复合材料转换性质

1、复合材料转换性能 姓名：司光宇 课程名称：复合材料复合原理 院系：哈尔滨工业大学材料科学系 学号：H101901202复合材料转换性质 转换性质是指材料在一种外场作用下，转换产生另一种新场量，表征两种场量的相互关系成为转换关系。转换性质表征材料的微观结构，拓扑在外场作用下的变化。 转换性质除取决于各组分相的微观结构外，还取决于各组分的相互作用，其转变具有复杂性，确定一般规律很难，因此必须根据复合时的特征，分析复合系统的宏观及微观场量才能确定。复合材料转换性质的典型效应-复合材料乘积效应 把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时，将可能产生复合材料的电光效应。因此，通常可以将一种具有两种性

2、能互相转换的功能材料XY和另一种换能材料YZ复合起来，可用下列通式来表示，即：XYYZ XZ复合材料转换性质有时可用乘积效应解释A A相性质相性质 X/YX/YB B相性质相性质 Y/ZY/Z复合后的乘积性质复合后的乘积性质(X/Y)(Y/Z)(X/Y)(Y/Z)X/ZX/Z压磁效应压磁效应磁阻效应磁阻效应压敏电阻效应压敏电阻效应压磁效应压磁效应磁电效应磁电效应压电效应压电效应压电效应压电效应场致发光效应场致发光效应压力发光效应压力发光效应磁致伸缩效应磁致伸缩效应压阻效应压阻效应磁阻效应磁阻效应光导效应光导效应电致效应电致效应光致伸缩光致伸缩闪烁效应闪烁效应光导效应光导效应辐射诱导导电辐射诱导

3、导电热致变形效应热致变形效应压敏电阻效应压敏电阻效应热敏电阻效应热敏电阻效应1.压电转换性能 压电效应的原理是：如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压,则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电材料上时，则产生高频声信号（机械震动）。 复合压电材料 复合压电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。如果它制成水声换能器，不仅具有高的静水压响应速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。复合方式 压电复合材料

4、有多种复合方式。就结构来说，有混合状、层状、梯形和蜂窝形；就材料来说，有PZT/ 聚合物、PZT/PZT（两种PZT 的组分不同）、PZT（致密）/ PZT（多孔）/PZT（致密）以及其它压电材料与聚合物的复合材料等。利用复合技术不仅能提高材料的压电性能、热电性能，还能提高材料的耐压性以及抗去极化性。压电复合材料举例 1.水泥基压电复合材料的制备工艺更为简单、成本更低, 而且利用水泥水化过程中电学性能的变化规律, 在其电阻率适当低或介电常数适当高时, 对压电复合材料进行极化, 可以大幅度降低外部极化电压, 提高极化效率。其极化电压远低于聚合物基压电复合材料的极化电压, 且压电性能优于同条件下聚

5、合物基压电复合材料的压电性能。水泥基压电复合材料在土木工程领域中应用时, 与混凝土母体具有良好的相容性, 且与混凝土结构材料的界面粘结效果也优于其它机敏材料。 2.无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，并能产生两相综合都没有的特性，制作良好性能的换能器和传感器。它的接收灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。在其它超声波换能器和传感器方面，压电复合材料也有较大优势。锆钛酸铅(PZT ) 压电陶瓷具有压电性能好、机电耦合系数高等特点,将其加入到树脂中可获得新的性能。 2.光电转换性能 光电效应某些物质受到光照后，引起其电性能发生变化，这种光致电变的现

6、象称为光电效应。 光电转换材料最佳的设计途径是电荷分离系统的掺杂。在提高碳纳米材料初始光捕获和电子传递过程中最有效的方式是碳纳米材料和有机分子通过共价键合（或表面修饰）或超分子组装。在高效的光电转换装置的发展中，研究最多的光功能分子是卟啉类化合物。 光电效应光电导效应光生伏特效应光电子发射效应贝克勒效应俄歇效应作用机理 卟啉类化合物作为光合成反应中心，强烈地吸收可见光及近紫外光，其激发态的荧光寿命相当长，而且发生了可逆的单电子氧化还原反应。另外，卟啉类化合物较易合成，其性质很容易通过外围基团和金属化进行调整。卟啉的聚集使其光吸收进一步增强，所以被广泛地应用于太阳能光电转换研究。光电性能举例 1

