第四章陶瓷材料4

1、1陶瓷材料陶瓷材料(Ceramic Materials)Chapter 4Chapter 42第四節(jié)、幾種新型功能陶瓷材料第四節(jié)、幾種新型功能陶瓷材料l功能陶瓷是指利用材料的電、磁、聲、功能陶瓷是指利用材料的電、磁、聲、光、熱等性能或其耦合效應，來實現(xiàn)某光、熱等性能或其耦合效應，來實現(xiàn)某種使用功能的陶瓷。種使用功能的陶瓷。3分分類類陶瓷陶瓷特性特性主要用途主要用途電電子子陶陶瓷瓷絕緣陶瓷絕緣陶瓷高絕緣性高絕緣性集成電路基片、封裝陶瓷、高絕緣陶瓷集成電路基片、封裝陶瓷、高絕緣陶瓷介電陶瓷介電陶瓷介電性介電性陶瓷電容器、微波陶瓷陶瓷電容器、微波陶瓷鐵電陶瓷鐵電陶瓷鐵電性鐵電性陶瓷電容器陶瓷電容器壓

2、電陶瓷壓電陶瓷壓電性壓電性超聲換能器、諧振器、壓電點火、壓電電動機超聲換能器、諧振器、壓電點火、壓電電動機熱釋電陶瓷熱釋電陶瓷電熱性電熱性探測紅外輻射技術和溫度測定探測紅外輻射技術和溫度測定敏敏感感陶陶瓷瓷熱敏熱敏半導性、傳感性半導性、傳感性溫度控制器、過熱保護器溫度控制器、過熱保護器氣敏氣敏傳感性傳感性氣體傳感器、氧探頭、氣體報警器氣體傳感器、氧探頭、氣體報警器濕敏濕敏傳感性傳感性濕度測量儀、濕度傳感器濕度測量儀、濕度傳感器光敏光敏傳感性傳感性光敏電阻、光傳感器、紅外光敏元件光敏電阻、光傳感器、紅外光敏元件壓敏壓敏傳感性傳感性壓力傳感器壓力傳感器功能陶瓷分類功能陶瓷分類4電電子子陶陶瓷瓷半導

3、體陶瓷半導體陶瓷半導性半導性電爐、避雷器、噪聲消除、溫度傳感器電爐、避雷器、噪聲消除、溫度傳感器快離子導體陶瓷快離子導體陶瓷離子導電性離子導電性氧傳感器陶瓷、鈉氧傳感器陶瓷、鈉-硫電池固體電解質硫電池固體電解質超導陶瓷超導陶瓷超導性超導性電力系統(tǒng)、磁懸浮、選礦、探礦、電子電力系統(tǒng)、磁懸浮、選礦、探礦、電子磁磁性性陶陶瓷瓷軟磁軟磁軟磁性軟磁性記錄磁頭、溫度傳感器、磁芯、電波吸記錄磁頭、溫度傳感器、磁芯、電波吸收體收體硬磁硬磁硬磁性硬磁性鐵氧體磁石鐵氧體磁石記憶用鐵磁記憶用鐵磁記憶性記憶性計算機磁芯計算機磁芯熱熱功功能能陶陶瓷瓷耐熱陶瓷耐熱陶瓷耐熱性耐熱性耐火材料耐火材料導熱陶瓷導熱陶瓷導熱性導熱

4、性基板、散熱元件基板、散熱元件隔熱陶瓷隔熱陶瓷隔熱性隔熱性隔熱材料隔熱材料功能陶瓷分類（續(xù)）功能陶瓷分類（續(xù)）5光光功功能能陶陶瓷瓷透明陶瓷透明陶瓷透光性透光性高壓鈉燈、激光元件、光存儲元件、光開關高壓鈉燈、激光元件、光存儲元件、光開關紅外輻射陶瓷紅外輻射陶瓷輻射性輻射性保暖內(nèi)衣、紅外醫(yī)療儀、生物助長器保暖內(nèi)衣、紅外醫(yī)療儀、生物助長器 發(fā)光陶瓷發(fā)光陶瓷光致、電致光致、電致發(fā)光發(fā)光路標標記牌、顯示器標記、電子工業(yè)、國防路標標記牌、顯示器標記、電子工業(yè)、國防生生物物抗抗菌菌陶陶瓷瓷生物惰性生物惰性生物相容性生物相容性人工關節(jié)人工關節(jié)生物活性生物活性生物吸收性生物吸收性人工骨材料人工骨材料醫(yī)用陶瓷醫(yī)

