方钴矿热点材料研究进展
高艺铭
（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙，410083）
摘要：回顾了熔融法、固相反应法机械合金化和放电等离子烧结技术等方钴矿热电材料的制备
方法及其特点，重点阐述了在方钴矿化合物中固溶Fe，Ni等元素，以及在方钴矿化合物中填充
碱土或稀土元素对热电性能的改进；同时介绍了低维化对方钴矿化合物的热电传输特性的影响。
提出了优化方钴矿化合物热电性能的途径。
关键词：方钴矿；热电材料；Seebeck系数；电导率；热导率
Research Progress of Cobalt Ore Thermoelectric Materials
GAO Yiming
（School of Resources Processing and Bioengineering，Changsha 410083，China）
Abstract：The synthesis approaches and its characteristic of skutterudite compounds, such as smeltin-g, solidstate reaction, mechanical alloying and spark plasmasintering etc were reviewed. In addition,
s-ome optimizations and latest progresses to improve the thermoelectricproperties of skutterudite
comp-ounds,including substitution of Fe, Ni, and alkaline earth or rare earth fillingwere expounded,
and the influences of lowdimension onthermoelectric transportmechanismwere also introduced.Some
detailed investigations to further improve the thermoelectric propertieswere revealed.
Key words:skutterudite; thermoelectric material; Seebeck coefficient; electrical conductivity; thermal
conductivity
自1823年Thomas Seebeck首次发现材料的热电效应以后，热电材料就开始作为一种热能和电能相互转换的功能材料引起人们极大兴趣，它在热电冰箱，红外探测器，超导电子仪，遥控导航系统等方面都具有广阔的应用前景。热电材料的转化效率可由无量纲热电优值ZT= α2σ/κT表示，其中α为Seebeck系数（也称热电系数），σ为电导率，κ为热导率，T表示绝对温度。从式中可以看出，要提高材料的热电转换效率，要求材料在具有较高的Seebeck系数和电导率σ的同时，还要有较低的热导率κ。然而，由于上述的3个参量之间存在的相互关联，使三者很难同时得到改进，这就造成提高热电优值ZT的困难。1995年，Slack提出了“电子晶体-声子玻璃（elect-ron crystal-phononglass）”的概念，简称PGEC[1]，即材料具有晶体的导电性能的同时，又像玻璃一样具有很大的声子散射。这种设计概念被引入热电材料的研究之中，其中以填充式方钴矿锑化物（filled skutterudite com-pound）的研究最为典型。由于Skutterudite热电材料具有较大的载流子迁移率，较高的电导率和Seebeck系数[2～5]，可以调节的热导率，并且可以通过搀杂来实现P型和N型的转换，因此有望成为一种高性能的热电材料。
1Skutterudite类材料的晶体结构
Skutterudite具有类似于CoAs3矿物的晶体结构，中文名为方钴矿材料，由于首先在挪威的Skutterudite发现而得名。Skutterudite是一类通式为AB3的化合物，其中A是金属元素，如Ir，Co，Rh，Fe等；而B是V族元素，如P，As，Sb等。Skut-terudite化合物是立方晶系晶体结构，具有比较复杂的结构，如图1所示，每个金属原子都被临近的六个非金属原子所包围，这六个非金属原子形成了八面体结构，同时，与每个非金属原子相邻的两个金属原子和两个非金属原子又构成了四面体结构[6]。一个单位晶胞包含了8个AB3分子，共32个原子，每个晶胞内还有两个较大的空隙。
对于Skutterudite化合物的研究，最初主要集中在IrSb3，RhSb3，CoSb3等二元合金上，其中CoSb3的热电性能相比而言最好。图2[7]表示出了P型和N型CoSb3的电阻率和Seebeck系数随霍尔浓度的变化。从图中可以看出，在相同的载流子浓度下，P型CoSb3一般表现出小的空穴有效质量和非常高的迁移率，具有较低的电阻率和适中的Seebeck系数；而N型CoSb3虽然载流子迁移率低，电阻率也很高，但是由于其较大的电子有效质量和相对较高的Seebeck系数，因此也能达到较高水平的热点性能优值。
目前，方钴矿热电材料的制备方法主要有固相反应法、热压法、机械合金化以及放电等离子烧结等，这些方法的工艺特点如表1所示。
表1方钴矿热电材料的制备方法及工艺特点
Table 1 Preparation and Process Characteristics of Cobalt Ore Thermoelectric Materials
制备方法成分优缺点
熔融La x Fe3CoSb12系CoSb3中Co和Sb的熔点相差约864.5℃，采用熔炼及长时间退火，
很难得到单相的CoSb3合金
固相反应CoSb3和IrSb3系
Ca x Co4Sb3系
Ba x Co4Sb3系工艺十分简化，并缩短了制备流程，能有效降低晶格热导率；但会出现Sb和CoSb2杂相
热压Yb x Co4Sb12系
Yb y Co4Sb12-x Sn x系
有利于制备具有较高密度的热电材料
机械合金化MA Fe x Co4-x Sb3系可用于制备组织均匀,颗粒细小的块状方钴矿热电材料；但存在合金
化时间长，易从混练装置、研磨球等引入杂质，使得导电特性难以
控制等问题
放电等离子烧结Fe x Co4-x Sb12系
Ce y Fe1.0Co3.0Sb12系
Ba m Ce n FeCo3Sb12系
可以实现快速升温，短时间内完成烧结致密化，容易得到均质、致
密、高性能的材料
2Skutterudite材料热电性能的改进
2.1 元素置换
二元CoSb3在具有较高Seebeck系数的同时，也具有很高的热导率，其室温下的热导率比Bi2Te3高7倍之多，因此影响了热电性能的提高。为了降低二元CoSb3热电材料的热导率，通常的办法是用性质相似的原子取代Skutterudite体系中相应的阳离子或阴离子，形成三元Skutterudite化合物固溶体来降低热导率。目前对于Co位置的置换主要是Fe，Ni，Te，Sn，Pd 等元素。由于形成固溶体产生的晶格缺陷会增加对声子的散射，从而降低化合物的热导率。
