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chriselee

铜虫 (初入文坛)

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专业: 电工材料特性及其应用

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第一章绪论
电子材料：是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料、光电子材料以及其他相关材料
新技术革命的四大支柱：材料、信息、能源、生物。
电子材料的地位：是电子技术进步的原动力，表现在两个方面1.电子产品的性能直接依赖于电子材料的特性2.新型电子材料的开发促进新型电子元器件的发展.
电子材料的分类：
按化学组成：金属、无机非金属、有机
按物质状态：单晶、多晶、非晶等
按物理性能：绝缘、导电、超导等
按功能原理：铁电、压电、热电等
按用途：导电、半导体、磁性、结构等

第二章电介质理论基础
电介质极化的定义：在外电场作用下电介质内部感生偶极矩的现象.
电介质极化的基本类型：按作用质点的性质分类
电子极化
离子极化(离子位移极化、热离子极化)
偶极子转向极化、自发式极化
空间电荷极化

频率较低时极化损耗为0的论证:
当电场频率很低时，极化跟得上电场变化，D与E没有相位差
D=D0COS(wt)
对D求导，得介质的位移电流密度：
  EMBED Equation.KSEE3  \* MERGEFORMAT
   它超前电场强度π/2，即充电电流超前电压π/2，由此可得单位时间内每单位体积中所损耗的能量为：
EMBED Equation.KSEE3  \* MERGEFORMAT
将位移电流密度代入上式得：
EMBED Equation.KSEE3  \* MERGEFORMAT  即频率较低时极化损耗为0
电介质电导的类型：1.电子/空穴电导2.离子/空格点电导3.电泳电导
自持放电形成的条件：阴极上释放出二次电子数大于初始发射电子数目
固体介质导电电子的来源：
本征激发：在常温下，因热起伏使介质中满带的电子激发到导带上，参与导电，由于电介质的禁带宽度较大，这种电子数量较少。
杂质电离：处于杂质能级激发态上的电子被激发进入导带，成为导电电子；此杂志能级上的电子一般由外来杂质引入或基质材料的化学计量比发生偏离而提供，它的数量比本证激发多。
注入电子：在强电场作用下，直接从阴极发射出的自由电子注入电介质中，故在强电场作用下，它是一个不容忽视的因素。
液态电介质中气泡的来源：阴极强场发射的电子由电流加热液体，使其分解产生气体；电子碰撞液体分子，使分子分解产生气体；电极表面电场集中地部位产生电源放电，引起液体气化；电极表面吸附气体或存在气泡。
电泳电导：当对液体介质施加电场时，胶粒沿着电场方向漂移而形成电流，称为电泳电导。
针-板电极的气体击穿能力：当针尖为正极时更易击穿；针尖为负极时击穿电压高于前者。

固体介质击穿的类型：1.电击穿；2.热击穿；3.局部放电击穿；4.树枝化击穿。
粘度常用表示方法：动力粘度、运动粘度、相对粘度。

第三章无机介电材料
为什么电子陶瓷多选用氧化物作为主晶相：
电子陶瓷大都选用氧化物作主晶相。这是因为氧化物晶体具有优良的介电性能，其机械强度、热稳定性和化学稳定性都比较高。此外，由于氧化物晶体中的金属离子一般具有很大的可置换型，因此常可通过在陶瓷中加入各种添加剂的方法，以不同类型、不同大小、不同电价的异质离子置换氧化物中的金属离子，从而将陶瓷的主晶相转变成各种类型的固溶体。这样就可以在一定范围内控制电子陶瓷的各种性质，使其符合各种应用的要求
滑石瓷老化的解决方案：提高玻璃相的含量；控制晶粒的大小；严防游离石英的混入
钛酸钡陶瓷的改性分类
置换改性：利用添加物大量地溶解于钛酸钡中与相应离子进行置换形成钛酸钡基固溶体，从而使陶瓷性能得到改善的方法。只有电价相同、离子半径和极化性能相近的离子才能进行大量置换。
掺杂改性：又称取代改性，取代与被取代离子性能相差较大。
移峰和压峰改性：通过改性移动介电常数峰值的温度（居里温度）或对居里峰进行压抑。
玻璃的通性：1.各向同性 2.介稳性 3.性质的连续性
玻璃的组成成分及其作用
主要原料：网络形成体、网络外体和网络中间体三类氧化物；
添加物：
1.澄清剂：形成大量气体带走玻璃液中的气泡；
2.加速剂：降低熔化温度、加速澄清和熔制过程；
3.脱色剂：清除杂质带来的各种颜色；
4.着色剂：使玻璃具有一定的颜色。
玻璃中的中和效应与压抑效应：
中和效应：当玻璃中存在两种碱金属离子时，当两种离子达到一定配比时，介电损耗和电导会出现最低值。
机理：大小离子形成的网隙不能相互贯穿。
压抑效应：在含碱的玻璃中引入二价金属离子时，可以改善玻璃的电性能。
机理：二价金属离子进入碱金属网络结构中，阻碍碱金属离子的迁移。
气体绝缘介质对气体的基本要求
介电性能好、抗电强度高、击穿后能自行恢复
较高的稳定性
不燃、无毒、不老化
导热良好、热容量大、流动性好
易制取、价格低

