陳輝《材料合成與制備》第五章

1、功能陶瓷的合成與制備,聊城大學(xué),5.1功能陶瓷概論,新型陶瓷 （先進(jìn)陶瓷/高技術(shù)陶瓷）,電、磁、光、聲、熱力、化學(xué)和生物學(xué)信息的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、耦合、傳輸及存儲(chǔ)功能,5.1功能陶瓷概論,機(jī)械材料,熱學(xué)材料,功 能 陶 瓷,化學(xué)材料,光學(xué)材料,電氣材料,生物醫(yī)學(xué)材料,磁學(xué)材料,要以性能的改進(jìn)來改善陶瓷材料的功能性，可以從以下兩方面進(jìn)行：,1. 改變材料的組成 2. 改變工藝條件,微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化,性能變化,功能陶瓷的制備工藝,超微細(xì)粉料的制備方法（固、液、氣）,1. 固相法（粉體是由固相原料制得的 ）,機(jī)械粉碎法,固相反應(yīng)法,燃燒法,熱分解法,2. 液相法,選擇合適的可溶性金屬鹽類按要求計(jì)量配制成溶

2、液，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、升華、水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶脫水或加熱分解而得到陶瓷粉體。,原理：,沉淀法 （TiCl4,H2C2O4和BaCl2共沉淀制BaTiO3納米晶）,水解法,Zr(OR)4+4H2O Zr(OH)4+4HOR,溶劑蒸發(fā)法,(3)262的水溶液蒸發(fā),溶膠凝膠法,用金屬醇鹽的水解和聚合反應(yīng)制備金屬氧化物或金屬氫氧化物的均勻溶膠，然后將溶膠濃縮成透明凝膠，凝膠經(jīng)干燥，熱處理可得到所需微粉。,3. 氣相法,直接利用氣體，或者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長(zhǎng)大形成微細(xì)粉體的方法

3、。,原理：,蒸發(fā)凝聚法 (升華法）,氣相反應(yīng)法,成 型 方 法,模 壓 成 型,擠 壓 成 型,注 漿 成 型,等 靜 壓 成 型,熱 壓 鑄 成 型,陶 瓷 燒 結(jié) 方 法,常壓燒結(jié),熱等靜壓燒結(jié),反應(yīng)燒結(jié),熱壓燒結(jié),二次反應(yīng)燒結(jié),5.2高溫超導(dǎo)陶瓷,超導(dǎo)體：,1. 超導(dǎo)體的性質(zhì),是指當(dāng)某種物質(zhì)冷卻到低溫時(shí)電阻突然變?yōu)榱?，同時(shí)物質(zhì)內(nèi)部失去磁通成為完全抗磁性的物質(zhì)。,Tc、Hc、Ic,實(shí)驗(yàn)表明：超導(dǎo)狀態(tài)中零電阻現(xiàn)象不僅與超導(dǎo)體溫度有關(guān)（Tc）,還與外磁場(chǎng)強(qiáng)度（Hc）和通過超導(dǎo)體的電流（Ic）有關(guān)。,邁斯納效應(yīng)（完全抗磁性）,懸浮的磁鐵,元素超導(dǎo)體,2. 超導(dǎo)體的分類,合金或化合物超導(dǎo)體,氧化物

4、超導(dǎo)體（超導(dǎo)陶瓷）,Ba-La-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷（1986年，Tc=35K）,高溫超導(dǎo)陶瓷,Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷（1987年，Tc=98K）,可被新元素（如稀土元素）取代,3. 超導(dǎo)理論,超導(dǎo)熱力學(xué)理論：超導(dǎo)體由常導(dǎo)態(tài)到超導(dǎo) 態(tài)其熵是不連續(xù)的，而且熵值減小。,C/Tc,3,2,1,0,1,T/Tc,導(dǎo)體正常和超導(dǎo)態(tài)的比熱,零電阻效應(yīng),導(dǎo)體金屬電阻與溫度的關(guān)系曲線,Bardeen, Cooper, Schrieffer Theory (1957),二、BCS 超導(dǎo)微觀理論,BCS理論的兩大基石：,電聲作用,費(fèi)米面 能隙,絕對(duì)零度下的電子能譜,超導(dǎo)能隙,約瑟夫遜效應(yīng)(超導(dǎo)隧道效應(yīng)）：,約

