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功能材料Functional Materials 功能材料Functional Materials 李建忱 材料馆610室 第一节 概述 定义： 以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。是用于非结构目的高技术材料。 1965年由美国贝尔实验室的J.A. Morton博士首先提出功能材料概念。 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。 现代微型计算机的功能与第一台大型电子管计算机相当，但运算速度快几十倍、体积仅1/300,000、重量仅1/60,000。IBM研制的超级计算机的运算能力可达39,000次/s。（发热） 材料：锗Ge半导体材料 硅Si半导体材料 硬化镓GaAs半导体材料 功能材料的分类 功能材料种类繁多，涉及面广，有多种分类方法。目前主要是根据材料的化学组成、应用领域、使用性能进行分类。 功能材料的现状 近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10万多品种，且每年都有大量新品种问世。现已开发的以物理功能材料最多，主要有： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。 目前，化学和生物功能材料的种类虽较少，但其发展速度很快，其功能也更多样化。 功能材料的展望 主要内容 电功能材料 磁功能材料 热功能材料 光功能材料 其它功能材料简介 第一节 固体导电性 一、自由电子论(P. Drude , A. Lorentz) ?＝１／?＝ne2L/2mv 价电子参与导电 无法解释低价金属导电性好？ 量子自由电子论（A. Sommerfeld) 只有费米面的电子导电　n为有效电子数 无法解释电导率与温度的关系，导电性各向异性 二、能带理论 能带：指晶体中电子能量的本征值即不像孤立原子明显分立的电子能级，也不像无限空间中自由电子所具有连续能级。 满带：所有能级全部被电子添满。 空带：所有能级全部都是空的。 导带：部分电子的未满带 价带：导带以下的第一个满带。 导体：除了满带和空带外，还存在未满带 绝缘体：没有未满带，更高能级全部为空带。 半导体：能带添充同绝缘体，但能隙小。 ３、近代电导理论 晶格振动产生能量（热）——声子。 晶格振动形成的声子与电子发生相互作用引起电子散射，产生电阻。另外：晶体中的杂质和缺陷也引起电子散射，产生电阻。 ?(T)=?0+?T (T??D) ?(T)=?0+? T (T ? ?D) ?D德拜温度：当高于一特定温度后，摩尔热容接近一个常数（25J/mol K).低于此温度摩尔热容与T3成正比。 导电材料的分类 按导电机理可分为：电子导电材料和离子导电材料两大类。 电子导电材料包括导体、超导体和半导体： 离子导电材料的导电机理源于离子的运动，由于离子的运动速度远小于电子的运动速度，因此其电导率较小，目前最高不超过102 S/m ，一般在100 S/m以下。 导体电阻率公式 导体材料的种类 导体材料按照化学成分主要有以下三种： （1）金属材料。电导率在107~108 S/m之间； 银（6.63× 107 S/m ）、铜（5.85× 107 S/m ）和 铝 （3.45× 107 S/m ） （2）合金材料。电导率在105~107 S/m之间； 黄铜（1.60× 107 S/m ）， 镍铬合金（9.30× 105S/m ） （3）无机非金属材料。电导率在105~108 S/m之间。 石墨在基晶方向为2.5×106 S/m。 金属导电材料 1、导电引线材料 Au, Ag, Cu, Al,Fe 合金:AlMg, AlMgSiFe,AlMgCuFe ２、导体布线材料 薄膜导体材料：贵金属薄膜，复合薄膜材料 电阻材料 １、精密电阻合金 MnCu,康铜， 性能（１）低的电阻温度系数。（２）良好的耐磨性和抗氧化性（３）良好的加工性能和力学性能（４）可焊性好 ２