张忻等[8]采用放电等离子烧结技术原位反应合成了富Co基Skutterudite化合物Fe x Co4-x Sb12，实验结果表明随Fe含量的增加，Fe x Co4- x Sb12化合物热导率逐渐降低，当x从0增加到1.0时，热导率从9~5W·m-1·K-1降低到4~2W·m-1·K-1，由此可见Fe的置换能有效降低热导率。美国喷气推进实验室[9]研究了P型Ir x Co1-x Sb3固溶体的热电性能，结果显示，当x=0.88时，与二元系化合物相比，其热导率降低了70%。
Dyck等[10]合成了Ni置换的N型CoSb3方钴矿化合物。他们认为Ni的置换作用主要体现在以下4个方面：（1）少量固溶的Ni通过提供电子而提高了电导率；（2）载流子的有效质量随着Ni的固溶而增加；（3）Ni的引入加强了电子与声子的交互作用，从而降低了热导率；（4）声子引起了电离杂质散射的加强（特别是在低温下）。由于上述4个因素的共同作用，促使N型CoSb3方钴矿化合物的热电性能得到提高，在800 K时其热电性能优值达到了1.2。唐新峰等[11]比较了Ni与Fe置换对晶格热导率的影响，结果表明Ni对于降低晶格热导率具有更强的作用。
Lamberton等[12]研究了Ge置换的CoSb3化合物Eu0.42Co4Sb11.37Ge0.50，并且和未经Ge置换的CoSb3材料Eu0.2Co4Sb12进行对比，结果显示Ge的置换使热导率明显降低，并且使前者在675K 时的热电性能优值超过了1.0。
2.2元素填充
2.2.1单元素填充
Schilz等[13]和Lamberton等[14]的研究表明，第三元素的固溶虽然可以使热导率在某种程度上得到降低，但这种降低存在一定的限度。如果在Sb组成的二十面体笼状空洞中，填充Ca，Sr，Ba等碱土元素或La，Ce，Sm等稀土元素时，填充原子可以形成新的散射中心来散射声子以降低晶格热导率。Nolas等[15]发现，当Skutterudite中的孔隙被部分填充时，热导率可能降至原来的1/10或1/20。同时，依然保持较高的Seebeck系数并可能有极高的电导率。因此，元素填充成为优化Skutterudite化合物热电性能的重要途径。
目前，对稀土元素掺杂已经有了大量的报道，已经有La，Ce，Nd，Sm，Eu，Yb等稀土金属作为填充元素，它们的填充效应也得到了广泛研究。Xu等[16]以Dy和Er作为填充元素，通过超高压的方法制备Dy（Er）Co4Sb12化合物。研究表明，Dy0.32Co4Sb12样品的热导率由未掺杂前的4.12W·m-1·K-1下降到2.19W·m-1·K-1。张忻等[17]制备了Ce y Fe1.0Co3.0Sb12化合物，Ce原子在二十面体空洞中的扰动作用增加了对声子的散射，有助于热导率的降低。当Ce填充分数在y= 0~0.30范围时，Ce y Fe1.0Co3.0Sb12的热导率与CoSb3相比有大幅度下降，降低到1.8~3.0W·m-1·K-1。
唐新峰等[11]系统研究了Ba，Ce，Y作为填充元素对于Skutterudite化合物晶格热导率的影响规律。实验结果表明，这一系列化合物的热导率随三种元素离子半径减小的顺序降低，说明填充元素的离子半径越小，对于晶格热导率的降低作用越强。Nolas等[18]则研究了Yb掺杂的CoSb3
材料，并认为这种材料是符合“声子玻璃-电子晶体”概念的热电材料，在室温下样品的热电性能优值为0.3，而600K时最大热电优值达到了1.0。
2.2.2 复合填充
对于稀土元素填充，调整填充分数成为优化填充式方钴矿热电性能的关键。Nolas等[15]在研究La的填充分数对La x Co4-x（Sb，Sn）12（x=0~0.9）化合物热导率的影响时，发现当x=0.25~0.3时，该化合物的热导率最小。于是他们进一步推测，在Sb的二十面体空隙填充不同性质的原子，并分别以20%~30%比例复合填充时，由于填充原子的不同质量和离子半径可能会产生新的声子模型，填充原子的散射作用可能比1种原子100%填充时更强。由此可能进一步降低热导率而提高热电性能，更明显表现出电子晶体-声子玻璃的热电特性。
关于多元填充Skutterudite结构化合物的研究目前还比较少[19～21]。图3[22]示出了几种（Ba，Ln）y Co4Sb12（Ln：La，Ce，Sr）多元填充化合物晶格热导率与温度的关系。为了比较，其他几种填充Skutterudite在室温下的晶格热导率也在图4[22]中给出。可以看出，与Ba y Co4Sb12和Ce y Co4Sb12相比，（Ba，Ce）多元填充化合物显示出更低的晶格热导率。
另一方面，多原子填充后的电子交互作用对于方钴矿材料电性能的影响也值得深入研究。Berardan等[23]发现在Ce与Yb两种稀土元素填充的化合物Ce1-x Yb x Co4Sb12中，Ce的电价仍然保持3，而Yb却出现了从2.16到2.71的价态波动。在室温下，功率因子通过复合填充提高了20%，达到了97pV·K-1。Bauer等[24]则通过研究认为，Ce与Yb的加入降低了自由载流子的浓度，并提高了Seebeck系数，同时，强烈的电子交互作用，可以使功率因子提高到100pV·K-1以上。另外，Hiroaki等[25]研究了Ni含量不同的Yb掺杂化合物Yb y Fe4-x Ni x Sb12，在此化合物体系中，Yb 原子的4f状态与Fe（Ni）的3d和Sb的5p状态产生了复杂的交互作用，从而使其电性能得到优化，在x=0.6时得到了接近于1的热电性能优值。表2示出了采用不同元素置换和填充对Skutterudite化合物热导率及热电性能优值的影响。
2.3 Skutterudite热电材料的低维化
将热电材料制备成多晶材料，并尽量减小晶粒尺寸，甚至降低到纳米级尺寸，通过细化晶粒增加晶界面积，提高声子散射几率，可以达到降低热导率的目的。Parrott[26]曾指出，与单晶相比，烧结多晶半导体材料的晶粒直径为40μm时，热导率降低9%；而晶粒直径下降到4μm时，热导率降低26%。Anno等[27]研究了具有不同晶粒尺寸CoSb3材料的传输性能，结果表明，晶粒尺寸减小到微米级时可以检测到热电性能的提高。由此预料，制备亚微米级甚至纳米级晶粒尺寸的多晶方钴矿材料将是获得高性能热电材料的重要途径。
但是，由于晶界原子排列的无序性，如果晶粒大小不均，晶界的增加必然导致阻止载流子迁移陷阱的增加，降低了载流子的迁移速率，增加了材料的电阻率，使电导率下降；如果晶粒大小均匀，并且尺寸大于电子平均自由程时，晶粒尺寸的减小，对电导率影响较小，却可以大幅度降低声子热导率。有关文献指出，若要保证热电品质因子的增大，晶粒细化的极限值约在100 nm[28]。刘科高等[29]采用MA-SPS方法制备了纳米晶CoSb3块体热电材料，其平均晶粒尺寸小于100 nm。余柏林等[30]系统研究了纳米晶粒尺度与热传输性能之间的关系和规律。结果表明，CoSb3化合物结构的纳米化对热导率有显著的影响，当晶粒尺度由微米级减小到纳米尺度，晶格热导率显著降低，但对载流子热导率影响不显著。
