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第48章 新材料技术(4)

非晶态半导体的原子排列不具备长程有序,但保留与相应的晶态半导体相近的短程有序性。非晶态半导体包括的范围很广,但主要的是两类:一类是以非晶硅、非晶锗等为代表的四面体键非晶态半导体;另一类是以硫、硒、碲中的一种或两种以上为主要成分的硫系非晶态半导体。由于硫系元素中存在孤对电子,所以硫系非晶态半导体也称为孤对非晶态半导体,有时也称为玻璃半导体或硫系玻璃。由于非晶态材料是一种无序系统,其电子状态的描述要比晶态材料困难得多,因此在一个较长的时间,人们未能实现对非晶态半导体的可控掺杂,得到的都是高阻材料,大大限制了非晶态半导体的应用。1975年英国的斯皮尔等人成功地实现了对辉光放电制备的非晶态的互相掺杂,开辟了非晶硅的广阔应用前景。1976年美国的RCA的卡尔逊制成了第一个非晶硅太阳能电池,从而奠定了其作为新型电子材料的重要地位。目前非晶态半导体已在太阳能电池、静电复印、激光光盘、传感器件以及大面积显示等领域获得实际应用,还有许多方面的应用正在研制开发。

功能材料有何独特功能

所谓功能材料就是指具有相对一般材料所没有的一定的功能的材料,它包括新型光学和电子材料、新型磁功能材料及其应用与开发,新型导体、半导体、超导体、微电子材料和介电功能材料及其应用,热功能材料及其应用,新能源和化学功能材料、力学功能材料及其应用,生物功能材料、膜技术与膜功能材料、新材料制备加工技术与性能表征技术。目前对功能材料的研究包括:一是有机功能材料,它以其独有的功能性、易加工性、经济性等而备受关注;二是智能材料与结构系统;三是新型磁功能材料及其应用;四是生物功能材料,它的开发研究是组织工程发展的关键。其他的还包括有电池电极材料和溶胶—凝胶技术在功能材料制备中的应用等。

金属间化合物功能材料在哪些方面大显身手

金属间化合物就是金属元素与类金属元素所形成的化合物,到目前为止已发现的金属间化合物有几万种,可以说是一个巨大的材料宝库。从材料性质和实际应用观点,人们通常将金属间化合物材料分为结构材料和功能材料两大类。结构材料是以强度、韧性、刚度、耐磨性等力学性能为主要特征、用以制造以受力为主的结构件的材料;功能材料则是具有特殊物理性能、化学性能、生物性能、主要用于功能器件的材料。金属间化合物功能材料是一类极具潜力的高科技材料,在一些特殊领域获得广泛应用。例如高参数超导材料,磁性材料,贮氢材料,形状记忆材料,电磁屏蔽材料,吸波材料,发光材料,热电子发射材料,耐高温、耐辐射和耐腐蚀材料等。在这些金属材料中金属间化合物磁性材料已经得到了广泛应用,它包括永磁材料、软磁材料、磁制冷材料、巨磁电阻材料、磁光材料、磁弹材料等。由于金属间化合物功能材料具有一系列的优点,使得它在航空航天、汽车、化学工业和日常生活等各个方面大显身手。

金属泡沫材料有哪些优异的性能

金属泡沫材料亦称金属多孔材料,是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种物理功能与结构一体化的新型工程材料。它所具备的多种优异物理性能特别是阻尼性能已引起广泛关注,并在消声、减震、分离工程、催化载体、屏蔽防护、吸能缓冲等一些高技术领域获得了广泛应用。金属泡沫材料的制备方法大致可分为五种,即:粉末冶金法(它又可分为松散烧结和反应烧结两种)、渗流法、喷射沉积法、熔体发泡法和共晶定向凝固法。在众多的制备方法中,除特殊要求外,作为工业大生产最有前途的是熔体发泡法,它的工艺简单,成本低廉。目前日本上市供应的也是熔体发泡法生产的泡沫铝块件。熔体发泡法技术难点在于选择合适的金属发泡剂,一般要求发泡剂在金属熔点附近能迅速起泡。在铝泡沫材料的制备中,通常用TiH2或ZrH2作为发泡剂。但在实际操作中,由于熔体温度很高,发泡剂投入熔体后立即起泡,无法使发泡剂均匀分散到熔体中去获得均匀发泡,这已成了熔体发泡法制备泡沫金属的技术关键。此外,金属泡沫材料质量优劣的一个重要指标是孔洞尺寸和形状的均匀性。在熔体发泡法制备泡沫铝时,为了获得均匀的孔结构,熔体黏度是关键。

