功能材料PPT课件系列：功能转换材料.ppt

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1、热电、压电材料和功能转换材料,热电材料,热电第一效应1821年赛贝克发现当两种不同的金属A、B组成回路，且两接触点温度不同时，在回路中产生电流，这称为赛贝克效应。也叫热电第一效应.应用：热电偶,热电第二效应1834年帕尔帖发现，当两种金属组成回路并有电流通过时，回路中的两个接点一个吸热，另一个放热。改变电流方向，吸、放热的接点也对调。这称为帕尔帖效应。又叫热电第二效应。应用热电制冷器热电效应发现后的一百多年以后才成功应用到热电制冷设备中，主要是受材料的限制。金属导体中，帕尔贴效应很弱，但在化合物半导体中效果佳。,压电材料,压电效应：是指某些晶体材料上施加机械应力时，晶体的某些表面会产生电荷，这

2、种现象通常称为正压电效应；反之在晶体的某些方向施加电场时，晶体会产生几何形状的变化，这种现象通常称为逆压电效应。正逆压电效应统称为压电效应。,压电效应仅存在于没有对称中心的晶体中。利用压电效应，可实现电声、声电转换；军事上可有效侦测潜艇：电磁波无法有效穿透海水，而声波则可以。利用石英压电晶体管作为声波产生器，石英两面各贴一钢片，使其振荡频率降到50KHz，外加一电脉波讯号，则经换能器转换成声波；过一段时间后，换能器接收到反射之回波，由来回时间及声波在海中行进的速度，可测潜艇的位置。这也是为什么水晶一直是兵家必争之故。,实际应用的压电材料,压电效应的存在条件：无对称中心无对称中心的晶体，如石英；

3、压电陶瓷 单个晶粒无对称中心，但由于陶瓷为多晶结构，各个晶粒的随机取向，使其宏观具有各向同性的均匀特性，所以陶瓷材料未经极化不具备压电特性； 经强直流电场极化处理后，各晶粒取向趋于一致，外场去除后，仍残留一部分剩余极化强度，使其转变成各向异性的非对称中心材料，对外显示压电特性。,铁电材料,铁电体：即使无外加电场，材料中存在自发极化，而且自发极化的方向随电场作用而转向。这一类材料称为铁电体。铁电体的两个特点：具有电滞回线具有许多电畴,电滞回线,铁电体的铁电性受温度影响，当温度升高到一定数值时，自发极化消失，转变成顺电体。转变点称居里温度。,OA为起始极化曲线，和分别为两条退极化曲线,压电材料与铁

4、电材料,压电材料存在于没有对称中心的材料中；极性点群都是不具有对称中心的，所以铁电材料均具有压电效应；但反之不然，并不是所有的非对称中心材料都具有电极化特性，因此压电材料不一定都是铁电材料。,光电材料,光电效应：物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化。这一现象称为光电效应。主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应三种：光电导效应和光生伏特效应发生在物体内部，统称为内光电效应，它一般发生于半导体中；光电子发射效应产生于物体表面，又称外光电效应。它主要发生于金属中。,光电导效应：由于光照引起材料的电导率发生变化的现象。本质由于光子能量大于半导体材料的Eg，则电子有价带向导带跃迁，成对

5、的产生电子空穴，称本征光电导；若仅激发禁带中杂质能级上的电子或空穴，则称杂质光电导。,光生伏特效应：如果光照到半导体的P-N结上，则在P-N结的两端会出现电动势，P区为正极，N为负极。本质：由于两端载流子浓度差，会存在自发扩散，在内部形成自建电场；自建电场阻碍两端载流子的继续扩散，并最终停止；如有光子（）入射到P-N结上，则在P-N结附近产生光生电子和光生空穴；在自建电场作用下，光生电子向N区移动，光生空穴向P区移动。,光生伏特效应的应用,太阳能电池结构如图抗反射涂层：增透减反，提高日光利用率，并且保护核心半导体材料。黑色？n区、p区和pn结， 属核心半导体区，典型的材料是硅,硅半导体单晶硅：

6、转换效率最高，1415%， 但材料和工艺成本高；多晶硅：1012 非晶硅：79,易制成薄膜,光电子发射效应：当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，就产生光电子发射效应。,第18章 新型功能材料,定义Intelligent Materials，简称IM，是指对环境可感知、响应和处理后，能适应环境的材料。它是一种融材料技术和信息技术于一体的新概念功能材料。基本功能(缺一不可)传感处理执行,梯度功能材料,functionally gradiem materials，简称FGM，是根据一种全新的材料设汁概念而

7、开发的一种新型功能材料。它是一种特制的、集各种单一组元(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)的最佳优点来获得某种特殊性能的，具有一维、二维或三维梯度变化的新材料。与通常的混杂材料和复合材料相比有明显的差别。其设计思想是在材料的制备过程中连续控制材料的微观要素(如组成和结构)，使材料内部不存在明显的界面从而得到功能相应与组成和结构的变化缓慢的非匀质材料，可缓和材料内部的应力，减小和克服结合部位的性能不匹配因素，适应新的使用条件和环境。,功能复合材料,功能复合材料是复合材料的重要组成部分。是指除能提供机械性能外还能提供其他物理性能的复合材料，如超导、磁性、阻尼、吸音、吸波、吸声、屏蔽、导电、阻燃、隔热等复合材料。其主要结构包括基体和一种或一种以上功能体。基体起粘接和赋形作用，对整体性能也有影响；功能体则提供功能性。,