功能材料PPT系列：光学材料
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功能材料PPT系列：材料科学基础PPT
功能聚合物的制备与应用
• 复合材料：将聚合物与其他材料复合，形成具有 特殊功能的复合材料。
功能聚合物的制备与应用
工程塑料
用于制造机械、汽车和航空等领域的结构部件。
高分子材料
用于制造塑料袋、包装材料、管道等日常用品。
高分子纤维
用于制造纺织品、防护服和复合材料等。
功能金属的制备与应用
熔炼法
将金属原料加热至熔融状态，再冷却凝固得到金属材料。
随着科技的不断发展，功能材料呈现 出以下几个发展趋势。首先，新材料 不断涌现，如石墨烯、碳纳米管等新 型纳米材料；其次，复合材料成为研 究热点，通过将不同性质的材料进行 组合，可以获得优异的综合性能；最 后，智能化和多功能化成为未来发展 的方向，如智能传感器、自适应材料 等。
功能材料的挑战
尽管功能材料已经取得了很大的进展 ，但仍面临一些挑战。首先，新材料 研发需要大量的时间和资金投入，且 成功率较低；其次，复合材料的界面 结合和性能调控难度较大；最后，智 能化和多功能化需要解决多物理场耦 合和系统集成等难题。
微纳合成法
在微米和纳米尺度上合成材料 的技术，如纳米颗粒、纳米线
等。
材料制备的工艺
熔炼法
将原料加热至熔化，再经冷却、凝固而获得 材料的方法。
压延法
通过施加压力将熔融状态的原料压制成片状 或膜状的方法。
烧结法
将粉末状的原料加热至高温，使其发生固相 反应而形成致密材料的方法。
涂覆法
将材料涂覆在基材表面，以达到防护、装饰 等目的的方法。
功能材料广泛应用于各个领域，如电 子信息产业、新能源产业、生物医药 产业等。例如，磁性材料用于制造各 种电机、变压器和磁记录设备；光学 材料用于制造各种光学仪器、镜头和 显示器件；半导体材料用于制造集成 电路、微电子器件和太阳能电池等。
光学功能材料课件
为了实现可持续发展，光学功能材料 产业需要注重循环经济。通过回收、 再利用废弃的光学元件和材料，减少 对自然资源的依赖，降低环境负担。 同时，推动产学研合作，加强技术创 新和人才培养，为光学功能材料的可 持续发展提供有力支持。
THANKS
感谢观看
太阳能电池
太阳能电池中的减反射膜能够 减少入射光的反射损失，提高
光电转换效率。
05
新型光学功能材料
光子晶体
定义
光子晶体是一种具有周期性折射 率变化的介质，能够影响光的传
播行为。
特性
光子晶体具有禁带特性，即某些特 定频率的光不能在其中传播，类似 于电子在半导体中的行为。
应用
光子晶体可用于制造高效的光子器 件，如光子晶体激光器、光子晶体 光纤等。
光学功能材料课件
• 光学功能材料概述 • 光学玻璃 • 光学晶体 • 光学薄膜 • 新型光学功能材料 • 光学功能材料的未来发展趋势
01
光学功能材料概述
光学功能材料的定义
定义描述
光学功能材料是指那些具有特殊 光学性质，能够通过光的吸收、 发射、传输、调制等实现一种或 多种特定光学功能的材料。
特征说明
光学玻璃
如冕玻璃、火石玻璃等，具有优异的成像质量和光学稳定 性，用于制造各类透镜、棱镜和窗口。
非线性光学晶体
如磷酸二氢钾（KDP）、铌酸锂（LiNbO3）等，能够实 现光频转换、光开关、光调制等功能，应用于激光技术、 光通讯和光信息处理中。
光学功能材料的应用领域
01
02
03
04
05
光电子领域：用于制造 光电子器件，如激光器 、光放大器、光调制器 等。
02
光学玻璃
光学玻璃的定义和性质
功能材料课件ppt课件
物理气相沉积（PVD）
通过物理方法将固体材料转化为气态，再沉积到基材上，如真空镀膜 。
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
通过控制化学反应，将前驱体溶液转化为凝胶，再经过热处理制备功 能材料。
化学合成法
通过化学反应将简单物质转化为复杂物质，如合成高分子材料、复合 材料等。
加工技术
机械加工
激光加工
利用机械力对材料进行切削、磨削等加工 ，以获得所需形状和尺寸的零件或产品。
包括材料的反射率、透射率、折射率 等。这些性能决定了材料在光学设备 和器件中的使用效果。
热性能
包括材料的热导率、热膨胀系数、比 热容等。这些性能决定了材料在热设 备和系统中的使用效果。
03
功能积（CVD）
利用气态物质在固体表面上的化学反应来制备功能材料，如薄膜、涂 层等。
绿色化
随着环保意识的增强，功能材料的制备和应用过程需要更 加注重环保和可持续发展，如使用可再生资源、降低能耗 和减少废弃物排放。
智能化
通过先进的制备技术和结构设计，实现功能材料的智能化 ，如自适应、自修复、自感知等特性，以满足复杂环境和 动态变化的需求。
生物医学应用
功能材料在生物医学领域的应用越来越广泛，如用于药物 传递、组织工程和生物成像等，为医疗健康领域的发展提 供有力支持。
实例
高温超导材料
高温超导材料是指在一定温度下具有超导 性的材料，可用于制造超导线圈、超导电 缆等。
石墨烯
石墨烯是一种新型的二维材料，具有高导 电性、高导热性、高强度等特性，可用于 制造电子元器件、电池电极等。
生物可降解塑料
生物可降解塑料是指在特定条件下能够被 微生物分解为无害物质的塑料材料，可用 于替代传统塑料，减少环境污染。
通过物理方法将固体材料转化为气态，再沉积到基材上，如真空镀膜 。
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
通过控制化学反应，将前驱体溶液转化为凝胶，再经过热处理制备功 能材料。
化学合成法
通过化学反应将简单物质转化为复杂物质，如合成高分子材料、复合 材料等。
加工技术
机械加工
激光加工
