13.功能转换材料
15新型功能材料
15新型功能材料随着科技的不断发展和创新，人们对新型功能材料的需求也在不断增加。
新型功能材料是指具备特殊功能和性能的材料，可以应用于不同的领域，如电子、光电、能源、环境等。
在本文中，将介绍15种新型功能材料及其应用。
1.可扩展的导电材料：可扩展的导电材料具有良好的导电性能，并且可以延展到不同的形状和尺寸，常用于电子设备、传感器和柔性电子等领域。
2.吸音材料：吸音材料可以吸收和消除声音，使得空间更加安静和舒适，常见的应用包括噪音控制、音响设备和汽车内饰等。
3.防腐蚀涂层：防腐蚀涂层可以保护金属表面免受腐蚀和氧化的影响，常见的应用包括船舶、桥梁、建筑和汽车等。
5.羟基磷灰石陶瓷：羟基磷灰石陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性，可应用于人工关节、骨修复和牙科材料等领域。
6.炭纳米管：炭纳米管是一种具有优异导电性能和机械强度的材料，可应用于电极材料、传感器和催化剂等领域。
7.超疏水材料：超疏水材料具有极高的接触角，能够在水或油滴滴入时形成类似莲叶效应的抗粘性表面，常用于自洁涂层、防污涂层和防水材料等。
8.纳米发电材料：纳米发电材料可通过能量转换过程生成电能，可以应用于微型发电装置和低能量设备，如自动感应照明和无源传感器等。
9.弹性记忆合金：弹性记忆合金具有形状记忆和超弹性的特性，在应力或温度变化时能自动恢复到其原始形状，常用于医疗器械、机械和航空领域。
10.光伏材料：光伏材料是将太阳能转换为电能的材料，常见的光伏材料包括硅、铜铟镓硒等，广泛应用于太阳能电池板和光伏发电设备。
11.纳米吸附剂：纳米吸附剂具有大比表面积和高吸附性能，可应用于气体分离、水处理和环境污染治理等领域。
12.高温超导材料：高温超导材料在低温下具有极低的电阻和能传输更大电流的能力，可应用于磁悬浮列车、磁共振成像和能源输送等。
13.自修复材料：自修复材料可以在受损后自动修复，常用于涂料、塑料和混凝土等，可以降低维护成本和延长材料寿命。
14.纳米传感材料：纳米传感材料具有高灵敏度和选择性，可以检测和测量微小的物理、化学和生物信号，常应用于传感器、生物医学和环境监测等。
功能材料介绍PPT
从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。
结构材料—通常指具有力学承载功能的材料。体积 较大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料， 用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。
另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国 的Morton与1965年提出。
功能材料——指具有光、电、磁、声、热、化学、生 物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很 广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、 光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、 磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们 可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，在电 子、激光、光电、通信、生物医学等许多新技术领域有广 泛应用。
1、按材料的物理化学属性（化学键、成分）：
无机功能材料 有机功能材料
金属功能材料 无机非金属功能材料（玻璃、陶瓷）
复合功能材料（高分子基、金属基、陶瓷基复性、电性、光学、力学、声学、化学、生物医学、 核功能材料及功能转换材料等。
进一步细分：如光学功能材料包括非线性光学材料、 发光材料、红外材料、感光材料、激光材料等。功能 转换材料包括压电材料、光电材料、热电材料、磁光 材料、电光材料、声光材料、磁致伸缩材料等。
50个能量转化的例子
50个能量转化的例子能量转化是指将一种形式的能量转换成另一种形式的过程。
在我们的日常生活中，能量转化无处不在，例如电力转化为光能、热能、机械能等等。
下面将列举50个常见的能量转化例子。
一、电能转化类1. 电热水壶：将电能转化为热能，使水加热。
2. 电灯泡：将电能转化为光能和热能。
3. 电风扇：将电能转化为机械能和风力。
4. 电冰箱：将电能转化为制冷剂的压缩功，使物体降温。
5. 电视机：将电信号转换成图像和声音输出。
6. 手机：将电信号转换成声音和图像输出。
7. 充电宝：将外部的机械或太阳光等其他形式的能量转换成电力储存起来。
8. 太阳光板：将太阳辐射的光线直接或间接地通过光伏效应把太阳辐射的光线变成直流电输出到负载上，实现了从太阳辐射到人类所需用到的各种形式的有用功率之间的直接互相转换。
二、机械能转化类9. 汽车：将化学能转化为热能，再将热能转化为机械能，驱动汽车运行。
10. 手表：将弹簧的弹性势能转换成机械运动的动能，实现计时功能。
11. 自行车：将人体的化学能转化为机械能，驱动自行车运行。
