材料化学导论第8章_功能转换材料【PPT课件】
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材料化学导论
材料化学导论
材料化学导论
材料化学是一门研究物质的性质、结构、合成方法和应用的学科，是化学学科的重要分支之一。
它将化学的基本原理和方法应用于材料的研究和发展，目的是寻找新材料，改进已有材料的性能，并解决实际应用中的材料问题。
在材料化学的研究中，对材料的性质进行分析和测试是非常重要的。
通过对材料的化学成分、结构特征和物理性质等进行分析，可以了解到材料的组成与性能的关系，并为材料的改进和设计提供基础。
在材料化学中，合成方法是一个关键的环节。
通过合适的化学反应，可以将原料转化为所需的材料。
合成方法的选择与材料的性质和应用有关，需要在考虑效率和成本的基础上，寻找合适的合成途径。
材料化学的应用十分广泛，几乎覆盖了各个领域。
在能源领域，材料化学可以用于开发高效的能源材料，如新型电池和太阳能电池。
在电子器件领域，材料化学的研究可以帮助开发更小、更快、更强的电子元件。
此外，在医疗、环境保护等方面，材料化学也起着非常重要的作用。
材料化学的发展还带来了许多新的研究领域和新的材料。
例如，纳米材料是一种具有特殊性质的材料，其尺寸小于100纳米，具有大比表面积和量子尺寸效应。
纳米材料具有广泛的应用前
景，如在电子、光电子、生物医学等领域。
总之，材料化学是一门非常重要的学科，它不仅为社会发展提供了新材料，还推动了科学技术的进步。
随着材料化学的不断发展，我们相信会有更多新的材料问世，为人类的生活和工业发展带来更多的创新和改进。
材料化学(化学工业出版社)课件8
Chapter3 Properties of Materials
12
Ag在整个可见光 区有很高的反射 高于一定频率的 率，因此几乎所 光波会引起d电子 有可见光被反射， 激发到空的S轨道， 呈现出银白色。 此部分光被吸收
而不能反射，对 于Cu和Au，此 Au和Cu在长波区 频率落在可见 有较好的反射， 光区，因此高频 而在短波区反射 部分被吸收，而 变弱，因而呈现 低频部分被反射， 金黄色和橙红色。 呈现特定颜色。
Chapter3 Properties of Materials 23
3.4.2 介电性能 Dielectric Property
介电性：在电场作用下，材料表现出对静电能的 储存和损耗的性质。 原因：在外电场作用下产生的极化，即电极化。 电介质：在电场作用下能够建立极化的物质。 正负电荷中心分离 → 偶极子 电极化 微观尺度的相对位移 → 偶极子
• 高分子材料： • 无定形透明， • 结晶影响透明性（晶粒对光的散射）
Chapter3 Properties of Materials
11
3.6.2 光的反射和折射
• 金属材料：强反射（金属光泽）； –电子吸收光能后激发到较高能态，随即又 以光波的形式释放出能量回到低能态。 –由于金属的反射率随光波的波长变化，因 而呈现各种反射颜色。
Chapter3 Properties of Materials 9
Si在红外波段有50％的透过率，无杂峰，可以用作 一般的玻璃在紫外光区有较强的吸收，而石英和蓝宝石可以很 红外光谱测量的样品基片。 好的透过紫外线，可以用作紫外光谱测量中的石英比色皿。
几种无机材料的光透过曲线
Chapter3 Properties of Materials 10
材料化学ppt课件(完整版)
2. fHm代数值越小, 化合物越稳定。
3.必须注明温度，若为298.15K时可省略。
2022/1/10
标准摩尔反应焓变的计算 化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物 的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标
准摩尔生成焓的总和。 化学反应： cC + dD = yY + zZ • (任一物质均处于温度T的标准态)
第1篇 材料化学基本原理 第1章 热化学基础
课题1.1 热化学与反应热的测量
第1章 热化学基础
课题1.2 反应热的理论计算
新课引入
• 通常实验采用弹式量热计测得的是恒容反应热，但实际 反应多为恒压条件下进行，如何由Qv——Qp？两者关系 如何？
• 对于有些新反应难以实验测得，也无法由已有的实验数 据推算，该如何得到该类反应的反应热？
2022/1/10
化学反应的自发过程
自发过程
在一定条件下不需外界作功，一经引发就 能自动进行的过程。
要使非自发过程得以进行, 外界必须作功。
例如: 水总是自动地从高处向低处流,铁在 潮湿的空气中易生锈。
例如：欲使水从低处输送到高处，可借助 水泵作机械功来实现。
注意 ：能自发进行的反应，并不意味着其
rHm——摩尔反应焓变
2022/1/10
几者之间的关系
U = Q+ W
Qv= U, Qp.m = rHm， Qp= H （数值上相等）
Qp= U+p V= H U+pV= H p V= nRT
nB= ξv(Bg)
n= ξ∑v(Bg)
∑v(Bg)为反应前后气态物质化学计量数的变化
∴ Qp-Qv= p V =ξ∑v(Bg)·RT，（应用见习题）
材料科学第八章工程材料PPT课件
灰铸铁齿轮箱
第17页/共37页
灰 铸铁
的显 微
石
组织
墨 片
的
三
维
形
铁 素 体 灰 铸 铁
貌铁素Fra bibliotek珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
第18页/共37页