Kazuhiro等[31]通过磁控溅射将Zn，Sb和Co元素作为靶材样品，使用共同沉积法制备了β-Zn4Sb3和CoSb3薄膜。他们研究发现材料热导率的降低与薄膜的厚度密切相关，其中厚度为350 nm的薄膜在室温下热导率降低了近50%（约0.5W·m-1·K-1）。通过对薄膜样品厚度的控制，可以同时获得较低的电阻率和较大的Seebeck系数。350 nm厚度的β-Zn4Sb3薄膜在460 K下的热电优值达到了1.2。同时，320 nm的CoSb3薄膜样品在室温下具有最低热导率1.1W·m-1·K-1。
表2不同元素置换和填充的Skutterudite 化合物的热导率
及热电性能优值
Table 2 Effect of multiple filling on thermoelectric properties
成分体系 制备方法
最低热导率/ （W ·m -1·K -1） 最高ZT 值 Tl x Co 4-y Fe y Sb 12 热压法
2.50 0.175 Ca x Co 4Sb 12 热压法
3.0 0.45 Ca y Co 1-x Ni x Sb 12 热压法
4.30 ≈1.0 （Co 1-x Ni x ）4Sb 11-y Te y 溶液共沉淀法
2.20 0.67 Ba 0.3Ni x Co 4-x Sb 12 固相反应
3.60 1.20 Ba 0.30Ni 0.05Co 3.95Sb 12 放电等离子烧结
2.90 1.25 Fe x Co 4-x Sb 12 放电等离子烧结
1.60 0.30 Dy （Er ）x Co 4Sb 12 机械合金化
2.19 0.20 Yb x Co 4Sb 热压法
3.0 ≈1.0 Eu 0.42Co 4Sb 11.37Ge 0.5 热压法
1.60 ＞1.0 Ce y Fe 1.0Co 3.0Sb 12 放电等离子烧结
1.80 0.45 Ce 0.28Fe 1.5Co
2.5Sb 12 放电等离子烧结 2.10 1.10
3 结语
方钴矿化合物热电材料虽然是较有发展前途的热电材料，但由于实验结果与理论结论仍存在一定的差距，因此该热电材料的成分、结构及性能仍有待于进一步优化。填充原子的扰动效应可以有效降低热导率，但填充元素种类（碱金属、碱土金属或稀土元素）、填充方式（单一填充或多元素复合填充）及填充分数的选择，以及填充原子的物理、化学性质（电负性、离子价态和离子半径）对热、电传输特性的影响还有待于深入研究。纳米技术为研制具有高性能热电材料开辟了新的途径，因为低维化有助于增加能级附近状态密度，从而导致Seebeck 系数增加，而提高声子散射。同时并不显著增加表面的电子散射，使得热导率降低的同时并不使材料的电导率降低。但低维方钴矿的制备工艺，以及低维尺度下材料的热、电传输性能还有待于深入研究。
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计算机网络热点技术文献综述报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师： 时间：
今天的因特网和能力面临着两个挑战，一个是网络已存在的规模将面对更大的用户群。二是随之而来的新的复杂的在线应用需要一个新的网络体系结构。计算机网络发展的基本方向是开放（标准化）、集成（各种服务）、高性能（高速）和智能化（友好的用户接口）。计算机网络技术发展的基本方向是一个目标，全球完善的信息基础设施；两个支撑，微电子技术和光技术；三个融合，计算机、通信、信息；四个热点，多媒体、宽待、移动通信和信息安全。 目前计算机网络技术研究的热点包括：无限网络技术（移动）研究，已经制订的IEEE802.11n标准，数据传输率可以支持100Mbps.对等网（p2p）应用研究；网络内容分布、网络信息的检索与利用研究；网络中的信息表示技术，研究不同媒体之间的关系；下一代web即语义互联网；网络安全与管理；云计算；等等。下面仅就所查文献中的资料阐述计算机网络热点技术： 语义互联网 语义互联网并非独立的另一个Web，而是今天Web的一个延伸。在语义互联网中，信息被赋予明确而完整的含义，即语义；机器可以识别并理解这种语义，从而对Web中的信息实现自动化采集、分割、组合乃至逻辑推理等等。 换言之，语义互联网是在今天Web的基础上，在信息中加入语义，从而使得在Web世界中流动的不再是单纯的数据流而是机器可以理解的语义信息。利用这些语义，信息之间的交换就可以建立在语义的层面而非文字的层面，从而可以使机器精确的理解、采集和组合信息，同时提供包含数字图书馆、电子商务、医疗保健等各种类型的自动化服务。 语义互联网必然出现 基于目前互联网上信息交换和处理中所存在的各种缺陷，语义互联网得以提出。信息交换和处理中所存在的种种缺陷突出表现在以下方面： ●今天的Web使用起来很简单，通过浏览器用户可以在任何地方、任何时间方便浏览各种来源的HTML文档，这些文档也可以通过超链接技术将不同的资源和信息连接起来。这种简单性是Web创立之初的一个重要出发点，但也正是这种简单性使得用户在浏览过程中很容易迷失在错综交叉的网状链接中。 ●今天的Web包含了大量的信息，信息在各个方面都有所不同，其中的一个差别就是有些信息主要提供给人使用，而有些则主要供机器使用。前者如电视
实验报告 姓名：什么情况班级：F10 学号：51 实验成绩： 同组姓名：实验日期：2011- 指导老师：助教批阅日期： 磁性材料基本特性的研究 【实验目的】 1．了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线概念，加深对铁磁材料的主要物理量矫顽磁力、剩磁和磁导率的理解； 2．利用示波器观察并测量磁化曲线与磁滞回线； 3．测定所给定的铁磁材料的居里温度． 【实验原理】 1．磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 μr的不同一般可分为三类，顺磁质、抗磁质、铁磁质。 对非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系，B =μH，而铁磁性介质的m 、B 与H 之间有着复杂的非线性关系。一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大。如图一所示。 图一B~ H曲线图二μ~ T曲线 它反映了铁磁质的共同磁化特点：在刚开始时随着H的增加，B缓慢的增加，此时μ较小；而后便随H的增加B急剧增大，μ也迅速增加；最后随H增加，B趋向于饱和，而此时的μ值在到达最大值后又急剧减小。图一表明了磁导率μ是磁场H的函数。B-H曲线表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称为磁化曲线。从图二中可看到，磁导率μ还是温度的函数，当温度升高到某个值时，铁磁质由铁磁状态转变成顺磁状态，在曲线上变化率最大的点所对应的温度就是居里温度T C。 2．磁滞性质 铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的特性是磁滞现象．当铁磁材料磁化时，磁