5、瑟夫遜效應(yīng)是超導(dǎo)體的最重要現(xiàn)象。,約瑟夫遜結(jié)(SIS),Al超導(dǎo)體,Al超導(dǎo)體,經(jīng)典力學(xué) 量子力學(xué),EU,EU,超導(dǎo)隧道效應(yīng),4. 超導(dǎo)體主要性能測(cè)試,Tc的測(cè)量方法：,電阻測(cè)量法：要求樣品內(nèi)超導(dǎo)相是均質(zhì)的,磁測(cè)量法：伴隨著常導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變， 樣品從順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)榭勾判裕瑯悠返拇?化率發(fā)生很大的變化。,超導(dǎo)體的性能很多，但表征超導(dǎo)材料的基本參量有：臨界溫度Tc、臨界磁場(chǎng)Hc、臨界電流Ic和磁化強(qiáng)度M。,5. 超導(dǎo)陶瓷的制備,1. 高溫熔燒法,2. 熔融生長(zhǎng)法,3. 化學(xué)共沉淀法,4. 低溫化學(xué)技術(shù),5. 部分熔化法,6. 激光加熱基座晶體生長(zhǎng)技術(shù),超導(dǎo)陶瓷的制備 高溫熔燒法,影響超導(dǎo)電性的主要因

6、素是元素的組成和燒結(jié)條件。,Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷的燒制,高溫熔燒法又分為二次燒結(jié)法和三次燒結(jié)法， 是制造高溫陶瓷的主要方法。,工藝關(guān)鍵是應(yīng)使其缺氧。,5.2.6 超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用,高溫超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面: 1. 在電力系統(tǒng)方面 (1) 輸配電,室溫絕緣電纜結(jié)構(gòu)示意圖,2. 在交通運(yùn)輸方面 制造超導(dǎo)磁懸浮列車,5.3敏感陶瓷,外界條件變化,物理性能變化,有用的信號(hào),敏感陶瓷：,1、敏感陶瓷分類 物理敏感陶瓷： 光敏陶瓷，如CdS、CdSe等； 熱敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR 熱敏陶瓷等； 磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；,聲敏陶瓷，如水晶、BaTiO3、PZT

7、等； 壓敏陶瓷，如ZnO、SiC等； 力敏陶瓷，如PbTiO3、PZT等。,化學(xué)敏感陶瓷 氣敏陶瓷，如SnO2、ZnO、ZrO2等； 濕敏陶瓷，TiO2MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。 生物敏感陶瓷也在積極開發(fā)之中。,2. 敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 陶瓷是由晶粒、晶界、氣孔組成的多相系統(tǒng)，通過人為的摻雜，可以造成晶粒表面的組分偏離，在晶粒表層產(chǎn)生固溶、偏析及晶格缺陷等。,熱敏陶瓷 thermistor ceramics,熱敏陶瓷是指電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的材料。,熱敏陶瓷,熱敏電容,熱敏電阻,熱釋電材料,正溫度系數(shù)熱敏陶瓷 PTC（BaTiO3半導(dǎo)體瓷）,負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷 NTC

8、（MnCoNi半導(dǎo)體瓷）,臨界溫度系數(shù)熱敏陶瓷 CTR（VO2半導(dǎo)體瓷）,PTC是一種以鈦酸鋇(BaTiO3)為主要成分的半導(dǎo)體功能陶瓷材料，具有電阻值隨著溫度升高而增大的特性，特別是在居里溫度點(diǎn)附近電阻值躍升有37個(gè)數(shù)量級(jí)。,一、PTC的基本特性 （1）電阻溫度特性 居里溫度Tc可通過摻雜來調(diào)整。加入Pb可提高Tc；摻入Sr或Sn可降低Tc。 （2）電阻溫度系數(shù) 是指零功率電阻值的溫度系數(shù),二、PTC熱敏陶瓷材料 PTC熱敏電阻器有兩大系列：一類是采用BaTiO3為基材料制作的PTC；另一類是以V2O3為基的材料。 1、 BaTiO3系PTC熱敏陶瓷 PTC效應(yīng)完全是由其晶粒和晶界的電性能決

