10功能材料

第一 节述概

义定： 以殊的电、特、声磁光、、、热、力学化生及 物等性能作为学主要能性标指的一材类料 。是用非结于目构的技高材料术 用是于结非目的高构术技料。材

第1章0功能材料

Fnutconal iMteairlas

1

659年由美国尔实贝室验J.A的. orMto 博士首先提出n能功料概念

材

二功、能材料分类的 按化学分成 金 属 功能 材 陶 高复料 瓷分合 功 子功 能 功能 材 能材 料材料料 应用按域 电能领信 光 仪航 工 息 学源 空器 材材材 材仪航 料料 料料表 天 材 材 料 料按用使性 能电 光 声磁热隐 功功功 功功 能 形 能能 能能材 材材 材 材材 料料料料 料料

功 能材料的状现

近几来年，能材功迅料速展发已，几有十大类，1 万0多种，品且每年有大量新品都种问。世现开发已 的物理功能以料最多材，主要： 有1单）能功材料如，：电导材料介电材、料铁电、 1）功能单材料如 导电：材 料电介料 材铁 材料电、磁材料性、磁息材料、发热信材、热料 材料控、学光材、激料材光料、红外料材等。 2功能转）换材料，如：压材电、光电材料、料 电热料材、磁材光料声、光材、料流变材料电磁 、材敏、料致伸缩材磁料、色电料材等

3。）多功材料能如：振降防材料噪三防材料、（ 热、防防激和防核光、电）磁料材等 。4）合和复综功能材合，料如：形状忆记材料、隐 材料、传身材料感、能智料材、示材显、分料离 功材料、环能材料、电磁境屏材蔽等。料5 ）形新和新态念功能材料概如：液，材晶料、梯度材 料纳、材米料、非平衡料材。 目等，化学前和生物能材功料种类虽的 较，但少发展速其度很快其，能功更也样化多。

……

……

…

…

能材料的功展

展望2望1世纪，功能材的料展趋发为： 1）势发开高术技需的所型功新能材料，特别尖 端是领域（空航天航分、电子子、新学能、 源洋技海和术生命学科）等所和需在极条件 端下（超高、温高超压超、温低强、蚀腐高、 真空强、射等辐）作的高性工能功材料能；2）功 能材的功能料单功能从向功多能和合或复综合 功能发，展从低级功向能级功能高展发

；1

3功）能材料和器件的一化、高集成体、化 超微化、型高积密和超分子化；化 4）能功材和料构结材兼容，即料功能材料 结化构，结材构料能功； 化）5进 研步和发究展功材料的能概念、新 5）新一进研步究和发展功能料的新材概念、 设新计新和工；艺 6）完善发和展能功材检测和料评价方的法； 7）加功能材料强应的研究用，展功扩能料 材的应领域用加强推广，熟的研成成究果，以 成生产形力。

主

要内

 容功电能料  磁材能材功料

热功能材 料 功光材能

料

其它 功材能料简

介

二第 节功能材电

以料殊的电特性能学各或种电效应为作要 主能指性的一标材料。类

导半 体材 料导超材 料 电点 （接头）材料

绝触缘体

导

材料的电类分

按电导机可分理为：电导子材料电和离导子材电料大类。两 电子导材电料包导括体超导、和半导体体：

半导体

00 1101 01 1203 04 105

导1

体16

01

-70 0-1 10-6 50-41 013-1 02 -0-11

电

导率 S/σm超导

体σ→：

∞体电导阻率式

电阻率公公：

式导体

料的材应

用属金体材导主料用要作电缆：料、材电材机料 导电、引材线、导体料布线材料、射屏辐蔽料材 、池材电料开关、材、料感器材料传信息、传输材料 、释静放材料电和点接材等，料还可作以各 成料释放 静电材和接点料料材 还等可作以成各种 金属填充料和金属材合材复料 合。导金体料材主要作用电材阻和热料电偶料材 ，如铑-铂铂热偶电。等非金 属导体料材要主用耐腐作蚀导体导电填和。料

 i T

i取决于晶格缺陷的ρ 少，缺陷多越，ρi多大越一，

与般温度关； ρT无取决晶于格热振动的

。

电率阻随温着度升而高高，升这是体的一导特个征。

2

、一导体半材料导电性

介能于金属和绝缘体间； （之＝σ01-7～014

）（一）导半体能带的结

构（1）能 带nEery Bgnda

当大原量结合子晶成时（体如，1109原个子 大约形可1mm3成晶的） 体由相邻原子于子云相电互交，叠对应 孤立于子中原每的一能都将分裂级有成定一量 能宽度的带。

能基概本

具有念负的电温度阻系数 具。有负电的温阻系度 （数体具导有的电阻温度正数系

）()2

带隙

能

之间的区带域

（）禁带 3隙不存在带子的电能 级（4价）带对 价电子应级的能带能 () ( 5 空)带 价带面的能上带

体的能带导中都末被有满填的带价在外电，场的 用作下，电可由价带子迁跃导到，带而形成电流 从绝体缘能的带构是满结带与导之带间被一个宽较的 带所隔禁开在，温下几乎常少很有子可以被电发激 越禁带过，因此其导电率很。

低M，gZn

6）（导 最带近价靠的空带 （7带满） 带带被价电子满填

u，Al

C

半导能体结构带下面是价， 带其带价充是满电子了，此是因 个一满价。带上面导是，而带导带 是的空。 价满带空导和带间是之禁带 ，禁带宽其比较窄，度般一1ev在 右。价左带中的电受子量能激 发，后果激发能大如于Eg，电 子可从价以跃带迁到导带，上 时在价同带中留一下空个能的级位 --空穴。

半置导体的电导机理

导体半价带中电的受子激发从满价带后跃 到空带导中跃，迁电可子导带在自中由运动，传 电子导负电荷的同。时在，满价中 带留下

空穴，穴空带电正荷，在带中价空穴可留下 穴 空空穴正带荷 电价在中空穴可带按 电子运相反的动方运向动而导正传电荷。 此，半因体的导电导来源电于子空和穴运的 动，电子和空穴都是半体中导导电的流载。子

（3二）典型导体材半及料其用应按

组成类分 素半元体 化合物半导体 导固溶半导体

元体素导体半

1.

