第九章分子结构与材料科学 结构化学精品课程Structural Chemistry

结构化学 分子结构与材料科学 第九章 2020 4 7 目录 导电高分子材料 非线性光学材料 纳米材料 1 2 3 4 5 超导材料 磁性材料 2020 4 7 材料的概念及分类 各国对材料的分类不尽相同 就大类别而言 可分为金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料及复合材料四类 按材料的使用性能 可分为结构材料和功能材料两大类 材料是指人类能用来制作有用物件的物质 所谓新材料 主要是指最近发展或正在发展之中的 具有比较传统材料更为优异性能的一类材料 概念 分类 2020 4 7 9 1导电高分子材料 定义 分子有许多小的 重复出现的结构单元组成即具有明显的聚合物特征 若在材料两端加上一定电压 在材料中有一定电流通过 即具有导电的性质 同时具备上述两条性质的材料 称为导电聚合物 一 结构型导电高分子材料 结构型导电高分子主要分为以下两大类 载流子为自由电子的电子导电聚合物和载流子为能在聚合物分子之间迁移的正负离子导电聚合物 2020 4 7 9 1导电高分子材料 1 电子导电聚合物 1 掺杂剂 掺杂量与电导率之间的关系 指在纯净的无机半导体材料 锗 硅或镓等 中加入少量具有不同价态的第二种物质 以改变半导体材料中空穴或自由电子的分布状态 在制备导电聚合物时 为了提高材料的电导率 也可以进行类似的 掺杂 操作 对于线性共轭聚合物 进行掺杂有两种方式 一是同半导体材料的掺杂一样 通过加入第二种具有不同氧化态的物质 二是通过聚合物材料在电极表面进行氧化或还原反应 直接改变聚合物的荷电状态 其目的都是为了在聚合物的空轨道中加入电子 或从占有轨道中拉出电子 进而改变现有 电子能带的能级 减少能带间的能量差 使自由电子或空穴迁移时的阻碍减小 2020 4 7 9 1导电高分子材料 在掺杂剂量小时 电导率随着掺杂剂量的继续加大 电导率增加的速度逐步减慢 当达到一定值时 电导率不再随着掺杂量的增加而增加 2 温度与电子导电聚合物电导率之间的关系 随着温度的升高 电阻减小 电导率增大 3 聚合物电导率与分子中共轭链长度之间的关系 随着共轭链长度的增加而呈指数快速增加 2020 4 7 9 1导电高分子材料 2 离子导电聚合物 离子导电过程是通过在外加电场驱动力作用下 由另一种负载电荷的微粒 离子的定向移动来实现的导电过程 物体内具有这种可以在外力驱动下相对移动的离子的物体称为离子导电体 有这种性质的聚合物称为离子导电聚合物 2020 4 7 9 1导电高分子材料 二 复合型导电高分子材料 机理 导电通道学说 隧道效应学说 三 应用 2020 4 7 9 2磁性材料 一 物质磁性的基本概念 1 物质的磁性 1 原子磁矩和磁化强度 磁化强度与物质的本性有关 2 物质按磁性分类 抗磁物质 M与H方向相反 顺磁性物质 M与H方向相同 铁磁物质 M与H方向相同 2020 4 7 9 2磁性材料 2 铁磁物质的自发磁化和磁畴的形成 1 自发磁化 2 磁畴和畴壁 3 磁畴的形成 磁畴的形成条件 磁畴形成的原因 3 磁各向异性 1 磁晶各向异性 2 应力各向异性 2020 4 7 9 3非线性光学材料 光学功能材料分类 a 非线性光学晶体b 红外光学材料c 激光材料d 光电功能材料e 声光功能材料f 磁光材料 2020 4 7 9 3非线性光学材料 一 用于频率转换的非线性光学晶体 二 主要高功率激光频率转换晶体 2020 4 7 9 3非线性光学材料 三 低功率激光频转晶体 2020 4 7 9 4纳米材料 纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料 纳米材料由于平均粒径微小 表面原子多 比表面积大 表面能高 因而其性质既不同于单个原子 分子 又不同于普通的颗粒材料 显示出独特的小尺寸效应 表面效应等特性 具有许多常规