12. 火箭：将燃料的化学能转换成热能和机械能，推动火箭飞行。
13. 电梯：将电力或者人力转换成重力势能或者反之。
14. 滑轮组：通过滑轮组的升降作用实现重力势能和机械势能的相互转换。
三、光学类15. 显微镜：通过透镜把物体所发出或反射出来的光线聚集起来，使得光线在焦点处形成放大的虚像或实像。
16. 望远镜：通过透镜把远处物体所发出或反射出来的光线聚集起来，使得光线在焦点处形成放大的虚像或实像。
17. 光纤通信设备：利用玻璃或塑料材料的光纤将光信号转换成电信号或者反之。
18. 激光器：将电能转化为光能，使得激光器产生高强度的单色、单向、相干的激光束。
四、热能转化类19. 热水器：将燃气或电能转化为热能，使水加热。
20. 燃气灶：将燃气和空气混合后点火，产生高温火焰，将化学能转换成热能。
21. 电吹风：将电能转化为热能和机械能，使得空气加热并形成风力。
光电信息功能材料复习知识点
光电信息功能材料复习知识点光电信息功能材料复习知识点1.材料分类：物理功能材料，化学功能材料，⽣物功能材料，功能转换材料2.功能材料：具有优良的光、电、磁、热、声学、⼒学、化学和⽣物学功能及其相互转化的功能，被⽤于⾮结构⽬的具有特定功能的材料。
3.现在是材料的功能设计时代4.光电信息材料：指?⽤于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器、光电转换器、光电显?⽰、光信息处理和存储装置、光通信等）的材料5.功能材料按照功能的显⽰过程可以分为⼀次功能材料和⼆次功能材料（有能量形式变化）6.薄膜制备⽅法：物理⽓相沉积PVD，化学⽓相沉积CVD，溶液镀膜法7.溅射：直流，射频，磁控，离⼦束8.离⼦镀：结合真空蒸镀和溅射的特点9.新的CVD：?⾦属有机化合物化学?⽓相淀积（MOCVD）；等离?⼦增强化学?⽓相沉积（PECVD)10.薄膜的⽣长模式可以归结为以下三种形式：岛状⽣长模式；层状⽣长模式；层岛复合⽣长模式（浸润性区别）11.粉体材料制备⽅法：（1）机械粉碎法（2）⽓体蒸发法（3）溶液法（4）激光合成法（5）等离⼦体合成法（6）射线辐照合成法（7）溶胶-凝胶法12.纳⽶陶瓷的制备：制粉，成型，烧结13.外光电效应：指物质受光照后⽽激发的电⼦逸出物质的表⾯，在外电场作⽤下形成真空中的光电⼦流。
这种效应多发⽣于⾦属和⾦属氧化物14.内光电效应：指受光照⽽激发的电⼦在物质内部参与导电，电⼦并不逸出光敏物质表⾯15.内光电效应之光电导效应：半导体内部价带原⼦吸收光⼦的能量跃迁到导带，半导体内部载流⼦数⽬增多，电导率增加的效应16.内光电效应之光⽣伏特效应：半导体吸收光⼦产⽣电⼦空⽳对，并且在PN结内建电场的作⽤下形成光电压17.GaN是的蓝光半导体激光器材料18.ZnSe是?⼀种蓝绿光半导体激光器材料19.红光半导体激光器材料主要有InGaAlP和InGaP/GaAsP等20.光电⼦集成电路OEIC：把光器件和电⼦器件都集成在同⼀基⽚上的集成电路21.标准测试条件：AM1.5地⾯太阳光谱辐照度分布光源辐照度：1000W/m2，测试温度：25±2°C22.暗电流(ID)是指器件在反偏压条件下,没有⼊射光时产⽣的反向直流电流23.Rsh对光电流的影响较⼩，⽽对开路电压的影响较⼤24.Rs对开路电压的影响⼏乎没有，但对短路电流却有很⼤的影响25.温度上升，硅电池的开路电压降低，短路电流增⼤26.太阳光伏系统：⼀般我们将光伏系统分为独⽴系统、并?⽹系统和混合系统27.Ge、Si、InP、GaAs的禁带宽度在室温下分别为0.66eV、1.12 eV、1.35eV、1.42 eV28.硅料制备：改良西门⼦法；硅烷法——硅烷热分解法；流化床法29.多晶硅是⽣产单晶硅的直接原料。
功能复合材料教学大纲
功能复合材料一、课程说明课程编号：060113Z10课程名称：功能复合材料/functional composite Materials课程类别：学科专业课程学时/学分：24/1.5先修课程：大学物理、固体物理、材料化学与物理、材料科学基础、无机非金属材料适用专业：材料科学与工程专业本科生建议教材及参考书：（1）功能复合材料，张佐光，化学工业出版社，2004.9（2）殷景华，等.功能材料概论，哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2002.7（2）贡长生，张克立.新型功能材料，北京：化学工业出版社，2001.1二、课程设置的目的、意义本课程主要介绍功能材料的研究现状和发展趋势，一些常见功能材料和复合材料的基本知识、种类、特点和应用，有助于学生拓宽专业知识面，同时加深对专业的认识和应用。
三、课程目标3.1课程对毕业生能力支撑本课程对应毕业要求2-2、4-1、5-1,具体内容如下：毕业要求2-2：掌握分析研究复杂工程问题所需的物理、化学等自然科学基础知识。
学会运用物理学和化学中的理论、观点和方法，识别、分析常见工程问题中涉及的物理和化学问题。
毕业要求4-1：根据工程应用的需要，能够根据材料工程技术研究的需要选择合适的实验手段对材料组成、组织结构、性能及其相互关系，对试验数据做出正确的分析，为材料的应用提出合理建议。
毕业要求5-1：系统地掌握材料科学与工程基础理论，掌握相关技术基础理论和现代分析方法在材料制备技术中的应用知识与应用技巧；系统地掌握材料工程领域主要制备技术，深入了解新材料与材料加工新技术的发展方向。
