功能材料相關(guān)知識點概括

1、緒論1、功能材料指具有一種或幾種特定功能的材料，具有優(yōu)良的物理、化學和生物功能，在物件中起著“功能”的作用。力學功能對應(yīng)于宏觀物體的機械運動，其他功能對應(yīng)于微觀物體的運動，習慣上不把結(jié)構(gòu)材料包括在功能材料范疇內(nèi)。2、宏觀運動和微觀運動之間相互聯(lián)系，在適當條件下可以互相轉(zhuǎn)化。因此，結(jié)構(gòu)材料和功能材料有共同的科學基礎(chǔ)，有時很難截然劃分。3、功能材料是指具有優(yōu)良的物理、化學和生物或其相互轉(zhuǎn)化的功能，用于非承載目的的材料。4、功能材料按化學成分（化學鍵）分類，可分為金屬、無機非金屬、有機高分子和復合功能材料。按物理性質(zhì)分類，可分為物理（如光、電、磁、聲、熱和力學功能材料等）、化學、生物、核功能材料和特

2、殊功能材料。導電材料1、導電材料按導電機理可分為電子導電材料和離子導電材料兩大類，電子導電材料的導電源于電子運動，電子導電材料包括導體、超導體和半導體。離子導電材料的導電主要源于離子的運動。2、超導體從正常態(tài)（電阻態(tài)）過渡到超導態(tài)（零電阻態(tài)）的轉(zhuǎn)變稱為正常-超導轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時的溫度Tc稱為這種超導體的臨界溫度。3、除溫度外足夠的磁場也能破壞超導態(tài)。使超導態(tài)轉(zhuǎn)變成正常態(tài)的最小磁場Hc（T）稱為此溫度下該超導體的臨界磁場。磁場的存在可以使臨界溫度降低，磁場越大，臨界溫度也越低。4、超導體按邁斯納效應(yīng)可分為軟超導體（第一類超導體）和硬超導體（第二類超導體），硬超導體在超導態(tài)和正常態(tài)之間有一種混合態(tài)存在

3、。5、半導體的電子結(jié)構(gòu)跟絕緣體相近，只是半導體的禁帶寬度要比絕緣體小，電子受熱或光等能量容易被激發(fā)，同時產(chǎn)生空穴而形成傳導。6、半導體按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體包括本征半導體和雜質(zhì)半導體。7、半導體按摻雜原子的價電子數(shù)可分為施主型(電子型或n型)和受主型(空穴型或P型)。前者摻雜原子的價電子多于純元素的價電子，后者正好相反。8、半導體中價帶上的電子借助于熱、光、電、磁等方式激發(fā)到導帶叫本征激發(fā)。滿足本征激發(fā)的半導體叫本征半導體，其導電載流子是由本征激發(fā)所形成的導帶中的電子和價帶中的空穴，本征半導體電導率由電子運動和空穴運動兩部分所構(gòu)成。9、因為本征半導體的載流子密度非

4、常小，需要在高溫下工作，故應(yīng)用不多。實際應(yīng)用的大多數(shù)為摻雜后非本征半導體，也叫雜質(zhì)半導體。10、利用將雜質(zhì)元素摻入純元素中，把電子從雜質(zhì)能級（帶）激發(fā)到導帶上或者把電子從價帶激發(fā)到雜質(zhì)能級上，從而在價帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫非本征激發(fā)或雜質(zhì)激發(fā)。這種半導體叫雜質(zhì)半導體。11、根據(jù)雜質(zhì)電離能的大小，分為淺能級雜質(zhì)和深能級雜質(zhì)。深能級能產(chǎn)生的載流子很少，而散射卻增加，對電導率影響不大或有所降低。12、化合物半導體最突出的特點是禁帶和遷移率范圍寬。13、具有半導體特性的非晶態(tài)物質(zhì)稱為非晶態(tài)半導體，與晶態(tài)物質(zhì)相比，非晶態(tài)物質(zhì)的原子排列沒有周期性。14、高分子導電材料包括結(jié)構(gòu)型高分子導電材料和復合型高分子導

5、電材料兩大類，結(jié)構(gòu)型高分子導電材料通常簡稱導電高分子，它們是高分子本身結(jié)構(gòu)或經(jīng)摻雜后就可以導電的。15、復合型高分子導電材料的實用化遠勝于結(jié)構(gòu)型導電高分子，這是因為它有成型簡便，重量輕，性能易于調(diào)節(jié)，成本低和可選擇的品種多等許多優(yōu)點。16、離子電導材料一般指的是電導率大于10-4s/cm，且其電子電導對總電導率的貢獻可忽略不計，又稱快離子導體。離子導電主要發(fā)生在離子固體中，離子在固體中通過晶格的缺陷(空穴)而進入穴位發(fā)生導電。17、繪制導體的能帶結(jié)構(gòu)圖并說明其導帶構(gòu)成情況。18、與結(jié)構(gòu)材料相比，功能材料有有哪些主要特征？1)功能對應(yīng)于材料的微觀結(jié)構(gòu)和微觀物體的運動；2)其聚集態(tài)和形態(tài)非常多樣化