元半导体

高素度纯、无缺陷的元素 半体导。质 浓杂度小于01-

9本半导体征 质半导体杂

本征在半体导有 意中入少量加的质元杂素以， 制控导率，电成杂质半形导体 。

本征

导体半泛广究的研元素是SiGe和、金石刚。 刚金石看作可碳元是半素导体，它的质性1是92 5年由Gutesr发的。除了硅现、锗金、石刚外， 余的其导半体素一元般单独使用不 因。为本半导征体单体位积内载流数目子较少，比需 要在高下温工电导作率才大故应，不多用。

杂

半质导体

用将杂利元质素入掺纯元素中把，电子从 杂能质级带）（发激导带上或到者电把从价带子 激发到质能级杂，从上在价而带产中空穴生激发 的非本叫激征或杂发质发激这种。半导叫体杂质半叫 本征非激发杂质或发 激这半种体导杂质半 叫体。 导质半导杂体本也身存在本激征，发般一质杂 导体半中掺杂杂的质浓度低很，十亿如之一就 可达到目的分

杂。质半导体n型半 体导p型 半导

体

掺杂原子价电 子的多于纯元素 价电的子，称又施 型半主导体掺 杂子原价电的子少于纯 素的元电子价 又，受称型主导半体



n半型体导电子型，施（主型） Ⅳ族元素（C、Si、GA、Sne）掺入以中V族 A元（素、Ps、AS、Bbi。） p型半体导（空型穴，受型主 ）ⅣA族元（素C、SiG、、Sne）掺入以ⅢA中 元素族如B）（时。

4

2. 合物半化导

二元化合物体 aAsG砷化（）、C镓S镉d、iSCG、e锗、SA Sse3等。 硒三化合元 AgG物Te2、AgesSe2A、CCdunSe4T（等碲）

3.固溶 体导体半由两

或种多种元素化或合物互而溶成的 。二元固系体半导体溶最重 要的红外 探 测iB-b S器料材 三系元溶固半导体 元体固系体半导溶体（ 碲汞）Hg1-镉xCxTd 用于高e响 速镓（砷）磷GeAs-x1xP应 器件

光通、信

发等光二管极

GaA

s

备制

隧道二极管

导半材体的料用应1、半导

材体料在成电集路的应上用：早最用锗晶制 单二极管和三造管；现在发极展器件，硅以硅晶单为基材的 集成路电在子器电件占中主导地。位 化合物导体半砷化做微镓、波超频高晶管等体 化合；半导物体化镓砷微波 做超频晶体管高等 2半导、体光电在子器、件微器件波和电耦声合器的上 应用发：光管、光激、器电池光、光集等； 3、成导体半材料传感器上的应用：半在体传感器

导、超二

导材料1 超

材导料的义 19定1年O1nns H Ke在究研低极温下度金属电导 性发现，当时温降度4到.K2时，汞的电阻率突然降低 接近到于零 这种现象称为的汞导超象现降低到接 近零。这于种象现称汞为的导现象。 从此，超超材料导的研引究起广了泛的关注现 已发，现了千种超导上料材。 导超电象现：材的电料阻温度随降低减而并小 最出现终零电的现象阻 超。导体低于某：一度温现超导电性的物质。

出2.

导体的基超本特 性)1零电阻

闭回路中合电流永久流

动J

C :界临电密流度2 抗)磁(性迈纳斯效应 )磁浮 HC:悬临 磁场强界度 3) 瑟夫约效应森电子 穿过超可导中体 绝缘体夹的层(n1m

)3.

常 超用材料 1) 元导超导素体 •共2 种6T：，Zri • T…C太低最（的高N,b～ 9.2K）,无 实用值 2价) 金合导超体• Ge b3（23N2.K）, iT-Nb系合金 系合 （金1K） • 强度0高H，低，CJ 高C，早应用 期)3 金间属化物合超导 •体N 3Sn（b8.31K, HC） 比合超金体高 导• 性脆大不，易加工成材、线带材

5

4) 瓷陶超体 导 •BaYuCO9（0K）,B iCrCoCuO110K（, • Ti）BCaauO（C102） K •可液在温度氮77K），称为高温（超导 体•可 望实 用5 高)分超导子体• 数亿在帕压下，可气导超，T 低但（1K0） 4 超导.材应料用举例C

导超体的场强很磁强,成本和运转 用费低一,个直径为 .3米5磁,感强度为2特 超的磁导和体常规铜线 成绕磁相比体,超体 导线绕磁体成比 相超体导 的建造和运转总费用是2 26万元,美常规的是386万美 。元

日

的本导超磁浮列车

超导数字电路

导核磁超振

共德

国的超磁导浮车列

磁

浮列

车20

40我国年自的制原理超导磁浮新列

车

超导缆电

超导电

机

导磁超分装离置

磁场强理种处子

6

在军事业工的应用 中高能 粒 子 速加器 无 绳 灯电

导超限流

器导超储能

材在制备中料的应

用三、

接电（点触头）料

电接材是建点和解除电接立触导的构电， 广件应用于电力系统泛、器装电，置器仪仪、 电信和表电子备。设 按负电荷的小大电接，点为分强：电 、电按荷负大 的电点接为 分电 电中和电弱。

（一

）强电点接料材

负电大荷，要求接电材点：接触料电阻低 耐、蚀电耐、磨、高损的电耐压强度、好的良来 电能力弧一，定的械强机。度 一采般合金用料。材

气开关空点材料接 系合银 ：金Ag -dO、CA -geF、gA-、Ag-石W墨 系铜金 合如：u-WC 、C-石u 墨 真空开接点关材料 C-uB-Ce、i C-uFeN--Co-iB、iW Cu-B-i-Z合r 

金7

（

）弱电二接材料

点电弱点电负接及荷械负荷都机小很要， 接点材料有求极好导电性的、极的化学高稳性定 、良的抗电火花好损烧性和耐性。 大磨用贵金属合多金料材。

（

三复）合接点料材

通过合理工艺将贵属金点材料与非接贵金属 基材体结料在一合， 起外国0%以9上的电接点采弱复用接点合 料材。 材

常用的弱料电点材接有： Au料 系金（ Ag系 （银） ）t系P（铂 ）d系P钯）（

第节三 磁能材料功•

性是物质的磁本基性之一属。磁性象现与是各形式 种的荷电动运相联的，关于物质内部由的子运动和自 电会产旋一生定小的磁场大，而产因磁性。 •生一切 物都具有磁性。质但磁性料通常是材那些指实在 际工程意上具有较强磁义的材料性 。工际程义上意具较强有磁性的料 •材磁 材性料是电工子业重要基的功能材料础广泛，用 于计应机、电子器算件通讯、、汽和车航航天空工业 等领 • 域前当国我性材料磁的发展居界之世首已经，为世界成上 永材料磁生量产最的大国。家

一、材料的磁

应 感1.真空磁 应强感 度B

B真 真=m 0H H 式中 —， 场强度磁 — 真0空导率磁2

. 材料的磁感应度 强B 材式中， 材料—的磁导率

B材  H

外在磁加的作用场下磁会 磁体回线滞被磁 ，化磁体部内磁的感强度 应B随磁外H场的化是变线非的，性当 H减为零时少B，并未回零值到，B 出现 剩Br磁。磁感强度滞应后于Br 磁场 度强变的性质化为磁滞性。称 cH 为图性物质的磁滞磁线；曲图为磁性 质的磁物滞曲 要线使磁消剩失通常需，进 行O 向反磁化将。B= 0时的H 称值为 矫磁力 顽cH ；Br为称剩余磁应强感度， sB称为最大磁 应强度（饱和感磁 应强度）。感

Bs

H

、二抗体、顺磁体、磁和磁铁体1. 磁体抗——内部 矩削磁弱外了磁场材的料即 μ

8元

3

.铁体 ——磁部内矩磁大增大强磁外场材的 料μ>> μ0 即 如Fe、oCN、i、d 4G. 氧体铁 —具有铁—性的金磁属氧物化具有 铁磁的性属氧化金 物如M ·FOeO2 ，其3ＭＯ为中金属化氧物，通常 Ｍn是ＯZnＯ

或三

软、磁材 料—在—磁场外作下很容用磁易化，掉去磁外 时场又容很易去的磁磁材性。 1料.软 材磁料特性 •的 磁导高，率低矫顽力

2.