利用机械力对材料进行切削、磨削等加工 ，以获得所需形状和尺寸的零件或产品。
包括材料的反射率、透射率、折射率 等。这些性能决定了材料在光学设备 和器件中的使用效果。
热性能
包括材料的热导率、热膨胀系数、比 热容等。这些性能决定了材料在热设 备和系统中的使用效果。
03
功能积（CVD）
利用气态物质在固体表面上的化学反应来制备功能材料，如薄膜、涂 层等。
绿色化
随着环保意识的增强，功能材料的制备和应用过程需要更 加注重环保和可持续发展，如使用可再生资源、降低能耗 和减少废弃物排放。
智能化
通过先进的制备技术和结构设计，实现功能材料的智能化 ，如自适应、自修复、自感知等特性，以满足复杂环境和 动态变化的需求。
生物医学应用
功能材料在生物医学领域的应用越来越广泛，如用于药物 传递、组织工程和生物成像等，为医疗健康领域的发展提 供有力支持。
实例
高温超导材料
高温超导材料是指在一定温度下具有超导 性的材料，可用于制造超导线圈、超导电 缆等。
石墨烯
石墨烯是一种新型的二维材料，具有高导 电性、高导热性、高强度等特性，可用于 制造电子元器件、电池电极等。
生物可降解塑料
生物可降解塑料是指在特定条件下能够被 微生物分解为无害物质的塑料材料，可用 于替代传统塑料，减少环境污染。
微纳光学 PPT
光学步进器是一种图像缩小系统， 相干成像系统。
光学步进器
微纳光学结构制备方法
电子束纳米光刻技术
纳米压印光刻术
利用高聚焦电子束对电子敏
利用模具并通过机械方法使
感抗腐蚀剂表面的确定性扫描， 得某种柔软或液态材料（即抗
使用各种正性和负性抗腐蚀剂 蚀剂）变为模具表面图形的固
作为刻蚀模板。
态形式和复制阴模。
微纳光学
报告内容
• 微纳光学概念与研究方向 • 微纳光学结构制备方法 • 微纳光学器件应用及前景
微纳光学概念与研究方 向
微纳光学
微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应，以及利用微纳米尺度的光学效应开发出光学器 件、系统及装置。它所研究的是在微纳尺度下光电子的运动传输特性、光电子与物质的相 互作用规律、相关的操控及其应用技术等。通过它我们希望实现在微纳尺度上，光波的发 射、传播、变换和接收。
微纳发光材料主要采用微纳颗粒作为发 光基质，包括纯的及掺杂的微纳半导体发 光材料，稀土离子及过度金属离子掺杂的 纳米氧化物、硫化物、复合氧化物、及各 种微纳无机盐发光材料等。微纳发光材料 主要用于各种微纳发光器件如微纳发光二 极管或微纳激光器的设计及制备，它可以 实现宏观块体材料所不具备的发光性质。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
微纳光学结构 器件
微纳光学结构技术是指通过在材料中引 入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。 光子晶体就是规律性的三维微结构，其周 期远小于波长，形成光子禁带，通过引入 局部缺陷，控制光的传播与分束。
光栅可以看作是一维或者二维的光子晶 体，通过引入微纳结构可以实，光学超分辨技术、纳 米结构的光学制造、快速相变材料以及利用表面等离子体等纳米 光学技术等。在光通信、激光武器、大气污染检测等多种应用场 合，微纳米光学技术中都将发挥重要作用。借助纳米制造技术， 可以制造出一系列新型的光学元件，例如：偏振分光器件等。因 此，微纳光学器件在光存储、光显示、光通信等多个领域也具有 重要的应用前景。
光电功能材料--光纤材料 ppt课件
3 波导散射 是由波导的结构缺陷产生的，如波导芯的直径有起伏，界面粗 糙，凹凸不平，就会引起传导模的附加损耗
波导 ：waveguide，能限定和引导电磁波在长度方向上传 播的管道
光纤传输信息具有许多优点：
●载频为3×1014Hz，约为电视通信所用超高频 的100000倍，从而使信息载带容量或带宽激增；
氟化铍 在红外区的本征损失为石英的l/6，可拉制透射2 µm波段的光纤。该种光纤有可能将光信号无中继传输数百甚 至上千公里。
氟化锆 理论损耗达0.001dB/km(2.55µm)(比 最好的石英光纤低两个数量级)，透过率可达氧 化物玻璃的100倍，且受高能辐照不易黑化。氟 化锆基玻璃的主成分为氟化锆(60~70mol％)，并 以氟化钡(20~30mol％)为改性剂(降低熔点)， 以 少量其它氟化物作稳定剂(如AlF3、LaF3、PbF2 作结晶化抑制剂)和指数改性剂(如PbF2)，借以获 得合适的纤芯和包层组分。这种玻璃光纤的透射
B 硫属玻璃光纤
砷、锗、锑与硫属元素硫、硒构成的玻璃叫 硫属玻璃，光学损耗高，主要用于短距离传能。 目前己拉出在CO和CO2激光波长下损耗为数百dB 的纤维。在一根光纤上能传输数瓦的能量，这对 拓宽CO2和CO大功率激光器的应用领域有重要意 义。
C 重金属氧化物光纤
对此类纤维的研究，主要局限于GeO2系统。 抽成丝后最小损耗约为4dB/km(2µm)。可用作红 外光纤、非线性光学光纤，尤其是可用来实现光 信号放大，有可能用于超长距离光学传输系统。
波长范围从7~8 µm的红外区一直延伸到0.2~0.3 µm的近紫外区。
拉出的Zr（锆）－Ba－La－Al－Li－Pb(纤 芯)／Zr－Ba－La－Al－Li (包层)氟化物光 纤，在2.55 µm下的最低损耗为6.8dB/km， 纤维的“实用”强度高达3800MPa。估计 氟化物玻璃光纤接近0.001dB/km的最低理 论损耗，从而实现横跨大洋的通信。
波导 ：waveguide，能限定和引导电磁波在长度方向上传 播的管道
光纤传输信息具有许多优点：
●载频为3×1014Hz，约为电视通信所用超高频 的100000倍，从而使信息载带容量或带宽激增；