7、.光敏材料：材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降，转化为电信号。 2.CdS/TiO2纳米阵列复合材料光电特性 3.卟啉新型碳纳米复合材料光电转换3.磁电转换性能 磁电效应是指材料在外加磁场的作用下产生电极化的现象或材料在外加电场作用下产生诱导磁化的现象。磁电材料实现了磁场和电场的转换，从而带来了巨大的应用前景，如用于传感器，存储器，转换器等等。新型层状磁电复合材料具有磁电转换性能，磁电效应 磁电效应是指材料在外加磁场H 的作用下产生电极化P

8、的现象或材料在外加电场作用下产生诱导磁化的现象, 即P = .H ,其中称为磁电系数; 若定义E = E.H为磁电电压系数, 则= 0 r E (0 为真空介电常数, r 为相对介电常数) . 及E 是表征磁电转化效应的重要物理量.举例复合材料磁电转化1.聚乙烯醇缩丁醛磁电复合材料2.TbDyFe/PZT层状复合材料的磁电效应研究3.层状磁电复合材料4.热电转换效应电位差电流温度差热流都与电子运动有关热电效应塞贝克效应帕尔贴效应汤姆逊效应在两种不同的金属组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生电势和电流。 热电性能微观机制 塞贝克效应：高温端的高能电子向低温端扩散，使低温端电子堆

9、积带负电，高温端缺少电子带正电，导体内建立一由高温端指向低温端的电场。当电子热扩散力和电场力相等时，两端间形成一稳定的温差电位差UA(T,T0)，因两种金属不同，电位差不会完全抵消。 帕尔贴效应微观机制 由于导体中自由电子数密度不同引起的。因电子密度不同，两种金属接触时自由电子发生扩散，接触面两端产生电位差。当有电流通过回路时，接触电位差对电子的运动分别起促进或阻碍作用，电子通过和金属晶格碰撞释放或获得能量，使金属温度升高或降低，从而使接触端金属向外散发或吸收能量。热释电效应及其机制 热释电效应晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象，即在晶体的一定方向上产生表面电荷。常温常压下，热电体分子

10、具有极性，内部存在未被抵消的电偶极矩，宏观极化强度不为零。但其在表面吸附异号的自由电荷，使自身电场被屏蔽。当温度变化时，极化强度改变，自由电荷跟不上极化电荷的变化，显示出极性。复合材料热电转换性能举例1.聚苯乙烯磺酸复合材料2. 微米复合热电材料3.纳米a一A12O3掺杂P型Cosb3复合材料4.单壁碳纳米管中温Cosb热电复合材料5.上转换性能 可以吸收低能光线激发出高能光线，即在长波光源作用下发出短波光线。一般情况下材料可以将红外光转变为可见光, 因此又称为红外上转换发光材料。 其具体机制可分为三种机制： 1.激发态吸收 2.能量转移 3.光子雪崩 上转换过程的发生主要依赖于掺杂的稀土离子

11、的阶梯状能级。基质的晶体结构和光学性质在提高上转换效率方面也起到重要作用。用以激发激活离子的能量可能会被基质振动吸收。基质晶体结构的不同也会导致激活离子周围的晶体场的变化，从而引起纳米颗粒光学性质的变化。优质的基质应具备以下几种性质：在于特定波长范围内有较好的透光性，有较低的声子能和较高的光致损伤阈值。举例1.铒掺杂二氧化钛纳米2. Yb3+ , Cr3+ 共掺杂的Y3Ga5O123. Nd3+ 掺杂Ta2O5 波导室温下实现上转换发光4.太阳电池用的Yb、E r共掺的N aYF4 纳米上转换材料 主要应用：上转换材料可作为红外光的显示材料如夜视系统材料、红外量子计数器、发光二极管以及其他激光材料等, 在国民经济和国防建设领域有较大的应用潜力。6.光热转换性能 光热效应指材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，