常 软用材磁料1) 电纯铁

工、四磁材料 硬适用直于流压器铁芯 变——在外场磁作下用不易磁容化去，掉磁 场外时不容又易去磁的磁性料材 。1 硬.材磁的料特性 •低 磁导率高，顽力矫 2 .常硬用材磁料1 )铝 镍钴系（F-Ai-eNi-oC ,阿尔尼）科良 好磁特的性和热稳定，剩磁性，磁高面 积能，矫顽力大适中硬。脆，难加工而。铸 或粉造末结成烧形

w

C 0. 04%

2

硅钢)

片wiS 0.5 %4 .%5适用 交流于变压铁芯器

3)

eF A合l金F -eAl合

金

wAl  %6 1%6适 于用弱磁场压变铁器

芯

) 4氧体软磁材铁料 以Fe 23 O主要成分为的复氧化相物，广泛用于 广播、通和讯电视业工是制，作磁性线天、 中周变器、压感增线、圈电聚视线圈的重集 要料材

2

)铁 体氧磁硬材（料 aBeF21O，钡恒9） 与金属因磁材此相料，电阻大、涡比损流小失 成本，，耐化学低蚀 3)腐稀土系 磁永钕（硼永铁合金磁磁王， 稀土元素）过与渡族属金eF、o、CCu、r等 稀Z元素土与过族渡属F 金CC 等Z或 金属元非B、素CN等组、的化合物。 高成矫顽力，能面磁最积，而大体积且小、 量轻重比、功率、大效高、率本成低较

第

节 四功热能材

料着随温的变化，材度的某料些理性物会发生显著能化 变热冷缩 胀状形记效应 热电效应忆

9

膨胀材1

料膨热:胀指是料的长度或体积材在不外力时随加度 温升的高而变的现大。象 料热膨材的本质胀原子间的平 距离均温随的度高而增升 大即由原是子非的谐简动振起引的。 热膨胀数

系陶的瓷结键合离子（键和价共）键强最金 的属金属键）（之 高聚物次（范德的力华）最弱

花岩岗 墨 石铝 2.323 .0 .0 2 铜7.1

5热

膨系数

胀

0-61/

K灰铸铁

钻

石 .3 1纤维 -0碳.5

9.0

材热料胀系数: 膨与其子间原的合键强弱有关 结合接键越强则给定温，下的热度胀系数越小膨，

龙 尼聚甲丙基烯酸甲酯( MMA) 聚氯乙P烯 PV()

C12

.0 80.5 00.80

常的膨胀材料用包括膨胀低材、定膨胀料材料 和热金双属料

1) 材膨胀材低

• 低膨胀材料是料热胀膨系数小的材较，料叫因也（瓦Invr） a合。金• 要主应用精密于器仪、准标具等以保量仪器精度的证 定稳及设备可靠的性。

2)

•

•

膨胀材定料定

膨胀材料是在某指一度范温内具有一定膨围胀系的数材，料称可伐（也Kvoar ）合金 ；主要于与用玻、璃瓷等材陶相料封，接要与求被封材接料膨胀系数相匹配的

。3) 热双金材属

料• 由胀膨系数同的两种不金属沿片层间焊在合一起的 叠层合材料； • 复较高膨胀数金属层系为动主层较，低的被为层动 如。J115热金双是由Mn75属N1i5C1u（主0动层 ）如J51热1金双属是M由7 N51i5C1 （主动层）0与Ni 6（被3动）层成组受热。，双金属时向被 片动层弯，将曲能热化转成械机能。 •可 用各作种测量控和仪制的表感传元件

。

未受热

高 动主 层M7nN5i15u1C 低0 动层 被Ni63

受热

可作为后各测量种控制仪和表传感元的件

10

2

状记形合忆

1金) 形记状忆象（现示演实验

）天线

是可一直个径 数米庞然的物，怎大么 够能在小小装的月 登送舱太空呢上？

2)形状记忆效

应金处于低温相时变形合,加热临到温界度(逆 相点)通变逆相变过复恢其原始状，称形之为形状 记

忆效应。包括程单记效忆、应双记程 效忆、应全记忆效应程。初

状始 态温低形变 程 单双程 全程 加 热 冷却

3)

形状忆记理简介原形 状忆合金记会中形成一 种特殊的氏马片体，它可 随以度温降的低长而大，随 度温的升而高弹性缩小，这种 特的殊马氏体 缩小 种这殊特马氏体的被称为热 弹马氏体。 性弹性马氏热逆相变体 能够时全完恢复到地相 和变形前状样的母一相状态

T。A A 温 度 升 高

AAf温 M A度S 降 S A 低 MfM M MM

11

4) 常用形状记

合金 常忆形状记用合金忆T -iiN 系金合 uC系合 F金e 合系金

1.

i-Ti N合系金wNi  5408.% 56.06%的 i-NiT合 金最是 成早功用的应用合实，也是目金用量前最的大形 状忆记合金。它具很高的抗拉有强度和劳 疲度及强很的耐蚀好性且密度较小。 ，TiNi-Nb、Ti-Ni--CuT、-iNi-e F是新型 的等状记忆形合金。 iTN-i 合金性系能优, 良但本高成难加、

工2 Cu.系 合 Cu金-Z-Al、nC-Ni-ulA 是较比用的 实C 系 形u状忆合金。记与 i-Ti 合金N相比C，-Ni-Aul功能 差要 些一，加工容易，但成低。本 3.F e合金系 e F形状系忆记金合主要有 FePt-Fe、-dP 、FeN-iC-oTi-、F-ei-C、NF-en-MiS 系列合等金Fe 系状记形合忆的金本成 T比-ii 系合金N 及Cu 合系低得金多且易，加于工 具，有明显的竞 争势。优有 些分子材料高也有形状记具功能。忆

5 )状形记合忆应用举例

金魔力“水”车

国中技馆里科,“ 力魔水车” 一个大大轮子,的 有没任 驱动力, 但它何在却自动、 地永不息地停旋着.转

“

魔力水”车叶片是的用有程双忆功记 的形状记能忆金合制片作的，记能住己自两温个 时度形状。的 槽里水的水6有℃左右0，叶入水后片， 要它回60到℃温时的度形状在形状。化变过的程 ，中片叶对水有一作用力个，水叶对的片作反中 叶片对水有 个作 用力 对叶水的反片作 力就用使轮子转起来旋。当叶片 水冷出却后叶片，会恢到低复温时 形状。的片叶形状的在两个这度温间之循环变 ，就化使子轮自地动不停永地旋息转

。

临床 医 学中 的 应 用

日 生常中的应用活

1

2

怎

用样状记形忆合铆钉将金块板两铆？接

3测温材料热电偶

应用最广的一是测温种件，原它是两由种 同不料材线导连成接的路，其回感的基温原理本热是电 应效

由。种不同的导两体（或半导）A体、B成组闭合 路回，当两接点触持保在不同温的T度1 ，回路合 两当触接保点持在同的温不T1度 2T，回时中路将有电通流过此，回称路为 电热回路回路。中出的电现称流为热电流。回路 出现的电动势中EA称B珀尔贴为电动

