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功能材料课件-功能转换材料

日期:2020-02-06 15:11浏览次数:

  功用转换质料 压电质料 热释电质料 光电质料 热电质料 电光质料 磁光质料 声光质料 压电质料 压电质料是杀青机器能与电能彼此转嫁的处事物质。 ?压电效应 ——正在某些特定倾向上加力时,正在力倾向的笔直平面 上呈现正、负管造电荷的形象。 正压电效应 正压电效应 电能 逆压电效应 逆压电效应 机器能 压电质料 ?压电质料 钙钛矿型: 钛酸钡 ——(铁电相,四方机闭 0-120℃) 钛酸铅 ——(铁电相,四方机闭 0-490 ℃) 钛锆酸铅(PZT) ——是由锆酸铅和钛酸铅组成的固溶体 (铁电相,斜方反铁电体,居里温度正在300℃以上) 压电质料 ?压电质料的操纵 压电薄膜 压电质料 ?压电质料的操纵 压电质料 ?压电质料的操纵 经由双簧式压电致动器出 力使基板发作振动从而构 成一扬声机造:用于挪动 电话、掌上电脑(PDA) 、 札记电脑等的发声模块 压电质料 ?压电质料的操纵 美容保健用超音波推拿头 压电质料 ?压电质料的操纵 用于加湿机、精油雾化以 及医疗雾化周围 压电质料 ?压电质料的操纵 汽车倒车雷达 热释电质料 ? 某些晶体的电极化强度随温度蜕化而惹起皮相电荷。 热释电质料是压电质料中的一类,是不拥有对称 中央。晶体受热时,膨胀是正在各个倾向同时产生的, 是以唯有那些有着与其他倾向区别的独一极轴(极化 轴)时,才有热释电性。 热释电晶体肯定是压电晶体,而压电晶体不愿定是热释 电晶体 热释电质料 ? 热释电效应根基参数 热释电系数 DV=ARPi dT dt 南北极板面积 负载电阻 温度蜕化率 热释电电压与热释电系数和温度的蜕化率相闭。 热释电质料 ?热释电陶瓷 ZnO 、BaTiO3 、PMN (镁铌酸铅) 、PST(钽钪酸 铅) 、BST (钛酸锶钡) 、PbTiO3 、PLT (钛酸铅镧) 、 PZT (锆钛酸铅) 、PZNFT ( PbZrO32Pb (NbFe) O32PbTiO3) 、PLZT (锆钛酸铅镧)等 热释电质料 热释电质料 ?热释电质料的操纵 ?正在物理学根柢推敲中的操纵,如确定晶体的非中央对 称机闭和相变温度,确定晶体华夏子(或离子)的相对位 移等 ?正在探测器方面的操纵——热释电红表探测器 热释电探测器与向例红表探测器比拟,拥有处事频率 范畴宽,伶俐度高,实用范畴广等利益,平凡操纵于军 事、卫星测控、银行、电力等部分。 热释电质料 ?热释电质料的操纵 (1) 夜视装配。 热释电质料 ?热释电质料的操纵 (2) 卫星遥感探测。丛林失火、探矿 (3) 红表探测报警。 (4)诈欺热释电晶体的静压电效应,可修造声场校准器,而且 能够用作水听器,监测潜艇及水面舰艇的勾当环境。 光电质料 ?光电效应 光照耀正在物体上能够算作是接连串的拥有肯定能量的 光子轰击这些物体的皮相;光子与物体之间的联接体是 电子。所谓光电效应是指物体罗致了光能后转换为该物 体中某些电子的能量而发作的电效应。 光电效应重要有光电导效应、光生伏殊效应和光电子 发射效应三种。 光电质料 ?光电效应 1) 光电导效应 正在辉煌用意下,电子罗致光子的能量从键合状况过渡 到自正在状况,从而惹起质料电导率的蜕化,这种形象被称为 光电导效应。 本征光电导和杂质光电导 导带 Eg 禁带 价带 自正在电子所占能带 价电子所占能带 光电质料 ?