5、用陶瓷診斷傳感性診斷傳感性醫(yī)療診斷儀器、超聲波治療、檢測器醫(yī)療診斷儀器、超聲波治療、檢測器銀系銀系抑制和殺滅抑制和殺滅細菌細菌抗菌日用瓷、抗菌建筑衛(wèi)生瓷抗菌日用瓷、抗菌建筑衛(wèi)生瓷鈦系鈦系光催化殺菌光催化殺菌抗菌涂料抗菌涂料化化學學陶陶瓷瓷載體用陶瓷載體用陶瓷吸附性吸附性汽車尾氣催化載體、化工用催化載體汽車尾氣催化載體、化工用催化載體催化用陶瓷催化用陶瓷催化性催化性接觸分解反應催化、排氣凈化催化接觸分解反應催化、排氣凈化催化功能陶瓷分類（續(xù)）功能陶瓷分類（續(xù)）6一、電子陶瓷一、電子陶瓷l 作為電子材料應用的陶瓷稱電子陶瓷，主要分裝置陶瓷、壓電作為電子材料應用的陶瓷稱電子陶瓷，主要分裝置陶瓷、壓電

6、陶瓷、介電陶瓷、敏感性陶瓷等幾大類。陶瓷、介電陶瓷、敏感性陶瓷等幾大類。1.1.裝置陶瓷裝置陶瓷l 電子設備中作為安裝、固定、保護其電子元件和電子設備中作為安裝、固定、保護其電子元件和作為載流導體的絕緣支承以及各種電路基片用的作為載流導體的絕緣支承以及各種電路基片用的陶瓷材料，又稱為電絕緣陶瓷。其特點是絕緣電陶瓷材料，又稱為電絕緣陶瓷。其特點是絕緣電阻高、介電常數(shù)小、節(jié)電損耗小、機械強度高、阻高、介電常數(shù)小、節(jié)電損耗小、機械強度高、介電強度高、導熱性好，熱膨脹系數(shù)小，化學穩(wěn)介電強度高、導熱性好，熱膨脹系數(shù)小，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好等。定性和熱穩(wěn)定性好等。72.導電陶瓷導電陶瓷l 在一定條件下具

7、有電子、空穴電導或離子電導性能的陶瓷在一定條件下具有電子、空穴電導或離子電導性能的陶瓷稱為稱為導電陶瓷導電陶瓷。l 電子導電陶瓷：現(xiàn)代陶瓷中的硅化物和硼化物（金屬鍵和電子導電陶瓷：現(xiàn)代陶瓷中的硅化物和硼化物（金屬鍵和共價鍵共存）、過渡金屬的碳化物和氮化物（金屬鍵為主，共價鍵共存）、過渡金屬的碳化物和氮化物（金屬鍵為主，共價鍵為輔）、非金屬元素的碳化物和氮化物（共價鍵為共價鍵為輔）、非金屬元素的碳化物和氮化物（共價鍵為主，金屬鍵為輔），這幾類化合物構成的陶瓷都是電子導主，金屬鍵為輔），這幾類化合物構成的陶瓷都是電子導電。氧化物陶瓷通常是不導電的絕緣體，但把某些氧化物電。氧化物陶瓷通常是不導電的絕