常用热电偶材势料

电热偶料材铜- 康 铜铬镍-镍铝 铑铂- 钨-铼 金铁铂 温低热电偶

适温度范合

围-20-4000℃ 适温度范合围 13

℃适合

温度围范-2 0-7℃

0常热电偶用材料

五节第光 功能料材

光能功材按料途用为 光介质分材 固料体激材光料固体 发光料 材非线光性学料材 金铁光电晶体材 光导料纤 维光薄膜学弹 光与声光料材

1等

3

一

、体激固材光料自

960年1梅研曼出制一台第宝红激光石以来器激，光器的制和应用研有飞速了展发 ，在业工医疗、、用民国防、领域等用应泛。广

•宝红工作石质，物在 晶体单刚基质中玉入少量掺三价的铬离子形成后激活的体。晶 •掺的三价铬入子是激离活，剂发起中心的作光。用出波长为输6493.mn为红，光色；

掺钕铝

石榴石（Nd：YG）A作 物质，工出的波长输1为0.μ6呈m白 色光蓝 ；白蓝光 色钕璃玻作物质，工输出长 波1.6μm0紫蓝色呈光

。

体气激光氦－器氖（H-Nee）激光

器

分子•气激体光中主要器使的用C为O2光激器

红激色光（长波为65nm0） .7G4B

蓝光 盘波长较短（405mn）蓝激光 2色GB7

二

光导纤、维

•

纤光是种非常一的可细曲的弯导光材料 • 。根光单的直纤约为径几几百微米 到 •内由层材料芯（）和料包材层料涂层）组成的（ 合复结。为了保构护不受其损、最外面再加坏 一层塑套料

覆管层: 高强料材

反全射现象

纤:高芯明固透材体料包 层 :射率折较芯纤低固体材 料

总外

1径5220~μm

0

1

4

光纤

料

材 •按纤材光料的组分同不分为石可英纤、多组光氧分 物玻化璃纤、非光氧物化玻璃纤、光晶体纤光和 聚物光纤高 •。 石英光是纤以SOi2主成为分成制。目的前讯通光 用纤是都SOi2玻光纤璃。

生产

法方

①棒管法：将内玻璃棒插芯入外层玻璃中管（量紧尽），熔融拉密丝 ；②坩双法埚在：两个同铂心坩埚，内内将和芯层玻外料分璃别入放内、坩外 埚中； ③分子填法：充将孔石微玻英璃棒浸入高折射的添加剂率液溶中，得需折所 率射布的分面结构断再 进行，丝拉操，它作的艺工较比复杂 … 。内气外相积法 ，沉以保能证制出造损光率耗的光低导维纤。光 导维应用纤还要做成时缆，光光 中缆光纤维导的数可目从以十几到百几根最大，的达40到0根

0六第节



其它功能材料

一、

感材料

分为敏声：、、光电压、、气磁热、湿、力、、 化电学、生物等感敏料材

感材敏料储氢 料材 氢 隐材料 形声能功料材

（）一敏感气材 料）敏气材感

料着随环气氛境变的化这，类料的材 电阻明会改显变俗，称电“鼻”子， 用以 检测环 中境气氛变的化。

成分：种各化物陶氧瓷 。典型有的：Sn 2O、nOZ、 Fe2-O3、rZ

O2 α、-eFO23 T、i2O 等几何状：形薄 型、厚膜型膜、孔多型

15

应

用nSO2气陶瓷敏：用于氢 、甲烷、丙、烷醇乙、丙、一酮化碳氧、气、 天然煤的气检测

。rO2气Z陶敏： 用于瓷水中钢氧量含测的 定Fe-2O3敏陶瓷：气用 于测还原性气体检 α -F2eO3气 敏瓷陶 ：用检测异丁烷气体、石于油液化等 气nO掺Z入同的催化不 用剂检测丁烷、于丙等烷体气

（二）光敏感

料材光敏 材料是指与光感发作用后生， 些某质性发生会明显化变以反映， 信号光的弱强及携其的带信。 息要有：主 要主 有光电阻材敏料 光池材电 光料敏维

应用纤

测光探号信用光 电阻敏料（材aAC、sdC、SbSP、PbSe) 制，光电转换元件 成 能太阳电池 硅能较理想是太阳的电池能材，料化 镉硫砷、化、砷化镓、镉乙聚等炔也是 太能电阳池料。材

（

）三敏声感材

压电材料：压料晶体电、压电瓷陶。晶

体极化 正负电、荷心发生中离偏正 电负荷心中生发偏

离逆压

电效应

晶

体受压拉或

施与力 方向垂的 表直产面生束 缚电荷

∽

正负荷中电重心 合故不，电带

+

+ ++

- --压 晶体产电变生形 外电受的作场用，产生 极

化压电

应效

16

常用压的电料材压

晶电 体英石酒、石钾钠、酸酸二氢磷铵 、碘锂酸钽酸锂等、压电陶 瓷酸钛、钡钛铅酸锆钛酸、等铅

用应日

用 扩音器、话、钟电表、频率稳器等定超 声应 水下观用测通、、探信、机械测转能 成电能换制引爆装置、成电压火器、引 声波超洗、清接焊打孔、、无检测 等损

二、储

材料氢储

氢合金

储量大、氢重轻量、资 源丰富、价低廉格、 分解但度温>2高05 ℃aNL5i室 温可活即、吸氢释 氢容易 但化成高

本

（1 基）本理原镁系

与作用氢成生氢化 储氢物料材T P、

氢储

稀土系 钛

系钛铁系和

锰系钛价格便宜 点缺活化：困、反难复 吸氢性能后降。下

氢化分物

解

出氢

放降

低、T压力

或应用

储容器 储氢合氢的储金密氢度于液态高的氢密。 度氢化电物 极镍氢电池比量能高、人对体害无 。制超纯备 含有氢质杂氢的气储与合氢金触，接被 合金氢收，杂质吸则被附吸在金表面合

。三

、隐材形

隐身料术是通技过低降器武备等 目标的装探测可信特息征，使敌方测 探统系以发现难或发现者离缩距短综 的合技。 术泛广用：于机、导弹、飞克坦 舰、等。

船

71

雷

隐达材形

料达雷隐身术技中目主前使要 吸波涂料用吸 结构材波 透料波材 智料蒙能皮料

材四声功、材料能

主要用声在射、发声收接声光转、以及换 吸声收方等。面声吸

基本收原理

部一 被反射

一分部分过 材料

声波透

声入波射刚到界性面时， 部分被大反。而当射波声 射到多入、孔

透气或维 入射纤到孔多透气 或维纤材 料时，波声会进材料入并引起 隙中空空的和纤气 振动维从而，使部分声一 能转为化量而耗散，热 材故料吸声有功。

能一部分被 收吸

用常吸材声料吸声

料材

玻璃丝、 玻璃

棉 岩棉、、 渣棉

矿

机无纤

氨维甲基酯酸 、醛泡沫脲塑料

泡沫塑料

棉

、麻 等植纤维物

有纤机维

1

8

第一 节述概

义定： 以殊的电、特、声磁光、、、热、力学化生及 物等性能作为学主要能性标指的一材类料 。是用非结于目构的技高材料术 用是于结非目的高构术技料。材

第1章0功能材料

Fnutconal iMteairlas

1

659年由美国尔实贝室验J.A的. orMto 博士首先提出n能功料概念

材

二功、能材料分类的 按化学分成 金 属 功能 材 陶 高复料 瓷分合 功 子功 能 功能 材 能材 料材料料 应用按域 电能领信 光 仪航 工 息 学源 空器 材材材 材仪航 料料 料料表 天 材 材 料 料按用使性 能电 光 声磁热隐 功功功 功功 能 形 能能 能能材 材材 材 材材 料料料料 料料

