材料科学-信息材料.ppt

信息材料 Informationmaterial 信息材料 信息技术 信息简介 FIRST THIRD 目录 A SECOND 信息简介 FIRST 在自然界 宇宙中的射电源不停地向宇宙空间发射电波 这种电波是射电源存在的信息 花卉的应季荣衰是寒暑交替的信息 通过天气预报获取气象信息 可以合理地安排生产 生活 人们通过电视 电话 报刊等各种媒体 每时都在获取 加工 传递 利用大量的信息 在学校工作中 采集学习材料 学习文件是获取信息 处理相关调查数据是处理信息 得出结论并公布消息是传递信息 信息简介 T 可见 信息来源于客观世界 范围广大 具有一定的利用价值 可通过载体为人们所获知 用来指导人类认识世界 改造世界 广义上 信息是客观事物相联系 反映客观事物的运动状态 通过一定的物质载体被发出 传递和感受 对接受对象的思维产生影响并用来指导接受对象的行为的一种描述可通过文字 图像 声音 符号 数据等为人类获知的知识 本质上 信息是反映现实世界的运动 发展和变化状态及规律的信号与消息 T 信息含义 信息技术 SECOND 广义而言 信息技术是指能充分利用与扩展人类信息器官功能的各种方法 工具与技能的总和 该定义强调的是从哲学上阐述信息技术与人的本质关系 中义而言 信息技术是指对信息进行采集 传输 存储 加工 表达的各种技术之和 该定义强调的是人们对信息技术功能与过程的一般理解 狭义而言 信息技术是指利用计算机 网络 广播电视等各种硬件设备及软件工具与科学方法 对文图声像各种信息进行获取 加工 存储 传输与使用的技术之和 该定义强调的是信息技术的现代化与高科技含量 基本含义 T 信息材料 THIRD 信息材料就是指与现代信息技术相关 用于信息的获取 存储 处理 传输和显示的材料 现代信息技术对各种信息的收集 存储 处理 传递和显示是通过各种信息功能器件来实现的 而信息功能器件又是以各种信息材料为主构成的 信息处理材料是制造信息处理器件如晶体管和集成电路的材料 目前使用最多的是硅 砷化镓也是一种重要的信息处理材料 信息材料 T 信息材料 T 5信息处理材料 信息获取传感器 信息传输光纤 信息存储器 信息显示器 信息收集材料是指用于信息传感和探测的一类对外界信息敏感的材料 在外界信息如力 热 光 磁 电 化学或生物信息的影响下 这类材料的物理或化学性质 主要是电学性质 会发生相应变化 通过测量这些变化可方便精确地探测 接收和了解外界信息变化 信息传感材料主要包括力敏传感材料 热敏传感材料 光敏传感材料 磁敏传感材料 气敏材料 湿敏材料 压敏材料 生物传感材料等 信息获取材料 T 热敏传感材料是指对温度变化具有灵敏响应的材料 主要是电阻随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷 根据电阻温度系数的正负 可分为正温度系数 BaTiO3 V2O5为基的热敏陶瓷 和负温度系数 过渡金属氧化物为基的热敏陶瓷 热敏材料两类 热敏传感材料 T 热敏PTC传感器 热敏NTC传感器 湿敏材料是指电阻值随环境温度增加而显著增大或降低的一些材料 目前 陶瓷湿敏材料和高分子湿敏材料应用较多 陶瓷湿敏材料主要有MgCr2O3系 ZnCr2O3系和MnWO4 NiWO4等 高分子湿敏材料是指吸湿后电阻率或介电常数会发生变化的高分子电解质膜 如吸湿性树脂 硝化纤维系高分子膜 湿敏材料 T 高分子湿敏元件 陶瓷湿敏元件 气敏材料是对气体敏感 电阻值会随外界气体种类和浓度变化的材料 如SnO2 ZnO Fe2O3 ZrO2 TiO2和WO2等n型或p型金属氧化物半导体 气敏材料用于制作气敏传感器 吸附气体后载流子数量变化将导致表面电阻率变化 进而对气体的种类和浓度进行探测 气敏传感材料 T 磁敏电阻材料是指具有磁性各向异性效应的磁敏材料 这类材料在磁化方向平行电流方向时 阻值最大 在磁化方向垂直于电流方向时 阻值较小 改变磁化方向与电流方向夹角 即可改变磁敏电阻材料的阻值 强磁性簿膜磁敏电阻材料主要是NiCo和NiFe合金薄膜 可制备磁敏二极管或三极管 灵敏度高 温度特性好 可用于磁场测量 磁敏电阻材料 T 磁敏直线位移传感器 磁敏电阻器 信息传递材料是用于各种通信器件的能够用来传递信息的材料 它的类别很多 其中光纤通信 微波通信和GSM蜂窝移动电话通信是目前使用最为广泛的一些通信方式 这里主要介绍光纤材料 信息传递材料 T 光纤通信则是将记录声音的电信号变成光信号 通过玻璃纤维把光信号传输到对方 最后又把光信号转变成电信号 光纤通信具有通信容量大 节省铜资源等优点 成为21世纪通信主流技术 光纤材料也成为重要的光传输材料 光导纤维 T 光导纤维 T 光纤是由折射率高的纤芯和折射率低的包层组成的圆柱形光波导介质 纤芯是将入射光线传输到接受端 芯和包层的交界面 折射率差 使光线无法透过 构成光壁 保证芯的导光 要使光线在芯部正常导光 须使入射光线在纤芯和光壁间产生全反射 