8、緣體，但把某些氧化物（碳化物等）加熱，或者用其它的方法激發(fā)，使外層電子（碳化物等）加熱，或者用其它的方法激發(fā)，使外層電子獲得足夠的能量，足以克服原子核對它的吸引力而成為自獲得足夠的能量，足以克服原子核對它的吸引力而成為自由電子，這種陶瓷就成為電子導體或半導體。由電子，這種陶瓷就成為電子導體或半導體。8G 現(xiàn)在已經(jīng)研制出多種可在高溫環(huán)境下應用的高溫電子現(xiàn)在已經(jīng)研制出多種可在高溫環(huán)境下應用的高溫電子導電陶瓷材料：碳化硅陶瓷的最高使用溫度為導電陶瓷材料：碳化硅陶瓷的最高使用溫度為1450，二硅化鉬陶瓷的最高使用溫度為二硅化鉬陶瓷的最高使用溫度為1650，氧化鋯陶瓷，氧化鋯陶瓷的最高使用溫度為的最高使

9、用溫度為2000，氧化釷陶瓷的最高使用溫，氧化釷陶瓷的最高使用溫度高達度高達2500。導電陶瓷導電陶瓷G 鉻酸鑭導電陶瓷是新型電熱材料，鉻酸鑭導電陶瓷是新型電熱材料，其使用溫度可達其使用溫度可達1800，空氣中，空氣中的使用壽命在的使用壽命在1700小時以上，用小時以上，用于于1500 1800的高溫電爐，是的高溫電爐，是最好的電熱材料。最好的電熱材料。9l離子導電離子導電陶瓷：如氧化鋯、陶瓷：如氧化鋯、-Al2O3、Na-Al2O3等，是離子晶體的氧化物或復合氧化物。等，是離子晶體的氧化物或復合氧化物。晶體結構中存在著非密堆積或一定量的空位、晶體結構中存在著非密堆積或一定量的空位、間隙離子等

10、缺陷，則可借助這些缺陷實現(xiàn)某些間隙離子等缺陷，則可借助這些缺陷實現(xiàn)某些離子的擴散。在外電場作用下，正負離子通過離子的擴散。在外電場作用下，正負離子通過晶體點陣中的缺陷按一定方向運動而導電，其晶體點陣中的缺陷按一定方向運動而導電，其導電性能與強電解質液相近，因而稱固體電解導電性能與強電解質液相近，因而稱固體電解質或快離子導體。質或快離子導體。10鈉硫電池：鈉硫電池：利用利用-Al2O3能導電的性質能導電的性質l -Al2O3實際上是一種含有堿金屬實際上是一種含有堿金屬的鋁酸鹽，如由的鋁酸鹽，如由Na2O與與Al2O3合成合成的為的為Na- -Al2O3 。Na- -Al2O3 實實際上是由鋁氧基

11、塊和鈉氧層交疊際上是由鋁氧基塊和鈉氧層交疊組成，組成， NaO較較“松散松散”，兩層，兩層NaO是由是由AlOAl鏈連接的。鏈連接的。在在NaO層中，層中，Na離子半徑比離子半徑比O2-小得多，所以可以在小得多，所以可以在“松散松散”的的層中移動、擴散和進行離子交換，層中移動、擴散和進行離子交換，從而構成導電。從而構成導電。11鈉硫電池的原理：鈉硫電池的原理：l 將金屬鈉盛于將金屬鈉盛于Na-Al2O3燒結管內(nèi)，管外燒結管內(nèi)，管外為硫磺，從為硫磺，從Na和和S分別引出銅棒作電極。分別引出銅棒作電極。l 當電池加熱到當電池加熱到100500時，時，Na和和S均熔化，均熔化，每個每個Na原子交出一