6、；3)產(chǎn)品形式主要是材料元件一體化；4)是利用現(xiàn)代科學技術(shù)，多學科交叉的知識密集型產(chǎn)物；5)采用許多新工藝和新技術(shù)進行制備與檢測。19、什么是邁斯納效應(yīng)，完全導體（無阻導體）與超導體有何區(qū)別？ 當超導體處于超導態(tài)時，在磁場作用下，表面產(chǎn)生一個無損耗感應(yīng)電流，這個電流產(chǎn)生的磁場與外加磁場大小相等、方向相反，因而在樣品內(nèi)不出現(xiàn)凈磁通量，即在超導體內(nèi)部總有B=0，這種完全的抗磁性即麥斯納效應(yīng)。 完全導體不同于超導體，由麥克斯韋方程組可知，完全導體中不可能有隨時間變化的磁感應(yīng)強度，即完全導體保持著當它失去電阻時樣品內(nèi)部的磁場，致使完全導體內(nèi)部的磁場不變，可以看作磁通分布被凍結(jié)在完全導體中。20、什么叫

7、庫柏電子對？利用BCS理論解釋超導的微觀機制。 當電子間有凈的吸引作用時，費密面附近的兩個電子將形成束縛的電子對的狀態(tài)，它的能量比兩個獨立的電子的總能量低，這種電子對狀態(tài)稱為庫柏電子對?？紤]到電子的自旋，最佳的配對方式是動量相反同時自旋相反的兩個電子組成庫柏電子對。 庫柏電子對之間通過交換聲子耦合在一起，拆散一個庫柏對，產(chǎn)生兩個正常態(tài)電子需要外界提供能量。庫柏對吸收能量變成兩個獨立的正常電子的過程稱為準粒子激發(fā)。由于受熱激發(fā)，有一些庫柏對被拆開成為正常電子，這樣就使得超導體內(nèi)有兩種載流子：超導電子和被激發(fā)到能隙之上單粒子態(tài)中的正常電子。這正賦予了二流體模型新的意義。 在常溫下，金屬原子失去外層

8、電子成為正離子規(guī)則排列在晶格的結(jié)點上作微小振動。自由電子無序地充滿在正離子周圍。在電壓作用下，自由電子的定向運動就成為電流。自由電子在運動中受到的阻礙稱為電阻。處在超導態(tài)的電子，不是單獨一個個存在的，而是配成庫珀對存在的，配對的電子，其自旋方向相反，動量的大小相等而方向相反，總動量為零。庫珀對作為整體與晶格作用，因此一個電子若從晶體得到動量，則另一個電子必失去動量，作為整體，不與晶格交換動量，也不交換能量，能自由地通過晶格，因此沒有電阻。 溫度愈低，結(jié)成的電子對愈多，電子對的結(jié)合愈牢固，不同電子對之間相互的作用力愈弱。在電壓的作用下，這種有秩序的電子對按一定方向暢通無阻地流動起來。 當溫度升高

9、后，電子對因受熱運動的影響而遭到破壞，就失去了超導性。當磁場強度達到臨界強度時，磁能密度等于庫珀對的結(jié)合能密度，所有庫珀對都獲得能量而被撤散，超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。21、描述超導材料的兩個基本特性及其關(guān)系；零電阻效應(yīng)：在臨界溫度時，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。 邁斯納效應(yīng)：在超導態(tài)時，不允許磁場穿過，即具有完全抗磁性。 關(guān)系：相互獨立又相互聯(lián)系。單純的零電阻不能保證具有邁斯納效應(yīng)；而邁斯納效應(yīng)存在必滿足零電阻效應(yīng)。22、非晶態(tài)半導體有何特點？1）非晶半導體對雜質(zhì)摻入不敏感，結(jié)構(gòu)不具有敏感性。摻入雜質(zhì)的正常化合價都被飽和，即全部價電子都處在鍵合狀態(tài)，幾乎所有非晶態(tài)半導體都具有本征半導體的性質(zhì)。2）非晶態(tài)半導體

10、由于它的非結(jié)晶性，因此無方向性，所以沒有結(jié)晶、提純、雜質(zhì)控制等復雜工藝。故非晶態(tài)半導體便于大量生產(chǎn)，并且價格低廉。24、試繪制本征半導體和雜質(zhì)半導體的能帶結(jié)構(gòu)并解釋半導體導電機理。介電材料1、介電材料又叫電介質(zhì)，是以電極化為特征的材料。電極化是在電場作用下分子中正負電荷中心發(fā)生相對位移而產(chǎn)生電偶極矩的現(xiàn)象。2、在32種點群的晶體中，有21種點群的晶體不是中心對稱的，在這些無對稱的晶體中，有20種點群的晶體可能具有壓電性，屬于壓電晶體，稱為壓電體。3、在壓電晶體中，有10種點群的晶體具有唯一的單向極軸，即存在自發(fā)性，可能具有熱釋電性，屬于熱釋電體。4、在熱釋電晶體中，有些晶體的自發(fā)極化方向能隨外

