电子功能材料及元器件：1-1 材料与功能材料的分类

1、LOGO电子功能材料及元器件2材料科学能源科学信息技术科学发展的三大支柱学习这门课的必要性3目 录第一章 电子功能材料概述第二章 化合物晶体的缺陷化学基础第三章 热敏陶瓷及热（温）敏感元件第四章 半导体气体敏感元件第五章 湿度敏感器件第六章 光敏及光电器件第七章 光纤及光纤传感器第八章 压力传感器第九章 磁敏传感器件4材料科学是信息技术的基础 现代信息技术是一门综合性很强的技术，它包含微电子技术、计算机技术、数字通信技术、多媒体技术、网络技术、光纤通信技术，卫星通信技术、遥感、遥测技术、遥控技术以及人工智能等各种高技术。现代信息技术的主要特征是：各种信息的数字化和信息传递、信息处理的计算机化和

2、网络化。1.材料科学的重要性5 信息功能材料是信息技术发展的基础和先导；没有硅材料和硅集成芯片的问世，就不会有今天微电子技术；没有光学纤维材料的发明，砷化镓材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半导体激光器和超高速器件的发展，就不会有今天先进的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术。 21世纪的信息技术是以集材料、器件和电路为一体的信息功能材料为基础的，融最先进的微电子、光电子和光子技术于一体。1.材料科学的重要性6 能源指能够提供出能量的自然资源。能源是人类生存的物质基础，社会经济发展的原动力。 新能源人类利用能源三个时期材料科学是能源技术的基础1.材料科学的重要性72. 材料的分

3、类材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料黑色金属有色金属生铁（灰口铸铁、球磨铸铁、可锻铸铁）碳钢（低、中碳钢，超高碳钢）合金钢（不锈钢、工具钢、耐热钢、其它合金钢等）轻金属（铝、镁、钠等）重金属（汞、铜、铅、锌、钴锡、锑、银、金等）稀有金属（锂、铍、钛、钼、钡、铯、银、金、钯等）半金属（硅、硒、碲、砷等）复合材料陶瓷（结构陶瓷、建筑陶瓷、传统陶瓷）玻璃（普通玻璃、石英玻璃、硼化玻璃、钢化玻璃、铅玻璃等）水泥耐火材料（氧化铝、氧化硅、氧化镁、石棉等）精细陶瓷（金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等）非金属基复合材料（玻璃纤维/树脂、碳纤维/树脂）金属基复合材料（硼/铝、碳/铝）合成纤维（锦纶、腈

4、纶、涤纶、丙纶、维纶等）合成橡胶（丁苯、氯丁、丁腈、聚氨酯、氟橡胶、硅橡胶等）合成塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚砜等）合成胶黏剂和涂料（聚氨酯、环氧-丁腈、酚醛-缩醛）部分液晶（近晶型、项列型、胆甾型）83. 功能材料的概念 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。Diagram功能材料信息技术海洋工程技术空间技术能源技术环保技术生物工程技术计算机技术纳米技术94. 功能材料的分类功能材料热学功能材料（高温耐热材料、燃气轮机

5、、飞机、汽车的高温绝缘材料等）机械功能材料（质轻、高强度、高硬度材料。例如普通钢抗拉伸强度是（20-40）kg/mm2 ，高强度钢为（40-100）kg/mm2，此外，还有超塑性、抗震材料等)磁学功能材料（永磁铁、磁流体、即强磁性微粉分布于液相无磁滞现象、不凝聚、不沉淀的胶体，还有霍尔器件等）电学功能材料（光电转换材料、半导体材料、超导材料、绝缘材料、介电材料等）光学功能材料（激光材料、光致变色材料，透光、导光玻璃、光声、光磁材料等）化学和生物功能材料（人造器官材料、气体、离子分离膜、抗血栓功能材料等）其他功能材料（混杂材料、合成碳纤维、氧化铅纤维等复合材料）10开发新材料的必要性和可能性1.

6、 人类的需求增加2. 现有资源的枯竭3. 科学技术的发展4. 功能材料的分类115.高新技术及其应用材料的典型例子A：宇航材料航天飞机 长：37.2M ， 宽：23.8M，重：68.8吨火箭 长：56M 重：2020吨1头锥和机翼 1260-1500热分解的碳纤维和石墨化树脂 2机身和机翼下表面 650-1260高温陶瓷瓦（SiO2纤维+硼化硅）3机身侧面和机翼上表面 370-650低温陶瓷瓦（SiO2纤维+胶状SiO2）4货舱门、尾端机身等 398粘瓦（聚芳纤胺纤维）12“哥伦比亚”号航天飞机在起飞大约33秒后的照片5.高新技术及其应用材料的典型例子2022/7/132022/7/13飞机减

7、重： 一架波音767飞机由于使用复合材料可减重450公斤，采用高强度钢代替原先的合金钢减重900公斤，采用改进的铝合金又可减重363公斤，三项总计减重约为1.7吨。15B：新能源材料（核能）原子能的理论基础：爱因斯坦的质能方程（1905年）Emc2表示的质量(m)和能量(E)之间的关系。式中c为光速 1932：（质子轰击Li）1 初期人工核反应（1919年卢瑟福： 粒子轰击N）5.高新技术及其应用材料的典型例子核能开发阶段：1.实现人工核反应2.发现中子及轻原素裂变3.重元素裂变及链式反应30万eV860万eV发出1690万eV161932年，英国的查德威尔：粒子轰击Be，发现了中子。 3 重

8、核裂变及链式反应2 中子的发现轻元素的裂变1934年，居里夫妇：粒子轰击Al 费米哈恩5.高新技术及其应用材料的典型例子175.高新技术及其应用材料的典型例子我国进行的原子弹实验5.高新技术及其应用材料的典型例子1964年10月16日 19秦山核电站5.高新技术及其应用材料的典型例子1991年12月15日并网发电 20反应堆5.高新技术及其应用材料的典型例子215.高新技术及其应用材料的典型例子C：重要的信息材料（Si）Si是IC和先进科学仪器的基础，是制作高性能IC的最重要材料！单晶硅集成电路225.高新技术及其应用材料的典型例子 18000个电子管 1500个继电器 消耗功率为50 占地3

9、00平方米 重30吨 价值48万美元。 1946年美国宾夕法尼亚大学为了弹道设计的需要设计了世界上第一台数字电子计算机。 它的运算速度不高，却是一个庞然大物。第一代 （电子管）（1946-1957 ）计算机发展简史235.高新技术及其应用材料的典型例子第二代晶体管 (1957-1964) 第二代晶体管计算机1947年，肖克利、巴丁、布拉顿三人发明第一个Ge晶体管。1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机TRADIC，使计算机体积大大缩小，用了800只晶体管。1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。245.高新技术及其应用材料的典型例子第三代 （IC机） 小规

10、模 SSIC (105元件/片) 1975-1978年25第四代计算机是什么？光计算机？ 光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。运算速度极高、耗电极低。超导计算机？ 利用高温超导材料作为材料制作计算机，计算机运算速度比现在的电子计算机快100倍，超导而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。分子计算机？ 分子计算计划就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。分子计算机耗电可大大减少并能更长期地存储大量数据。量子计算机？ 利用电子的两个自旋方向，用几个原子做出量子计算机的基本电路。5.高新技术及其应用材料的典型例子光子计算机发展过程：1969年：美国麻省理工学院提出光计算机的概念1982年，英国赫罗特一瓦特大学研制出第一支光晶体管1986年，贝尔实验室用半导体做成光晶体管1990年，贝