12、個電子給陰極，原子交出一個電子給陰極，Na原原子變?yōu)樽幼優(yōu)镹a+。l Na+通過通過Na-Al2O3管進入硫磺熔體中。管進入硫磺熔體中。l 在在S與陽極接觸處，與陽極接觸處，S得到兩個電子變?yōu)榈玫絻蓚€電子變?yōu)镾2-，S2和和Na+反應生成反應生成Na2S。l 當回路接通后，當回路接通后，Na+不斷通過不斷通過Na-Al2O3管管與與S2-化合，直到化合，直到Na消耗完畢，而消耗完畢，而S全部轉全部轉變?yōu)樽優(yōu)镹a2S。鈉硫電池示意圖鈉硫電池示意圖+_12鈉硫電池的特點與應用鈉硫電池的特點與應用l 電池單位質量或單位體積所具有的有效電能量高；電池單位質量或單位體積所具有的有效電能量高； l 可大電

13、流、高功率放電可大電流、高功率放電 ，瞬時間可放出其，瞬時間可放出其3倍的固有能量；倍的固有能量； l 充放電效率高。由于采用固體電解質，所以沒有通常采用液體電解質充放電效率高。由于采用固體電解質，所以沒有通常采用液體電解質二次電池的那種自放電及副反應，充放電電流效率幾乎二次電池的那種自放電及副反應，充放電電流效率幾乎100 ；l 可重復使用可重復使用1000次，且不存在污染問題。次，且不存在污染問題。l 不足不足：工作溫度在：工作溫度在300-350，所以電池工作時需要一定的加熱保溫。，所以電池工作時需要一定的加熱保溫。l 應用：電動汽車用的動力電池；儲能電池，如電站負荷調(diào)平（即起削應用：電

14、動汽車用的動力電池；儲能電池，如電站負荷調(diào)平（即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲在電池里，到白天用電高峰時再從峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲在電池里，到白天用電高峰時再從電池中釋放出來）、應急電源及瞬間補償電源等。電池中釋放出來）、應急電源及瞬間補償電源等。133. 壓電陶瓷壓電陶瓷|壓電效應壓電效應（機械能（機械能電能）電能） 某些材料在機械力作用下產(chǎn)生變形，會引起表面帶某些材料在機械力作用下產(chǎn)生變形，會引起表面帶電的現(xiàn)象，而且其表面電荷密度與應力成正比，這電的現(xiàn)象，而且其表面電荷密度與應力成正比，這稱為正壓電效應。稱為正壓電效應。當對材料施以壓力時，材料中的正、當對材料施以壓力時，材料中

15、的正、負束縛電荷之間的距離變小，極化負束縛電荷之間的距離變小，極化強度也變小。因此，原來吸附在電強度也變小。因此，原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，極上的自由電荷，有一部分被釋放，以保持原來的形狀。因而出現(xiàn)放電以保持原來的形狀。因而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。荷現(xiàn)象。14|逆壓電效應逆壓電效應（電能電能機械能機械能） 反之，在某些材料上施加電場，會產(chǎn)生機械變形，而反之，在某些材料上施加電場，會產(chǎn)生機械變形，而且其應變與電場強度成正比，這稱為逆壓電效應。且其應變與電場強度成正比，這稱為逆壓電效應。15壓電陶瓷的應用壓電陶瓷的應用l 能量轉換：能量轉換：壓電陶瓷可以將機械能轉換為電能，故可用于制造壓

16、電打壓電陶瓷可以將機械能轉換為電能，故可用于制造壓電打火機、移動火機、移動X X光機電源、炮彈引爆裝置等。用壓電陶瓷也可以把電能光機電源、炮彈引爆裝置等。用壓電陶瓷也可以把電能轉換為超聲振動，用于探尋水下魚群，對金屬進行無損探傷，以及超轉換為超聲振動，用于探尋水下魚群，對金屬進行無損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療等。聲清洗、超聲醫(yī)療等。l 傳感：傳感：用壓電陶瓷制成的傳感器可用來檢測微弱的機械振動并將其轉用壓電陶瓷制成的傳感器可用來檢測微弱的機械振動并將其轉換為電信號，可應用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙感遙測、環(huán)境保護、換為電信號，可應用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙感遙測、環(huán)境保護、家用電器等。家用電器