11、電場方向轉(zhuǎn)化，這類晶體稱為鐵電體。5、具有鐵電性的晶體，必然具有熱釋電性和壓電性，具有熱釋電性的晶體，必然具有壓電性，但是卻不一定具有鐵電性。6、分子極化率一般由電子極化率、原子（離子）極化率和取向極化率三部分構(gòu)成。7、介電材料的極化強度是單位體積內(nèi)電偶極矩的矢量和。介質(zhì)的極化強度越大，靜態(tài)介電常數(shù)也越大。8、電介質(zhì)分子完成極化所需的時間稱為弛豫時間，其倒數(shù)稱為弛豫頻率f。電子極化的弛豫頻率相當于紫外頻率，原子（離子）極化的弛豫頻率處于紅外區(qū)，取向極化的弛豫頻率處于射頻和微波區(qū)。9、在交變電場作用下，由于電場頻率不同，極化對電場變化的反應(yīng)也不同。10、在交變電場中，由于極化滯后，介電常數(shù)要用復

12、數(shù)表示，稱為動態(tài)介電常數(shù)。11、介電損耗產(chǎn)生的原因包括：(1)部分帶電質(zhì)點在外場作用下移動而引起漏導；(2)與偶極子轉(zhuǎn)動和振動相關(guān)的能量損耗。12、電介質(zhì)承受的電壓超過一定值后，就喪失了電介質(zhì)的絕緣性，這個電壓叫做擊穿電壓。13、在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化且極化強度可以因外電場而反向的晶體稱鐵電體。鐵電體是具有電疇和電滯回線的介電材料。14、所謂電疇就是在一個電疇范圍內(nèi)永久偶極矩的取向都一致。15、居里溫度Tc是鐵電相與順電相的相轉(zhuǎn)變溫度，當鐵電體溫度T大于Tc時，鐵電現(xiàn)象消失。鐵電相是極化有序狀態(tài)，順電相是極化無序狀態(tài)。16、按照鐵電體極化軸的多少，可將鐵電體分為無序-有序型鐵電體（軟鐵電體

13、）和位移型鐵電體（硬鐵電體）兩類。軟鐵電體只有一個晶軸，硬鐵電體有多個晶軸。17、反鐵電體是一些離子晶體，它的相鄰行或列上的離子沿反平行的方向自發(fā)極化。18、鐵電體與反鐵電體的自發(fā)極化有何不同特點？并分別解釋為什么總的極化強度 P0？ 答：鐵電體自發(fā)極化的特點是單元晶胞中的偶極子成對的按相同方向平行排列，晶體中存在著一個個由許多晶胞組成的自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域鐵電疇，但各個鐵電疇的極化方向是不同的、雜亂無章的分布；反鐵電體自發(fā)極化的特點是單元晶胞中的偶極子成對的按相反方向平行排列且這兩部分偶極子的偶極矩大小相等方向相反。 鐵電體P0是由于一般情況下整個鐵電晶體的內(nèi)部不同方向取向的電疇其自發(fā)極

14、化強度可相互抵消，所以鐵電晶體的P0；反鐵電體晶胞中偶極子以反平行方向排列偶極子的偶極矩在晶胞內(nèi)部自行抵消，所以對外不顯示極性P0。19、繪制鐵電體的電滯回線，并標出飽和極化強度Ps、剩余極化強度Pr及矯頑電場強度Ec在圖中的位置。壓電材料1、沒有對稱中心的材料受到機械應(yīng)力處于應(yīng)變狀態(tài)時，材料內(nèi)部會引起電極化和電場，其值與應(yīng)力大小成比例，符號取決于應(yīng)力的方向，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。2、當材料在電場作用下發(fā)生電極化時，會產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變值與所加電場強度成正比，符號取決于電場方向，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。3、具有壓電效應(yīng)的材料叫壓電材料，通過壓電材料可將機械能和電能相互轉(zhuǎn)換。利用逆壓電效應(yīng)發(fā)展了一

15、系列電致伸縮材料。4、壓電效應(yīng)產(chǎn)生的根源是晶體中離子電荷的位移，當不存在應(yīng)變時電荷在晶格位置上的分布是對稱的，所以其內(nèi)部電場為零。但是當給晶體施加應(yīng)力則電荷發(fā)生位移，如果電荷分布不再保持對稱就會出現(xiàn)凈極化，并將伴隨產(chǎn)生一電場，這個電場就表現(xiàn)為壓電效應(yīng)。5、逆壓電效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)不同。電致伸縮效應(yīng)是指在外電場作用下，任何電介質(zhì)都會發(fā)生尺寸變化，即產(chǎn)生應(yīng)變，是液、固、氣電介質(zhì)一般都具有的性質(zhì)。而逆壓電效應(yīng)只存在于不具有對稱中心的點群的晶體中。此外，電致伸縮效應(yīng)的形變與電場方向無關(guān)，與電場強度的平方成正比，而逆壓電效應(yīng)的形變是隨電場反向而反號，與電場強度的一次方成正比。6、機電耦合系數(shù)是一個綜合反