第四章压电材料
压电、铁电、热释电的定义及其范围：
压电：由于机械力的作用而激起的晶体表面荷电现象，称为压电效应
铁电：晶体的自发极化强度会因外电场反向而反向的性质
热释电：改变晶体所处的温度环境，在晶体表面出现的荷电现象，称为热释电效应
范围：电介质晶体＞压电晶体＞热释电晶体＞铁电晶体
电致伸缩与逆压电效应的区别：
与外电场的关系：逆压电效应产生的形变是与外加电场成线性关系的，并且当电场反向时形变也改变方向。
变化量的关系：电致伸缩产生的形变与外电场的平方成正比，是一个二次方效应，
出现的范围：逆压电效应仅在无对称中心的压电晶体中才具有，但电致伸缩效应则存在于所有电介质之中
石英晶体的坐标轴：
Z轴为光轴，光线沿Z轴通过石英不发生双折射；
X轴为电轴，沿着X轴施加机械应力时，在晶体的X面上能引起最强的束缚电荷。
Y轴为机械轴，晶体的原子沿Y轴方向位移最容易。
与压电单晶相比，压电陶瓷的优点：
制造容易，可做成各种形状；可任意选择极化轴方向；易于获得多种性能的瓷料；成本低，易于生产。
什么是PZT压电陶瓷？
锆钛酸铅陶瓷，利用锆酸铅和钛酸铅形成固溶体，出现两种相共存的结构。

第五章半导体材料
半导体材料在导电性能上的特点：
电导率对材料纯度的依赖性极为敏感；电阻率受外界条件的影响很大。
载流子运动的动力：
载流子的漂移动力是外加电场；载流子的扩散运动，扩散的动力是浓度梯度。
PN结及形成：
一块单晶半导体中，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结（P型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子）
P-N结的正偏与反偏：
当P-N结的P区相对于N区加以正向电压，此时P-N结称之为正偏结，反之称之为反偏。
正偏的应用：LED发光二极管（电流通过导线作用于晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量）；太阳能光伏电池（光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差，两者之间连通，就会形成电流的回路）
反偏的应用：光电二极管（光电二极管是在反向电压作用之下工作的。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子光生载流子在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。）
半导体的基本效应
（1）.半导体的热电效应：
1.塞贝克效应、2.珀尔帖效应、3.汤姆逊效应。
（2）.半导体的光电效应
1.光电发射效应、2.光电导效应、3.光生伏特效应。
（3）.半导体的电磁效应：1.霍尔效应、2.磁阻效应
陶瓷的半导化原理（化学计量比偏离）
化学计量比偏离
控制陶瓷材料的烧制过程，使材料内部出现空格点或填隙原子，即形成固有原子缺陷。此时材料的化学式会发生变化，如MO变为MO1+x或MO1-x。由于氧过剩会导致出现受主能级，形成P型半导体；由于氧不足会导致出现施主能级，形成N型半导体。
硅材料的制备过程：石英砂（加焦炭）——冶金级硅——提纯和精炼（西门子法）——沉积多晶硅锭——单晶硅（提拉法）
气敏半导瓷的特性
当被测气体与其接触后，其电阻值发生明显的变化，这种以陶瓷制成的气敏元件灵敏度很高，往往只要气氛中不到千分之一的待测气体，就可以使元件的电阻值产生足够大的变化。当氧化性气体吸附于N型半导体或还原性气体吸附于P型半导体陶瓷材料都会使载流子数目减少，而表现材料电阻值增加的特性；相反，当氧化性气体吸附于P型半导体或还原性气体吸附于N型半导体陶瓷气敏材料都会使载流子数目增加而表现出材料电阻值减少的特性。