17、等。l 驅動：驅動：壓電驅動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產(chǎn)生形變，以精確地壓電驅動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產(chǎn)生形變，以精確地控制位移，可用于精密儀器與精密機械、微電子技術、光纖技術及生控制位移，可用于精密儀器與精密機械、微電子技術、光纖技術及生物工程等領域。物工程等領域。l 頻率控制：頻率控制：壓電陶瓷還可以用來制造各種濾波器和諧振器。壓電陶瓷還可以用來制造各種濾波器和諧振器。16壓電陶瓷點火器壓電陶瓷點火器燃氣爐灶、燃氣熱水器、點火器燃氣爐灶、燃氣熱水器、點火器壓電點火器壓電點火器17超聲波馬達超聲波馬達l 利用壓電陶瓷的逆壓電效應，直接把電能轉換成機械能輸出而利用壓電陶瓷的逆壓電效應，

18、直接把電能轉換成機械能輸出而無需電磁線圈的新型電機。無需電磁線圈的新型電機。 l 結構簡單、啟動快、體積小、功耗低等特點。不產(chǎn)生磁干擾也結構簡單、啟動快、體積小、功耗低等特點。不產(chǎn)生磁干擾也不怕磁干擾。它還可以低速運行而不用減速機構。不怕磁干擾。它還可以低速運行而不用減速機構。18蜂鳴器和報警器蜂鳴器和報警器l壓電陶瓷的應用十分廣泛，最典型的應用是蜂鳴器和安全壓電陶瓷的應用十分廣泛，最典型的應用是蜂鳴器和安全報警器，把陶瓷素坯軋成象紙一樣的薄片燒成后，在它的報警器，把陶瓷素坯軋成象紙一樣的薄片燒成后，在它的兩面做上電極兩面做上電極 ，然后極化，這樣陶瓷就具有壓電性了，然，然后極化，這樣陶瓷就具

19、有壓電性了，然后再把它與金屬片粘合在一起，就做成一個蜂鳴器。當電后再把它與金屬片粘合在一起，就做成一個蜂鳴器。當電極通電時，壓電陶瓷因逆壓電效應產(chǎn)生振動，發(fā)出人耳可極通電時，壓電陶瓷因逆壓電效應產(chǎn)生振動，發(fā)出人耳可以聽到的聲音。通過電子線路的控制，就可產(chǎn)生不同頻率以聽到的聲音。通過電子線路的控制，就可產(chǎn)生不同頻率的振動，從而發(fā)出不同的聲音，蜂鳴器最早用在電子玩具的振動，從而發(fā)出不同的聲音，蜂鳴器最早用在電子玩具上，現(xiàn)在還被用于消防車、救護車、保險柜等處作為報警上，現(xiàn)在還被用于消防車、救護車、保險柜等處作為報警器。器。 19壓電地震儀壓電地震儀l 地震發(fā)生的地方叫震源，震源一般在地殼內(nèi)比較深的地

20、方。從地震發(fā)生的地方叫震源，震源一般在地殼內(nèi)比較深的地方。從震源開始，震動不斷向四面八方傳播。震動是一種機械波，當震源開始，震動不斷向四面八方傳播。震動是一種機械波，當?shù)卣饍x中的壓電陶瓷受到機械波的作用后，按照正壓電效應，地震儀中的壓電陶瓷受到機械波的作用后，按照正壓電效應，就會感應出一定強度的電信號，這些信號可以在屏幕上顯示或就會感應出一定強度的電信號，這些信號可以在屏幕上顯示或是以其他形式表現(xiàn)出來。是以其他形式表現(xiàn)出來。l 由于壓電陶瓷的壓電效應非常靈敏，能精確測出幾達因的力的由于壓電陶瓷的壓電效應非常靈敏，能精確測出幾達因的力的變化，甚至可以檢測到十多米外昆蟲拍打翅膀引起的空氣擾動，變化