功 能材料的状现

近几来年，能材功迅料速展发已，几有十大类，1 万0多种，品且每年有大量新品都种问。世现开发已 的物理功能以料最多材，主要： 有1单）能功材料如，：电导材料介电材、料铁电、 1）功能单材料如 导电：材 料电介料 材铁 材料电、磁材料性、磁息材料、发热信材、热料 材料控、学光材、激料材光料、红外料材等。 2功能转）换材料，如：压材电、光电材料、料 电热料材、磁材光料声、光材、料流变材料电磁 、材敏、料致伸缩材磁料、色电料材等

3。）多功材料能如：振降防材料噪三防材料、（ 热、防防激和防核光、电）磁料材等 。4）合和复综功能材合，料如：形状忆记材料、隐 材料、传身材料感、能智料材、示材显、分料离 功材料、环能材料、电磁境屏材蔽等。料5 ）形新和新态念功能材料概如：液，材晶料、梯度材 料纳、材米料、非平衡料材。 目等，化学前和生物能材功料种类虽的 较，但少发展速其度很快其，能功更也样化多。

……

……

…

…

能材料的功展

展望2望1世纪，功能材的料展趋发为： 1）势发开高术技需的所型功新能材料，特别尖 端是领域（空航天航分、电子子、新学能、 源洋技海和术生命学科）等所和需在极条件 端下（超高、温高超压超、温低强、蚀腐高、 真空强、射等辐）作的高性工能功材料能；2）功 能材的功能料单功能从向功多能和合或复综合 功能发，展从低级功向能级功能高展发

；1

3功）能材料和器件的一化、高集成体、化 超微化、型高积密和超分子化；化 4）能功材和料构结材兼容，即料功能材料 结化构，结材构料能功； 化）5进 研步和发究展功材料的能概念、新 5）新一进研步究和发展功能料的新材概念、 设新计新和工；艺 6）完善发和展能功材检测和料评价方的法； 7）加功能材料强应的研究用，展功扩能料 材的应领域用加强推广，熟的研成成究果，以 成生产形力。

主

要内

 容功电能料  磁材能材功料

热功能材 料 功光材能

料

其它 功材能料简

介

二第 节功能材电

以料殊的电特性能学各或种电效应为作要 主能指性的一标材料。类

导半 体材 料导超材 料 电点 （接头）材料

绝触缘体

导

材料的电类分

按电导机可分理为：电导子材料电和离导子材电料大类。两 电子导材电料包导括体超导、和半导体体：

半导体

00 1101 01 1203 04 105

导1

体16

01

-70 0-1 10-6 50-41 013-1 02 -0-11

电

导率 S/σm超导

体σ→：

∞体电导阻率式

电阻率公公：

式导体

料的材应

用属金体材导主料用要作电缆：料、材电材机料 导电、引材线、导体料布线材料、射屏辐蔽料材 、池材电料开关、材、料感器材料传信息、传输材料 、释静放材料电和点接材等，料还可作以各 成料释放 静电材和接点料料材 还等可作以成各种 金属填充料和金属材合材复料 合。导金体料材主要作用电材阻和热料电偶料材 ，如铑-铂铂热偶电。等非金 属导体料材要主用耐腐作蚀导体导电填和。料

 i T

i取决于晶格缺陷的ρ 少，缺陷多越，ρi多大越一，

与般温度关； ρT无取决晶于格热振动的

。

电率阻随温着度升而高高，升这是体的一导特个征。

2

、一导体半材料导电性

介能于金属和绝缘体间； （之＝σ01-7～014

）（一）导半体能带的结

构（1）能 带nEery Bgnda

当大原量结合子晶成时（体如，1109原个子 大约形可1mm3成晶的） 体由相邻原子于子云相电互交，叠对应 孤立于子中原每的一能都将分裂级有成定一量 能宽度的带。

能基概本

具有念负的电温度阻系数 具。有负电的温阻系度 （数体具导有的电阻温度正数系

）()2

带隙

能

之间的区带域

（）禁带 3隙不存在带子的电能 级（4价）带对 价电子应级的能带能 () ( 5 空)带 价带面的能上带

体的能带导中都末被有满填的带价在外电，场的 用作下，电可由价带子迁跃导到，带而形成电流 从绝体缘能的带构是满结带与导之带间被一个宽较的 带所隔禁开在，温下几乎常少很有子可以被电发激 越禁带过，因此其导电率很。

低M，gZn

6）（导 最带近价靠的空带 （7带满） 带带被价电子满填

u，Al

C

半导能体结构带下面是价， 带其带价充是满电子了，此是因 个一满价。带上面导是，而带导带 是的空。 价满带空导和带间是之禁带 ，禁带宽其比较窄，度般一1ev在 右。价左带中的电受子量能激 发，后果激发能大如于Eg，电 子可从价以跃带迁到导带，上 时在价同带中留一下空个能的级位 --空穴。

半置导体的电导机理

导体半价带中电的受子激发从满价带后跃 到空带导中跃，迁电可子导带在自中由运动，传 电子导负电荷的同。时在，满价中 带留下

空穴，穴空带电正荷，在带中价空穴可留下 穴 空空穴正带荷 电价在中空穴可带按 电子运相反的动方运向动而导正传电荷。 此，半因体的导电导来源电于子空和穴运的 动，电子和空穴都是半体中导导电的流载。子

（3二）典型导体材半及料其用应按

组成类分 素半元体 化合物半导体 导固溶半导体

元体素导体半

1.