什么是隐身材料

隐身材料是指用声、雷达、红外、可见光、激光等探测器难以探测到的一种高技术材料。主要有声隐身材料、雷达隐身材料、红外隐身材料、可见光隐身材料和激光隐身材料等。

声隐身材料包括消声材料,隔声材料,吸声材料及消声、隔声、吸声的复合体。

雷达隐身材料能吸收雷达波,使反射波减弱甚至不反射雷达波,从而达到隐身的目的。如由电阻抗变换层(由铁氧体和树脂混合而成)和低阻抗谐振层(由铁氧体导电短纤维和树脂组成)组成的宽频带高效吸波涂料,在1~20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。而由硅、碳、硼、玻璃纤维,以及某些陶瓷与有机聚合物构成复合材料,有很高的机械强度,可用于制作部分结构件,如飞机蒙皮、雷达天线罩等,具有较强的隐身功能。

红外隐身材料,用于车辆、舰艇、飞机等军用设施上,可使这些装备的红外辐射与背景基本达到一致,敌人的红外探测器难以分辨,用铝粉及含有二价铁离子的材料作为填充物,加到能透过红外线的黏合剂中,可构成红外隐身涂料。

可见光隐身材料通常由铝粉、金属氧化物粉和有机物复合而成,或由掺杂的半导体材料构成,可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案,满足可见光隐身的要求。

激光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达和激光测距机,要求这些材料对激光的反射率低或吸收率高。

对隐身材料来说,对某种探测手段的隐身性能好,往往对另一种探测手段的隐身性能就不好。如对激光探测的隐身性能好,对红外探测就不能隐身。这也是隐身材料的相容性问题。为了解决这一问题,科学家又研制了兼容型隐身材料,如雷达波、红外兼容隐身材料,红外、激光兼容隐身材料,雷达波、红外、激光等多种兼容的隐身材料等,这是当前隐身材料的发展方向。

激光材料有何功用

激光材料是指用于产生激光的材料。自1960年世界上第一台激光器问世,激光技术及激光材料都得到了很大的发展。现在已经研制了几百种新型的激光材料,其中包括各种晶体和玻璃的固体激光材料、半导体激光材料、有机液体及气体激光材料等。与最初的红宝石相比,现在的激光材料制备起来复杂,但成本却相应地有所降低。

物质有无第四态

将气体加热至高温,由于气体分子或原子间的相互碰撞使其电离成电子和离子,通常以正负电荷等量存在,整体保持电中性的电离气体称为等离子体。近百年来,等离子体被看做是物质的第四种状态。按产生方式划分,等离子体有自然等离子体和人工等离子体两大类。自然等离子体广泛存在于宇宙中,整个宇宙物质的999%以上是以等离子体状态存在的;人工等离子体,如受控核聚变时产生的高温等离子体等,近20年来,在对等离子体基本性质逐渐深入了解的基础上,等离子体的实际应用得到了广泛的发展。例如,电弧等离子体可用做高温热源或光源,用于切割、钻探、化学合成等工艺;采用高频等离子体技术,可以对难熔的金属和非金属提纯,并在提纯过程中不会引进新的污染源。等离子体技术还引入空间技术领域,如用人工产生等离子体环境,模拟外层空间的条件,模拟试验人造卫星返回大气层的过程。等离子体是在一定的空间由大量带电粒子组成的,呈电中性的非凝聚态系统。等离子体可以由人工的方法产生,如采用电弧放电、原子弹爆炸等。地球上自然存在的等离子体不多见,但在宇宙中,等离子体却是物质存在的主要形式。目前在工农业生产中已广泛应用等离子体。如可以制造荧光灯和霓虹灯,可用等离子体镀膜,用等离子体冶炼等。

液晶有哪些优点

介于液体和固态晶体中间状态的物质称为液晶。液晶外观上像液体,并兼有液体的流动性和晶体的异向性。通常,许多具有细长形状或棒状的有机分子呈液晶状态,这种状态也称为液态相。目前,已经发现有一万种以上的分子有液态相。液态相不是单一的一种,它主要包括有:丝状相,只有分子长轴的排列有序;层列相,即除分子长轴的排列有序外,分子的重心排列亦呈现秩序;螺状相,具有螺旋型的连续结构;多角相,其结构复杂,通常由两种或两种以上的化合物组成。液晶显示有如下优点:彩色显示,对比度清晰,分辨率高,电光响应速度快(约为01秒),热稳定性良好等。另外,液晶对声、电、磁等能够呈现出多种特殊的性能,因此,最近十几年在很多领域中已展现出它的应用前景,例如:大屏幕彩色显示、大规模数字显示屏以及活动图像显示屏等。

为何说原子钟的出现是时间计量史上的一次飞跃

利用微观粒子(如原子、分子)在能级间跃迁产生电磁辐射频率的规律性和均匀性,以及周期运动的频率与周期的密切关系,建立的原子频率标准称为原子钟。原子钟的出现是时间计量史上的一次飞跃。目前,原子钟的准确度已达10-14量级,稳定度则高达10-16量级,并形成了多种实用类型的原子钟的工业生产。原子钟的出现和发展是现代科学与技术高度结合的产物,反过来又促进科学技术和生产的进一步发展,主要表现在:以频率和时间为发端,许多物理量(如长度、电压等)的单位定义和计量基准相继建立在微观体系的物理定律之上,诞生了量子计量学,它们与基本物理常数的精确测量直接相联系,使各物理量在更深的层次上统一起来;作为时频计量标准,不仅可用于精密测量和天文授时,而且在舰船和飞行器导航、空间飞行器跟踪地面和卫星通信、大地和天体测量等方面都发挥着重要的作用。