9、定，沒有晶界的單晶不具有PTC效應(yīng)。,純BaTiO3具有較寬的禁帶，常溫下電子激發(fā)很少，其室溫下的電阻率為1012cm，已接近絕緣體，不具有PTC電阻特性。,BaTiO3的化學(xué)計(jì)量比偏離半導(dǎo)化采用在真空、惰性氣體或還原性氣體中加熱BaTiO3。 由于失氧，BaTiO3內(nèi)產(chǎn)生氧缺位，為了保持電中性，部分Ti4+將俘獲電子成為Ti3+。在強(qiáng)制還原以后，需要在氧化氣氛下重新熱處理，才能得到較好的PTC特性，電阻率為1-103cm。,采用摻雜使BaTiO3半導(dǎo)化的方法之一是施主摻雜法，該法也稱原子價(jià)控制法。 如果用離子半徑與Ba2+相近的三價(jià)離子(如La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、D

10、y3+、Y3+、Bi3+、Sb3+等)置換Ba2+，或者用離子半徑與Ti4+相近的五價(jià)離子(如Ta5+、Nb5+、Sb5+等)置換Ti4+，采用普通陶瓷工藝，即能獲得電阻率為103-105cm的n型BaTiO3半導(dǎo)體。,采用摻雜使BaTiO3半導(dǎo)化的方法之二是AST摻雜法，以SiO2或AST ( 1/3A12O3 3/4SiO21/4TiO2 )對(duì)BaTiO3進(jìn)行摻雜，AST加入量3(摩爾分?jǐn)?shù))于1260 -1380燒成后，電阻率為40-100cm。,（1） BaTiO3PTC陶瓷的生產(chǎn)工藝 以居里點(diǎn)Tc為100的PTC BaTiO3陶瓷為例。 A、原料：應(yīng)采用高純度的原料，把Fe、Mg等雜質(zhì)

11、含量控制在最低限度。一般控制在0.01mol%以下。 B、摻雜：施主摻雜物L(fēng)a2O3、Nb2O5、Y2O3等宜在合成時(shí)引入，含量在0.2-0.3mol%這樣一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)。 C、瓷料制備及成型：傳統(tǒng)的工藝難以解決純度和均勻性的問題，現(xiàn)已經(jīng)開始采用液相法（高純BaCl2和TiCl4混合液與草酸（H2C2O4)反應(yīng)。 D、燒成：PTC陶瓷必須在空氣或氧氣氛中燒成。,（2）影響PTC熱敏陶瓷性能的因素 A、組成對(duì)居里溫度的影響 不同的PTC熱敏陶瓷對(duì)Tc有不同的要求。通過控制BaTiO3的居里點(diǎn)可以解決。通過改變組成，即加入某些化合物可以達(dá)到改變Tc的目的。 具有與Ba2+、Ti4+離子大小、價(jià)態(tài)

12、相似的金屬離子，可以取代Ba2+、Ti4+離子，形成連續(xù)固溶體。如PbTiO3 （高于120，Tc=490）、 SrTiO3（低于120，Tc=-150）。,B、晶粒大小的影響 BaTiO3熱敏陶瓷的PTC特性的高低，與陶瓷的晶粒大小密切相關(guān)。研究表明，晶粒在5um左右的細(xì)晶陶瓷具有極高的正溫度系數(shù)。 要獲得細(xì)晶陶瓷，首先要求原料細(xì)、純、勻、來源穩(wěn)定，其次可通過添加一些晶粒生長(zhǎng)抑制劑，達(dá)到均勻細(xì)小凈粒結(jié)構(gòu)的目的。此外，加入玻璃形成劑和控制升溫速度也可以抑制晶粒長(zhǎng)大。,C、化學(xué)計(jì)算比（Ba/Ti）的影響 在TiO2稍微過量時(shí)會(huì)呈現(xiàn)低電阻率；在Ba過量時(shí)電阻率會(huì)增高，且使瓷料易于實(shí)現(xiàn)細(xì)晶化。 D、