光电效应 2) 光生伏殊效应 正在辉煌用意下不妨使物体发作肯定倾向的电动势 的形象叫做光生伏殊效应。基于该效应的光电器件有光 电池和光敏二极管、光敏三极管。 当光子入射到p-n结时,假使光子能量hν>Eg,正在 p-n结邻近激励出电子空穴对,正在自修电场的用意下,n 区的光生空穴被拉向p区,p区的光生电子被拉向n区,结 果n区积蓄了负电荷,p区积蓄了正电荷,发作光生电动 势。 光电质料 ?光电效应 3)光电发射效应 正在辉煌的用意下,物体内的电子逸出物体皮相向 表发射的形象称为光电发射效应。向表发射的电子叫做 光电子。 光子能量 逸出电子 动能 逸出功 光电质料 ?光电质料 1、光电导质料 光电导增益——光电流与入射光惹起的单元韶华电荷量的比 值。 电导率正比于载流子浓度及其迁徙率的乘积。 增大光电导增益的途径: ?减幼样品长度 ?填补载流子的寿命 ?增大迁徙率 光电导质料的职能 见P175表13-2 光电质料 ?光电质料 2、光电池质料(太阳能电池) 条件: ①半导体质料的禁带不行太宽;0.9-1.5eV ②要有较高的光电转换效用: ③质料自身对情况稳固成污染; ④质料便于工业化临盆且质料职能太平。 常用太阳能电池质料:硅 光电质料 ?光电质料 2、光电池质料(太阳能电池) 化合物半导体薄膜太阳能电池 重要有铜铟硒(CIS)和铜铟镓 硒(CIGS)、CdTe、GaAs等。 它们都是直接带隙质料,带隙宽度正在1-1.6eV之间,拥有 很好大范畴太阳光谱反应特色.所需质料只须几个微米厚就 能罗致阳光的绝大个人,是修造薄膜太阳电池的优选活性材 料。 热电质料 ?热电效应 正在区别导体组成的闭合电途中,若其团结部呈现 温差,则正在此闭合回途中将呈现热电流,或发作热电势, 此形象称为热电效应。 热电效应有塞贝克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire) 效应和汤姆逊(Thomson)效应三种。 热电质料 ?热电效应 (1)塞贝克效应(1821年T. J. Seebeck涌现) 由两种区别导体构成的开途中,假使导体的两个 结点存正在温度差,则开途中将发作电动势E。感触电动势 正比于结点温度之差。 DVAB ? a(T )DT ?T:两接触点的温差 a(T):相对塞贝克系数 道理:温差及质料区别导致两种质料 的电子浓度差,正在结点处扩散,变成 内电场,即发作热电动势。 热电质料 ?热电效应 (2)帕尔帖效应(1834年J. C. A. Peltier涌现) 电流流经两种区别导体的界面时,将从表接罗致热 量或向表界放出热量。 物领悟释: 电荷载体正在导体中运动变成电流。因为电荷载体正在区别 的质料中处于区别的能级,当它从高能级向低能级运动时, 便开释超群余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从 表界罗致能量。能量正在两质料的接壤面处以热的体例罗致或 放出。 热电质料 ?热电效应 (3)汤姆逊效应(1856年涌现,Thomson) 电流畅过拥有温度梯度的平均导体时,导体将罗致 或放出热量。单元长度上罗致或放出的热量: ?Q ? ? (T ) ? I ? ?T ?x ?x 汤姆逊系数 三种热效应的比拟:P177表13-3 热电质料 ?热电质料 塞贝克效应的操纵——测温用热电偶 条件: (1) 温度衡量范畴广。条件正在法则的温度衡量范畴内有较高 的衡量精准度,有较大的热电动势。