感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与 磁化的历史有关，如图3所示．曲线OA表示铁磁材 料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称 为磁化曲线．当H值到达某一个值H S时，B值几乎 不再增加，磁化趋于饱和．如使得H减少，B将不 再沿着原路返回，而是沿另一条曲线AC'A'下降，当 H从-H S增加时，B将沿着A'CA曲线到达A形成一 闭合曲线．其中当H = 0时，|B| = Br，Br称为剩余 磁感应强度．要使得Br为零，就必须加一反向磁场， 当反向磁场强度增加到H = -H C时，磁感应强度B为零，达到退磁，HC称为矫顽力．各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料． 3．用交流电桥测量居里温度 铁磁材料的居里温度可用任何一种交流电桥测量。本实验采用如图所示的RL交流电桥， 图三RL交流电桥 在电桥中输入电源由信号发生器提供，在实验中应适当选择不同的输出频率ω为信号发生器的角频率。选择合适的电子元件相匹配，在未放入铁氧体时，可直接使电桥平衡，但当其中一个电感放入铁氧体后，电感大小发生了变化，引起电桥不平衡。但随着温度的上升到某一个值时，铁氧体的铁磁性转变为顺磁性，CD两点间的电位差发生突变并趋于零，电桥又趋向于平衡，这个突变的点对应的温度就是居里温度。实验中可通过桥路电压与温度的关系曲线，求其曲线突变处的温度，并分析研究在升温与降温时的速率对实验结果的影响。4．用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
纳米材料几个热点领域的新进展 一、纳米组装体系的设计和研究 目前的研究对象主要集中在纳米阵列体系；纳米嵌镶体系；介孔与纳米颗粒复合体系和纳米颗粒膜。目的是根据需要设计新的材料体系，探索或改善材料的性能，目标是为纳米器件的制作进行前期准备，如高亮度固体电子显示屏，纳米晶二极管，真空紫外到近红外特别是蓝、绿、红光控制的光致发电和电子发光管等都可以用纳米晶作为主要的材料，国际上把这种材料称为“量子”纳米晶，目前在实验室中已设计出的纳米器件有Si-SiO2的发光二极管，Si掺Ni的纳米颗粒发光二极管，用不同纳米尺度的CdSe做成红、绿、蓝光可调谐的二极管等。介孔与纳米组装体系和颗粒膜也是当前纳米组装体系重要研究对象，主要设计思想是利用小颗粒的量子尺寸效应和渗流效应，根据需要对材料整体性能进行剪裁、调整和控制达到常规不具备的奇特性质，这方面的研究将成为世纪之交乃至下一个世纪引人注目的前沿领域。纳米阵列体系的研究目前主要集中在金属纳米颗粒或半导体纳米颗粒在一个绝缘的衬底上整齐排列的二维体系。 纳米颗粒与介孔固体组装体系近年来出现了新的研究热潮。人们设计了多种介孔复合体系，不断探索其光、电及敏感活性等重要性质。这种体系一个重要特点是既有纳米小颗粒本身的性质，同时通过纳米颗粒与基体的界面隅合，又会产生一些新的效应。整个体系的特性与基体的孔洞尺寸，比表面以及小颗粒的体积百分比数有密切的关系。可以通过基体的孔洞将小颗粒相互隔离，使整个体系表现为纳米颗粒的特性；也可以通过空隙的连通，利用渗流效应使体系的整体性质表现为三维块体的性质。这样可以根据人们的需要组装多种多样的介孔复合体。目前，这种体系按支撑体的种类可划分为：无机介孔和高分子介孔复合体两大类。小颗粒可以是：金属、半导体、氧化物、氮化物、碳化物。按支撑体的状态也可分为有序和无序介孔复合体。 二、高性能纳米结构材料的合成 对纳米结构的金属和合金重点放在大幅度提高材料的强度和硬度，利用纳米颗粒小尺寸 效应所造成的无位错或低位错密度区域使其达到高硬度、高强度。纳米结构铜或银的块体材料的硬度比常规材料高50倍，屈服强度高12倍；对
铁电材料的研究热点 摘要：铁电材料具有优秀的电学性能，其电子元件集成度高、能耗小、响应速度快。目前研究者将铁电材料同其它技术相结合，使新诞生的集成铁电材料性能更为优秀。本文介绍了有压电材料、储能用铁电介质材料、有机铁电薄膜材料、多铁性材料、铁电阻变材料的研究状况。关键词：铁电；压电材料；铁电储能；有机铁电薄膜材料；多铁性材料；铁电阻变 1 铁电材料的研究背景 铁电体早在20世纪40年代就引起物理学界的关注，但由于大快铁电晶体材料不易薄膜化，与半导体和金属不相兼容，使其未能在材料和信息领域扮演重要的角色，随着薄膜技术的发展，克服了制备高质量铁电薄膜的技术障碍，特别是能在不同衬底材料上沉积高质量的外延或择优取向的薄膜，使铁电薄膜技术和半导体技术的兼容成为可能。由于人工铁电材料种类的不断扩大，特别是铁电薄膜技术和微电子集成技术长足发展，也对铁电材料提出了小型化，集成化等更高要求，正是在这样的研究背景下，传统的半导体材料和陶瓷材料结合而形成新的叫交叉学科——集成铁电学（Integrated Ferroc-Icctrics）出现了，并由此使铁电材料及其热释电器件的研究开发呈现了两个特点：①是由体材料组成的器件向薄膜器件过渡；②是由分立器件向集成化器件发展。
集成铁电体是凝聚态物理和固态电子学领域的热门课题之一。铁电材料有着丰富的物理内涵，除了具备铁电性之外，还具有压电性、介电性、热释电性、光电效应、声光效应、光折变效应以及非线性光学效应等众多性能，可用于制备电容器件、压力传感器、铁电存储器、波导管、光学存储器等一系列电子元件，铁电材料因其广阔的应用前景而倍受关注。 目前的铁电器件往往仅单独用到了铁电材料中的单一性能，如压电性或者热释电性。将铁电材料中的性能综合在一起或者将铁点技术同半导体等其他技术结合在一起的集成铁电材料有着更为强大的功能。铁电材料的研究进展主要包括[1]：①提高现有材料的单一性能，儒压电材料中准同型相界以及合适的晶格取向会大幅度提高压电系数。②开发新型铁电材料，如存储能量的电介质和有机铁电材料。③将铁电性同其他性能结合，包括可以实现磁电互控的具备多种初级铁性的多铁材料，以及可以通过铁电极化调控材料内部电阻的铁电阻变材料。 2 压电材料 由于压电薄膜具有优异的压电效应和逆压电效应并且介电常数高，稳定性好，因此制备出来的微型传感器和驱动器等压电器件有众多优势：①在高频共振体系中，传统的高频静电驱动器虽然有很大的进展，但是这类器件不仅要求发达的图像成形技术以满足小尺寸要求的同时还要克服容易受到外界环境的巨大影响的弱点，而压电材料本身谐振频率就在MHz~GHz之间，并且有着很好的温度稳定性，工艺
热电材料研究进展 热电材料研究进展 颜艳明1，应鹏展1，2,张晓军1，崔鑫3 （1中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州，221116 2中国矿业大学应用技术学院，江苏徐州，221008 3河南永煤集团城郊煤矿，河南永城，476600，） 摘要：本文介绍了热电材料的种类及各种热电材料的ZT值，提高热电材料热电性能的方法及热电材料在温差发电和制冷方面的应用，并对其发展前景进行了展望。 关键词：热电材料；热导率；载流子 Progress of thermoelectric materials Yanyanming1,Yingpengzhan1,2，zhangxiaojun1,cuixin3 (1:Shool of Materials, CUMT,Xuzhou , Jiangsu, 221116 2: School of applied Technology,CUMT,xuzhou,Jiangsu,221116 3: Yong suburban coal mine in Henan Coal Group,yongcheng,Henan,476600)