3.2课程教学目标通过本课程的教学，使学生在学习了材料科学基础、材料物理化学等课程的基础上进一步掌握不同类型功能材料及功能复合材料的合成与制备理论基础、制备方法、制备技术、工艺、设备等，把握材料科学与工程的新技术、新工艺。
使学生掌握材料科学研究工作者通常关注的成分-工艺-显微组织/结构-性能之间的内在联系，为将来研究开发新材料和材料制备新工艺奠定良好的理论基础。
13功能转换材料
13功能转换材料1.钢铁加工转换：钢铁是一种常见的金属材料，通过炼铁、炼钢等加工过程可以将其转换成各种形状和规格的建筑材料、机械零部件等。
通过热处理、冷加工等方法，还可以提高钢铁的强度、韧性等性能。
2.木材加工转换：木材是一种常见的天然材料，可以通过锯材、刨平、干燥等加工过程将其转换成木制家具、建筑材料等。
通过油漆、染色等处理方法，还可以改变木材的颜色和表面处理方式。
3.塑料加工转换：塑料是一种常见的合成材料，可以通过热塑性加工、热固性加工等加工过程将其转换成各种塑料制品，如塑料袋、塑料容器等。
通过改变塑料的成分和加工工艺，还可以提高其机械性能和耐化学腐蚀性能。
4.石油加工转换：石油是一种重要的有机原料，可以通过提炼、加氢、裂化等加工过程将其转换成汽油、柴油、润滑油等石油化工产品。
通过催化剂的使用和反应条件的调控，还可以改变石油产品的组成和分子结构，提高其性能。
5.矿石提取转换：矿石是一种含有金属元素的矿物石，通过矿石的选矿、冶炼等加工过程可以将金属元素转换成金属材料。
通过改变冶炼工艺和金属合金的添加，还可以改善金属的硬度、强度等性能。
6.农作物加工转换：农作物是一种常见的生物材料，可以通过粉碎、提取、发酵等加工过程将其转换成食品、饲料、化学原料等。
通过改变加工工艺和添加剂的使用，还可以改善农作物产品的品质和营养价值。
7.纺织品加工转换：纺织品是一种常见的纤维材料，可以通过纺织、染色、整理等加工过程将其转换成各种织物、服装等产品。
通过改变纤维的成分和纺纱工艺，还可以改变织物的手感、光泽等性能。
8.玻璃加工转换：玻璃是一种无机非晶体材料，可以通过加热、吹制、模压等加工过程将其转换成各种形状和规格的玻璃器皿、玻璃棉等。
通过添加不同的金属氧化物和改变加工温度，还可以获得不同颜色和特殊功能的玻璃材料。
9.陶瓷加工转换：陶瓷是一种由无机非金属材料制成的坚硬、耐高温的材料，可以通过成型、干燥、烧结等加工过程将其转换成各种瓷器、陶器等制品。
基于TRIZ理论的40个原理案例分析
基于TRIZ理论的40个原理案例分析在创新和问题解决领域中，TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving，创新问题解决理论）是一种被广泛运用的理论方法。
TRIZ通过研究创新的基本原则，提出了40个创新原理，这些原理为解决问题、创造新产品和优化流程提供了指导。
本文将基于TRIZ理论，分析40个原理的案例应用，以揭示其在实际问题解决中的价值。
1. 分割原理（Segmentation）分割原理适用于将整体分割为互不相关的部分，从而解决问题。
例如，将汽车座椅分割成一个个独立的单元，以便更好地进行调整和维护。
2. 提前预防原理（Taking out）提前预防原理强调在问题发生之前采取措施，防止其发生。
例如，通过使用优质材料或加强机器部件的设计，可以减少故障率和维修成本。
3. 局部质量原理（Local Quality）局部质量原理着眼于提高系统中的局部性能，以实现整体效益的提高。
例如，在电池管理系统中，通过改进电池的密封性能，提高整体能量存储效率。
4. 渐进变化原理（Progressive Change）渐进变化原理指出，在改进产品或技术时，应采取逐步渐进的变化，以减少不确定性和风险。
例如，推出新版软件时，可以先进行小规模测试和反馈，再逐步进行升级和改进。
5. 扩展原理（Expanding）扩展原理适用于提高系统的某个参数或指标，以增加其效能。
例如，在太阳能电池中，通过扩大电池的表面积，可以提高能量捕捉和转换效率。
6. 反向原理（Reversal）反向原理是指通过反向思考问题，找到解决方案的方法。
例如，在设计自动门时，通过反向思考，可以将门锁设计为只需一定的力量即可打开，以提高便利性和舒适度。
7. 促进型因素原理（Catalysis）促进型因素原理关注如何提高或引入促进因素，以改善系统性能。
例如，在生产线中，引入自动化设备和机器人，可以提高生产效率和质量。
8. 对称性原理（Symmetry）对称性原理指出，通过引入对称或平衡因素，可以对系统进行改进。
化学有机光伏材料的合成和性质研究
化学有机光伏材料的合成和性质研究一、化学有机光伏材料的概念化学有机光伏材料是一类以有机化合物为主要组分的半导体材料，用于光伏器件的制备。
这类材料通常具有较高的吸收系数、良好的电荷传输性能和稳定的光伏特性，因此在太阳能电池、光电探测器和有机发光二极管等领域具有广泛的应用前景。
二、化学有机光伏材料的合成方法1.有机小分子光伏材料的合成：有机小分子光伏材料主要通过有机合成反应制备，如氧化还原反应、缩合反应、聚合反应等。
2.高分子光伏材料的合成：高分子光伏材料主要通过聚合反应制备，包括溶液聚合、乳液聚合、离子型聚合等。
