矿物材料中的电功能材料31页PPT

有机导电材料
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学家 Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1977年，发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性
目前已发现的具有导电功能的有机高分子材料有：聚乙 炔（PA）、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚对苯乙烯(PPV)、 聚苯胺(PANI)以及他们的衍生物。
目前有机太阳能电池的光电转换效率已经达到10%。
Nature Materials 2009(8):208-211
有机太阳能电池优点：
1、制备工艺简单，廉价； 2、制造面积大； 3、良好柔韧性等。
OLED显示技术
OLED，即有机发光二极管。不同于传统的需背光灯 的LCD显示方式，它是通过有机材料自身发光来达到显 示目的。因而它能显著的节省电能。
降低光伏电池成本主要有三条途径：
1、提高光电转换效率：减少缺陷、背电极、钝化、 减反层等；
2、寻找廉价光伏材料：化合物半导体、染料敏化 TiO2、有机半导体等；
3、改善太阳能电池结构。
通过改善结构降低光伏电池成本的方法：
Fermi-golden rule
Science 2008(321):226-228
其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中 是最高的，达到了105S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率。
有
1、能源（二次电池、太阳能电池、固体电池）
机
2、光电器件
导 电
3、晶体管
材
4、发光二极管
料 的 应
5、传感器 6、电磁屏蔽
用
7、隐身技术等等
三、我们实验室能做的工作

qEH=qvB 当霍尔片宽度为b，厚度为d， 载流子浓度为n：
Is=J*S=nevbd
VH
EHb
JsBb ne
1 ne
IsB d
RH
IsB d
只要测出VH(V)以及知道Is(A)、 B(G)和d(cm)可按下式计算RH：
RH
VH d IsB
KHd
霍尔器件对材料的要求
要得到大的霍尔电压
关键是选择霍尔系数大 （即迁移率高、电导率 低）。半导体迁移率高 电阻率适中是制造霍尔 元件较理想的材料。
一般将这类具有优良离子导电能力(s=0.1~10 S·cm-1) 的材料称做快离子导体 (Fast Ion Conductor )或固体电解质（Solid Electrolyte）， 也有称作超离子导体（Super Ion Conductor）。
Tubandt电解法
载流子测定多采用：电解、浓差电池和电导 率测定等方法。
霍尔系数
若载流子浓度为ni： RH=±(1/niqi)，
由=niqii，得 H=RH H：Hall迁移率
RH
EH J x B0
1 RH ne
Hall效应是电子电 导的特征，Hall系 数的正负与载流子 电荷一致。
RH
1 nie
,
ni
电子浓度
RH
1 nie , ni
空穴浓度
N型 P型
霍尔电压
对于图中a所示的N型半导体， 若在x轴方向通以电流Is，在z轴方 向加磁场B。载流子所受的电场 力与洛伦兹力相等时，样品两侧 电荷积累达到动态平衡：
I 2
1 ( r12
1 r24
)
V3
I 2
1 ( r13
1 r34

相对介电常数和介电损耗是电子陶瓷材料中的 一个重要参数,不同用途的陶瓷,对它们有不同的要 求.
第四章 介电陶瓷
三、介电陶瓷电容器 陶瓷电容器以其体积小、容量大、构造简洁、优良的高
频特性、品种繁多、价格低廉，便于批量生产而广泛应用于 家用电器、通信设备、工业仪器等领域，是目前飞速进展的 电子技术的根底之一。
PMN-PT
〔～700℃〕
❖ 1/6P3N2 + 1/3MgO + 1/2PbO + PT
PMN-PT
❖
(～800℃)
❖
❖
用MSS法制备PMN-PT陶瓷时，主要形成了一个富
Pb的、缺B位、不稳定的焦绿石相P3N，Mg2+很简洁占据
Nb5+的空位形成立方焦绿石相Pb2Nb4/3Mg2/3O6，而
❖ Pb〔Mg1/3Nb2/3〕O3是立方钙钛矿构造，因此，很简 洁发生转变。
第四章 介电陶瓷
〔2〕微波介电陶瓷 微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微
波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材 料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温 度系数。
要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值 稳定；介电损耗小；有适当的介电常数温度系数； 热膨胀系数小。
其争论体系有：MgO-CaO-TiO2
第四章 介电陶瓷
虽然PMN具有高的介电 常数，tgδ也较小，成瓷温 度在1050~1100℃，可用来 制作低温烧结独石电容器。 但缺点是居里温度和负温损 耗较大。为此，通常使用 PbTiO3做为移峰剂。
第四章 介电陶瓷
Dielectric constant
10000 8000 6000
100Hz 1kHz 10kHz 100Hz 1kHz 10kHz