元半导体

高素度纯、无缺陷的元素 半体导。质 浓杂度小于01-

9本半导体征 质半导体杂

本征在半体导有 意中入少量加的质元杂素以， 制控导率，电成杂质半形导体 。

本征

导体半泛广究的研元素是SiGe和、金石刚。 刚金石看作可碳元是半素导体，它的质性1是92 5年由Gutesr发的。除了硅现、锗金、石刚外， 余的其导半体素一元般单独使用不 因。为本半导征体单体位积内载流数目子较少，比需 要在高下温工电导作率才大故应，不多用。

杂

半质导体

用将杂利元质素入掺纯元素中把，电子从 杂能质级带）（发激导带上或到者电把从价带子 激发到质能级杂，从上在价而带产中空穴生激发 的非本叫激征或杂发质发激这种。半导叫体杂质半叫 本征非激发杂质或发 激这半种体导杂质半 叫体。 导质半导杂体本也身存在本激征，发般一质杂 导体半中掺杂杂的质浓度低很，十亿如之一就 可达到目的分

杂。质半导体n型半 体导p型 半导

体

掺杂原子价电 子的多于纯元素 价电的子，称又施 型半主导体掺 杂子原价电的子少于纯 素的元电子价 又，受称型主导半体



n半型体导电子型，施（主型） Ⅳ族元素（C、Si、GA、Sne）掺入以中V族 A元（素、Ps、AS、Bbi。） p型半体导（空型穴，受型主 ）ⅣA族元（素C、SiG、、Sne）掺入以ⅢA中 元素族如B）（时。

4

2. 合物半化导

二元化合物体 aAsG砷化（）、C镓S镉d、iSCG、e锗、SA Sse3等。 硒三化合元 AgG物Te2、AgesSe2A、CCdunSe4T（等碲）

3.固溶 体导体半由两

或种多种元素化或合物互而溶成的 。二元固系体半导体溶最重 要的红外 探 测iB-b S器料材 三系元溶固半导体 元体固系体半导溶体（ 碲汞）Hg1-镉xCxTd 用于高e响 速镓（砷）磷GeAs-x1xP应 器件

光通、信

发等光二管极

GaA

s

备制

隧道二极管

导半材体的料用应1、半导

材体料在成电集路的应上用：早最用锗晶制 单二极管和三造管；现在发极展器件，硅以硅晶单为基材的 集成路电在子器电件占中主导地。位 化合物导体半砷化做微镓、波超频高晶管等体 化合；半导物体化镓砷微波 做超频晶体管高等 2半导、体光电在子器、件微器件波和电耦声合器的上 应用发：光管、光激、器电池光、光集等； 3、成导体半材料传感器上的应用：半在体传感器

导、超二

导材料1 超

材导料的义 19定1年O1nns H Ke在究研低极温下度金属电导 性发现，当时温降度4到.K2时，汞的电阻率突然降低 接近到于零 这种现象称为的汞导超象现降低到接 近零。这于种象现称汞为的导现象。 从此，超超材料导的研引究起广了泛的关注现 已发，现了千种超导上料材。 导超电象现：材的电料阻温度随降低减而并小 最出现终零电的现象阻 超。导体低于某：一度温现超导电性的物质。

出2.

导体的基超本特 性)1零电阻

闭回路中合电流永久流

动J

C :界临电密流度2 抗)磁(性迈纳斯效应 )磁浮 HC:悬临 磁场强界度 3) 瑟夫约效应森电子 穿过超可导中体 绝缘体夹的层(n1m

)3.

常 超用材料 1) 元导超导素体 •共2 种6T：，Zri • T…C太低最（的高N,b～ 9.2K）,无 实用值 2价) 金合导超体• Ge b3（23N2.K）, iT-Nb系合金 系合 （金1K） • 强度0高H，低，CJ 高C，早应用 期)3 金间属化物合超导 •体N 3Sn（b8.31K, HC） 比合超金体高 导• 性脆大不，易加工成材、线带材

5

4) 瓷陶超体 导 •BaYuCO9（0K）,B iCrCoCuO110K（, • Ti）BCaauO（C102） K •可液在温度氮77K），称为高温（超导 体•可 望实 用5 高)分超导子体• 数亿在帕压下，可气导超，T 低但（1K0） 4 超导.材应料用举例C

导超体的场强很磁强,成本和运转 用费低一,个直径为 .3米5磁,感强度为2特 超的磁导和体常规铜线 成绕磁相比体,超体 导线绕磁体成比 相超体导 的建造和运转总费用是2 26万元,美常规的是386万美 。元

日

的本导超磁浮列车

超导数字电路

导核磁超振

共德

国的超磁导浮车列

磁

浮列

车20

40我国年自的制原理超导磁浮新列

车

超导缆电

超导电

机

导磁超分装离置

磁场强理种处子

6

在军事业工的应用 中高能 粒 子 速加器 无 绳 灯电

导超限流

器导超储能

材在制备中料的应

用三、

接电（点触头）料

电接材是建点和解除电接立触导的构电， 广件应用于电力系统泛、器装电，置器仪仪、 电信和表电子备。设 按负电荷的小大电接，点为分强：电 、电按荷负大 的电点接为 分电 电中和电弱。

（一

）强电点接料材

负电大荷，要求接电材点：接触料电阻低 耐、蚀电耐、磨、高损的电耐压强度、好的良来 电能力弧一，定的械强机。度 一采般合金用料。材

气开关空点材料接 系合银 ：金Ag -dO、CA -geF、gA-、Ag-石W墨 系铜金 合如：u-WC 、C-石u 墨 真空开接点关材料 C-uB-Ce、i C-uFeN--Co-iB、iW Cu-B-i-Z合r 

金7

（

）弱电二接材料

点电弱点电负接及荷械负荷都机小很要， 接点材料有求极好导电性的、极的化学高稳性定 、良的抗电火花好损烧性和耐性。 大磨用贵金属合多金料材。

（

三复）合接点料材

通过合理工艺将贵属金点材料与非接贵金属 基材体结料在一合， 起外国0%以9上的电接点采弱复用接点合 料材。 材

常用的弱料电点材接有： Au料 系金（ Ag系 （银） ）t系P（铂 ）d系P钯）（

第节三 磁能材料功•

性是物质的磁本基性之一属。磁性象现与是各形式 种的荷电动运相联的，关于物质内部由的子运动和自 电会产旋一生定小的磁场大，而产因磁性。 •生一切 物都具有磁性。质但磁性料通常是材那些指实在 际工程意上具有较强磁义的材料性 。工际程义上意具较强有磁性的料 •材磁 材性料是电工子业重要基的功能材料础广泛，用 于计应机、电子器算件通讯、、汽和车航航天空工业 等领 • 域前当国我性材料磁的发展居界之世首已经，为世界成上 永材料磁生量产最的大国。家

一、材料的磁

应 感1.真空磁 应强感 度B

B真 真=m 0H H 式中 —， 场强度磁 — 真0空导率磁2

. 材料的磁感应度 强B 材式中， 材料—的磁导率

B材  H

外在磁加的作用场下磁会 磁体回线滞被磁 ，化磁体部内磁的感强度 应B随磁外H场的化是变线非的，性当 H减为零时少B，并未回零值到，B 出现 剩Br磁。磁感强度滞应后于Br 磁场 度强变的性质化为磁滞性。称 cH 为图性物质的磁滞磁线；曲图为磁性 质的磁物滞曲 要线使磁消剩失通常需，进 行O 向反磁化将。B= 0时的H 称值为 矫磁力 顽cH ；Br为称剩余磁应强感度， sB称为最大磁 应强度（饱和感磁 应强度）。感

Bs

H

、二抗体、顺磁体、磁和磁铁体1. 磁体抗——内部 矩削磁弱外了磁场材的料即 μ

8元

3

.铁体 ——磁部内矩磁大增大强磁外场材的 料μ>> μ0 即 如Fe、oCN、i、d 4G. 氧体铁 —具有铁—性的金磁属氧物化具有 铁磁的性属氧化金 物如M ·FOeO2 ，其3ＭＯ为中金属化氧物，通常 Ｍn是ＯZnＯ

或三

软、磁材 料—在—磁场外作下很容用磁易化，掉去磁外 时场又容很易去的磁磁材性。 1料.软 材磁料特性 •的 磁导高，率低矫顽力

2.