Abstract: This paper is described the types of thermoelectric materials and every thermoelectric materials’ZT value,the way to improve the thermoelectric materials’performance of thermal power and the application of thermoelectric materials’on thermal power generation and refrigeration, also give its future development prospects. Key words: Thermoelectric materials; Thermal conductivity; Carrier 1、引言 在以石油价格暴涨为标志的“能源危机”之后,世界上又相继出现以臭氧层破坏和温室气体效应为首的“地球危机”和“全球变暖危机”。各国科学家都在致力于寻求高效、无污染的新的能量转化利用方式, 以达到合理有效利用工农业余热及废热、汽车废气、地热、太阳能以及海洋温差等能量的目的。于是,从上个世纪九十年代以来, 能源转换材料（热电材料）的研究成为材料科学的一个研究热点。尤其是近几年, 国际上关于热电材料的研究更是非常火热。目前，热电材料的研究主要集中在三个领域：室温以下的低温领域、从室温到700K的中温领域和700K以上的高温领域。 热电材料（又称温差电材料）是利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用来实现将热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，其具有无机械可动部分、运行安静、小型轻便及对环境无污染等优点，在温差发电和制冷领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。
仿生材料 仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。仿生材料学是仿生学的一个重要分支，是化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。受生物启发或者模仿生物的各种特性而开发的材料称仿生材料，仿生材料在21世纪将为人类做出更大的贡献。 我们在现实生活中接触过许多动物与植物,它们都属于生物的范畴。在地球上所有生物都是由理想的无机或有机材料通过组合而形成,例如能够跳动80 年都不停止的人类心脏；几乎不发热量的冷血昆虫。从材料化学的观点来看,仅仅利用极少的几种高分子材料所制造的从细胞到纤维直至各种器官能够发挥如此多种多样的功能,简直不可思议。动植物为了铸造自己身体所用的材料在有机系列里有纤维素、木质素、甲壳质、蛋白质和核酸等等,其构造非常复杂。在高分子化学世界里,我们已经制造出了聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚酰胺等人工材料,具有多种多样的功能。但是,人类所创造的材料与自然界生物体的构成材料还有很大的不同。举几个简单的例子:海鳗的发电器瞬间可以发出800 伏的电压,足以电死一头大象,但是它的发电器不是金属等导电器材,而是蛋白质的分子集合体;深海里有一种软体动物,其身体无疑也是由细胞材料所构成,但是却可承受很高的海水压力而自由地生存着。这些例子说明,许多生物体的某些构成材料是我们完全不知道的,这些材料大多数是在常温常压的条件下形成,并能发挥出特有的性能。当人们对这些生物现象有了充分的理解之后,把它们应用于材料科学技术方面,就形成了仿生材料学。因此,仿生材料学的研究内容就是以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。但是迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常之多,可以认为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。进行仿生材料的开发与研究必须要学习和了解许多相关的专门知识,例如,高分子化学、蛋白质工程科学、遗传学、生物学以及与其关联的技术等等。 例1.人造纤维 最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。对蚕或者蜘蛛吐出的丝,人类自古就有很大的兴趣,这些丝纯粹是由蛋白质构成,特别是蚕丝,具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法,此后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维,例如,牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺) ,商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成) 等等。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛丝也进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。 例2.人鱼传说 在陆地上生活的动物有肺,能够分离空气中的氧气,水里的鱼有鳃,能够分离溶解
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m 2017 研究前沿 中国科学院科技战略咨询研究院 中国科学院文献情报中心 科睿唯安 七、化学与材料科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 化学与材料科学 Top 10 热点前沿发展态势 化学与材料科学领域Top10热点前沿主要分布在太阳能电池、有机合成、纳米技术、超级电容器、自由基聚合、上转换发光等领域。与2013-2016 年相比，2017年 Top10热点前沿既有延续又有发展。在太阳能电池领域，关于钙钛矿太阳能电池和聚合物太阳能电池的研究连年入选热点前沿或新兴前沿。在今年的Top10热点前沿中，聚合物太阳能电池延续了去年对非富勒烯受体（小分子和聚合物）的关注，钙钛矿太阳能电池则侧重空穴传输材料研究。在有机合成领域，碳氢键的活化反应也是连年入选，往年侧重在钌、铑等贵金属的催化转化，今年是非贵金属钴的催化转化，另外今年还突出了间位碳氢键的活化。