氟化铍 在红外区的本征损失为石英的l/6，可拉制透射2 µm波段的光纤。该种光纤有可能将光信号无中继传输数百甚 至上千公里。
氟化锆 理论损耗达0.001dB/km(2.55µm)(比 最好的石英光纤低两个数量级)，透过率可达氧 化物玻璃的100倍，且受高能辐照不易黑化。氟 化锆基玻璃的主成分为氟化锆(60~70mol％)，并 以氟化钡(20~30mol％)为改性剂(降低熔点)， 以 少量其它氟化物作稳定剂(如AlF3、LaF3、PbF2 作结晶化抑制剂)和指数改性剂(如PbF2)，借以获 得合适的纤芯和包层组分。这种玻璃光纤的透射
B 硫属玻璃光纤
砷、锗、锑与硫属元素硫、硒构成的玻璃叫 硫属玻璃，光学损耗高，主要用于短距离传能。 目前己拉出在CO和CO2激光波长下损耗为数百dB 的纤维。在一根光纤上能传输数瓦的能量，这对 拓宽CO2和CO大功率激光器的应用领域有重要意 义。
C 重金属氧化物光纤
对此类纤维的研究，主要局限于GeO2系统。 抽成丝后最小损耗约为4dB/km(2µm)。可用作红 外光纤、非线性光学光纤，尤其是可用来实现光 信号放大，有可能用于超长距离光学传输系统。
波长范围从7~8 µm的红外区一直延伸到0.2~0.3 µm的近紫外区。
拉出的Zr（锆）－Ba－La－Al－Li－Pb(纤 芯)／Zr－Ba－La－Al－Li (包层)氟化物光 纤，在2.55 µm下的最低损耗为6.8dB/km， 纤维的“实用”强度高达3800MPa。估计 氟化物玻璃光纤接近0.001dB/km的最低理 论损耗，从而实现横跨大洋的通信。
功能材料ppt
功能材料ppt功能材料是指能够提供特定功能或满足某种需求的材料。
它可以是单一材料，也可以是复合材料。
下面是一个关于功能材料的700字ppt：功能材料一、什么是功能材料功能材料是指具备特定功能的材料，它能够通过调整其结构或组成，以实现特定的功能或满足特定的需求。
功能材料的种类繁多，涉及到生活、工业、医疗等各个领域。
二、功能材料的分类1. 磁性材料：具有磁性的材料，如铁、镍、钴等。
它们可以用于制造电磁器件、电力传输设备等。
2. 光学材料：具有特殊光学性质的材料，如玻璃、透明塑料等。
它们可以用于制造光学仪器、眼镜等。
3. 感光材料：可以对光进行感光作用的材料，如胶片、感光纸等。
它们可以用于摄影、印刷等领域。
4. 导热材料：具有良好导热性能的材料，如铝、铜等。
它们可以用于制造散热器、导热片等。
5. 消音材料：具有吸音降噪功能的材料，如吸音板、隔音墙等。
它们可以用于减少噪音污染。
6. 防腐材料：具有防腐蚀性能的材料，如防腐涂料、防腐塑料等。
它们可以用于延长材料的使用寿命。
7. 温敏材料：具有温度敏感性的材料，如形状记忆合金、热敏墨水等。
它们可以用于制造智能材料、智能传感器等。
三、功能材料的应用案例1. 纳米材料：具有特殊的物理、化学性能，可以用于制造高效能源、高性能储存材料等。
2. 高分子材料：具有良好的机械性能和化学稳定性，可以用于制造高强度纤维、耐腐蚀管道等。
3. 陶瓷材料：具有优异的耐高温性能和绝缘性能，可以用于制造高温炉具、电子器件等。
4. 光电材料：具有光电特性的材料，如太阳能电池、LED材料等。
5. 生物材料：具有与生物组织相容性的材料，可以用于制造人工器官、生物传感器等。
四、功能材料的发展趋势1. 多功能化：功能材料将越来越具备多种功能，能够满足不同需求。
2. 绿色环保：功能材料将更加注重环保和可持续性，减少对环境的影响。
3. 高性能化：功能材料的性能将不断提高，以满足更高要求。
4. 智能化：功能材料将具备更高的智能性，可以根据环境或需求自动调节。
《功能材料学概论》课件
医疗器械行业
功能材料在医疗器械制 造中的应用，如人工骨 骼材料、可生物降解材 料和医用隔膜。体现人 类健康的重要性。
机械加工行业
功能材料在机械加工和制造中的应用，如 耐磨材料、高温材料和高强度材料。提升 机械性能和效率。
建筑行业
功能材料在建筑领域的应用，如保温材料、 防水材料和抗震材料。增强建筑结构和能 效。
化学性质
介绍材料的化学特性，如腐蚀性、溶解性和反应性。探讨这些性质在功能材料制备中的应用。
三、功能材料的分类
电子功能材料
光学功能材料
磁性功能材料
电子器件中常用的功能材料， 如半导体、导电陶瓷和光学 纤维。介绍其原理和应用。
用于调节光信号的功能材料， 如透镜、光纤和光学涂层。 探讨它们在光学领域的应用。
拥有磁性的材料，如磁铁、 磁性合金和磁性材料的复合 体。讨论它们在磁性应用中 的角色。
四、功能材料的应用
电子行业
功能材料在电子产品中 的应用，如晶体管、集 成电路和显示屏。探索 材料对电子行业的贡献。
光电行业
功能材料在光电设备和 光学仪器中的应用，如 光伏材料、光电开关和 光纤传输。展示其技术 进步。
五、功能材料的发展趋势
趋势1：纳米材料 的发展
探索纳米材料的特性、制 备技术和应用领域。展示 其在功能材料学中的重要 性。
ห้องสมุดไป่ตู้
趋势2：多功能材 料的发展
多功能材料的设计和制备， 如能源存储材料、生物医 用材料和可重构材料。展 望其未来的应用。
趋势3：智能材料 的发展
智能材料的特点和应用， 如形状记忆合金、光敏材 料和压电材料。探索其在 自适应技术中的作用。
六、总结
功能材料学对科学和工程的意义以及未来的发展方向。展示对未来功能材料学的期望和挑战。
《功能材料透明陶瓷》课件
详细描述
溶胶-凝胶法需要将原料溶液在低温下进行 水解和缩聚反应，形成透明溶胶，该溶胶可 以涂敷在玻璃、硅片或金属基底上。经过热 处理后，溶胶中的水分和有机物会挥发，同 时发生晶化反应形成透明的陶瓷薄膜。该方 法制备的透明陶瓷具有较高的光学透过率和 机械强度，且制备温度较低，适用于大面积
制备。
其他制备方法
总结词