2、孕育处理——细化片状石墨 • 常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。 • 经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。
硅铁 硅钙
孕育处理前
孕育处理后
第19页/共37页
(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。
球墨铸铁 可进行各 种热处理, 如退火、正 火、淬火加 回火、等温 淬火等。
第27页/共37页
贝
制
氏
(
品
体
轧
基
辊
球
与
墨
辊
铸
环
)
铁
组织
球墨铸铁的热处理特点是： • ① 奥氏体化温度比碳钢高，由于硅含量高; • ② 淬透性比碳钢高; • ③ 奥氏体中碳含量可控。
3、热处理 • 热处理只改变基体组织，不改变石墨
形态。 • 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，热
处理强化效果不大。 • 灰铸铁常用的热处理有：
① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火
第20页/共37页
汽 缸 套
灰铸铁件
活 塞 环
4、用途
• 制造承受压力和震动的零件,如 机床床身、各种箱体、壳体、泵 体、缸体。
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 • 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 • 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能
精品课程《功能材料》ppt课件第六讲 精细功能陶瓷与功能转换材料名师教学资料共112页
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
精品课程《功能材料》ppt课件第六讲 精细功能陶瓷与功能转换材料名师教
学资料
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
精品课程《功能材料》ppt课件第六讲 精细功能陶瓷与功能转换材料名师教
学资料
6
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露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
材料科学与工程学导论—第四章—功能材料
学
Cd，Pb
……
……
Cu-O
组
……
……
成
功能材料
超导材料
?
超
(K)
导
180
材
160
料
140
Ba-Ca-Cu-O# Hg-Ba-Ca-Cu-O
Hg-Ba-Ca-Cu-O 甲烷
Tc
120
Tl-Ba-Ca-Cu-O
Ba-Ca-Cu-O
提
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
高
转变温度,TC
年
80
Y-Ba-Cu-O
功能材料
纳 米 材 料 的 应 用
纳米材料
纳米TiO2光催化 纳米Ag的消毒杀菌
功能材料
约200年
约25 年 约50年
石油 天然气
煤炭
按2000年需求，主要 能源预计可开采年限
能源材料
能源危机
新能源
功能材料
能源材料
材料在新能源发展中的作用
把习用已久的能源变为新能源； 提高储能和能量转化效果； 确保新能源系统运行的安全和环境保 护，尤指核反应堆的安全和废料处理； 决定新能源的投资和运行成本；
制
备
方
球磨法
法
球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或
融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳
米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米
非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属－陶瓷复
合材料等。
功能材料
纳米材料
纳 非晶晶化法
米
材
先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控
料
制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶
材
材料化学-绪论ppt课件
McGraw-Hill Book Co., 2006 5. Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA,
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
第二章 能量转换材料PPT课件
d11 d12 d13 d14 d15 d16 0 0 0 0 d15 0
dij d21
d22
d23
d24
d25
d
26
0
0
0 d24 0 0
d31 d32 d33 d34 d35 d36 d31 d32 d33 0 0 0
0 0 0 0 d24 0
0
0
0 d24 0 0
d31 d31 d33 0 0 0
P j : j 方向的应力分量（ Pa）
ij : j 方向的应力分量在 i 面上产生电荷的面密度 （C/m2）
dij : j 方向的应力分量在 i 面上产生电荷时的压电 常数（C/N）
石英压电方程的矩阵表示 压电常数矩阵
p1
1 d11
2
d
21
3 d31
d12 d 22 d 32
d13 d 23 d 33
压电晶体：水晶 ( - 石英)