13、Al2O3對(duì)PTC陶瓷的影響 Al3+在BaTiO3基陶瓷中有三種存在位置：Al3+取代BaTiO3晶格的Ba2+位置；Al3+處于玻璃相中，能夠吸收雜質(zhì)、純化主晶相；Al3+取代BaTiO3晶格中的Ti4+，起受主作用。,按照使用溫度可分為低溫（-1300）、中溫（-50350）及高溫（300）用三種類型，主要應(yīng)用于溫度測(cè)量和溫度補(bǔ)償。,三、NTC熱敏電阻陶瓷 NTC熱敏電阻陶瓷是指隨溫度升高而其電阻率按指數(shù)關(guān)系減小的一類陶瓷。,NTC熱敏電阻材料絕大多數(shù)是具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物。 其中，二元系主要有：Cu-Mn、Co-Mn、Ni-Mn等系。,三元系有：Mn-Co-Ni、Mn-Cu

14、-Ni、Mn-Cu-Co等Mn系和Cu-Fe-Ni、Cu-Fe-Co等非Mn系。 在含Mn的三元系中，隨著Mn含量的增大，電阻率增大。 此外，還有Cu-Fe-Ni-CO四元系等。,二元系NTC熱敏電阻材料,缺點(diǎn)：對(duì)組分敏感，組分稍有變化，電導(dǎo)率就可能變化幾個(gè)數(shù)量級(jí)，使產(chǎn)品一致性和重復(fù)性差。,常用的三元系材料： MnO-CoO-NiO-O MnO-CuO-NiO-O MnO-CuO-CoO-O,三元系NTC熱敏電阻材料,材料的電導(dǎo)率對(duì)陽(yáng)離子成分不敏感，組分稍有變化，電導(dǎo)率變化很小，可以生產(chǎn)出一致性、重復(fù)性、穩(wěn)定性優(yōu)良的NTC熱敏電阻。,NTC熱敏電阻陶瓷的應(yīng)用 1）溫度補(bǔ)償： 用于石英振蕩器 2

15、）抑制浪涌電流： 用于控制開關(guān)電源、電機(jī)、變壓器等在接通瞬時(shí)產(chǎn)生的大電流。 3）溫度檢測(cè) 用于熱水器、空調(diào)、廚房設(shè)備、辦公用品、汽車電控等。, CTR材料 CTR熱敏電阻主要是指以VO2為基本成分的半導(dǎo)體陶瓷，在68附近電阻值突變達(dá)到3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，具有很大的負(fù)溫度系數(shù), 因此稱為劇變溫度熱敏電阻或臨界(溫度)熱敏電阻材料。,V是易變價(jià)元素，它有5價(jià)、4價(jià)等多種價(jià)態(tài)，因此，V系有多種氧化物，如V2O5、VO2、V2O3、VO等。 這些氧化物各有不同的臨界溫度。每種V系氧化物與B、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ag等氧化物形成多元系化合物，可上、下移動(dòng)其臨界溫度。,4. 氣敏陶瓷

16、 在現(xiàn)代社會(huì)，人們?cè)谏詈凸ぷ髦惺褂煤徒佑|的氣體越來越多，其中某些易燃、易爆、有毒氣體及其混合物一旦泄露到大氣中，會(huì)造成大氣污染，甚至引起爆炸和火災(zāi)。, 氣敏陶瓷的分類及結(jié)構(gòu) 氣敏陶瓷大致可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式及接觸燃燒式三種；按制造方法和結(jié)構(gòu)形式可分為燒結(jié)型、厚膜型及薄膜型。, 氣敏陶瓷的性能 半導(dǎo)體表面吸附氣體分子時(shí)，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率將隨半導(dǎo)體類型和氣體分子種類的不同而變化。, 典型的氣敏半導(dǎo)體陶瓷 SnO2系氣敏陶瓷 ZnO系氣敏陶瓷 Fe2O3系氣敏陶瓷, SnO2系氣敏陶瓷,SnO2氣敏陶瓷以超細(xì)SnO2粉料為基本原料，粉料越細(xì)，比表面積越大，對(duì)被測(cè)氣體越敏感。,二氧化錫氣敏陶瓷

17、所用添加劑多為半導(dǎo)體添加劑，它們有不同的作用，主要是Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等。,SnO2系氣敏陶瓷制造的氣敏元件有如下特點(diǎn)： 靈敏度高，出現(xiàn)最高靈敏度的溫度較低，約在300； 元件阻值變化與氣體濃度成指數(shù)關(guān)系，在低濃度范圍，這種變化十分明顯，非常適用于對(duì)低濃度氣體的檢測(cè)；,對(duì)氣體的檢測(cè)是可逆的，而且吸附、解吸時(shí)間短； 氣體檢測(cè)不需復(fù)雜設(shè)備，待測(cè)氣體可通過氣敏元件電阻值的變化直接轉(zhuǎn)化為信號(hào)，且阻值變化大，可用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量；,物理化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，壽命長(zhǎng)； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，耐振動(dòng)和抗沖擊性能好。,SnO2系氣敏陶瓷的應(yīng)用： 利用SnO2燒結(jié)體吸附還原氣