在纳米技术领域，不仅继续有具体的前沿研究入选，而且首次出现宏观的研究概念――纳米组装学。在超级电容器领域，基于纳米孔碳电极（2014年）、纳米二氧化锰电极材料（2016年）的超级电容器曾经入选热点前沿或新兴前沿，今年入选的是基于NiCo2S4电极材料的超级电容器。在自由基聚合领域，继2014年入选新兴前沿后，光引发的聚合反应今年成为热点前沿。在上转换发光领域，“三重态-三重态湮灭上转换”入选热点前沿。 1.2 重点热点前沿——三价钴催化的碳氢键活化反应 传统的合成化学基于活性官能团的相互转化，通常需要繁琐的预官能团化步骤。而碳氢键的直接化学转化可以避免这一过程，大大提高反应的原子经济性和步骤经济性，因而受到广泛关注并取得蓬勃发展。近十年来，过渡金属催化的碳氢键直接官能团化反应已成为重要的合成工具，特别是贵金属（铑、钌、铱、铂、金、银等）催化成果显著。然而，高昂的成本以及对环境可能造成的不利影响限制了贵金属催化的大规模应用。因此，越来越多的研究人员将目光转向储量丰富、成本低廉的第一行过渡金属（锰、铁、钴、镍、铜等）。这点在《研究前沿》系列报告中也得以体现：在2013年和2014年的报告中，“钌、铑催化的碳氢键活化反应”进入化学领域Top10热点前沿，本年度则是“钴催化的碳氢键活化反应”入选。钴催化的碳氢键活化反应可分为低价钴（CoⅡ）催化和高价钴（CoⅢ）催化两类。本研究前沿是高价钴催化的碳氢键活化反应。2013年，日本东京大学金井求（Motomu Kanai）教授和川岛茂裕（Shigehiro Kawashima）博士报道了Cp*CoⅢ（Cp*= 五甲基环戊二烯）络合物催化的2-苯基吡啶碳氢键活化直接加成到亚胺、烯酮上的反应。此后，研究人员不断扩大Cp*Co Ⅲ催化剂的应用围并研究其催化机理。与其替代对象Cp*RhⅢ相比，Cp*CoⅢ不仅可用于前者催化的反应，而且由于反应活性差异，导致可能采取不同的反应路线从而生成不同的产物。 如表31所示，在本研究前沿中，德国、日本、美国、国以及中国等国家或地区发表了多篇核心论文。日本东京大学、德国哥廷根大学、明斯特大学、美国耶鲁大学、国基础科学研究院等研究机构在该领域做出了突出贡献。大学、大学、中科院化物所等研究机构的工作也比较突出。 齐齐哈尔大学 综合实践课程论文 题目仿生材料研究进展 学院材料科学与工程学院 专业班级无机非金属材料工程无机112班 学生姓名王一安刘志刚 指导教师李晓生 成绩 2014年 5月9 日 仿生材料学研究进展 摘要：仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。 关键词：表面仿生超疏水材料、聚乙烯三元复合仿生材料、植物叶片仿生伪装材料、仿生层状结构壳聚糖医用材料 Abstract:The“biomimeticmaterialsscience”formedbytheintersectionofmaterialscien ceandlifesciencehasgreattheoreticalandpracticalsignificance.Biomimeticmaterialsscie ncetakesmaterialstructureandformationastarget,considersartificialmaterialattheviewof bio2material,exploresthedesignandmanufactureofmaterialfromtheangleofbiologicalfu nction.Atpresent,thehotresearchesonbiomimeticmaterialsscienceincludeshellbiomime ticmaterial,spidersilkbiomimeticmaterial,bonebiomimeticmaterial,andnano2biomimet icmaterial,etc.whichhavetheirownspecialmicro2structuralcharacteristics,formationstyl e,andbio2mechanicalproperties.Biomimeticmaterialsaredevelopingtowardscompound ,intellectual,active,andenvironmentaltendency,willbringrevolutionaryimprovementfor manufactureandapplicationofmaterial,andwillchangegreatlythestatusofhumansociety. Keywords:Bionics,Materialsscience,Review 1.前言 仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各组元材料的优点，克服单一组元的缺陷。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料，根据基体种类可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和炭基复合材料等，按增强（韧）相可分为颗粒增强、晶须增强或纤维增强复合材料。复合材料已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、体育器材、医疗器械等领域，近几年更是得到了突飞猛进的发展。 1金属基复合材料 金属基复合材料是包括颗粒、晶须、纤维增强金属基体的复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展具有重要作用。在该类材料中，所用基体金属包括轻合金（铝、镁、钛）、高温合金与金属间化合物，以及钢、铜、锌、铅等；增强纤维包括炭（石墨）、碳化硅、硼、氧化铝、不锈钢及钨等纤维；增强颗粒包括碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛、碳化硼等；增强晶须包括碳化硅、氧化硅、硼酸铝、钛酸钾等。以上各种基体和增强体可组成大量金属基复合材料，但目前多数处于研发阶段，只有少数得到应用。如硼、石墨纤维增强铝（镁）用于卫星、航天飞机结构、空间望远镜部件，碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于大推比飞机压气机部件，颗粒增强铝基复合材料（PRA）广泛用于航空、航天及汽车、电子领域。在金属基复合材料中颗粒增强铝基复合材料最具发展潜力。该材料具有比强度和比模量高，耐磨性、阻尼性及导热性好，热膨胀系数小等优异性能。其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽车、电子信息和高速机械等民用领域。发展目标是代替铝合金、钛合金、钢等用于制造高性能的构件，减重并提高性能和仪器精度。美国已从Ф455mm圆坯中挤压出182kg重的SiCp/Al型材，并轧制出尺寸为3050mm×1320mm×3mm的板材，制造了火箭发动机、导弹和卫星上的零件。