光纤有哪些主要优点

光纤是光导纤维的简称。通俗地说,光纤是质量非常高的、传导光极好的、很细的石英玻璃丝或塑料丝。光纤由芯子、包层和涂敷层组成。芯子材料的主体二氧化硅,里面掺极微量的其他材料。光纤的最主要优点有两个:第一,衰减慢,即清晰度高;第二,频带宽,容量大。

光纤取代铜线进行光通信是从20世纪70年代开始的,进入80年代后光纤通信技术发展异常迅速,逐渐形成一门新产业。光纤是光通信的关键材料,它是根据光线从一种折射率大的介质射向一种折射率小的介质时发生全反射的原理制作的。目前使用较多的是跃阶型多模光纤。跃阶型光纤为双层结构,以折射率较低的材料(玻璃或塑料)做外层包皮,包覆在折射率高的芯上。光线从纤维的一端以某一角度斜射入芯时,在芯与包皮的交界面上反复发生全反射,保证光线不外泄而被传送出去。光纤通信的优点是:容量大,能够同时通过的信息比目前同轴电缆大20倍,通信传送的容量大。传输损耗低,中继距离大,可达200千米,为铜线的20~50倍;重量轻,单位体积重量仅为铜的1/20,故可节约大量铜金属,降低成本,经济效益显著;保密性强,可靠性高,抗电磁干扰,没有像电通信线路中的串线、噪声和干扰现象,特别适用于军事通信。

激光具有哪些独特的优越性

辐射受激发射光放大的英文首字缩写(LASER)即称激光。产生激光需要满足四个条件:受激辐射;粒子数反转,即在一定条件下,使处于高能级的原子数目大于处于低能级的原子数目;光的放大;阈值条件。由于激光是受激辐射而产生的,因而激光光波具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。激光具有以下独特的优越性:高亮度,由于激光可以实现在空间和时间上的高度集中,因此其亮度比普通光强100倍;单色性好,由于激光具有相同的位相、波长,其波长谱线宽度窄,所以它的单色性好;相干性好,光波的相干性可用相干长度来衡量,光的单色性越好,相应的相干长度越长,则光的相干性越好;方向性好,光束的发散角越小,其方向性就越好,激光束的发散角可小到10-3~10-4弧度。自1960年第一台红宝石激光器问世以来,激光理论和技术发展十分迅速,目前激光器件已发展到上千种。各种形式和各种特性的激光器,已广泛应用于测量、控制、激光加工、光通信、光信息处理、光谱分析、激光聚变以及医疗、军事、光电子技术等领域。

除污激光器为什么能除污

建筑物的墙体上经常可看到某些人信手涂上去的字画。特别是在旅游景点,极少数游客兴致大发时,往往找来能写的东西,在墙壁上大书“某某到此一游”之类的字句。涂画的人多了,一堵墙壁就会变得面目全非。自从有了除污激光器后,这个问题就十分容易解决了。只要将除污激光器的光照射到需要清洁的建筑物的表面,就能达到清除污垢的目的。为什么除污激光器的光一照,污物就会全部脱落呢?原来,除污激光器是利用光波和声波来工作的。科学家发现,特定频率的声波能剥离墙体上黏附的污物,而不会损害其建筑结构。除污激光器能发出频率为1 000赫兹的激光,照射到墙体上后,其中的部分能量转化为声波,声波从墙体上反射回来与激光束中由光波转化的声波对建筑表面污物产生撞击,污物就会从墙体上剥离开来。

电磁辐射对人体健康有影响吗

当代人类生活的空间到处布满着电磁波。从大环境看,有广播电视发射塔、无线通信基站、雷达站、高压输电线路等,从家庭小环境看,有电视机、电冰箱、微波炉、计算机……每天都有大量的电磁波产生,并穿过我们的身体,我们好像生活在众多电子设备布成的电磁辐射网中。电磁波看不见,摸不着,听不到,它对人体健康有影响吗?电磁辐射对人体的影响有一个量的问题,当辐射超过一定的量时,它就会对健康产生影响。常见的症状有头疼、记忆力衰退、易疲劳、身体免疫力下降、易患感冒等。据有关资料,电磁辐射还可诱发白血病等疾病。移动电话在使用时较贴近头部,且电磁辐射量较大,对健康的潜在危害就不容忽视。因为人体神经系统对电磁辐射最为敏感,能够接收所有电磁波。作为神经系统“司令部”的大脑,长期受到移动电话的电磁辐射影响,会诱发视力下降、神经系统紊乱等疾病,甚至导致患脑瘤。目前专家们正进一步加强研究,以得出一个科学的定论。

不粘锅是用什么材料制成的

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