21、，甚至可以檢測到十多米外昆蟲拍打翅膀引起的空氣擾動，所以壓電地震儀能精確地測出地震的強度。由于壓電陶瓷能測所以壓電地震儀能精確地測出地震的強度。由于壓電陶瓷能測定聲波的傳播方向，故壓電地震儀還能指示出地震的方位和距定聲波的傳播方向，故壓電地震儀還能指示出地震的方位和距離離204. 敏感陶瓷敏感陶瓷| 敏感陶瓷的電性能隨濕、熱、光、電壓及某些氣體、某些離子敏感陶瓷的電性能隨濕、熱、光、電壓及某些氣體、某些離子等外界條件的變化而產(chǎn)生敏感效應：等外界條件的變化而產(chǎn)生敏感效應：| 氣敏陶瓷制成的氣敏元件能對易燃、易爆、有毒、有害氣體進氣敏陶瓷制成的氣敏元件能對易燃、易爆、有毒、有害氣體進行監(jiān)測、控制、

22、報警和空氣調(diào)節(jié)；行監(jiān)測、控制、報警和空氣調(diào)節(jié)；| 而熱敏陶瓷可感知微小的溫度變化，用于測溫、控溫；而熱敏陶瓷可感知微小的溫度變化，用于測溫、控溫；| 濕敏陶瓷電阻隨環(huán)境濕度而變化，用于測定環(huán)境濕度；濕敏陶瓷電阻隨環(huán)境濕度而變化，用于測定環(huán)境濕度；| 而用光敏陶瓷制成的電阻器可用作光電控制，進行自動送料、而用光敏陶瓷制成的電阻器可用作光電控制，進行自動送料、自動曝光、和自動記數(shù)。自動曝光、和自動記數(shù)。21（1 1）氣敏陶瓷）氣敏陶瓷“電子鼻電子鼻”氣敏陶瓷的電阻值隨其所處環(huán)境的氣氛而變，不同類型氣敏陶瓷的電阻值隨其所處環(huán)境的氣氛而變，不同類型的氣敏陶瓷將對一種或幾種氣體特別敏感，其阻值將隨的氣敏

23、陶瓷將對一種或幾種氣體特別敏感，其阻值將隨該種氣體的濃度（分壓力）作有規(guī)則的變化。該種氣體的濃度（分壓力）作有規(guī)則的變化。22 氣敏陶瓷有兩項特殊的本領：氣敏陶瓷有兩項特殊的本領：其一，能吸附大量氣味；其二其一，能吸附大量氣味；其二吸附氣體后會引起電導（電阻吸附氣體后會引起電導（電阻值）的變化。值）的變化。 例如當遇到可燃、易爆、有毒例如當遇到可燃、易爆、有毒氣體時，產(chǎn)生電導率變化，可氣體時，產(chǎn)生電導率變化，可產(chǎn)生電流，指示人們警惕，一產(chǎn)生電流，指示人們警惕，一旦氣體消散，它的電導值恢復旦氣體消散，它的電導值恢復正常。正常。23氣敏半導體陶瓷的作用機理氣敏半導體陶瓷的作用機理l 氣敏陶瓷的特性

24、，大多通過待測氣體在陶瓷表面附著產(chǎn)生某氣敏陶瓷的特性，大多通過待測氣體在陶瓷表面附著產(chǎn)生某種化學反應（氧化、還原反應），或與表面產(chǎn)生電子交換種化學反應（氧化、還原反應），或與表面產(chǎn)生電子交換（俘獲或釋放電子）等作用實現(xiàn)的。（俘獲或釋放電子）等作用實現(xiàn)的。l 半導體氣敏陶瓷的導電機理主要有能級生成理論和接觸半導體氣敏陶瓷的導電機理主要有能級生成理論和接觸粒界勢壘理論。粒界勢壘理論。 l 接觸粒界勢壘理論接觸粒界勢壘理論：依據(jù)多晶半導體能帶模型，在多晶界面：依據(jù)多晶半導體能帶模型，在多晶界面存在勢壘，該勢壘束縛電子在電場下的漂移運動，使之不容存在勢壘，該勢壘束縛電子在電場下的漂移運動，使之不容易穿