背景
目前，生态环境材料已经成为了全球材料科学领域的研究热点之一。然而， 生态环境材料在发展过程中也面临着许多问题，如技术难度大、成本高、推广困 难等。因此，进一步推动生态环境材料的研究和应用，对于解决环境问题、促进 可持续发展具有重要意义。
主题1：生态环境材料的基本概 念和特点
主题1：生态环境材料的基本概念和特点
谢谢观看
1、生态环境矿物功能材料的主要功能和特点
(4)生物功能材料：主要包括生物活性矿物，如生物玻璃、生物陶瓷等。这些 材料具有良好的生物相容性和活性，可用于生物医学工程、药物载体等领域。
2、生态环境矿物功能材料的制 备方法、选择依据和优缺点
2、生态环境矿物功能材料的制备方法、选择依据和优缺点
(1)制备方法：主要包括物理法、化学法和生物法。物理法包括机械研磨、热 处理等；化学法包括溶胶-凝胶法、水热法等；生物法则利用微生物或植物提取 物进行合成。
(2)环境监测：生态环境矿物功能材料可应用于环境监测领域，如利用磁性矿 物和生物活性矿物等建立环境传感器，实时监测环境中的有害物质。
3、生态环境矿物功能材料的应用领域和实例
(3)能源开发：生态环境矿物功能材料在能源开发领域也有广泛应用，如利用 光功能材料和电功能材料开发太阳能电池和超级电容器等。
3、生态环境矿物功能材料的应用领域和例
背景
背景
生态环境矿物功能材料是指具有特定物理、化学、生物性能的天然或人工矿 物材料，能在生态环境中发挥重要作用。这些材料在环境保护、资源开发、能源 利用及医药卫生等领域具有广泛应用前景。
正文
1、生态环境矿物功能材料的主 要功能和特点
1、生态环境矿物功能材料的主要功能和特点
(1)光功能材料：主要包括各种荧光矿物，如稀土元素掺杂的荧光矿物。这些 材料具有独特的光学性质，可用于光催化降解有机物、光能转化等领域。

储量评估
全球水镁石的储量尚未得到精确评估，这对于资源的开发利用具有重 要意义。
未来发展方向与趋势
绿色环保
未来的研究方向将更加注重环保和可持续发展，寻找更加绿色、 环保的提取和合成方法。
高纯度材料
随着科技的发展，对于高纯度水镁石的需求越来越大，因此需要开 发出更加高效、经济的提取和合成方法。
新应用领域
医药辅料
水镁石可以作为医药辅料，用于 制备药物和医疗器械。
食品添加剂
水镁石可以作为食品添加剂，增加 食品的口感和营养价值。
环保领域
水镁石可以用于环境治理和污水处 理等领域，提高环境质量。
05
水镁石的合成与制备
化学合成方法
直接合成法
将镁化合物和氢氧化物在高温下直接合成得到水镁石 。
离子交换法
利用离子交换剂将水镁石中的阳离子进行交换，从而 得到不同元素的水镁石。
03
水镁石的提取与加工
提取方法与流程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ01
02
03
04
矿石原料选取
选取高品位的水镁石矿石，进 行破碎、磨细等预处理操作。
化学浸取
使用酸、碱等化学试剂，通过 浸取、反应等过程提取出氧化
镁。
沉淀与分离
通过沉淀、过滤、离心等手段 ，将氧化镁从溶液中分离出来
。
脱水与煅烧
对氧化镁进行高温煅烧，去除 水分，得到高纯度的水镁石。
加工技术与工艺
01
02
03
粉体加工
将水镁石粉体进行研磨、 分级，得到不同粒度的水 镁石粉。
表面改性
通过表面改性处理，提高 水镁石与其他材料的相容 性。
复合材料制备
将水镁石与其他材料复合 ，制备高性能复合材料。