三、化学有机光伏材料的性质1.光学性质：化学有机光伏材料具有较高的吸收系数，可以吸收太阳光谱中的大部分光能。
2.电学性质：化学有机光伏材料具有良好的电荷传输性能，可以实现光生电荷的有效分离和传输。
3.稳定性：化学有机光伏材料在长时间的光照和环境条件下，能够保持稳定的光伏特性。
四、化学有机光伏材料的研究进展1.高效的光伏性能：研究者通过结构优化、组成调控和界面修饰等手段，不断提高化学有机光伏材料的光伏性能。
2.稳定的光伏器件：研究者通过优化器件结构、界面修饰和封装技术等手段，提高化学有机光伏器件的稳定性。
3.应用领域拓展：化学有机光伏材料在太阳能电池、光电探测器和有机发光二极管等领域具有广泛的应用前景。
五、化学有机光伏材料的发展趋势1.高性能化学有机光伏材料的研究：研究高性能的化学有机光伏材料，以提高光伏器件的效率和稳定性。
2.低成本化学有机光伏材料的制备：开发低成本的化学有机光伏材料和制备工艺，降低光伏器件的成本。
3.功能化化学有机光伏材料的研究：研究具有特殊功能的化学有机光伏材料，拓展其在光电子领域的应用。
4.环境友好型化学有机光伏材料的研究：开发环境友好型化学有机光伏材料，减少对环境的影响。
习题及方法：1.习题：化学有机光伏材料的主要组分是什么？方法：根据知识点，化学有机光伏材料的主要组分是有机化合物。
功能磁性材料
功能磁性材料摘要：磁性材料是利用物质的磁性、各种磁效应以及它的声、光、电、热特性来满足各方而技术要求的材料。
将材料的磁性和其它的特性相结合，便会形成具有新型功能的磁性材料。
本文介绍了几种功能磁性材料的特性、制备及其应用。
关键词：功能磁性材料，制备，特性，应用Function of magnetic materialsABSTRACT：Magnetic materials is the use of magnetic properties of substances, a variety of magnetic effects as well as its sound, light, electricity, thermal characteristics to meet the parties while the technical requirements of materials.Magnetic materials and other characteristics of the combination will form a new functional magnetic materials.This article describes several characteristics of functional magnetic materials, Preparation and Application.KEY WORDS：Functional magnetic materials, preparation, properties, application引言早在很久以前，我们的祖先就发现理物质磁性现象并应用在实际生活中。
现如今，磁性材料以其磁性、光学、声学、电学和热学性能使其在当今的世界上应用广泛，尤其是功能磁性材料应用在世界各个领域。
1 磁性液体磁性液体(Magnetic Fluids) 又称磁流体, 是由纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂的包覆, 高度均匀分散于基载液中所形成的稳定的固液两相胶状液体[1]。
发光的功能化MOF材料
发光的功能化MOF材料发光的功能化MOF材料1.简介金属-有机框架（MOFs）是近二十年来被学术界广泛关注的一种多孔材料［1-3］，这种材料是利用有机配体与金属离子间的金属-配体配位作用而自组装形成的超分子网络结构。
在MOFs 发展的早期，美国加州大学伯克利分校的O. M. Yaghi 教授、日本京都大学的S. Kitagawa 教授和美国北卡大学教堂山分校的Wenbin Lin 教授等分别对其做了更为详细的定义[4-6]，通过归纳总结具体定义如下：MOFs 作为一类稳定的、可设计的、晶态的类沸石材料需具备以下条件：（1）通过配位键形成稳定结构；（2）通过设计变换有机配体（linker）和金属次级构筑单元（SBU）类型可以调控材料的空间结构；（3）具有良好的结晶性因而可精确定义其配位结构及空间构型。
顾名思义，微孔金属-有机框架（MOFs）指框架中具有一定的被游离溶剂分子填充的孔道（孔径在 2 nm 以内）并能通过后续处理方法将孔道中客体分子除去而不影响框架结构的多孔材料。
MOF材料由于具有网状结构、均一孔道、孔径可调且具有巨大比表面积，以及独特的光、电、磁等性质引起了研究者的广泛关注。
与传统发光材料相比，MOF发光材料具有不可比拟的优势，这些优势主要体现在它的组成、合成和性质上。
(1)组成方面传统的发光材料，组成成分或者是有机化合物或者是无机化合物,所以其发光形式单一。
而金属有机骨架是由金属离子与有机配体配位构筑而成的材料，兼具了有机材料与无机材料两种性能，从而增加了发光形式的多样性。
同时易于引入功能化的组成成分，可以将发光性质、磁学特性、电学特性、催化特性等各种功能都整合到同一个MOFs材料中来实现MOFs结构的多功能设计，从而拓宽其应用范围。
(2)合成方面无机发光材料在生产上采用的方法仍能是高温固相法。