16、映壓電晶體的機械能與電能之間耦合關(guān)系的物理量，是衡量壓電材料性能的一個很重要參數(shù)。7、單晶壓電材料性能穩(wěn)定，內(nèi)耗??；陶瓷多晶壓電材料比單晶材料便宜但易老化。半導體壓電材料機電耦合系數(shù)大并兼有光電導性。熱電材料1、熱電材料就是把熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷牟牧?。主要包括溫差電動勢材料，熱電導材料和熱釋電材料三大類?、在熱電回路中通電時，在回路中會引起兩種熱效應(yīng)，珀爾帖和湯姆遜熱效應(yīng)。前者出現(xiàn)在電極的兩個接頭處；后者發(fā)生在兩個電極上。3、溫差電動勢材料主要應(yīng)用在兩個方面：一是用作熱電偶材料，制作熱電偶用于測溫，這方面應(yīng)用的材料主要是高純金屬和合金材料；二是制作熱器件，用來發(fā)電或做致冷器，這類器件所用的材料主要是

17、高摻雜半導體材料。4、當溫度升高時，材料的電導率發(fā)生較大變化的一類材料稱為熱電導材料，實質(zhì)上是溫電導材料。5、熱電導材料又稱為熱敏材料，是重要的傳感器材料。6、正溫度系數(shù)熱電導材料多數(shù)是半導性的金屬氧化物和過渡金屬的復合氧化物，其特點是溫度升高，電導率增加。7、負溫度系數(shù)熱電導材料主要為摻雜半導體陶瓷材料。8、熱釋電效應(yīng)是指當某些晶體受溫度變化影響時，由于自發(fā)極化的相應(yīng)變化而在晶體的一定方向上產(chǎn)生表面電荷。9、熱釋電材料有晶體（單晶材料、金屬氧化物陶瓷）和有機高聚物晶體兩大類。10、何謂塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)，兩者有什么關(guān)系？ 由兩種不同導體（或半導體）組成的閉合回路，當兩接點保持在不同溫度時

18、，回路中將有電流通過，此回路稱熱電回路，回路中出現(xiàn)的電動勢稱為塞貝克電動勢，此效應(yīng)稱為塞貝克效應(yīng)。 在熱電回路的兩個接頭處，當電流流過時將發(fā)生熱效應(yīng)，其大小與電流和流通的時間成正比，此效應(yīng)稱為帕爾貼效應(yīng)。 帕爾帖效應(yīng)實質(zhì)上是塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。光電材料1、光電材料是能把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊活惸芰哭D(zhuǎn)換功能材料。2、當光照射到材料上，光被材料吸收產(chǎn)生發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電子發(fā)射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是光-電子能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。3、具有光電子發(fā)射現(xiàn)象的材料稱為光電子發(fā)射材料，光電子發(fā)射材料又稱之為外光電效應(yīng)材料。4、p型半導體光激發(fā)到導帶的電子壽命約10-9s，電子擴散長度較釋熱長度大的多。負電子親和勢材料發(fā)射

19、效率比正電子親和勢發(fā)射材料效率高得多。光子入射深度小于釋熱長度Lt時，兩種陰極效率差別不大。當光子入射深度大于釋熱長度Lt時，兩種親和勢逸出深度不同，負電子親和勢逸出深度LD大于正電子親和勢逸出深度。所以用半導體材料作光陰極，p型材料比n型材料好。5、受光輻射電導急劇上升的現(xiàn)象稱為光電導現(xiàn)象，具有此現(xiàn)象的材料叫光電導材料，又稱作內(nèi)光電效應(yīng)材料或光敏材料。6、光照到半導體（或絕緣體）上，價帶的電子接受能量，使電子脫離共價鍵。當光的能量達到禁帶寬度的能量值時，價帶的電子躍遷到導帶，因而在晶體中產(chǎn)生一個自由電子和一個空穴，這兩種載流子都參與導電。由于光的作用產(chǎn)生的附加電導稱之為光電導。7、光電導來自

20、附加的載流子，這種載流子可以來自帶間躍遷，也可以來自雜質(zhì)的激發(fā)，因此，光電導有本征光電導和雜質(zhì)光電導之分。8、光電導材料按材料種類可分為光電導半導體、光電導陶瓷和有機高分子光導體三類。9、光電導材料主要是應(yīng)用光生載流子產(chǎn)生光導效應(yīng)的原理，常用作光探測的光敏感器件材料。10、在光照下，半導體p-n結(jié)兩端產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。具有此效應(yīng)的材料叫光生伏特材料或光生電動勢材料。太陽能電池和光生伏特檢測器都是光生電動勢材料的重要應(yīng)用。11、在p-n結(jié)區(qū)附近受主離子和施主離子產(chǎn)生的靜電勢梯度阻止載流子擴散，這種p-n結(jié)區(qū)電場稱為內(nèi)建電場。盡管有內(nèi)建電場存在，但整個p-n結(jié)中沒有剩余的空穴和電子

21、，因此p-n結(jié)中并無外場電動勢，外電場為零。如果光照射到p-n結(jié)接觸面時，由于光激發(fā)而使電子和空穴激發(fā)，受內(nèi)建電場的作用，空穴將向p區(qū)移動而積累，電子向n區(qū)移動而積累，從而形成凈空間電荷，這些空間電荷不能夠越過阻擋層（起阻止電子和空穴擴散的作用）而復合，這樣將有電動勢產(chǎn)生，這種情況下p-n結(jié)就形成光電池。12、硅太陽能電池可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。13、單晶硅太陽能電池禁帶寬度不大，轉(zhuǎn)換效率高，但價格昂貴，使用壽命不長。多晶硅材料易得，但其實際轉(zhuǎn)換效率低，不易控制其均勻性。非晶硅太陽能電池工藝簡單，對雜質(zhì)敏感性小，價廉，可以制成大尺寸，但轉(zhuǎn)換效率不高，不夠