20
电工工具及材料
导体 耐火层 绝缘 绕包层 内垫层 铠装层 外护套
精选ppt课件2021
21
电工工具及材料
1.型号与命名
电线电缆产品的命名有以下原则： (1) 应用场合或类别； (2) 结构材料或型式（从内到外-> 导体-绝缘-内护层-外护层-铠装）。
(3) 特征（有时为强调附加特征，将特征写到首位或结构前）。
2.电力电缆类型 (1) 油浸纸质绝缘电缆；
(2) 塑料(聚氯乙烯）绝缘电力电缆。 (3) 橡胶绝缘电力电缆
精选ppt课件2021
30
电力电缆
电工工具及材料
精选ppt课件2021
31
电工工具及材料
电力电缆：线芯一般为铜、铝；绝缘层、内外护套一般为聚乙烯、聚氯 乙烯、橡胶；户外用有铠装。芯数有1、2、3、3+1、4、4+1等。
用途 类别
导体 绝缘
内护套
结构 特征
外护套
使用 特征
可只标注部分
1-2位字母
1-3位数字 1-2位字母
类别：（裸线、电磁线、电力及通讯电缆省略）； K-控制电缆；P-信号缆；S-数据、射频； ZR-阻燃；NH-耐火；WDZ-低烟无卤；B-布线；S-对绞；J-绞制。
用途：H-焊机用；T-电梯用；W-户外； DJ-计算机；N-农用直埋；JK-架空； Q-轻型；Z-中 型；C-重型；
导体材料：T-铜（省略，裸导线除外）；L-铝；G-钢芯；R-铜软线。
绝缘层材料：V-聚氯乙烯；YJ-交联聚乙烯；Y-聚乙烯；X-丁苯橡胶；G-硅橡胶；YY-乙烯/ 乙酸乙烯橡胶；Z-油浸纸。
内护套材料：Q-铅包；L-铝包；H-橡套；V-聚氯乙烯；Y-聚乙烯；F-氯丁橡胶

❖ 半导体陶瓷的共同特点是：它们的导电性 随环境而变化，利用这一特性，可制成各 种不同类型的陶瓷敏感器件，如热敏、气 敏、湿敏、压敏、光敏器件等。
30
热敏陶瓷 thermistor ceramics
热敏陶瓷是指对温度变化敏感的陶瓷材料。
热
热敏电容
正温度系数热敏电阻
敏
热敏电阻
（BaTiO3半导体瓷）
36
PTC热敏电阻
PTC是Positive Temperature coefficient (正温度系数)的缩写，是一种以钛酸 钡(BaTiO3)为主要成分的半导体功能 陶瓷材料，具有电阻值随着温度升高 而增大的特性，特别是在居里温度点 附近电阻值跃升有3～7个数量级。
顶层通常为导电性好、抗电迁移能力强、化学稳 定性高、可焊性好的Au膜，厚度1000nm；
有时为阻止底层和顶层间的互扩散，提高稳定性 和抗蚀能力，加入100～300nm阻挡层（如Cu）。
9
第三节 电 阻 材 料
凡利用物质的固有电阻特性来制造不同功能元件的材料都 称为电阻材料。它包括： 1. 调节器、电位器、精密仪器仪表用的精密电阻合金 2. 加热器用的电阻材料。 3. 传感器用的电阻合金 4. 电子工业用的膜电阻材料
34
4、时间常数（τ）
热敏电阻在零功率状态下，当环境温度由一个特定 温度向另一个特定温度突变时，热敏电阻阻值变化 63.2%所需时间。
起始温度：25℃～85℃或0℃～100℃
5、温度系数（αT）
当温度变化1℃时，热敏电阻阻值的变化率。
T
1 RT
•
dRT dT
αT和RT对应于温度T（K）时的电阻温度系数和电阻 值，在工作温度范围内，αT不是一个常数。

14
矿物填料的物理、化学性质
• 粒径、粒径分布
• 颗粒形状
• 比表面积 • 硬度 • 化学组成、化学活性 • 光学性能
• 电性能
• 磁性能 • 热性能
15
粒径、粒径分布
• 填料粒径、粒径分布 – 影响到塑料、橡胶的力学性能； – 影响到造纸填料、涂料的光学性能、流变性能。 • 一般矿物填料的颗粒粒径越小、比表面积越大，与高分子 树脂的接触面积也越大，填料与高分子的结合强度将增高， 可防止填料的迁移、填料分散均匀稳定，从而可提高塑料 和橡胶制品的力学性能。
31
聚氯乙烯电缆料用改性高岭土电性能测试报告
电 性 能
测试单位：机械工业部上海电缆研究所
电绝缘性能提高了23倍
32
磁性能
• 将粉状磁性材料加 入到树脂中，可用 塑料成型加工方法 制造任意形状的磁 铁或磁条，扩大磁 性材料的应用范围。 • 如电冰箱门密封的 塑料磁条、磁性棋 子棋盘、冰箱贴等。
33
与粘结剂按比例配制成各种规格的硬质轻 型保温材料。 – 水泥膨胀蛭石制品
– 水玻璃膨胀蛭石制品
49
蛭石
蛭石防火板
蛭石防火彩钢天花板
50
蛭 石
蛭石防火门
51
蛭石
• 阻燃、隔热、耐高温：38mm厚度蛭石防火板一侧温度加 热到1200℃时，另一侧的平均温度仍保持在81 ℃左右。 经权威部门检测， 38mm蛭石防火板在3小时烧检后，未 丧失完整性；背火面最高平均温升为137.1 ℃ ，未丧失隔 热性。 • 环保：无机材料没有碳元素和硫元素，不会产生CO2和 SO2这些影响大气的空气，也不会对人体产生危害。 • 重量轻：以同等规格、同等防火级别的防火门为例，蛭石 防火门的重量仅为其相应传统产品重量的一半。 • ……