18、體時(shí)電阻減少的特性來檢測(cè)還原氣體，已廣泛應(yīng)用于家用石油液化氣的漏氣報(bào)警、生產(chǎn)用探測(cè)報(bào)警器和自動(dòng)排風(fēng)扇等。,已進(jìn)入實(shí)用的SnO2系氣敏元件對(duì)于可燃性氣體，例如H2、CO、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族氣體等，具有同樣程度的靈敏度，因而SnO2氣敏元件對(duì)不同氣體的選擇性就較差。, ZnO系氣敏陶瓷 氧化鋅系氣敏陶瓷元件最突出的優(yōu)點(diǎn)是氣體選擇性強(qiáng)，一般加入適量的貴金屬催化劑來提高陶瓷元件的靈敏度。,氧化鋅氣敏元件對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等碳?xì)浠衔镉休^高靈敏度，碳?xì)浠衔镏刑荚財(cái)?shù)目越大靈敏度越高。,摻Pd的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)H2、CO靈敏度較高，對(duì)碳?xì)浠衔镬`敏度較差。 摻Ag的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)乙

19、醇、苯和煤氣較靈敏，且成本也較低。, Fe2O3系氣敏陶瓷 常見的鐵的氧化物有三種基本形式： FeO、Fe2O3和Fe3O4；,其中，F(xiàn)e2O3有兩種陶瓷制品：Fe2O3和Fe2O3均被發(fā)現(xiàn)具有氣敏特性。 Fe2O3具有剛玉型晶體結(jié)構(gòu)。從熱穩(wěn)定性來看Fe2O3較優(yōu)，但從靈敏度而言則比Fe2O3差。,Fe2O3系氣敏陶瓷最大的特點(diǎn)是不用貴金屬做催化劑也能得到較高的催化性，高溫下熱穩(wěn)定性好。 Fe2O3對(duì)丙烷氣體較靈敏，但對(duì)甲烷就不靈敏。,Fe2O3的化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)甲烷乃至異丁烷都非常靈敏，對(duì)水蒸氣和乙醇等卻不靈敏。 Fe2O3作家庭用可燃?xì)怏w報(bào)警器非常合適。因它對(duì)水蒸氣和乙醇等不靈敏，故不會(huì)因

20、水蒸氣及酒精的存在而誤報(bào)。,濕敏半導(dǎo)體陶瓷 濕度，通常是指空氣中水蒸氣的含量。 濕度與人類的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)有著十分密切的關(guān)系，因此需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)空氣濕度。,（1） 濕敏陶瓷制造工藝及其特性 濕敏陶瓷材料種類繁多，化學(xué)組成復(fù)雜。 按工藝過程可將濕敏半導(dǎo)體陶瓷分為瓷粉膜型、燒結(jié)型和厚膜型。,MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷 MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷是典型的高溫?zé)Y(jié)型多孔濕敏陶瓷結(jié)構(gòu)，氣孔率高達(dá)30-40，具有良好的透濕性能。,MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷的制造工藝流程如下： MgO、Cr2O3、TiO2 稱量 球磨 干燥 造粒 干壓 燒結(jié) 切片 電極 引線 裝配 測(cè)試,MgCr

21、2O4-TiO2系多孔陶瓷具有很高的濕度活性，濕度響應(yīng)快，對(duì)溫度、時(shí)間、濕度和電負(fù)荷的穩(wěn)定性高，是很有應(yīng)用前途的濕敏傳感器陶瓷材料，已用于微波爐的自動(dòng)控制。, Si-Na2O-V2O5系濕敏陶瓷 Si-Na2O-V2O5系濕敏陶瓷是典型的低溫?zé)Y(jié)型濕敏陶瓷，主晶相是具有半導(dǎo)性的硅粉。,Si-Na-V系濕敏陶瓷的感濕機(jī)理是由于Na2O和V2O5吸附水分，使吸濕后硅粉粒間的電阻值顯著降低。 這種元件的優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性較好，可在100下工作，阻值范圍可調(diào)，工作壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，有明顯濕滯現(xiàn)象，不能用于濕度變化不劇烈的場(chǎng)合。,6. 壓敏半導(dǎo)體陶瓷 壓敏陶瓷是指電阻值隨著外加電壓變化有一顯著的