22、穩(wěn)定。14、薄膜太陽能電池質(zhì)量輕，可制成大面積膜而且可彎曲，但工藝復雜，質(zhì)量不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率也不夠高。15、陶瓷太陽能電池制備簡單，成本低，但穩(wěn)定性差。16、MOS和p-n異質(zhì)結(jié)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較高，但工藝復雜。透光和導光材料1、透光材料包括透可見光、紅外光和紫外光的材料。2、透可見光的材料常用的有玻璃和高聚物兩大類。3、玻璃材料的透過率最高（可高達98%以上），折射率范圍大，色散系數(shù)范圍大，光學穩(wěn)定性好，耐磨損，缺點是密度大、耐沖擊強度低，加工困難，制造周期長。4、高聚物透光材料優(yōu)點是重量輕，成本低，制造簡單，不易破碎，缺點是折射率范圍窄，熱膨脹系數(shù)、雙折射和色散大，耐熱、耐磨、硬度、耐濕

23、和抗化學性能差。5、光學石英玻璃是透紫外線最好的材料，在紫外波段有很高的透過性能。6、光通信中用于傳播光信息的光學纖維所用的材料稱為光纖材料，又稱光波導纖維材料。7、一切光纖的工作基礎(chǔ)都是光的全內(nèi)反射現(xiàn)象。光纖材料按結(jié)構(gòu)可分為包層型和自聚焦型兩種，前者的折射率在皮和芯界面上呈突躍變化，后者的折射率則隨半徑呈梯度指數(shù)變化。8、光學上把具有一定頻率、一定偏振狀態(tài)和傳播方向的光波叫作光波的一種模式，或稱為光的一種波形。光纖根據(jù)模式可分為單模光纖和多模光纖兩種。單模光纖就是一種光學纖維只允許傳輸一個模式的光波。9、形成光學纖維傳輸損耗的機理有吸收損耗、本征散射和波導散射三種。吸收損耗是一個重要的損耗，

24、可分為本征吸收、雜質(zhì)吸收和OH-離子吸收。本征吸收是物質(zhì)的固有吸收，是組分原子振動產(chǎn)生的吸收。本征散射是物質(zhì)散射中最重要的，又稱為瑞利散射，是由玻璃熔制過程造成的密度不均勻而產(chǎn)生的折射率不均勻所引起的散射。波導散射由波導的結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生，如波導芯直徑起伏，界面粗糙等。10、光纖種類很多，按芯和包層折射率分布可分為階躍型、梯度型、色散移位型和色散平坦型；按傳輸模式可分為單模光纖和多模光纖。發(fā)光材料1、發(fā)光材料品種很多，按激發(fā)方式可以分為：a.光致發(fā)光材料：發(fā)光材料在光（通常是紫外光、紅外光和可見光）照射下激發(fā)發(fā)光；b.電致發(fā)光材料：發(fā)光材料在電場或電流作用下的激發(fā)發(fā)光；c.陰極射線致發(fā)光材料：發(fā)光

25、材料在加速電子的轟擊下的激發(fā)發(fā)光；d.等離子發(fā)光材料：發(fā)光材料在等離子體的作用下的激發(fā)發(fā)光；e.熱致發(fā)光材料：發(fā)光材料在熱的作用下的激發(fā)發(fā)光。2、發(fā)光材料的發(fā)光中心（即發(fā)光體內(nèi)部在結(jié)構(gòu)中能發(fā)光的分子）受激發(fā)時并未離化，即激發(fā)和發(fā)射過程在彼此獨立的、個別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光叫做分立中心發(fā)光。這種發(fā)光是單分子過程，并不伴隨有光電導，故又稱“非光電導型”發(fā)光。3、分立中心發(fā)光有兩種情況：自發(fā)發(fā)光和受迫發(fā)光。受迫發(fā)光是受激發(fā)的電子只有在外界因素影響下才發(fā)光。4、發(fā)光材料受激發(fā)時分離出一對帶異號電荷的粒子，一般為正離子(空穴)和電子，這兩種粒子在復合時便發(fā)光，叫復合發(fā)光。由于離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂

26、移或擴散，從而構(gòu)成特征性光電導，所以復合發(fā)光又叫“光電導型”發(fā)光。5、大部分復合發(fā)光是電子脫離原來的發(fā)光中心后，在運動中遇到其他離化了的發(fā)光中心復合發(fā)光，呈雙分子過程，電子在導帶中停留的時間較長，是長復合發(fā)光過程。6、材料的發(fā)光光譜（又稱發(fā)射光譜）可分為三種類型：寬帶、窄帶和線譜。7、應(yīng)用中硬性規(guī)定當激發(fā)停止時的發(fā)光亮度L衰減到L0的10%時所經(jīng)歷的時間為余暉時間，簡稱余輝。人眼能感覺到余輝的長發(fā)光期間者為磷光，人眼感覺不到余輝的短發(fā)光期間者為熒光。8、用紫外光、可見光及紅外光激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生發(fā)光的現(xiàn)象稱為光致發(fā)光，這種發(fā)光材料稱為光致發(fā)光材料。9、光致發(fā)光材料一般可分為熒光燈用發(fā)光材料、長