这种方法需要很高的锻烧温度，甚至高达几千摄氏度，并且保温时间比较长(24小时以上)，对设备要求高，并且粒径分布也不均匀，需要粉碎减少粒径。
2015 AFM ch1 功能材料概论资料
⑤磁功能：硬磁性(记录介质)、软磁性（磁头等）等。
⑥光功能：透光、反折射光、吸光、偏振光、聚光性等 ⑦化学功能：吸附、催化、生化反应、酶反应等 ⑧其他功能：如放射特性、电磁波特性等。
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Ｂ、二次功能：输入能量 和输出能属于不同形式， 材料起能量转换作用, 这种功能称二次功能或高次功能 有人认为这种材料算真正功能材料。 二次功能可分为四类：
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⑥性能不同用途不同——功能材料与结构材料最大区别
⑦一般，功能单一、但功能突出
⑧生产规模小、更新快、技术保密性强
⑨高投入、高风险，成功，则高产值、高效益产业。
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2、功能材料的分类
属于材料大类的一支。
同时与材料的分类相对应，种类繁多，无统一
分类标准，出发点不同，分类方法不同：
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按材料的种类分类
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按功能显示过程分：一次功能材料和二次功能材料。 Ａ、一次功能：输入能量 和输出能量属于同种形式， 材料起到能量传输作用。 这时材料又称载体材料。
一次功能主要有八种： ①力学功能：粘、润滑、超塑、高弹、防震性等。
②声功能：隔音、吸音性等。
③热功能：传热、隔热、吸热、蓄热性等。 ④电功能：导电、超导性、绝缘、电阻等。
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4、材料学角度分类
结构材料(structural material)：主要利用其保持形状和结构 不变能力。如：制造工具、机械、车辆、房屋、桥梁、铁路、
封装材料等。注：结构材料对物理、化学性能有一定要求，
如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。（例支撑件、 连接件、传动件、紧固件）
功能材料(functional material)：通过某一作用（光、电、磁、 力、热、声、化学、生物等）具有特定功能（由美国Bell Lab. J. A. Morton在1965年提出并受到普遍接受）。也叫特 种材料(Speciality mater)或精细材料(Fine mater).
材料分析方法
第一章材料的电子结构与物理性能1. 1.主量子数n (n =1、2、3、4……)主量子数确定核外电子离原子核的远近和能级的高低。
2.次量子数l (l = 0、1、2、3……)次量子数反映的是电子轨道的形状。
在由主量子数n确定的同一主壳层上的电子的能量有差异，可分成若干个能量水平不同的亚壳层，其数目随主量子数而定，习惯上以s、p、d、f 表示。
3.磁量子数m (m = 0、±1、±2、±3……)磁量子数表示电子云在空间的伸展方向，它确定轨道的空间取向。
4.自旋量子数ms (ms = +1/2、-1/2)自旋量子数表示在每个状态下可以存在自旋方向相反的两个电子。
2. 三个基本原理：泡利不相容原理在一个原子中不可能存在四个量子数完全相同（即运动状态完全相同）的两个电子。
或者，在同一个原子中，最多只能有两个电子处在同样能量状态的轨道中，而且这两个电子的自旋方向必定相反。
最低能量原理电子总是优先占据能量低的轨道，使系统处于最低的能量状态。
最多轨道规则（洪特规则）相同能量的轨道（也称等价轨道）上分布的电子将尽可能分占不同的轨道，而且自旋方向相同。
作为洪特规则的特例，对于角量子数相同的轨道，当电子层结构为全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的。
即：全充满: p 6或d 10或f 14 ；半充满: p 3或d 5或f 7 ；全空: p 0或d 0或f 0 。
3.能带的形成p10：各个原子的能级因电子云的重叠产生分裂现象。
能级分裂后，其最高和最低能级之间的能量差只有几十个eV。
电子的能量或能级几乎就是连续变化的，于是形成了能带。
能带之间也存在着一些无电子能级的能量区域，称为禁带或能隙。
4．金属的能带结构重要概念：满带：被电子填满的能带。
空带：没有被电子填充的能带。
价带：被价电子占据的能量最高的能带。
导带：价带以上的空带。
5.6. 金属的电阻率与温度的关系一般而言，金属的电阻率与温度的关系是线性的，且具有正的温度系数，即随着温度上升，电阻率增加。
功能转换材料
d 3称为体积压 缩压电常数。 缩压电常数。
[ ]