除了上述三种方法外，还有多种制备功能材料透明陶瓷的方法，如脉冲激光沉 积法、离子注入法等。
详细描述
脉冲激光沉积法和离子注入法等其他制备方法也可以用于制备功能材料透明陶 瓷。这些方法具有各自的优缺点，适用于不同的应用场景。在实际应用中，需 要根据具体需求选择合适的制备方法。
03
功能材料透明陶瓷的性能分析
详细描述
熔融法需要将原料粉末在高温下熔化成液态，然后通过控制冷却速度和结晶条件，使陶瓷晶体从液态 中析出并生长，最终形成透明的陶瓷。该方法制备的透明陶瓷具有较高的光学透过率和机械强度，但 制备过程中需要较高的温度和较长的制备周期。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种制备功能材料透明陶瓷的方法，通过将原料气体在反应室内与热解反应生成陶瓷薄膜。
THANKS
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光学性能
01
02
03
透光性
透明陶瓷具有高透光性， 能够透过大部分可见光， 是优良的光学材料。
折射率
透明陶瓷的折射率较高， 能够有效地控制和引导光 线。
颜色
透明陶瓷可以通过添加不 同元素来调整其颜色，包 括无色、有色、滤光片等 。
力学性能
高硬度
透明陶瓷具有高硬度，耐 磨、耐划伤，能够承受较 大的压力和摩擦力。
化学性能
热性能
透明陶瓷具有良好的化学稳定性和耐腐蚀 性，能够在高温、强酸、强碱等恶劣环境 下保持稳定。
第六讲 梯度功能材料 ppt课件
光学器件系统设计戒应用的例子成像系统准直透镜斲密特校正镜摄影透镜显微镜望进镜复印机系统棒透镜系列内窥镜系统医用内窥镜光通信系统自聚焦光纤连接器分路器光开关光衰减器光波导器件激光二枀管光盘系统拾音透镜拾像透镜光计算机系统微型光学元件梯度折射率材料的应用45生物医学工业羟基磷灰石ha陶瓷和钛戒ti6al4v合釐组成的梯废功能材料可作为仿生人工关节和牙齿
竹子
•ppt课件 竹节中纤维素含量变化
•7
人体长骨结构示意图
•ppt课件
•8
• 人造梯度功能材料也不是新事物。越王勾践剑深埋地下2400多 年，1965年出土时依旧寒光逼人，锋利无比。
• 剑的主要成分是铜、锡及少量铝、铁、镍、硫。
• 剑的各部位铜和锡的比例不一，形成良好的成分梯度。剑脊含 铜较多，韧性好，不易折断；剑刃含锡高，硬度大，非常锋利； 护手花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。
梯度功能材料制备的耐磨轴承，外表为陶瓷， 内表面为金属
•ppt课件
•6
• 梯度功能材料早就出现在自然界中。 • 竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是
一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。
• 生物的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大差异。有生命的 FGMs是“有智能的”，它们能感受所处环境的变化(包括局部应 力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺 乏这种功能。
•ppt课件
ZrO2-CrNi合金FGM横截 面，白色的陶瓷粉末与黑 色的合金粉末含量呈连续 性梯度变化，没有明显的 界面，
•16
• 金属-陶瓷构成的热应力缓和梯度功能材料，对高温侧壁采用耐 热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用导热和强度好的金属材料。 材料从陶瓷过渡到金属的过程中，耐热性逐渐降低，机械强 度逐渐升高。 热应力在材料两端均很小，在材料中部过渡区达到峰值(比突 变界面的应力峰值小得多)， 具有缓和热应力的功能。
竹子
•ppt课件 竹节中纤维素含量变化
•7
人体长骨结构示意图
•ppt课件
•8
• 人造梯度功能材料也不是新事物。越王勾践剑深埋地下2400多 年，1965年出土时依旧寒光逼人，锋利无比。
• 剑的主要成分是铜、锡及少量铝、铁、镍、硫。
• 剑的各部位铜和锡的比例不一，形成良好的成分梯度。剑脊含 铜较多，韧性好，不易折断；剑刃含锡高，硬度大，非常锋利； 护手花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。
梯度功能材料制备的耐磨轴承，外表为陶瓷， 内表面为金属
•ppt课件
•6
• 梯度功能材料早就出现在自然界中。 • 竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是
一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。
• 生物的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大差异。有生命的 FGMs是“有智能的”，它们能感受所处环境的变化(包括局部应 力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺 乏这种功能。
•ppt课件
ZrO2-CrNi合金FGM横截 面，白色的陶瓷粉末与黑 色的合金粉末含量呈连续 性梯度变化，没有明显的 界面，
•16
• 金属-陶瓷构成的热应力缓和梯度功能材料，对高温侧壁采用耐 热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用导热和强度好的金属材料。 材料从陶瓷过渡到金属的过程中，耐热性逐渐降低，机械强 度逐渐升高。 热应力在材料两端均很小，在材料中部过渡区达到峰值(比突 变界面的应力峰值小得多)， 具有缓和热应力的功能。