27、余輝發(fā)光材料和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，按發(fā)光弛豫時間可分為熒光材料和磷光材料。10、磷光材料的主要組成部分是基質(zhì)和激活劑兩部分。11、發(fā)光體在紅外光激發(fā)下發(fā)射可見光的現(xiàn)象稱為上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這種發(fā)光體稱為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。12、電致發(fā)光是在直流或交流電場作用下，依靠電流和電場的激發(fā)使材料發(fā)光的現(xiàn)象，又稱場致發(fā)光，這種發(fā)光材料稱為電致發(fā)光材料或場致發(fā)光材料。13、電致發(fā)光機理分為本征式和注入式兩種。本征式發(fā)光是用電場直接激勵電子，電場反向后電子與中心（空穴）復合而發(fā)光的現(xiàn)象。注入式場致發(fā)光是在正向電壓下，電子和空穴分別由n區(qū)和p區(qū)注入到結(jié)區(qū)并相互復合而發(fā)光的現(xiàn)象，又稱p-n結(jié)電致發(fā)光。14、射線致發(fā)光材料可分

28、為陰極射線致發(fā)光材料和放射線致發(fā)光材料兩種。陰極射線致發(fā)光材料是由電子束轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。陰極射線發(fā)光包括三個基本過程，電離，當高能電子束激發(fā)發(fā)光材料時，晶體吸收激發(fā)能，引起基質(zhì)價帶或滿帶電子的激發(fā)；電子和空穴的中介運動過程，滿帶中的電子被電離后進入導帶，在滿帶中產(chǎn)生空穴，電子和空穴分別在導帶和滿帶中擴散；電子-空穴對復合發(fā)光。15、由于發(fā)光強度是隨激發(fā)強度而變的，通常用發(fā)光效率來表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。發(fā)光效率可用量子效率、能量效率及光度效率三種方法表示。16、等離子體是高度電離化的多種粒子存在的空間，其中帶電粒子有電子、正離子，不帶電粒子有氣體原子、分子、受激原子、亞穩(wěn)原子等。等離

29、子體具有如下特征：（1）氣體高度電離；（2）具有很大的帶電粒子濃度，由于帶正電與帶負電的粒子濃度接近相等，等離子體具有良導體的特性；（3）等離子體具有電振蕩的特性；（4）等離子體具有加熱氣體的特性；（5）氣體在等離子體中的運動可看作是熱運動。激光材料1、根據(jù)統(tǒng)計力學原理，大量相同粒子集合處于熱平衡溫度下，粒子數(shù)按能級的分布服從玻爾茲曼分布定律。2、根據(jù)玻爾茲曼分布定律，熱平衡條件下絕大部分粒子處于基態(tài)，即處于低能級的粒子數(shù)在熱平衡情況下總多于高能級的粒子數(shù)，因而受激吸收總占優(yōu)勢，這叫粒子數(shù)正常分布。3、輻射與物質(zhì)的相互作用主要包括受激吸收、自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射。原子系統(tǒng)中各個原子的自發(fā)發(fā)射是各自

30、獨立進行的，彼此無關(guān)。它們發(fā)射的光子傳播方向和偏振方向可以各不相同，屬于不同的模，相互之間不相干。受激發(fā)射的光子與入射光子有相同的模式。4、如果借助外界激勵，破壞粒子的熱平衡分布，就可能使高能級的粒子數(shù)大于低能級的粒子數(shù)，由于它同正常分布相反，所以叫粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的作用在于當外來光輻射時，受激輻射總是大于受激吸收，因而產(chǎn)生光的放大信號，為激光的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)。5、激光器通常由工作物質(zhì)、激勵源和諧振腔三部分構(gòu)成。6、激光產(chǎn)生的過程為：當激光工作物質(zhì)的粒子(原子或分子)吸收了外來能量后，就要從基態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)(受激吸收)，很快無輻射躍遷到一個亞穩(wěn)態(tài)能級。粒子在亞穩(wěn)態(tài)的壽命較

31、長，所以粒子數(shù)目不斷積累增加(泵浦過程)。當亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于基態(tài)粒子數(shù)，即實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，粒子就要跌落到基態(tài)并放出同一性質(zhì)的光子，光子又激發(fā)其他粒子也跌落到基態(tài)，釋放出新的光子，這樣便起到了放大作用。如果光的放大在一個光諧振腔里反復作用，便構(gòu)成光振蕩，并發(fā)出強大的激光。7、目前所有已實現(xiàn)激光輻射的都是三能級或四能級系統(tǒng)，尚未看到二能級系統(tǒng)實例。紅寶石激光器激光工作物質(zhì)屬于三能級系統(tǒng)，釹玻璃激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器及氦氖激光器、二氧化碳激光器等大多數(shù)氣體激光工作物質(zhì)都屬于四能級系統(tǒng)。8、激光具有如下特點：（1）相干性好；（2）單色性純；（3）方向性好；（4）亮度高。9、激光工質(zhì)材料按材料