第六章导电材料
导电材料的分类
第一类导体：以电子作为导电机构，如金属、合金等；
第二类导体：以离子作为导电机构，如酸、碱和盐的水溶液。
金属的热电效应:
热电势定义：由于金属的两端温度不同而在金属回路中形成的电势。
形成热电势的原因：珀尔电势（两种导体的接触电势：由于两种金属中的电子浓度差而引起电子扩散，导致电子浓度大的金属因失去电子而具有正电位，另一金属为负电位）
和汤姆逊电势（单一导体的温差电势：由于单一导体两端温度不同，温度较高区域的电子具有更高动能，会向低温端扩散）
什么叫康铜电阻合金？
康铜合金又称“40-1.5锰白铜”，是一种比锰铜合金使用更早的电阻合金，其比重为8.88。
焊料的功能
在焊接过程中，焊料与被焊金属表面反应，通过湿润和扩散形成合金，依靠这种合金来接合被焊金属，由于焊料的熔点比被焊金属低，因而能叫容易地与被焊金属构成一体。
焊剂的作用
焊剂可净化焊料和被焊金属表面，并防止空气对它们进行再氧化。另外，焊剂可降低焊料和金属表面的张力，增加流动性，有助于润湿，加速焊接、提高焊接质量。

第七章磁性材料
物质磁性的来源：
物质磁性的来源分为电子磁矩和原子核磁矩；
原子核磁矩约为电子磁矩的1/2000；
电子磁矩是物质磁性的主要来源。
电子磁矩:由于电子运动所产生的磁矩,由电子轨道磁矩和电子自旋磁矩组成。
原子结构与磁性的关系
（1）物质的磁性来源于电子的自旋和轨道运动；
（2）原子内电子轨道具有未填满的电子是物质具有磁性的必要条件；
（3）电子的“交换作用”是物质具有磁性的重要条件。
磁损耗的类型
涡流损耗：在铁心的截面上产生循环的感应电流，消耗电能。
磁滞损耗：为克服磁化过程中存在的不可逆畴壁位移而消耗的能量。
剩余损耗
磁畴类型：按磁矩过渡方式分为：布洛赫壁和奈尔壁
      按自化磁化方向分为：1080畴壁和900畴壁
什么是铁氧体：铁氧体是由三氧化二铁和其他氧化物制备的非金属磁性材料，又称磁性瓷；铁氧体电阻率高、涡流损耗小、介质损耗小，广泛用于高频和微波领域；铁氧体内部有很强的自发磁化（超交换作用）

其他电子材料
什么是BCS理论？
超导理论-BCS理论：由巴丁、库柏和斯里弗三人在量子理论的基础上提出。
基本内容：电子晶格相互作用，在常温下形成导体的电阻，但电子在超低温下以电子对的形式进行集体运动，在一定空间范围内的所有电子对在动量上彼此关联成为有序的集体。
什么是钉扎作用？
钉扎作用：晶体缺陷阻碍磁力线运动的作用
液晶显示的优缺点
优点：液晶显示所需的电压低、功率小且制造工艺简单、成本低廉。
缺点：响应时间长，低温性能差，对比度小，工作寿命短。
光纤的结构与种类
光纤一般由折射率较大的纤芯、折射率较小的包层和保护外套组成。
按照成分分类：石英光纤、多组分光纤、液芯光纤、塑料光纤；
按照光纤横截面上折射率分布分类：阶跃型光纤和梯度型光纤；
按照光纤的传输模式分类：多模光纤和单模光纤。

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