加拿大Cer-cast公司试制了PRA材料飞机用光学底座、万向支架等精密铸件及液压管、压气机涡壳和卫星反动轮，代替铝合金，减重并提高了使用性能。美国DWA公司用SiC颗粒增强6092铝基复合材料代替铝合金，大规模用于F16战斗机的垂直尾翼，提高寿命17倍；代替树脂基复合材料用于B777和C-17GlobemasterⅢ的P&W4000发动机风扇出口导流叶片，大幅提高使用寿命并降低成本33%。美国DWA公司和英国AMC公司将SiC/Al批量用于EC-120和EC-135直升机旋翼系统，大幅提高构件刚度和寿命。这些关键结构件的成功应用说明美国和英国对这种材料的应用研究已相当成熟。 研究发展电子器件封装用高导热、低热膨胀金属基复合材料是国际上金属基复合材料研究发展的最新动态之一。美国已研制成功了SiCp/Al、Sip/Al、C/Al等高性能电子封装用复合材料，用于高功率密度、高集成密度的电子器件，成为解决电子器件迅速传热、散热问题的关键材料。针对正迅速发展的高集成度、高功率密度电子器件的需求，最近研究发展的电子封装复合材料有：碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp含量为60%～75%）；超高模量、高导热性沥青石墨纤维（k1100）增强铝基、铜基复合材料及银基复合材料。这些材料的导热系数为120～630W/（m·k），热膨胀系数0.5～8×10-6K-1。电子器件用金属基复合材料使用性能要求高、用量大，将成为金属基复合材料最主要的发展方向之一。 汽车、高速列车和高速机械用金属基复合材料是当前及今后另一个重要研究方向。铝基复合材料（如SiCp/Al）具有重量轻、导热性好和耐磨的特点，是一种新型的刹车盘、活塞、连杆材料，成为汽车及高速列车轻量化的关键新材料。美国Ford公司已研制成SiCp/Al复合材料刹车盘，批量用于高级轿车Lincoln Town Car上。德国一家公司成功研制了高速列车制动盘，运用在地铁和城郊列车上，取得了巨大的经济效益。此外，美国、英国等国家已经生产出SiCp或B4Cp增强铝基复合材料自行车，并在市场上销售。综观国际上PRA的研究与开发，不难看出，PRA的大规模生产已经获得成功，只要进一步降低这种新材料的成本，提高性能、价格比，则这种复合材料不但将应用于航空、航天和军事领域，而且大规模商业应用也指日可待。 2陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料(CMC)的增韧材料主要有碳纤维（CF）、碳化硅纤维（SiCf）、玻璃纤维、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。CMC种类繁多，由于其“耐高温和低密度”特性优于金属和金属间化合物，因而美国、英国、法国、日本等发达国家一直把CMC 国内磁性材料业状况和前景 1中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性 材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪 30年代开发的铝-镍-钴永磁（AlNiCo）；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体（Sm-Co），包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼（Nd-Fe-B）。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平均以每年10％的速度增长。中国磁体 产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年 之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是 中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：因为投资小， 设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小 生产的模式。 1997～2002的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够 按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。2003年起，中 国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”， 即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体； 投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织 集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和 磁体制备，投资显著降低，效益则大为提升；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先 进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产因为成本过高，已难以为继，世 界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企业看好中国，如日本的TDK、FDK、 新型热电材料的研究进展 随着能源的日益紧缺以及环境污染的日趋严重，热电材料作为一种环保、清洁的新能源材料近年来备受关注，下面是搜集的一篇探究热电材料研究进展的，供大家阅读参考。 本文介绍了热电材料的研究进展，重点介绍了Half-Heusler金属间化合物、方钴矿、纳米技术和超晶格材料等新型热电材料的研究状况。 热电材料又称温差电材料，是一种利用固体内部载流子的运动实现热能和电能的直接相互转化的功能材料。随着新材料合成技术的发展以及用X射线衍射技术和计算机来研究化合物能带结构参数等新技术的出现，使得热电材料的研究日新月异。 1.1 传统热电材料的研究进展 50年代，苏联的Ioffe院士提出了半导体热电理论，Ioffe及其同事从理论和实践上通过利用两种以上的半导体形成固溶体可使ZT 值提高，从而发现了热电性能较高的致冷和发电材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金。 常规半导体的ZT值主要依赖于载流子的有效质量、迁移率和晶格热导率，优良热电材料一般要求大的载流子迁移率和有效质量，低的晶格热导率[1]。根据这些理论原则，发现了上述的一些较好的常规半导体热电材料，如适合室温使用的Bi2Te3合金、适合中温区(700K)使用的PbTe、高温区(1000K)使用的SiGe合金，更高温度(>100K)下使用的SiC等。 