32、性質(zhì)可分為固體、氣體、液體和半導體四種。10、固體激光工作物質(zhì)主要用于固體激光器中，它應(yīng)具備的基本條件是：材料應(yīng)具有合適的光譜特性；激發(fā)態(tài)吸收要?。粦?yīng)具有良好的光學均勻性和穩(wěn)定性；應(yīng)具有良好的物化性能。11、固體激光工作材料的基質(zhì)包括晶體基質(zhì)和非晶體基質(zhì)兩類。在晶體基質(zhì)中，激活離子處于長程有序的點陣結(jié)構(gòu)中，激活離子周圍的場基本相同，因此，在晶格場作用下產(chǎn)生的能級分裂和位移也基本相同。處在晶體基質(zhì)中，離子譜線的加寬主要屬洛倫茲線型的均勻加寬，其典型熒光線寬約幾厘米-1。因此，晶體激光器振蕩閾值較低，易于連續(xù)運轉(zhuǎn)。在非晶體基質(zhì)中，離子處于長程無序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，不同離子受到周圍配位場的作用不同，因而

33、產(chǎn)生的能級分裂和位移也不同，離子的譜線是一系列中心頻率略有不同的譜線疊加，譜線加寬主要是高斯型非均勻加寬，其線寬約幾十到幾百厘米-1。因此，非晶體激光器的光泵利用率高，儲能較大，且易制備大尺寸元件，所產(chǎn)生功率較大。固體激光工質(zhì)材料的主要缺點是器件不能作的太大，連續(xù)工作有一定難度。12、氣體激光器是目前品種最多、應(yīng)用很廣泛的一類激光器，單色性和相干性都比較好，能長時間較穩(wěn)定地工作，大都能連續(xù)工作。主要缺點是同樣的輸出功率，氣體激光器的體積比固體激光器體積大的多。13、液體激光器最重要的特點是激光輻射的頻率可以在比較寬的波長范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。14、半導體激光器的作用原理是基于電子和空穴的輻射復合現(xiàn)象

34、，最常用的是注入式激光器。半導體激光器的優(yōu)點是體積小、重量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單，最大缺點是激光性能受溫度影響大。15、激光調(diào)Q技術(shù)又稱Q開關(guān)，其原理是通過某種方法按規(guī)定程序改變腔的Q值，從而獲得單個的巨脈沖，能使普通脈沖激光器產(chǎn)生瞬時的高峰值。實現(xiàn)這種技術(shù)的材料叫調(diào)Q材料。激光調(diào)Q技術(shù)分轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和染料調(diào)Q四種。非線性光學材料1、非線性光學材料是指對于激光強電場顯示二次以上非線性物理響應(yīng)的材料。非線性效應(yīng)起源于介質(zhì)的極化。2、非線性光學效應(yīng)的應(yīng)用主要有兩個方面，一是進行光波頻率的轉(zhuǎn)換，即通過所謂倍頻、和頻、差頻或混頻，以及通過光學參量振蕩等方式拓寬激光波長范圍，以開辟新的激光

35、光源。二是進行光信號處理，如進行控制、開關(guān)、偏轉(zhuǎn)、放大、計算、存儲等。3、二階非線性光學材料是一類具有大的二階非線性極化率，能產(chǎn)生強的二階非線性光學效應(yīng)的材料，這類材料在結(jié)構(gòu)上不具有宏觀的對稱中心。二階非線性光學材料按照材料性質(zhì)可分為無機晶體材料、半導體晶體材料和有機晶體材料三種。4、三階非線性材料在強激光作用下產(chǎn)生三階非線性極化響應(yīng)，具有強的光波間非線性耦合的材料，原則上任何結(jié)構(gòu)對稱性的材料都具有三階非線性性能，但惟有具有結(jié)構(gòu)對稱中心且具有大的分子或基團的三階非線性極化材料才能免除二階非線性的干擾，呈現(xiàn)強的純?nèi)A效應(yīng)。5、有機和聚合物作為非線性光學材料具有許多無機材料所無法比擬的優(yōu)點：有機化

36、合物的非線性光學系數(shù)要比已經(jīng)得到實用的無機晶體高一至兩個量級；有機化合物的非線性光學效應(yīng)源于非定域的電子體系，而無機材料的極化是由晶格畸變造成的，所以有機材料的響應(yīng)就要快得多；有機化合物的光學損傷閾值較高；可根據(jù)非線性效應(yīng)的要求來進行分子設(shè)計；有機材料尤其是聚合物具有優(yōu)異的可加工性，易于成材，而且可以晶體、薄膜、塊材、纖維等多種形式來利用等等。光調(diào)制用材料1、在通信技術(shù)中，“調(diào)制”是指采用某種方法把需要傳遞的信息（語言、文字、圖像等）加到信息載體上的過程。控制激光束的技術(shù)稱之為激光調(diào)制技術(shù)。激光調(diào)制技術(shù)中按激光基波被信號所改變的參量不同可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、位相調(diào)制和脈沖調(diào)制。2、實現(xiàn)激光