光学功能材料
复合发光
发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子（一 般为正离子或者空穴和电子），这两种粒子复合时的发光。 由于离化的带电粒子在发光材料中漂移或扩散，从 而构成特征性光电导，所以又称“光电导型”发光。
单分子过程
双分子过程 电子在导带中停留的时间较短（≤10-10s） 电子在导带中停留的时间较长
2. 发光特点
实际应用的发光材料大多是激活型发光材料。
• 荧光粉中加入 Eu2+ 、 Ce3+ 、 Tb3+ 、 Yb3+等稀土离子，可使发光效率和显 色性能得到显著提高。
• 发红光的荧光粉有 Y2O3 ： Eu3+ ，很 容易被254nm的射线激发。
• 发 蓝 光 的 荧 光 粉 有 BaMgAl10O17 ： Eu3+和Sr2Al6O12：Eu3+等。 • 发 绿 光 的 离 子 是 Tb3+ ， 不 容 易 被 254nm 的射线激发，常用 Ce3+ 做为敏 化剂。
荧光：激发和发射两个过程之间的间隙极短，约为<10-8秒。 只要光源一离开，荧光就会消失。 磷光：在激发源离开后，发光还会持续较长的时间。 余辉时间：当激发停止后，发光强度衰减到10%所经历的时间。
极短余辉：余辉时间<1μ s的发光 短 余 辉：余辉时间1~10μ s的发光
中短余辉：余辉时间10-2~1 ms的发光 中 长 余 余 辉：余辉时间1~100 ms的发光 辉：余辉时间10-1 ~1 s的发光
A
hv1 hv1 or kT
B
基本特征为： A、 B在一定条件下都能稳定存在，且颜色视差显著不同； A、B之间的变化是可逆的; 该类材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性和变 色选择性。
功能材料介绍PPT
功能材料元件体积小，如传感器件、电子器件等。
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料，又有特殊的功能材料。
分类： 很难有统一的认识，常见的分类方法有：
中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期，湖北隋县出 土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水 平和高超的制造工艺。
公元前13-14世纪，人类开始使用铁。3000年前的 铁器比青铜器更为普遍，人类开始进入铁器时代。
到春秋末期，中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。 如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术发明， 促进了当时生产力的大发展，对农业、水利和军事的 发展起到了极大的作用，推动了世界的文明与进步。
6、扩展功能材料的应用范围，尤其是尖端技术与民 用高技术领域中的应用。
Байду номын сангаас
2、材料的发展史
人类发展的历史证明，材料的发展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分，如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前，人类开始使用石头做工具，使人 类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进行 加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石 器时代。在新石器时代，人类开始用毛皮遮身。8000 年前，中国开始用蚕丝做衣服。4500年前，印度人开 始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外，人类还使用竹、木、骨等原始天然材 料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发 展的初始阶段，其特点是人类单纯选用天然材料。
人类还处于新石器时代，就已经发明了粘土成型， 在火烧固化而得到陶器，用作器皿或装饰品。陶器的 出现，是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程 中，又偶然发现了铜和锡，实际上是铜和锡的氧化物 在高温下被碳还原的产物，进而生产出色泽鲜艳且能 浇铸的青铜，使人类进入青铜时代。这是人类较大量 使用金属的开始。希腊、印度、埃及和中国都在公元 前3000年左右进入青铜时代。
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料，又有特殊的功能材料。
分类： 很难有统一的认识，常见的分类方法有：
中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期，湖北隋县出 土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水 平和高超的制造工艺。
公元前13-14世纪，人类开始使用铁。3000年前的 铁器比青铜器更为普遍，人类开始进入铁器时代。
到春秋末期，中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。 如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术发明， 促进了当时生产力的大发展，对农业、水利和军事的 发展起到了极大的作用，推动了世界的文明与进步。