1.2 新型热电材料的研究进展 1.2.1 Half-Heusler金属间化合物 Half-Heusle金属间化合物的通式为ABX，A为元素周期表左边的过渡元素(钛或钒族)，B为元素周期表右边的过渡元素(铁、钴或镍族)，X为主族元素(稼、锡、锑等)。Half-Heusler金属间化合物是立方MgAgAs型结构。这种材料的特点是在室温下有较高的电导率和Seebeck系数，可以达到300μV/K，在700～800K时，材料的ZT值可达到0.5～0.6，但缺点是热导率也很高(室温下为5～ 9W/(M?K))[2]。 1.2.2填充Skutterudite化合物 磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率； 热电材料研究进展 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8- 热电材料研究进展 热电材料研究进展 颜艳明1，应鹏展1，2,张晓军1，崔鑫3 （1中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州，221116 2中国矿业大学应用技术学院，江苏徐州，221008 3河南永煤集团城郊煤矿，河南永城， 476600，） 摘要：本文介绍了热电材料的种类及各种热电材料的ZT值，提高热电材料热电性能的方法及热电材料在温差发电和制冷方面的应用，并对其发展前景进行了展望。 关键词：热电材料；热导率；载流子 Progress of thermoelectric materials Yanyanming1,Yingpengzhan1,2，zhangxiaojun1,cuixin3 (1:Shool of Materials, CUMT,Xuzhou , Jiangsu, 221116 2: School of applied Technology,CUMT,xuzhou,Jiangsu,2211163: Yong suburban coal mine in Henan Coal Group,yongcheng,Henan,476600) Abstract: This paper is described the types of thermoelectric materials and every thermoelectric materials’ ZT value,the way to improve the thermoelectric m aterials’ performance of thermal power and the application of thermoelectric materials’ on thermal power generation and refrigeration, also give its future development prospects. Key words: Thermoelectric materials; Thermal conductivity; Carrier 1、引言 在以石油价格暴涨为标志的“能源危机”之后,世界上又相继出现以臭氧层破坏和温室气体效应为首的“地球危机”和“全球变暖危机”。各国科学家都在致力于寻求高效、无污染的新的能量转化利用方式, 以达到合理有效利用工农业余热及废热、汽车废气、地热、太阳能以及海洋温差等能量的目的。于是,从上个世纪九十年代以来, 能源转换材料（热电材料）的研究成为材料科学的一个研究热点。尤其是近几年, 国际上关于热电材料的研究更是非常火热。目前，热电材料的研究主要集中在三个领域：室温以下的低温领域、从室温到700K的中温领域和700K以上的高温领域。 热电材料（又称温差电材料）是利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用来实现将热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，其具有无机械可动部分、运行安静、小型轻便及对环境无污染等优点，在温差发电和制冷领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。 较好的热电材料必须具有较高的Seebeck系数，从而保证有较明显的热电 仿生材料学研究进展 摘要：本文介绍了可降解塑料的研究进展，论述了仿生材料学研究进展及其种类，重点介绍了当前研究热点：表面仿生超疏水材料、聚乙烯三元复合仿生材料、植物叶片仿生伪装材料、仿生层状结构壳聚糖医用材料… 关键词：表面仿生超疏水材料、聚乙烯三元复合仿生材料、植物叶片仿生伪装材料、仿生层状结构壳聚糖医用材料 1.引言 仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。 2.仿生材料 我们在现实生活中接触过许多动物与植物,它们都属于生物的范畴。在地球上所有生物都是由理想的无机或有机材料通过组合而形成.动植物为了铸造自己身体所用的材料在有机系列里有纤维素、木质素、甲壳质、蛋白质和核酸等等,其构造非常复杂。许多生物体的某些构成材料是我们完全不知道的,这些材料大多数是在常温常压的条件下形成,并能发挥出特有的性能。当人们对这些生物现象有了充分的理解之后,把它们应用于材料科学技术方面,就是仿生材料. 2.1表面仿生超疏水材料 自然界中的超疏水现象近年来，基于仿生科学而进行的各种新型材料的开发和研究正在各个领域广泛开展，人们对于超疏水表面的研究就是受到荷叶“出淤泥而不染”这种现象的启发而不断发展起来的。固体表面的润湿性可以用表面和水的接触角来衡量，通常将接触角小于900的固体表面称为亲水表面，接触角大于900的表面称为疏水表面，而将接触角大于150。的表面称为超疏水表面llI。自然界中，水滴在荷叶表面上可以自由滚动，当水滴滚动时可以将附着在表面上的灰尘等污染物带走，从而使表面保持清洁。因此，超疏水表面 又被称为自清洁表面。20世纪90年代，德国波恩大学的植物学家Wilhelm Barthlott针对荷叶表面不沾水这一特殊现象进行了一系列的实验，发现了荷叶的疏水性与自我洁净的关系，创建了“荷叶效应”(Lotus effect)--i百-Jt21。此后，超疏水表面在世界范围内引起了极大的关注，并且逐渐成为仿生纳米材料技术中的热点之一。这种表面在国防、工农业生产和日常生活等许多领域都有着极其重要的应用前景。例如，将其应用在高降雪地区的室外天线上，可以防止积雪，以保证信号畅通13J：用于石油管道中，可以防止石油对管道壁粘附；作为汽车、飞机、航空器等的挡风玻璃，不仅可以减少空气中灰尘等污染物的污染，还能够使其在高湿度环境或雨天保持干燥：用于水中运输工具或水下核潜艇上，可以减少水的阻力，提高行驶速度；用于微流体装置中，可以实现对流体的低阻力、无漏损传送；也可以用它来修饰纺织品，做防水和防污的服装等等。2017研究前沿_化学与材料科学
仿生材料研究与进展 王一安 刘志刚
复合材料的研究热点
国内磁性材料业状况和前景
新型热电材料的研究进展
磁性材料的研究现状与应用
热电材料研究进展修订稿
仿生材料学研究进展
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