0 0 0 d15 0 d11 d12 d13 d14 d15 d16 0 dij = d21 d22 d23 d24 d25 d26 = 0 0 0 d24 0 0 d31 d32 d33 d34 d35 d36 d31 d32 d33 0 0 0 0 0 0 d24 0 0 0 d 33 = 190 × 10 12 C N 0 0 d24 0 0 = d 31 = d 32 = 0.41d 33 = 78 × 10 12 C N d31 d31 d33 0 0 0 d15 = d 24 = 250 × 10 12 C N
根据几何结晶学， 种点群中， 根据几何结晶学，在32种点群中，只有 种不具有对称中心的 种点群中 只有20种不具有对称中心的 晶族，有可能具有压电性。 晶族，有可能具有压电性。
压电晶体： 压电晶体：水晶
石英，化学成分是二氧化硅。在自然界有天然的单晶。 又名α-石英，化学成分是二氧化硅。在自然界有天然的单晶。 早期用作压电晶体的是天然水晶。然而天然水晶产量有限， 早期用作压电晶体的是天然水晶。然而天然水晶产量有限，能 用来制作压电器件的天然水晶则更少。 世纪60年代以来 用来制作压电器件的天然水晶则更少。自20世纪 年代以来， 世纪 年代以来， 已广泛应用水热法生长人造水晶。 已广泛应用水热法生长人造水晶。 完整的石英单晶体有30个晶 完整的石英单晶体有 个晶 可分为柱面、 大菱面、 面 。 可分为柱面 、 大菱面 、 小 菱面等5组 菱面等 组。 水晶有左旋和右旋之分。 水晶有左旋和右旋之分 。 左 右旋晶体互为镜像而不能重合， 右旋晶体互为镜像而不能重合 ， 为左右对映体。 为左右对映体。 绝大多数人工水晶是右旋晶 体。
第五章(功能转换材料)
第五章 功能转换材料 －§5.2 热释电材料
第二节 热释电材料
一、热释电效应
热释电效应是晶体因温度变化而引起电极化的变化，即晶体表面产生等量异号 电荷的现象。
热释电效应反映了晶体的电量与温度之间的关系： ⊿Ps＝p⊿T 式中，Ps—自发极化强度；p —热释电系数；T —温度。 热释电效应产生的前提条件
5
第五章 功能转换材料 －§5.1 压电材料
3.介电常数
介电常数反映了材料的介电性质（或极化性质）。
当压电材料的电行为用电场强度和电位移作变量来描述时，有：
例如：对于压电陶瓷片，其介电常数 为：
D ＝ E
＝Cd/A
式中，C—电容(F)；d—电极距离(m)；A—电极面积(m2) 。
4.机电耦合系数
7
第五章 功能转换材料 －§5.1 压电材料
钙钛矿（CaTiO3）晶体结构模型
8
第五章 功能转换材料 －§5.1 压电材料
2.压电半导体
晶体结构：闪锌矿或纤锌矿结构。 特点：K 值大，并兼有光电导性。 应用：换能器。 水声换能器：通过发射声波或接受声波(分别对应于正、逆压电效应) 来完成水下观察、通讯和探测工作。 典型材料：①Ⅱ-Ⅵ族化合物：CdS、CdSe、ZnO、ZnS、ZnTe、CdTe。 ②Ⅲ-Ⅴ族化合物：GaAs、GaSb、InAs、InSb、AlN。
注：①SBN-50是Sr0.5Ba0.5NbO6；②PZ-FN陶瓷是改性的PbZrO3-PbFe1/3Nb2/3O3； ③PT陶瓷是改性的PbTiO3。
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第五章 功能转换材料 －§5.2 热释电材料
1.热释电晶体
特点： ①p 值高，性能稳定。 ②自发极化在外电场作用下不发生转向。 典型材料： 电气石、CaS、CaSe、Li2SO4· H2O、ZnO等。
功能材料简述
功能材料简述摘要：近几十年来，世界对材料特别是功能材料的研究热度越来越大，也取得了一些突飞猛进的发展，功能材料不仅是发展信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升基础工业和传统产业的基础,直接关系到资源、环境及社会的可持续发展。
军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。
这篇论文主要简述了功能材料的分类及进展，并总结了未来几十年的可能发展方向。
关键词：功能材料材料简述分类发展一、定义：功能材料和结构材料之间并不存在不可逾越的鸿沟, 两者在一定条件下可以互相转化，不少材料既具有结构性，又具有功能性，在一些场合将其作结构材料用, 在另一些场合将其作功能材料用, 或者在同一场合既是结构材料又是功能材料，也是不容忽视的事实因此, 只能大休上划分两者的界限, 根据它们的基本性能特征，可以认为，结构材料是以强度、刚度、韧性、硬度、耐磨性、疲劳强度等机械性能为主发展起来的材料，功能材料则是以声、光、电、磁、热等物理性能为主而发展起来的材料。
故功能材料可以定义为那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。
二、一次功能材料与二次功能材料材料的功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。
功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。
（1）、一次功能材料当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。
材料的这种功能称为一次功能。
以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。