人造水晶的质量往往由谐振器Q值来表示，这里的Q值为机 械品质因素。在限定制作条件下制造的谐振器的Q值作为鉴 定人造水晶的质量标准，并据其分级，各级的代号及最小Q 值见下表。
A、B级用于制造高质量谐振器，C级用于制造高频谐振器， D、E级只能用于制作低频谐振器。值得注意的是Q值低的晶 体往往其温度稳定性很差。迅速发展的信息产业对于高质量 水晶的需求量日益增长。
小资料：最新的无铅压电材料
任晓兵博士(日本物质材料研究所主任研究员)在世界上首 次发现基于全新原理的巨大电致变形效应（即电场诱发的 形变），同时研究出对环境无污染的无铅压电材料。这一 成果于2004年2月2日在《Nature Materials》上发表。
压电材料在施加电场时产生变形，在施加压力时产生 电压，利用这种效应可制作电能与机械能互换的驱动器， 在众多领域有广泛的应用。
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也称为正压电效应。
反之，在压电晶体上加电场，晶体会产生应力而使 晶体形变。该效应称为逆压电效应，也叫电致伸缩效应。
（加交变电场，产生机械振动）
压电效应使机械能和电能发生转化。
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，总电距为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，出现电极化，表面呈现
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， 电极 压电体就会变形（压缩或伸长）。加交
EV
Байду номын сангаас
（2）杂质光电导
EC
附加载流子来自禁带中的杂
质能级上的电子或空穴，从而改
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：
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
某些合成聚合物拉伸后，也显示压电性。
（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。
8-2 热释电材料
一、热释电效应
束缚电荷。
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，在表面上有异号极化电荷。极化电荷吸附空气
PZT、钛酸铅PbTiO3等。
3、压电聚合物
1940年，俄罗斯人发现木材压电性后，相继发现苎 麻、丝竹、动物某些生物组织有压电性。1960年，人 工合成了聚合物有压电性。
几乎所有聚合物都有压电性，但有实用价值的不多。
1969年，日本河合平司发现聚偏四氟乙烯（极化处 理后）有强压电性，使压电聚合物逐步进入实用化。
8-3 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。
1、光电导 ——物质（主要是半导体）受光照而电导率增加的现象。 原因：半导体吸收光子引起载流子激发（载流子浓度变化）
（1）本征光电导
h Eg 价电子从价带 导带，
EC
出现一个自由电子和空穴，都参与 导电。
（2）驱使：
n区空穴向p区扩散 p区电子向n区扩散；
n
当光照在p-n结附近，h Eg ，p-n结 附近形成电子空穴对。光生电子和空穴 扩散到势垒区，内建电场使：空穴扫向 p区；电子扫向n区。
n n
p Eg
p
p
n
p Eg
p
n
n
p
则p区积累正电荷，n区积累负电荷，产生光生电动 势。接通外电路，由p经外电路达到n区形成电流。
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。
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。
电介质
压电体
三、热释电材料
热释电
电介质
但压电晶体不一定都有自发极化。
压电体
热释电
P S — 自 发 极 化 强 度 P S ， P P — T 热 释 电 系 数 ， T 温 度 铁电体
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。
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 m v 2 Ah A 时 产 生 光 电 发 射 效 应 2
1、有自发极化的非铁电性晶体
铁电体
如CaS、CuSe、ZnO、电气石等
2、有自发极化的铁电性晶体
LiNbO3（铌酸锂）、LiTaO3、PbTiO3、BaTiO3、 PLZT透明铁电陶瓷。
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： 红外光谱仪、红外遥感、热辐射探测器（防火用）
与压电陶瓷相比：柔性、耐冲击、能制成大面积薄 膜传感材料。
两类：
（1）固有压电性聚合物
一些结晶聚合物化学结构不对称，有极性基团。未 拉伸时，微晶取向随机，总极化强度为0。
拉伸时，晶粒有压电响应，不经极化也有压电性。 称为固有压电聚合物。
如木材、丝竹、动物骨骼、肌肉、皮、头发等，在 自然生长条件下，微晶粒已择优取向。
一些材料由于温度变化而引起电极化状态改变，在 某些相对应表面产生异号电荷。该现象叫热释电效应。
其逆效应为电生热效应——外加电场变化，引起材 料温度变化。
最早在电气石晶体中发现热释电效应 重要应用：热敏传感器（用作温度计、 红外探测器等）
二、热释电机制与压电机制比较
电介质 压电体 热释电
铁电体
1、热释电晶体前提是具有自发极化，
K通 过 压 电 输 效 入 应 机 转 械 换 能 的 能 量 2