常 软用材磁料1) 电纯铁

工、四磁材料 硬适用直于流压器铁芯 变——在外场磁作下用不易磁容化去，掉磁 场外时不容又易去磁的磁性料材 。1 硬.材磁的料特性 •低 磁导率高，顽力矫 2 .常硬用材磁料1 )铝 镍钴系（F-Ai-eNi-oC ,阿尔尼）科良 好磁特的性和热稳定，剩磁性，磁高面 积能，矫顽力大适中硬。脆，难加工而。铸 或粉造末结成烧形

w

C 0. 04%

2

硅钢)

片wiS 0.5 %4 .%5适用 交流于变压铁芯器

3)

eF A合l金F -eAl合

金

wAl  %6 1%6适 于用弱磁场压变铁器

芯

) 4氧体软磁材铁料 以Fe 23 O主要成分为的复氧化相物，广泛用于 广播、通和讯电视业工是制，作磁性线天、 中周变器、压感增线、圈电聚视线圈的重集 要料材

2

)铁 体氧磁硬材（料 aBeF21O，钡恒9） 与金属因磁材此相料，电阻大、涡比损流小失 成本，，耐化学低蚀 3)腐稀土系 磁永钕（硼永铁合金磁磁王， 稀土元素）过与渡族属金eF、o、CCu、r等 稀Z元素土与过族渡属F 金CC 等Z或 金属元非B、素CN等组、的化合物。 高成矫顽力，能面磁最积，而大体积且小、 量轻重比、功率、大效高、率本成低较

第

节 四功热能材

料着随温的变化，材度的某料些理性物会发生显著能化 变热冷缩 胀状形记效应 热电效应忆

9

膨胀材1

料膨热:胀指是料的长度或体积材在不外力时随加度 温升的高而变的现大。象 料热膨材的本质胀原子间的平 距离均温随的度高而增升 大即由原是子非的谐简动振起引的。 热膨胀数

系陶的瓷结键合离子（键和价共）键强最金 的属金属键）（之 高聚物次（范德的力华）最弱

花岩岗 墨 石铝 2.323 .0 .0 2 铜7.1

5热

膨系数

胀

0-61/

K灰铸铁

钻

石 .3 1纤维 -0碳.5

9.0

材热料胀系数: 膨与其子间原的合键强弱有关 结合接键越强则给定温，下的热度胀系数越小膨，

龙 尼聚甲丙基烯酸甲酯( MMA) 聚氯乙P烯 PV()

C12

.0 80.5 00.80

常的膨胀材料用包括膨胀低材、定膨胀料材料 和热金双属料

1) 材膨胀材低

• 低膨胀材料是料热胀膨系数小的材较，料叫因也（瓦Invr） a合。金• 要主应用精密于器仪、准标具等以保量仪器精度的证 定稳及设备可靠的性。

2)

•

•

膨胀材定料定

膨胀材料是在某指一度范温内具有一定膨围胀系的数材，料称可伐（也Kvoar ）合金 ；主要于与用玻、璃瓷等材陶相料封，接要与求被封材接料膨胀系数相匹配的

。3) 热双金材属

料• 由胀膨系数同的两种不金属沿片层间焊在合一起的 叠层合材料； • 复较高膨胀数金属层系为动主层较，低的被为层动 如。J115热金双是由Mn75属N1i5C1u（主0动层 ）如J51热1金双属是M由7 N51i5C1 （主动层）0与Ni 6（被3动）层成组受热。，双金属时向被 片动层弯，将曲能热化转成械机能。 •可 用各作种测量控和仪制的表感传元件

。

未受热

高 动主 层M7nN5i15u1C 低0 动层 被Ni63

受热

可作为后各测量种控制仪和表传感元的件

10

2

状记形合忆

1金) 形记状忆象（现示演实验

）天线

是可一直个径 数米庞然的物，怎大么 够能在小小装的月 登送舱太空呢上？

2)形状记忆效

应金处于低温相时变形合,加热临到温界度(逆 相点)通变逆相变过复恢其原始状，称形之为形状 记

忆效应。包括程单记效忆、应双记程 效忆、应全记忆效应程。初

状始 态温低形变 程 单双程 全程 加 热 冷却

3)

形状忆记理简介原形 状忆合金记会中形成一 种特殊的氏马片体，它可 随以度温降的低长而大，随 度温的升而高弹性缩小，这种 特的殊马氏体 缩小 种这殊特马氏体的被称为热 弹马氏体。 性弹性马氏热逆相变体 能够时全完恢复到地相 和变形前状样的母一相状态

T。A A 温 度 升 高

AAf温 M A度S 降 S A 低 MfM M MM

11

4) 常用形状记

合金 常忆形状记用合金忆T -iiN 系金合 uC系合 F金e 合系金

1.

i-Ti N合系金wNi  5408.% 56.06%的 i-NiT合 金最是 成早功用的应用合实，也是目金用量前最的大形 状忆记合金。它具很高的抗拉有强度和劳 疲度及强很的耐蚀好性且密度较小。 ，TiNi-Nb、Ti-Ni--CuT、-iNi-e F是新型 的等状记忆形合金。 iTN-i 合金性系能优, 良但本高成难加、

工2 Cu.系 合 Cu金-Z-Al、nC-Ni-ulA 是较比用的 实C 系 形u状忆合金。记与 i-Ti 合金N相比C，-Ni-Aul功能 差要 些一，加工容易，但成低。本 3.F e合金系 e F形状系忆记金合主要有 FePt-Fe、-dP 、FeN-iC-oTi-、F-ei-C、NF-en-MiS 系列合等金Fe 系状记形合忆的金本成 T比-ii 系合金N 及Cu 合系低得金多且易，加于工 具，有明显的竞 争势。优有 些分子材料高也有形状记具功能。忆

5 )状形记合忆应用举例

金魔力“水”车

国中技馆里科,“ 力魔水车” 一个大大轮子,的 有没任 驱动力, 但它何在却自动、 地永不息地停旋着.转

“

魔力水”车叶片是的用有程双忆功记 的形状记能忆金合制片作的，记能住己自两温个 时度形状。的 槽里水的水6有℃左右0，叶入水后片， 要它回60到℃温时的度形状在形状。化变过的程 ，中片叶对水有一作用力个，水叶对的片作反中 叶片对水有 个作 用力 对叶水的反片作 力就用使轮子转起来旋。当叶片 水冷出却后叶片，会恢到低复温时 形状。的片叶形状的在两个这度温间之循环变 ，就化使子轮自地动不停永地旋息转

。

临床 医 学中 的 应 用

日 生常中的应用活

1

2

怎

用样状记形忆合铆钉将金块板两铆？接

3测温材料热电偶

应用最广的一是测温种件，原它是两由种 同不料材线导连成接的路，其回感的基温原理本热是电 应效

由。种不同的导两体（或半导）A体、B成组闭合 路回，当两接点触持保在不同温的T度1 ，回路合 两当触接保点持在同的温不T1度 2T，回时中路将有电通流过此，回称路为 电热回路回路。中出的电现称流为热电流。回路 出现的电动势中EA称B珀尔贴为电动