如A所示 当入射光线发生光的折射 无法实现光导 如图所示 石英光纤具有资源丰富 化学性能稳定 膨胀系数小等优点 是目前得到大规模应用的光纤 光纤的纤芯是纯度达到99 9999 的SiO2 其余成分为改变材料折射率的极少量的掺杂 如GeO2 P2O5 B2O3 含氟化合物等 外包层是由纯石英和掺氟的低折射率材料组成 石英光纤 T 在通信和图像传输方面 高分子光导纤维的应用日益增多 工业上用于光导向器 显示盘 标识 开关类照明调节 光学传感器等 光纤透光性好 传输中损耗较低 容量大 抗干扰 保密性好 重量轻 抗潮湿及抗腐蚀等特点 广泛应用于长距离通信 如海底光缆等 光纤的应用 T 医学应用光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室 测量心脏中的血压 血液中氧的饱和度 体温等 用光导纤维连接的激光手术刀已在临床应用 并可用作光敏法治癌 信息存储材料是指用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息的材料 在外加物理场 如电场 磁场 光照等 的影响下 信息存储材料发生物理或化学变化 实现对信息的存储 如果储存材料在一定强度的外场作用下 能快速从变化后的状态返回原先的状态 那么这种储存是可逆的 主要介绍磁光储存材料 全息存储材料 01 02 03 04 信息存储材料 T 磁记录材料可方便地进行数据的存储和读取工作 磁性存贮器具有容量大 成本低等优点 磁记录装置可将记录下来的信号进行放大或缩小 使科研中的数据处理更为方便灵活 磁卡可用于存取款 图书保存以及乘坐交通工具的票证等 方便人们生活 将要存储的信息 模拟量或数字量 通过调制激光聚焦到记录介质上 使介质的光照微区发生物理或化学的变化实现记录 这就是信息的写入 读出信息时 低功率密度的激光扫描信息轨道 反射光通过光电检测器检测 解调取出所要信息 磁光存储材料 T 磁光存储材料 T 高存储密度 普通光盘单面可存储640兆字节 高密度DVD光盘容量在8G以上 非接触式读 写信息 非接触式读 写不会让光学头或盘面磨损 划伤 并能自由更换光盘 长存储寿命 磁盘存储的信息一般为2 3年 光盘存储的信息寿命至少在10年以上 低信息位价格 光盘 或衬盘 易于大量复制 容量大 因此存储单位信息的价格低廉 这种技术利用了人类掌握的激光技术 让用户拍摄出完整的三维影像成为可能 真实反映了拍摄物体的全部信息 而不是过去只体现物体一面的二维数据 在基础原理上 全息存储与全息照相完全相同 同样是利用了光的干涉原理 与其它存储技术不同 全息存储技术并不仅仅利用介质表面 它通过在整个存储介质内记录干涉图案来存储数据 这些干涉图案是由两束激光在某种晶体上相交来改变材料的光学特性所形成 特点 1 存储密度高 容量大 2 数据传输速率高和存取时间短 3 高冗杂度 4 存储可靠性高 全息存储材料 T 信息显示材料主要是指用于阴极射线管和各类平板显示器件的一些发光显示材料 按照显示原理分类 信息显示材料主要可分为液晶显示材料 LCD 等离子体显示材料 PDP 阴极射线管显示材料 CRT 场发射显示材料 FED 真空荧光显示材料 无机电致发光显示材料和有机电致发光显示材料等 信息显示材料 T 液晶显示材料 LCD T 液晶具有晶体一样的各向异性 也具有液体的流动性 在分子序列中 液晶分子具有和一维和二维远程有序 介于理想的液体和晶体之间 液晶的流动性表明液晶分子间作用力微弱 改变液晶分子取向排列所需外力很小 几伏电压就可改变 因此液晶显示具有低电压 微功耗的特点 液晶分子结构决定液晶具有较强的各向异性 稍微改变液晶分子取向就能明显改变液晶的光学和电学性能 液晶显示材料 T 液晶分子的排列方式也可以影响液晶的性能 液晶分子按照排列方式的不同 可分成近晶相 向列相和胆甾相三大类 液晶相和分子排列 a 向列相 b 胆甾相 c 近晶相 液晶分子排列方式 T 近晶相 棒状分子分层排列 分子在层内按分子长轴方向互相平行 可垂直或倾斜于层平面 分子只能在层内转动或滑动 不能在层间移动 这类液晶粘度很大 一般不用于液晶显示 向列相 棒状分子不分层 分子可以转动 向各个方向滑动 只在分子长轴方向保持平行排列 这类液晶粘度较小 流动性较好 是显示用液晶的主要类型 胆甾相 棒状分子分层排列 层内分子相互平行 相邻两层分子的长轴方向略有变化 旋转一定角度 分子沿层的法线方向排列成螺旋状结构 应用实例 T 信息处理材料 T 信息处理材料是指用于对电信号或光信号进行检波 倍频 混频 限幅 开关 放大等信号处理的一类信息材料 主要有Si Ge等半导体材料 GaAs系列 InP系列 GaN系列半导体材料 SiO2等氧化物材料 微波铁氧体材料等 碳化硅材料 硅材料 单晶硅 T Si是单一元素半导体 具有力学强度高 结晶性能好等特点 在自然界中有丰富的储量 自然界中的石英砂 硅酸盐不具有半导体性质 其中含有大量杂质 须经过提纯