6、扩展功能材料的应用范围，尤其是尖端技术与民 用高技术领域中的应用。
Байду номын сангаас
2、材料的发展史
人类发展的历史证明，材料的发展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分，如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前，人类开始使用石头做工具，使人 类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进行 加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石 器时代。在新石器时代，人类开始用毛皮遮身。8000 年前，中国开始用蚕丝做衣服。4500年前，印度人开 始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外，人类还使用竹、木、骨等原始天然材 料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发 展的初始阶段，其特点是人类单纯选用天然材料。
人类还处于新石器时代，就已经发明了粘土成型， 在火烧固化而得到陶器，用作器皿或装饰品。陶器的 出现，是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程 中，又偶然发现了铜和锡，实际上是铜和锡的氧化物 在高温下被碳还原的产物，进而生产出色泽鲜艳且能 浇铸的青铜，使人类进入青铜时代。这是人类较大量 使用金属的开始。希腊、印度、埃及和中国都在公元 前3000年左右进入青铜时代。
功能高分子材料-PPT
除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，采用多 种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见 的方法。特别是当需要控制聚合物中功能基团的分 布和密度时，或者需要调节聚合物的物理化学性质 时，共聚可能是最行之有效的解决办法。
(2)功能性小分子通过聚合包埋与高分子 材料结合
该方法是利用生成高分子的束缚作用将 功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子 材料中来制备功能高分子材料。在聚合反应 之前，向单体溶液中加入小分子功能化合物， 在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋。 在高分子药物、固定化酶的制备方面有独到 的优势。
例如，维生素C在空气中极易被氧化而变黄。 采用溶剂蒸发法研制以乙基纤维素、羟丙基甲基纤 维素苯二甲酸酯等聚合物为外壳材料的维生素C微 胶囊，达到了延缓氧化变黄的效果。将维生素C微 胶囊暴露于空气中一个月，外观可保持干燥状态， 色泽略黄。这种维生素C微胶囊进入人体后，两小 时内可完全溶解释放。
2. 已有高分子材料的功能化
一次功能主要有下面的八种： ①力学功能：如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、 超塑性、恒弹性、高弹性、振动性和防震性。 ②声功能：如隔音性、吸音性。 ③热功能：如传热性、隔热性、吸热性和蓄热性等。 ④电功能：如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。
⑤磁功能：如硬磁性、软磁性、半硬磁性等。 ⑥光功能：如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸 光性、偏振光性、分光性、聚光性等。 ⑦化学功能：如吸附作用、气体吸收性、催化作用、生物 化学反应、酶反应等。 ⑧其他功能：如放射特性、电磁波特性等。
❖ 60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。
特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、 半导体等。
功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜
等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、 高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分 子液晶等。
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光学材料
光功能材料
固体的光性质，从本质上讲，就是固体和电磁波的相 互作用。 包括：晶体对光辐射的反射和吸收
晶体在光作用下的发光 光在晶体中的传播和作用 ……等
定义
根据光与材料的相互作用时产生的不同物理效应可将其分为光介质材料 和光功能材料。
光介质材料：用以输送光线的材料，以折射、反射和透射方式，改变光 线的方向、强度和位相，使光线按预定的要求传输，也可以吸收或透过 一定波长的光线而改变光线的光谱成分。
三基色原理 自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得；反之，
这些彩色也可以分解成三基色； 三基色必须是相互独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基
色混合得到； 混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定；混合色的亮度是三
基色亮度之和。 另外，任一种颜色都有一个相应的补色。即：它与某一颜色以适当比