22、非線性變化的半導(dǎo)體陶瓷，用這種材料制成的電阻稱為壓敏電阻器。,制造壓敏陶瓷的材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。 目前，應(yīng)用最廣、性能最好的是氧化鋅壓敏半導(dǎo)體陶瓷。, 壓敏陶瓷的基本特性 在某一臨界電壓以下，壓敏電阻陶瓷電阻值非常高，幾乎沒有電流；但當(dāng)超過這一臨界電壓時(shí)，電阻將急劇變化，并且有電流通過。隨著電壓的少許增加，電流會(huì)很快增大。 壓敏電阻陶瓷的這種電流-電壓特性曲線如圖所示。,1.齊鈉二極管； 2.SiC壓敏電阻； 3.ZnO壓敏電阻； 4.線性電阻； 5.ZnO壓敏電阻。,壓敏電阻的I-U特性曲線, 氧化鋅壓敏陶瓷 ZnO系壓敏電阻陶瓷是壓敏電

23、阻陶瓷中性能最優(yōu)的一種材料。 成分是ZnO，并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等氧化物經(jīng)改性燒結(jié)而成。,氧化鋅壓敏電阻的應(yīng)用 ZnO壓敏電阻器的應(yīng)用很廣，可歸結(jié)為如下兩方面： 過壓保護(hù) 穩(wěn)定電壓,光敏半導(dǎo)體陶瓷 由于材料的電特性不同以及光子能量的差異，它在光的照射下吸收光能，產(chǎn)生不同的光電效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。, 光電導(dǎo)效應(yīng) 當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體時(shí)，在光子作用下產(chǎn)生的光生載流子使電導(dǎo)增加的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。, 光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體的p-n結(jié)上時(shí)，如果光子能量足夠大，hEg，就在p-n結(jié)附近激發(fā)出電子-空穴對(duì)。 在自建電場(chǎng)

24、的作用下，n區(qū)的光生空穴被拉向p區(qū)，p區(qū)的光生電子被拉向n區(qū)，結(jié)果n區(qū)積累了負(fù)電荷，p區(qū)積累了正電荷，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。 若將外電路接通，就有電流由p區(qū)流經(jīng)外電路至n區(qū)，這種效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)。,光伏效應(yīng)原理,壓電陶瓷的制備,5.4.1壓電陶瓷概論,壓電材料概述,正壓電效應(yīng)：在沒有對(duì)稱中心的晶體上施加機(jī)械作用時(shí)，發(fā)生與機(jī)械應(yīng)力成比例的介質(zhì)極化，同時(shí)在晶體的兩端面出現(xiàn)正負(fù)電荷。 逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在晶體上施加電場(chǎng)時(shí)，則產(chǎn)生與 電場(chǎng)強(qiáng)度成比例的變形或機(jī)械應(yīng)力。 正、逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。,5.4.1壓電陶瓷概論,在自然界中大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，但壓電效應(yīng)十分微弱。隨著對(duì)材料的深入研究，發(fā)現(xiàn)石英晶體、鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。 ,5.4.1壓電陶瓷概論,石英晶體壓電模型 (a) 不受力時(shí)； (b) x軸方向受力； (c) y軸方向受力,晶體具有壓電性的必要條件是晶體不具有對(duì)稱中心。 所有鐵電單晶都具有壓電效應(yīng)。 對(duì)于鐵電陶瓷來說，雖然各晶粒都有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)，但由于晶粒和電疇分布無一定規(guī)則，各方向幾率相同，使P =0，因而不顯示壓電效應(yīng)，故必須經(jīng)過人工預(yù)極化處理，使P 0，才能對(duì)外顯示壓電效應(yīng)。,5.4.1壓電陶瓷概論,陶瓷的預(yù)極化示意圖,5.4.1壓電陶瓷概論,壓電陶瓷的主要參數(shù) (1