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
变电源，压电体交替出现伸缩即发生振
电源
动。
电极
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。
Q m 谐 振 谐 时 振 振 时 子 振 每 子 周 储 损 存 耗 的 的 能 机 量 械 能 2
2、机电耦合系数
反之，在压电晶体上加电场，晶体会产生应力而使 晶体形变。该效应称为逆压电效应，也叫电致伸缩效应。
（加交变电场，产生机械振动）
压电效应使机械能和电能发生转化。
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，总电距为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，出现电极化，表面呈现
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， 电极 压电体就会变形（压缩或伸长）。加交
EV
Байду номын сангаас
（2）杂质光电导
EC
附加载流子来自禁带中的杂
质能级上的电子或空穴，从而改
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：
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
某些合成聚合物拉伸后，也显示压电性。
（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。
8-2 热释电材料
一、热释电效应
束缚电荷。
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，在表面上有异号极化电荷。极化电荷吸附空气
PZT、钛酸铅PbTiO3等。
3、压电聚合物
1940年，俄罗斯人发现木材压电性后，相继发现苎 麻、丝竹、动物某些生物组织有压电性。1960年，人 工合成了聚合物有压电性。
几乎所有聚合物都有压电性，但有实用价值的不多。
1969年，日本河合平司发现聚偏四氟乙烯（极化处 理后）有强压电性，使压电聚合物逐步进入实用化。
8-3 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。
1、光电导 ——物质（主要是半导体）受光照而电导率增加的现象。 原因：半导体吸收光子引起载流子激发（载流子浓度变化）
（1）本征光电导
h Eg 价电子从价带 导带，
EC
出现一个自由电子和空穴，都参与 导电。
（2）驱使：
n区空穴向p区扩散 p区电子向n区扩散；
n
当光照在p-n结附近，h Eg ，p-n结 附近形成电子空穴对。光生电子和空穴 扩散到势垒区，内建电场使：空穴扫向 p区；电子扫向n区。
n n
p Eg
p
p
n
p Eg
p
n
n
p
则p区积累正电荷，n区积累负电荷，产生光生电动 势。接通外电路，由p经外电路达到n区形成电流。
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。
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。
电介质
压电体
三、热释电材料
热释电
电介质
但压电晶体不一定都有自发极化。
压电体
热释电
P S — 自 发 极 化 强 度 P S ， P P — T 热 释 电 系 数 ， T 温 度 铁电体
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。
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 m v 2 Ah A 时 产 生 光 电 发 射 效 应 2
1、有自发极化的非铁电性晶体
铁电体
如CaS、CuSe、ZnO、电气石等
2、有自发极化的铁电性晶体
LiNbO3（铌酸锂）、LiTaO3、PbTiO3、BaTiO3、 PLZT透明铁电陶瓷。
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： 红外光谱仪、红外遥感、热辐射探测器（防火用）
与压电陶瓷相比：柔性、耐冲击、能制成大面积薄 膜传感材料。
两类：
（1）固有压电性聚合物
一些结晶聚合物化学结构不对称，有极性基团。未 拉伸时，微晶取向随机，总极化强度为0。
拉伸时，晶粒有压电响应，不经极化也有压电性。 称为固有压电聚合物。
如木材、丝竹、动物骨骼、肌肉、皮、头发等，在 自然生长条件下，微晶粒已择优取向。
一些材料由于温度变化而引起电极化状态改变，在 某些相对应表面产生异号电荷。该现象叫热释电效应。
其逆效应为电生热效应——外加电场变化，引起材 料温度变化。
最早在电气石晶体中发现热释电效应 重要应用：热敏传感器（用作温度计、 红外探测器等）
二、热释电机制与压电机制比较
电介质 压电体 热释电
铁电体
1、热释电晶体前提是具有自发极化，
K通 过 压 电 输 效 入 应 机 转 械 换 能 的 能 量 2
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
变电源，压电体交替出现伸缩即发生振
电源
动。
电极
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。
Q m 谐 振 谐 时 振 振 时 子 振 每 子 周 储 损 存 耗 的 的 能 机 量 械 能 2
2、机电耦合系数