常用热电偶材势料

电热偶料材铜- 康 铜铬镍-镍铝 铑铂- 钨-铼 金铁铂 温低热电偶

适温度范合

围-20-4000℃ 适温度范合围 13

℃适合

温度围范-2 0-7℃

0常热电偶用材料

五节第光 功能料材

光能功材按料途用为 光介质分材 固料体激材光料固体 发光料 材非线光性学料材 金铁光电晶体材 光导料纤 维光薄膜学弹 光与声光料材

1等

3

一

、体激固材光料自

960年1梅研曼出制一台第宝红激光石以来器激，光器的制和应用研有飞速了展发 ，在业工医疗、、用民国防、领域等用应泛。广

•宝红工作石质，物在 晶体单刚基质中玉入少量掺三价的铬离子形成后激活的体。晶 •掺的三价铬入子是激离活，剂发起中心的作光。用出波长为输6493.mn为红，光色；

掺钕铝

石榴石（Nd：YG）A作 物质，工出的波长输1为0.μ6呈m白 色光蓝 ；白蓝光 色钕璃玻作物质，工输出长 波1.6μm0紫蓝色呈光

。

体气激光氦－器氖（H-Nee）激光

器

分子•气激体光中主要器使的用C为O2光激器

红激色光（长波为65nm0） .7G4B

蓝光 盘波长较短（405mn）蓝激光 2色GB7

二

光导纤、维

•

纤光是种非常一的可细曲的弯导光材料 • 。根光单的直纤约为径几几百微米 到 •内由层材料芯（）和料包材层料涂层）组成的（ 合复结。为了保构护不受其损、最外面再加坏 一层塑套料

覆管层: 高强料材

反全射现象

纤:高芯明固透材体料包 层 :射率折较芯纤低固体材 料

总外

1径5220~μm

0

1

4

光纤

料

材 •按纤材光料的组分同不分为石可英纤、多组光氧分 物玻化璃纤、非光氧物化玻璃纤、光晶体纤光和 聚物光纤高 •。 石英光是纤以SOi2主成为分成制。目的前讯通光 用纤是都SOi2玻光纤璃。

生产

法方

①棒管法：将内玻璃棒插芯入外层玻璃中管（量紧尽），熔融拉密丝 ；②坩双法埚在：两个同铂心坩埚，内内将和芯层玻外料分璃别入放内、坩外 埚中； ③分子填法：充将孔石微玻英璃棒浸入高折射的添加剂率液溶中，得需折所 率射布的分面结构断再 进行，丝拉操，它作的艺工较比复杂 … 。内气外相积法 ，沉以保能证制出造损光率耗的光低导维纤。光 导维应用纤还要做成时缆，光光 中缆光纤维导的数可目从以十几到百几根最大，的达40到0根

0六第节



其它功能材料

一、

感材料

分为敏声：、、光电压、、气磁热、湿、力、、 化电学、生物等感敏料材

感材敏料储氢 料材 氢 隐材料 形声能功料材

（）一敏感气材 料）敏气材感

料着随环气氛境变的化这，类料的材 电阻明会改显变俗，称电“鼻”子， 用以 检测环 中境气氛变的化。

成分：种各化物陶氧瓷 。典型有的：Sn 2O、nOZ、 Fe2-O3、rZ

O2 α、-eFO23 T、i2O 等几何状：形薄 型、厚膜型膜、孔多型

15

应

用nSO2气陶瓷敏：用于氢 、甲烷、丙、烷醇乙、丙、一酮化碳氧、气、 天然煤的气检测

。rO2气Z陶敏： 用于瓷水中钢氧量含测的 定Fe-2O3敏陶瓷：气用 于测还原性气体检 α -F2eO3气 敏瓷陶 ：用检测异丁烷气体、石于油液化等 气nO掺Z入同的催化不 用剂检测丁烷、于丙等烷体气

（二）光敏感

料材光敏 材料是指与光感发作用后生， 些某质性发生会明显化变以反映， 信号光的弱强及携其的带信。 息要有：主 要主 有光电阻材敏料 光池材电 光料敏维

应用纤

测光探号信用光 电阻敏料（材aAC、sdC、SbSP、PbSe) 制，光电转换元件 成 能太阳电池 硅能较理想是太阳的电池能材，料化 镉硫砷、化、砷化镓、镉乙聚等炔也是 太能电阳池料。材

（

）三敏声感材

压电材料：压料晶体电、压电瓷陶。晶

体极化 正负电、荷心发生中离偏正 电负荷心中生发偏

离逆压

电效应

晶

体受压拉或

施与力 方向垂的 表直产面生束 缚电荷

∽

正负荷中电重心 合故不，电带

+

+ ++

- --压 晶体产电变生形 外电受的作场用，产生 极

化压电

应效

16

常用压的电料材压

晶电 体英石酒、石钾钠、酸酸二氢磷铵 、碘锂酸钽酸锂等、压电陶 瓷酸钛、钡钛铅酸锆钛酸、等铅

用应日

用 扩音器、话、钟电表、频率稳器等定超 声应 水下观用测通、、探信、机械测转能 成电能换制引爆装置、成电压火器、引 声波超洗、清接焊打孔、、无检测 等损

二、储

材料氢储

氢合金

储量大、氢重轻量、资 源丰富、价低廉格、 分解但度温>2高05 ℃aNL5i室 温可活即、吸氢释 氢容易 但化成高

本

（1 基）本理原镁系

与作用氢成生氢化 储氢物料材T P、

氢储

稀土系 钛

系钛铁系和

锰系钛价格便宜 点缺活化：困、反难复 吸氢性能后降。下

氢化分物

解

出氢

放降

低、T压力

或应用

储容器 储氢合氢的储金密氢度于液态高的氢密。 度氢化电物 极镍氢电池比量能高、人对体害无 。制超纯备 含有氢质杂氢的气储与合氢金触，接被 合金氢收，杂质吸则被附吸在金表面合

。三

、隐材形

隐身料术是通技过低降器武备等 目标的装探测可信特息征，使敌方测 探统系以发现难或发现者离缩距短综 的合技。 术泛广用：于机、导弹、飞克坦 舰、等。

船

71

雷

隐达材形

料达雷隐身术技中目主前使要 吸波涂料用吸 结构材波 透料波材 智料蒙能皮料

材四声功、材料能

主要用声在射、发声收接声光转、以及换 吸声收方等。面声吸

基本收原理

部一 被反射

一分部分过 材料

声波透

声入波射刚到界性面时， 部分被大反。而当射波声 射到多入、孔

透气或维 入射纤到孔多透气 或维纤材 料时，波声会进材料入并引起 隙中空空的和纤气 振动维从而，使部分声一 能转为化量而耗散，热 材故料吸声有功。

能一部分被 收吸

用常吸材声料吸声

料材

玻璃丝、 玻璃

棉 岩棉、、 渣棉

矿

机无纤

氨维甲基酯酸 、醛泡沫脲塑料

泡沫塑料

棉

、麻 等植纤维物

有纤机维

1

8