电场作用下离子间的键合被拉长，例如碱卤化物晶体就是
如此。图5.2所示是位移极化的简化模型。
图5.2 离子极化示意图
• 离子位移极化主要存在于具有离子晶体中，如云母、陶瓷 材料等，它具有如下特点：
• （1）形成极化所需的时间极短，约10-13s，故一般可以
认为与频率无关； • （2）属弹性极化，几乎没有能量损耗； • （3）温度升高时离子间的结合力降低，使极化程度增加 ，但离子的密度随温度升高而减小，使极化程度降低，通
•
取向极化的机理可以应用于离子晶体介质中 ，带有正、负电荷的成对的晶格缺陷所组成的离 子晶体中“偶极子”，在外电场作用下也可发生 取向极化。
• 固有电矩的取向极化具有如下特点： • （1）极化是非弹性的； • （2）形成极化需要的时间较长，为10-10～10-2s，故 其与频率有较大关系，频率很高时，偶极子来不及转动，
因而其减小；
• （3）温度对极性介质的有很大影响，温度高时，分子热 运动剧烈，妨碍它们沿电场方向取向，使极化减弱，故极 性气体介质常具有负的温度系数，但对极性液体、固体的 在低温下先随温度的升高而增加，当热运动变得较强烈时 ，又随温度的上升而减小。
（4）击穿—指在强电场下可能导致电介质的破坏。
四个基本特性各有其基本理论。
电介质理论包括： （1）电极化响应理论 （2）电介质中电荷转移、电导和电击穿理论 （3）唯象理论：（用电介质的特征函数描述）从物理学
的角度论述与介电有关的各种效应，建立统一的唯象理论
—热力学唯象理论（建立各种宏观物理量之间的关系） （4）微观理论：主要介绍晶格振动和声子统计方面的知 识。 （5）铁电理论：在下一章中讲。
介电材料和绝缘材料是电子和电气工程中不 可缺少的功能材料，在工程应用中，常在需要将 电路中具有不同电位的导体彼此隔开的地方使用 ，就是利用介质的绝缘特性，也就是应用材料的 介电性能。这一类材料总称为电介质。 比较常见的介电材料是电容器介质材料、压 电材料等。绝缘材料和介电材料都是高电阻率材 料，但两者是有区别的，好的介电材料一定是好 的绝缘材料，但好的绝缘材料就不一定是好的介 电材料了。

材料类别
铁（Fe） 铂（Pt） 钯（Pd） 锡（Sn） 钽（Ta） 铬（Cr） 铅（Pb） 锆（Zr）
/ S·m－1 1.03×107 0.94×107 0.92×107 0.91×107 0.8×107 0.78×107 0.48×107 0.25×107
第二章 电性材料－§2.1 导电材料
合金材料
室温下一些合金的电导率
材料类别
/ S·m－1
Al-1.2%Mn合金
2.95×107
黄铜（70%Cu-30%Zn）
1.6×107
灰铸铁
0.15×107
不锈钢，301
0.14×107
镍铬合金（80%Ni-20%Cr） 0.093×107
第二章 电性材料－§2.1 导电材料
二、电阻材料的种类及应用
一类电阻率较高的导电材料，包括精密电阻材料和电阻敏感材料。
第二章 电性材料－§2.1 导电材料
3、其他纯金属
（1）银 特点：具有最高的电导率，极好的加工性，但价格较高。 在贵金属中，银又是价格最低的。 应用：接点材料、云母与陶瓷电容器的被覆与烧渗银电极、银基焊料、
导线电镀材料、制造高分子导电复合材料的导电相材料等。 （2）金 特点：电导率与铝相近，化学性质稳定，但价格昂贵。 应用：接点与电镀材料，引线和连接材料等。 （3）镍 特点：熔点较高，便于焊接。 应用：电真空器件(如支架、栅板、极板、隔离罩等) 。 （4）铂 特点：良好的化学稳定性、良好的加工性。 应用：触点材料、高温热电偶材料、厚膜导体及电极材料等。
（2）铝镁合金(Mg%＜1%) 特点：加工简便、焊接性和耐蚀性较好。 应用：软态合金可作电线电缆的芯线，硬态合金多作架空导线。
3、其他合金材料