温度与热电动势的闭联 是单值函数,最好是呈线) 职能太平。条件正在法则的温度衡量范畴内应用时热电性 能太平,平均性和复现性好。 (3) 物理化学职能好。条件正在法则的温度衡量范畴内有优秀 的化学太平性、抗氧化性或抗还原职能。 热电质料 ?热电质料 塞贝克效应的操纵——测温用热电偶 铂铑-铂热电偶 1300~1600℃ 高温 镍铬-镍硅热电偶 -200~+1300℃ 镍铬-铜 铁-铜镍热电偶 -200~+1000℃ -200℃~+1300℃ 铜-铜镍热电偶 -200℃~+400℃ 热电质料 ?热电质料 塞贝克效应的操纵——温差发电 ?温差发电的效用平常 不进步14% ?无噪音 ?余热诈欺 热电质料 ?热电质料 塞贝克效应的操纵——温差发电 Bi2Te3- Sb2Te3系化合物 PbTe型化合物 FeSi2型化合物 热电质料 ?热电质料 帕尔帖效应的操纵——电子造冷 电光质料 ?电光效应 物质的光学特色受电场影响而产生蜕化的形象称为 电光效应。 此中物质的折射率受电场的影响产生变化的电光效 应分为波克尔效应和克尔效应。 电光质料 ?电光效应 物质的折射率同所加电场之间的闭联: n ? n0 ? aE ? bE 2 ? ... 波克尔效应——折射率的蜕化同电场强度直线闭联 (压电晶体) Dn ? n ? n0 ? aE 克尔效应——折射率的蜕化同电场平方直线闭联 各向同性物质(液体) Dn ? n ? n0 ? bE 2 电光质料 ?电光质料 电光质料 (1)电光晶体——P179表13-4 (2)电光陶瓷——PLZT(电光系数大) Pb1-xLax(Zr1-yTiy) O3 电光质料 ?电光质料 电光质料的操纵 (1)电光速门——管造速率可达10-9 m/s,平凡操纵于 高速影相、影戏、电视和激光通信等很多周围。 (2)光调造 磁光质料 ?磁光效应 置于磁场中的物体,受磁场影响后光学特色产生变 化的形象称为磁光效应。 磁光效应:磁光法拉第效应和磁光克尔效应等 磁光质料 ?磁光效应 磁光法拉第效应 平面偏振光(直线偏振光)通过带磁性的物体时, 其偏振光面将产生偏转,这种形象称为磁光法拉第效应 偏转角 ? ? Ve LH 磁场强度 维尔德 辉煌通过 常数 的长度 磁光质料 ?磁光效应 磁光克尔效应 当光入射到被磁化的物质,或入射到表磁场用意 下的物质皮相时,其反射光的偏振面产生转动的形象。 其偏振角随磁场强度的蜕化而蜕化。 磁光质料 ?磁光效应 科顿-蒙顿效应 当光照耀到硝基苯等浓郁族化合物时,若正在与入射 光相笔直的倾向上加上表磁场,化合物便可大白双折射 特色,即一束入射光变为两束出射光——寻常光与格表光。 这种形象称为科顿-蒙顿效应。 磁光质料 ?磁光质料 磁光质料按其状况分为三类: 磁光晶体质料 磁光晶体的楷模代表为亚铁磁性石榴石。又有良多磁性 质料,拥有优秀的磁光效应,它们是尖晶石铁氧体、正铁氧 体、钡铁氧体、二价铕的化合物、铬的三卤化物和少少金属。 见P182 磁光质料 ?磁光质料的操纵 稀土过渡族金属薄膜,如Cd-Co,Ho-Co,Cd-Fe,秒速赛车彩票官方网站Te -Fe等,拥有较强的磁光效应,可修造磁光器件,杀青高密 度新闻蓄积。 磁光质料 ?磁光质料的操纵 激光调造器 磁光调造器是诈欺偏振光通过磁光介质产生偏振面转动 来调造光束。磁光调造器有平凡的操纵,可行动红表检测器 的斩波器,可造成红表辐射高温计、高伶俐度偏振计,还可 用于显示电视信号的传输、测距装配以及各样光学检测和传 输体系中。 