37、束的快速控制的方法有機械法和光學法兩種，后者的調(diào)制速度優(yōu)于前者。3、用光學方法控制激光束是利用光通過某些光學介質(zhì)，這些光學介質(zhì)在外場（電、聲、磁）的作用下，其光學性質(zhì)（如折射率）將發(fā)生顯著變化，從而使通過介質(zhì)的激光束的某些特性（如光波相位）隨之變化。4、使激光束實現(xiàn)調(diào)制的光學介質(zhì)稱之為（激）光調(diào)制用材料，按照控制光束的不同作用機理，光調(diào)制用材料又可分為電光材料、磁光材料和聲光材料三種。5、在外加電場作用下，介質(zhì)折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)，具有電光效應(yīng)的介質(zhì)稱為電光材料。6、一級電光效應(yīng)也稱泡克耳斯效應(yīng)，二級電光效應(yīng)也稱克爾效應(yīng)。7、使光由完全不透到透過最大，需產(chǎn)生半個波長的相位延遲，是晶

38、體材料產(chǎn)生半個波長相位延遲所加的電壓叫半波電壓，電光系數(shù)和半波電壓是電光材料兩個重要的特征參數(shù)。8、磁光材料是指在磁場作用下，入射光經(jīng)過材料時會發(fā)生某些性質(zhì)（如旋光性、折射性、偏振性等）的變化的材料。9、光與磁場中的物質(zhì)或光與具有自發(fā)磁化特性的物質(zhì)之間相互作用所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象統(tǒng)稱為磁光效應(yīng)，包括法拉第效應(yīng)、科頓-木頓效應(yīng)、克爾效應(yīng)、光磁效應(yīng)等。10、在強磁場作用下，許多非旋光性的物質(zhì)會顯示出旋光性，這種現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)，也稱磁致旋光效應(yīng)。11、在強磁場作用下，一些各向同性的透明磁介質(zhì)呈現(xiàn)出雙折射性，這一現(xiàn)象稱為科頓-木頓效應(yīng)，又稱磁致雙折射效應(yīng)。12、線偏振光入射到磁化介質(zhì)表面時其反射光的偏

39、振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種由反射而引起的偏振面旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)稱為克爾效應(yīng)。13、當聲波在介質(zhì)中通過時，由于光彈效應(yīng)，介質(zhì)的密度隨聲波振幅的強弱而產(chǎn)生響應(yīng)的周期性的疏密變化，它對光的作用猶如條紋光柵。此時光束若以適當角度射入晶體（光柵）內(nèi)即產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這種聲致光衍射現(xiàn)象稱聲光效應(yīng)。具有聲光效應(yīng)的材料叫聲光材料。14、按照超聲波頻率的高低和聲光作用長度的不同，聲光作用可以分為布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射。15、常用的聲光材料有晶體、玻璃和液體三類。紅外材料1、紅外線的輻射起源于分子的振動和轉(zhuǎn)動，而分子振動和轉(zhuǎn)動起源于溫度。所以在0K以上的溫度下，一切物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時也叫熱紅外。2

40、、理論上，任何物體在0K以上均可輻射紅外線，但工程上，紅外輻射材料只指能吸收熱物體輻射而發(fā)射大量紅外線的材料。紅外輻射材料可分為熱型、“發(fā)光”型和熱-“發(fā)光”混合型三類。紅外加熱技術(shù)主要采用熱型紅外輻射材料。3、紅外輻射材料的輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。4、當紅外輻射輻射到任何一種材料的表面時，一部分能量被吸收，一部分能量被反射，還有一部分能量被透過。5、材料發(fā)出輻射是因其組成原子、分子或離子體系在不同能量狀態(tài)間躍遷產(chǎn)生的，一般說這種發(fā)出的輻射，在短波段主要與其電子的躍遷有關(guān)，在長波段則與其晶格振動特性有關(guān)。紅外加熱技術(shù)中的多數(shù)輻射材料，其發(fā)出輻射的機制是由于分子轉(zhuǎn)動或振動而伴隨著電偶矩

41、的變化產(chǎn)生的輻射。因此，組成材料的元素、化學鍵形式、晶體結(jié)構(gòu)及晶體中存在缺陷等因素都將對材料的發(fā)射率產(chǎn)生影響。6、透紅外材料是指對紅外線透過率高的材料。隱身材料1、從廣義上看，凡是能使軍事目標的各種可探測的目標特征減少或致盲的技術(shù)均可稱為隱身技術(shù)，隱身技術(shù)可分為兩大類：主動隱身技術(shù)和被動隱身技術(shù)。被動隱身技術(shù)是指在武器系統(tǒng)的設(shè)計和使用過程中，降低其作為目標特征的技術(shù)。從狹義上看，隱身技術(shù)僅指被動隱身技術(shù)。2、按目標特征，隱身技術(shù)又可分為可見光隱身技術(shù)、雷達或微波隱身技術(shù)、紅外隱身技術(shù)、激光隱身技術(shù)和聲隱身技術(shù)。3、紅外隱身技術(shù)按波段可分為近紅外和中遠紅外兩類，近紅外隱身技術(shù)本質(zhì)上是可見光隱身技術(shù)在長波方向的擴展，主要用于靜止、常溫的目標。4、在水下，由于可見光、紅外線和微波傳輸距離極短就很快衰減，聲探測幾乎成為惟一的偵測手段。5、隱身技術(shù)作為一項高技術(shù)，與激光武器、巡航導彈被稱為軍事科