一次功能材料主要有：○1力学功能如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防震性；○2声功能如吸音性、隔音性；○3热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性；○4电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻；○5磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性；○6光功能如透光性、遮光性、反射光性、折射光性、吸收光性、偏振性、聚光性、分光性；○7化学功能如催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应、气体吸收；○8其它功能如电磁波特性（常与隐身相联系）、放射性。
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PVDF驻极体有很强的压电效应，已实用化。
聚合物除PVDF等少数品种外，一般压电常数小，应用受 限。而压电陶瓷质脆，不易加工。因此开发具有优良加工性能 和20高20/4压/9 电性的聚合物-陶台瓷州学复院合压医药电化材工学料院 应用前景广泛。 10
3、光电子发射（外光电效应）
金属（或半导体）受光照，电子吸收光子被激发， 激发了的电子有足够能量越过表面势垒（逸出功）从表 面离开（初动能），称为光电子发射。
h 1 mv2 A h A时产生光电发射效应
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二、光电子材料及其应用
1、光电导材料及应用
CdS,CdSe,CdTe,ZnSe,HgSe,HgTe,PbS,PbSe,InP, InAs,InSb,GaAs,GaSb,Ge,Si.
五、压电材料的应用
1、水声、超声换能器
发射、接收声波，完成水下观察、通讯、探测。
2、高电压发生装置（机械能 电能） 压电点火器（打火机、煤气灶、汽车火花塞，高压使空气
发生火花）
引燃引爆、压电开关、小型电源、压电变压器等 3、电声设备
扬声器、话筒等 4、滤波器
各种无线电通讯和测量仪器（电能 机械能 电能）。压 电振子对某些频率信号衰减大，而对另一些衰减小，从而滤波。 5、压电传感器
3、聚合物材料
PVDF 4、铁电陶瓷-聚合物复合材料
如Pb（Zr，Ti）O3-硅橡胶复合物。
应用：
20红20/4外/9 光谱仪、红外遥感台州、学院热辐医射药化探工学测院器（防火用）
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13-3 光电材料
一、光电效应
物质受光照后引起某些电学性质变化的现象叫光电效应，包 括光电导、光生伏特、光电子发射三种。
13-4 热电材料
一、热电效应（温差电效应）
用不同导体构成回路，两接头保持温差，则闭合回路中有
电流流过。该现象叫温差电效应或热电效应。回路中的电动势
叫温差电动势。
1、塞贝克效应
T1 B
两种不同材料A、B构成开路，接点保持不 同温度，则回路产生电动势，称为塞贝克效应。
A
V
V a(T1,T2 )T
实质：两接头处帕尔贴效应+两金属中汤姆逊效应
所以，必须有自发极化即晶体某些方向存在固有电矩。故有对称中心的
晶体无热释电效应。
温度变化引起自发极化强度变化，而在晶体一定方向上产生表面电荷。
压电效应反映晶体电量与机械应力间的关系，机械应力有方向，引起正 负电荷相对位移。
热释电效应中晶体电荷变化来自于温度变化。热膨胀各向同性。只有晶 体存在着与其他极轴不同的唯一极化轴，才有可能发生热释电。
重要应用：热敏传感器（用作温度计、红外探 测器等）
电介质 压电体 热释电
铁电体
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二、热释电机制与压电机制比较
1、热释电晶体前提是具有自发极化，但压电 晶体不一定都有自发极化。
电介质 压电体 热释电
Q PS PT
铁电体
PS —自发极化强度，P—热释电系数，T 温度
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13-1 压电材料
一、压电效应
某些电介质晶体在机械外力作用下发生形变时，电极化强度发生变化， 因而在某些对应表面产生异号电荷。
这种没有电场作用而只由于形变使晶体电极化
状态发生变化的现象叫做压电效应，即因形变产
生的电效应。也称为正压电效应。
-
反之，如将一块压电晶体置于外电场中，由于 -
+ ++
电场的作用也会引起晶体的极化。
光电探测器（光敏器件），光电导摄像管，固体图像传感器。
2、结型光电二极管 （1）高速响应的光电探测器
对非结型光电探测器，光电子在外电路中产生光电流的响 应慢。光照停止时，载流子平均寿命内仍存在光电子，故有延 迟光电流产生。
2对020结/4/9型光电二极管，光台电州学子院 主医要药产化工生学院于结中吸收区内。 19
2、热释电晶体一定存在压电效应，但压电晶体不一定存在热释
电效应。
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三、热释电材料 1、有自发极化的非铁电性晶体