Ａ快速无辐射跃迁Ｍhν≈E2-E1受激辐射 自发辐射 自发辐射 泵浦跃迁
Ｇ
双分子过程发光
材料吸收能量发生跃迁，产生电子－空穴对； 电子和空穴相遇就可复合并释放能量（光），即为复合发光。 复合发光可以在一个发光中心上直接进行，即原位复合，这 叫做单分子过程； 如果电子在脱离原来的发光中心后，在导带中移动了一定的距 离后遇到其他发光中心(空穴）复合发光，呈双分子过程。
例混合时，可产生白色。例：红、绿、蓝的补色分别是青、紫、黄。
颜色坐标图
２.发光效率
发光材料的另一重要特性是发光强度，它随激发强度而改 变。材料的发光本领通常以发光效率表征，有3种表示方法：
量子效率：发射物质辐射的量子数N发光与激发光源输入的量子数N吸收（若 是光致发光Ｎ为光子数；如系电子发光Ｎ为电子数，余类推）的比值。
导带 能隙 （禁带）
价带
例：离子晶体的禁带宽度一般为几个电子伏，相当于紫外光的 能量。
纯净的理想离子晶体对可见光以至红外区的光辐射，都不会发 生光吸收，都是透明的。
碱金属卤化物晶体对透波区域可由~25μm到250nm，相当于 0.05~5ev的能量。但当有足够强的辐射(如紫光)照射离子晶体 时，价带中的电子就有可能被激发跨过能隙，进入导带，这样 就发生了光吸收，晶体就会失透。
这种与电子由价带到导带的跃迁相关的光吸收，称作基础吸收 或固有吸收。
缺陷存在时晶体的光吸收
晶体的缺陷有本征的，如间隙原子和空位，也有非本 征的，如杂质等。
这些缺陷的能级定域在价带和导带 之间的能隙之中。当材料受到光照时， 受主缺陷能级接受价带迁移来的电子， 而施主能级上的电子可以向导带迁移， 这样就使原本不能发生基础吸收的物质 由于缺陷存在而发生光吸收，因此呈现 一定的颜色。
激发
Eg h
原位复合发光
双分子复合发光
C Eg
V
发光材料的特性
一般而言，对发光材料的特性有三个要求： １.发光颜色：可用发射光谱进行表征，对应谱峰的波长就是 发光的颜色。一般说来其波长大于吸收光谱的波长。
图5.9 发光材料的发射光谱和吸收光谱
发射谱峰的宽窄也是发光材料的重要特性，谱峰越窄，发光 材料的单色性越好，反之亦然。 将谱峰1/2高度时缝的宽度称作半宽度，依照发射峰的半宽度 可将发光材料还分为3种类型：
1.发光材料
发光：一般用来描述某些固体材料由于吸 收能量而随之发生的发射光现象。是一种 物体把吸收的能量不经过热的阶段，直接 转换为特征辐射的现象。
发光机理：单分子过程、双分子过程
单分子过程发光
发光中心受激后，电子从基态G跃迁到高能级A，吸 收外界能量；
当电子由Ａ回到Ｇ态时对外辐射光子，即发光。 若受激发电子不受外界因素影响，只决定于内部电
如前所述，在晶体中引入杂质离子后，由于杂质缺陷能级位于禁带之 中，使能带间的能隙小于Eg，吸收限往往落在可见光区，结果发生固体的 杂质光吸收。
例：
Al2O3晶体中Al3+和O2-离子的基态能级为填满电子的的封 闭电子壳层，其能隙为9ev，它不可能吸收可见光，所以是 透明的。
若0.1%的Cr3+时，晶体呈粉红色，掺入1%的Cr3+时，晶 体呈深红色，即红宝石，均可以吸收可见光。 晶体呈红色，表示什么意思？ 吸收红光？还是吸收其他波长的光波？
导带
施主能级
能隙(禁带）
受主能级
价带
无机离子固体的光吸收 无机离子固体的禁带宽度较大，一般为几个电子伏特，相当于紫外光
区的能量，故对可见光到红外光，能量不足以使其电子越过能隙，由价带 跃迁至导带，晶体不被激发，不发生光的吸收，晶体都是透明的。
当紫外光辐照晶体时，就会发生光的吸收，晶体变得不透明。禁带宽 度Eg和吸收波长λ的关系为 Eg = hν= hc/λ h－普朗克常数6.63×10-34 J·s，c为光速。
B量子 = N发光 / N吸收 能量效率：发光能量与激发源输入能量之间的比值。
B量子 = E发光 / E吸收 光度效率：发光的流明数与激发源输入流明数的比值。
B量子 =光度发光 / 光度吸收
场，则称为自发发光； 若受激发电子只有在外界因素影响下才发光，则称
为受迫发光(受激发光)。
受迫发光
特征：发射过程分为两个阶段(如图)。 受激电子M G; 且M上的电子也不是直接有Ｇ上跃迁而来，而是先由G跃迁 到Ａ，再到Ｍ。即： G 1 A 2 M（亚稳态）
第一阶段：热起伏，即
第二阶段：由Ａ
Ｇ
宽带材料：半宽度~100nm，如CaWO4； 窄带材料：半宽度~50nm，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+； 线谱材料：半宽度~0.1nm，如GdVO4)：Eu3+；
半宽度
图5.10 发射峰的半宽度
三基色原理
单一波长和波谱宽度小于5nm的光称为单色光。含有两种或两种以上波 长成分的光称为复合光，复合光使人眼产生混合色。
光功能材料：在电、声、热、磁、压力等外场作用下，其光学性质能发 生变化或在光的作用下其结构和性能能发生变化的材料。
固体的光吸收
基础吸收或固有吸收：
绝缘体和半导体的能带结构如图所示， 价带为满带 导带为空带 导带和价带之间存在一定宽度的禁带，其 中不允许电子占据
在固体受到光辐射时，如果辐射光子的 能量太小，不足以使电子由价带跃迁至导 带，那么晶体就不被激发，也不会发生对 光的吸收。
光功能材料
固体的光性质，从本质上讲，就是固体和电磁波的相 互作用。 包括：晶体对光辐射的反射和吸收
晶体在光作用下的发光 光在晶体中的传播和作用 ……等
定义
根据光与材料的相互作用时产生的不同物理效应可将其分为光介质材料 和光功能材料。
光介质材料：用以输送光线的材料，以折射、反射和透射方式，改变光 线的方向、强度和位相，使光线按预定的要求传输，也可以吸收或透过 一定波长的光线而改变光线的光谱成分。
