导体 合金超导体是机械强度最高、应力应变较小、磁场强度低、临界电流密度高的超导体，在早期得到实际应用。超导合金主要有Ti-V、Nb-Zr、Mo-Zr、Nb-Ti等合金系，其中Ge-Nb3的临界温度最高（23.2K） 3）金属间化合物超导体 金属间化合物超导体的临界温度与临界磁场一般比合金超导体的高，但此类超导体的脆性大，不易直接加工成带材或线材;4）陶瓷金超导体;5）高分子超导体;2）磁流体发电;3） 磁悬浮列车 时速 400 ~ 500km;第三节 磁性材料 MAGNETIC MATERIALS ; 一、抗磁体、顺磁体和铁磁体 Diamagnet, paramagnet and ferromagnet ; 1. 软磁材料的特性; 2. 常用软磁材料; 1. 硬磁材料的特性;3) 稀土系永磁（钕铁硼永磁合金，磁王）;第四节 形状记忆合金 SHAPE MEMORY ALLOYS; 一、问题的提出 Questions; 宇航员的形象和声音是怎么从月球上返回来的呢？; 二、形状记忆现象 Phenomenon of shape memory;;; 四、形状记忆原理简介 Introduction to principle of shape memory;; 五、常用形状记忆合金 Commonly used shape memory alloys;Cu-Zn-Al、Cu-Ni-Al 是比较实用的 Cu 系形状记 忆合金。; 中国科技馆里有 一件展品, 名叫“魔力 水车”. 你看，一个大 大的轮子, 没有任何 驱动力, 但它却在自 动地、永不停息地旋 转着. 你一定会感到 很奇怪, 为什么它会 无动力地自动旋转？; “魔力水车”的叶片是用有双程记忆功能的形状记忆合金片制作的，能记住自己两个温度时的形状。水槽里的水有60℃左右，叶片入水后，它要回到60℃温度时的形状。在形状变化的过程中，叶片对水有一个作用力，水对叶片的反作用力就使轮子旋转起来。