如CaS、CuSe、ZnO、电气石等
2、有自发极化的铁电性晶体
电介质 压电体 热释电
铁电体
LiNbO3（铌酸锂）、LiTaO3、PbTiO3、BaTiO3、PLZT透 明铁电陶瓷。
通过压电效应转换的能量
K
输入机械能
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四、压电材料种类
1、非铁电压电晶体
石英（SiO2）、酒石酸钾钠（NaKC4H64H2O)、锗酸铋 （Bi12Ge20）等。
压电半导体CdS、ZnO、ZnS等。
2、铁电晶体（压电陶瓷）
钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅Pb（ZrxTi1-x）O3即PZT、钛 酸铅PbTiO3等。
回路总电动势：
l
r
0 Ek dl
T2 (T )dT
T1
AB (T1)
A
B
AB (T1T2 ) AB (T1) AB (T2 )
T2 T1
ห้องสมุดไป่ตู้
A (T
)dT
T1 T2
B
(T
)dT
AB (T2 )
AB (T1T2 ) AB (T1) AB (T2 )
T2 T1
A (T )dT
某些合成聚合物拉伸后，也显示压电性。
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（2）驻极体聚合物
聚乙烯、聚丙烯等，分子中无极性基团，在电场中无偶极 取向极化。这类材料本身无压电性。但由于材料在加工过程中 存在不对称杂质电荷或由外界注入的电荷在电场中不对称分布 而引起压电性。但压电常数低，重复性差，难于实用。
加交2变020电/4/源9 ，压电体交替出现伸台缩州学即院发生医振药化动工。学院
5
三、压电材料工作参数
1、机械品质因数
当输入电信号时，压电晶片产生振动，会产生内耗（发热）， 造成机械能损耗。反映损耗程度的参数称为机械品质因数。
谐振时振子储存的能量
Qm 谐振时振子每周损耗的机械能 2
2、机电耦合系数
T2
E
B
两金属A、B接触，电子相互扩散。 由于电子密度不同，交换电子数不同。
nA nB
A到B的电子数多
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接触处形成电荷层，产生电场，阻止扩散，达平衡，形成电
势差即帕尔贴电动势。用 AB (T ) 表示（与温度T有关）
E
A
B
B T1
B T2 T1
T2
电极化，表面呈现束缚电荷。
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2、铁电晶体
电极
铁电晶体一定有压电效应，但有压电效应的晶体不 一定是铁电体。
电极
铁电体中有许多自发极化小区域，称为电畴。电畴取
向混乱，总电矩为0。经电场处理后的铁电体可以成为压 电材料。
当加电场后再撤去，铁电体有剩余极化强度，处于极化状态，在表面上有
nA nB
A
A
两接触点温度不同， AB (T1) AB (T2 ) ，方向相反。
AB (T ) 存在于两金属接触面上
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3、汤姆逊效应
a
金属棒 ab，两端 T1 T2 I T1
b
T1 T2 T2
流过电流，棒吸热，电流反向时放热。称为汤姆逊效应。
原因：棒ab存在电动势（汤姆逊电动势）
异号极化电荷。极化电荷吸附空气中的自由电荷而中和（空气中总存在微量
正负离子和电子），铁电体不呈电性。当铁电体作机械变形时，极化强度
（包括极化电荷）随之变化。导致表面吸附的自由电荷随之而变。变化着的
自由电荷便从一个极移至另一极形成电流。从而实现机械能向电能转变即压
电效应。
反之，接入电源，电极上呈现电压，压电体就会变形（压缩或伸长）。
变导电率。
EV
2、光生伏特
光照射下，半导体p-n结产生电势差的现象。
机理： 2020/4/9
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n
p
E
n
p
p Eg n 势垒
载流子扩散，形成p-n结空间电荷区。自建电场从n p,阻止扩散，最后平衡。
自建电场作用：
（1）阻止：
n区电子向p区扩散； p区空穴向n区扩散
（2）驱使：
正负电荷的重心位移将导致晶体形变，这种现象称为逆压电效应。如 加交变电场，产生机械振动。
202压0/4/电9 效应使机械能和台电州学能院发生医药转化工化学。院
3
二、压电机制 1、非铁电晶体（如石英）
不受外力作用时，晶体内正负电荷中心重合，
总电矩为0，晶体表面无电荷。当受到外力作
用时，晶格变形，正负电荷中心不重合，出现
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3、光电子发射应用
光电管是利用光电子发射（外光电效应）制成。用于光控继 电器（自动报警器等）、光电光度计（光电流反应入射光强度）
光电倍增管（非常弱的光照，产生很大电流），在工程、天 文、军事上有重要应用。
电视摄像管。
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与压电陶瓷相比：柔性、耐冲击、能制成大面积薄 膜传感材料。