三基色原理 自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得；反之，
这些彩色也可以分解成三基色； 三基色必须是相互独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基
色混合得到； 混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定；混合色的亮度是三
基色亮度之和。 另外，任一种颜色都有一个相应的补色。即：它与某一颜色以适当比
Ａ快速无辐射跃迁Ｍhν≈E2-E1受激辐射 自发辐射 自发辐射 泵浦跃迁
Ｇ
双分子过程发光
材料吸收能量发生跃迁，产生电子－空穴对； 电子和空穴相遇就可复合并释放能量（光），即为复合发光。 复合发光可以在一个发光中心上直接进行，即原位复合，这 叫做单分子过程； 如果电子在脱离原来的发光中心后，在导带中移动了一定的距 离后遇到其他发光中心(空穴）复合发光，呈双分子过程。
例混合时，可产生白色。例：红、绿、蓝的补色分别是青、紫、黄。
颜色坐标图
２.发光效率
发光材料的另一重要特性是发光强度，它随激发强度而改 变。材料的发光本领通常以发光效率表征，有3种表示方法：
量子效率：发射物质辐射的量子数N发光与激发光源输入的量子数N吸收（若 是光致发光Ｎ为光子数；如系电子发光Ｎ为电子数，余类推）的比值。
导带 能隙 （禁带）
价带
例：离子晶体的禁带宽度一般为几个电子伏，相当于紫外光的 能量。
纯净的理想离子晶体对可见光以至红外区的光辐射，都不会发 生光吸收，都是透明的。
碱金属卤化物晶体对透波区域可由~25μm到250nm，相当于 0.05~5ev的能量。但当有足够强的辐射(如紫光)照射离子晶体 时，价带中的电子就有可能被激发跨过能隙，进入导带，这样 就发生了光吸收，晶体就会失透。
这种与电子由价带到导带的跃迁相关的光吸收，称作基础吸收 或固有吸收。
缺陷存在时晶体的光吸收
晶体的缺陷有本征的，如间隙原子和空位，也有非本 征的，如杂质等。
这些缺陷的能级定域在价带和导带 之间的能隙之中。当材料受到光照时， 受主缺陷能级接受价带迁移来的电子， 而施主能级上的电子可以向导带迁移， 这样就使原本不能发生基础吸收的物质 由于缺陷存在而发生光吸收，因此呈现 一定的颜色。
激发
Eg h
原位复合发光
双分子复合发光
C Eg
V
发光材料的特性
一般而言，对发光材料的特性有三个要求： １.发光颜色：可用发射光谱进行表征，对应谱峰的波长就是 发光的颜色。一般说来其波长大于吸收光谱的波长。
图5.9 发光材料的发射光谱和吸收光谱
发射谱峰的宽窄也是发光材料的重要特性，谱峰越窄，发光 材料的单色性越好，反之亦然。 将谱峰1/2高度时缝的宽度称作半宽度，依照发射峰的半宽度 可将发光材料还分为3种类型：
1.发光材料
发光：一般用来描述某些固体材料由于吸 收能量而随之发生的发射光现象。是一种 物体把吸收的能量不经过热的阶段，直接 转换为特征辐射的现象。
发光机理：单分子过程、双分子过程
单分子过程发光
发光中心受激后，电子从基态G跃迁到高能级A，吸 收外界能量；
当电子由Ａ回到Ｇ态时对外辐射光子，即发光。 若受激发电子不受外界因素影响，只决定于内部电
如前所述，在晶体中引入杂质离子后，由于杂质缺陷能级位于禁带之 中，使能带间的能隙小于Eg，吸收限往往落在可见光区，结果发生固体的 杂质光吸收。
例：
Al2O3晶体中Al3+和O2-离子的基态能级为填满电子的的封 闭电子壳层，其能隙为9ev，它不可能吸收可见光，所以是 透明的。
若0.1%的Cr3+时，晶体呈粉红色，掺入1%的Cr3+时，晶 体呈深红色，即红宝石，均可以吸收可见光。 晶体呈红色，表示什么意思？ 吸收红光？还是吸收其他波长的光波？
导带
施主能级
能隙(禁带）
受主能级
价带
无机离子固体的光吸收 无机离子固体的禁带宽度较大，一般为几个电子伏特，相当于紫外光
区的能量，故对可见光到红外光，能量不足以使其电子越过能隙，由价带 跃迁至导带，晶体不被激发，不发生光的吸收，晶体都是透明的。
当紫外光辐照晶体时，就会发生光的吸收，晶体变得不透明。禁带宽 度Eg和吸收波长λ的关系为 Eg = hν= hc/λ h－普朗克常数6.63×10-34 J·s，c为光速。
B量子 = N发光 / N吸收 能量效率：发光能量与激发源输入能量之间的比值。
B量子 = E发光 / E吸收 光度效率：发光的流明数与激发源输入流明数的比值。
B量子 =光度发光 / 光度吸收
场，则称为自发发光； 若受激发电子只有在外界因素影响下才发光，则称
为受迫发光(受激发光)。
受迫发光
特征：发射过程分为两个阶段(如图)。 受激电子M G; 且M上的电子也不是直接有Ｇ上跃迁而来，而是先由G跃迁 到Ａ，再到Ｍ。即： G 1 A 2 M（亚稳态）
第一阶段：热起伏，即
第二阶段：由Ａ
Ｇ
宽带材料：半宽度~100nm，如CaWO4； 窄带材料：半宽度~50nm，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+； 线谱材料：半宽度~0.1nm，如GdVO4)：Eu3+；
半宽度
图5.10 发射峰的半宽度
三基色原理
单一波长和波谱宽度小于5nm的光称为单色光。含有两种或两种以上波 长成分的光称为复合光，复合光使人眼产生混合色。
光功能材料：在电、声、热、磁、压力等外场作用下，其光学性质能发 生变化或在光的作用下其结构和性能能发生变化的材料。
固体的光吸收
基础吸收或固有吸收：
绝缘体和半导体的能带结构如图所示， 价带为满带 导带为空带 导带和价带之间存在一定宽度的禁带，其 中不允许电子占据
在固体受到光辐射时，如果辐射光子的 能量太小，不足以使电子由价带跃迁至导 带，那么晶体就不被激发，也不会发生对 光的吸收。