磁光质料 ?磁光质料的操纵 敏捷光开闭 分隔器 单指导光器,分隔器睡觉于激光器及光放大器前面,防 止体系中的反射光对器件职能的影响以至毁伤。 磁光质料 ?磁光质料的操纵 环行器 声光质料 ?声光效应 声波用意于某些物质之后,该物质光学特色产生改 变,这种形象称为声光效应。 超声波惹起的声光效应尤为明显,这是由于超声波 不妨惹起物质密度的周期性疏密蜕化,使正正在该物质中 传输的光变化行进倾向。 声光质料 ?声光效应 声光效应有两种展现体例:表加的超声波频率较高时产 生布拉格反射;表加的超声波频率较低时发作拉曼-纳 斯衍射。 (ω>20MHz) (ω≤20MHz) 2X sin? B ? ??0 / n 布拉格反射 X sin? ? ?m? m ? 0,1,2,3,... 拉曼-纳斯衍射 声光质料 ?声光质料 常用声光质料: ?声光晶体 ?声光玻璃 ?声光液体 声光质料 ?声光质料 ?声光晶体 早期应用的声光晶体有LiNbO3、LiTaO3、α-Al2O3和 R3Al5O2等,品格要素较好的声光晶体有PbMoO4、Pb2MoO5、 TeO2、α-LiIO3等。 PbMoO4晶体拥有较高的声光品格要素,其M2 = 36.3×10-18 s3/g,相当于LiNbO3晶体的5倍多。声波损耗低,不吸潮, 孕育、统治和加工都比拟容易,是修造适用声光东西的主 要质料之一。 声光质料 ?声光质料 ?声光晶体 TeO2晶体的声光品格要素M2远高于其他适用声光质料。声 损耗比PbMoO4晶体稍高, TeO2晶体修造的声光器件,驱动 功率幼,器件体积幼。 α-LiIO3晶体拥有旋光、倍频、压电、电光、声光等多种 效应。α-LiIO3晶体的品格要素M2高达86 x 10-18 s3/g,是 PbMoO4、TeO2品格要素的两倍多,于是也是一种优秀的声光 质料。 对很多红表声光扫描和调造操纵来说,Ge是一比拟好的质料, 易于孕育成优质的大晶体。 声光质料 ?声光质料 ?声光玻璃 声光玻璃大凡分为四类:熔石英;含重金属离子玻璃;硫 属化合物玻璃;单质半导体玻璃。 尽量声光玻璃的某些职能不如声光晶体,但因其修造 轻易、体积大光学平均性好和本钱低廉,本质上仍旧是重 要的声光质料。熔石英、碲玻璃、致密火石、As12Se55Ge55、 As2Se3、非晶型Se等是有代表性的声光玻璃。 声光质料 ?声光质料 ?声光液体 声光液态质料重要是水和少少有机碘化物、有机溴化物。 水的M2值最低,但因声损耗幼,仍旧被以为是一种好的液 态声光介质。液态质料操纵较少,常被少少职能优秀的固 体声光质料所庖代。 声光质料 ?声光质料的操纵 声光调造器,变化超声波的强度便可变化经声光质料衍射的 衍射光束强度,从而杀青对衍射光的强度调造。重要用正在彩 色印刷、激光成像和显示、光纤通信开闭、仪器及科研中。 对激光的振幅或强度调造 声光质料 ?声光质料的操纵 声光偏转器,变化声波的驱动频率便可变化衍射光束的倾向, 用这一道理可造成高速偏转光束的声光偏转器。可用于激光 演示、激光纪录、声光频谱剖判仪、激光高速纪录仪、声光 相干器、高密度新闻存储等体系中。 声光质料 ?声光质料的操纵 声光偏转器 声光质料 ?声光质料的操纵 声光滤波器,声光衍射道理正在很多方面与透射型衍射光栅相 似,而声光光栅常数能够用电控变化,所有有或者造成电子 调谐分光计。 声光器件正在新闻方面也有紧要操纵,如脉冲压缩、 光学相干器和射一再谱剖判等。