25、過勢壘，當界面存在氧化性氣體時勢壘增加，電阻增大；易穿過勢壘，當界面存在氧化性氣體時勢壘增加，電阻增大；存在還原性氣體時勢壘降低，從而導致阻值減小。存在還原性氣體時勢壘降低，從而導致阻值減小。24能級生成理論能級生成理論l 當當SnO2、ZnO等等n型半導體陶瓷表面吸附還原性氣體時，氣型半導體陶瓷表面吸附還原性氣體時，氣體將電子給予半導體，并以正電荷與半導體相吸，而進入體將電子給予半導體，并以正電荷與半導體相吸，而進入n型半導體內(nèi)的電子又束縛少數(shù)載流子空穴，使空穴與電子型半導體內(nèi)的電子又束縛少數(shù)載流子空穴，使空穴與電子的復合率降低，增大電子形成電流的能力，使陶瓷電阻值的復合率降低，增大電子形成

26、電流的能力，使陶瓷電阻值下降下降 ；l 當當n型半導體陶瓷表面吸附氧化性氣體時，氣體將其空穴給型半導體陶瓷表面吸附氧化性氣體時，氣體將其空穴給予半導體，并以負離子形式與半導體相吸，予半導體，并以負離子形式與半導體相吸， 而進入而進入n型半導型半導體內(nèi)的空穴使半導體內(nèi)的電子數(shù)減少，因而陶瓷電阻值增體內(nèi)的空穴使半導體內(nèi)的電子數(shù)減少，因而陶瓷電阻值增大。大。 25半導體陶瓷的氣敏特性與氣體的吸附作用和催半導體陶瓷的氣敏特性與氣體的吸附作用和催化作用有關化作用有關l 常溫下，物理吸附是吸附的常溫下，物理吸附是吸附的主要形式。隨溫度升高，化主要形式。隨溫度升高，化學吸附增加，到某一溫度達學吸附增加，到某

27、一溫度達到最大值。超過最大值后，到最大值。超過最大值后，氣體解吸的概率增加，物理氣體解吸的概率增加，物理吸附和化學吸附同時減少。吸附和化學吸附同時減少。l 為了使氣敏元件能在常溫下為了使氣敏元件能在常溫下工作，須采用催化劑，提高工作，須采用催化劑，提高氣敏元件在常溫下的靈敏氣敏元件在常溫下的靈敏度。度。26常見的氣敏半導體陶瓷常見的氣敏半導體陶瓷l 常見的氣敏陶瓷很多，已廣泛常見的氣敏陶瓷很多，已廣泛應用的有應用的有SnO2、-Fe2O3、-Fe2O3、ZnO、WO3復合氧化復合氧化物系統(tǒng)及物系統(tǒng)及ZrO2、TiO2等。等。l SnO2氣敏陶瓷的應用最為廣泛，氣敏陶瓷的應用最為廣泛，對可燃性氣

28、體對可燃性氣體(如氫、甲烷、丙如氫、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、烷、乙醇、丙酮、CO、城市、城市煤氣、天然氣等煤氣、天然氣等)有較高靈敏度。有較高靈敏度。SnO2氣敏陶瓷氣敏陶瓷SnO2氣敏元件氣敏元件27l ZnO陶瓷出現(xiàn)最早，應用廣泛性僅次于陶瓷出現(xiàn)最早，應用廣泛性僅次于SnO2，在在ZnO中添加中添加Pt和和Pd等金屬對吸附各種氣體的靈敏度有重要影響。摻等金屬對吸附各種氣體的靈敏度有重要影響。摻Pt的的ZnO對異丁烷、丙烷、乙烷等碳化氫氣體靈敏度高，而摻對異丁烷、丙烷、乙烷等碳化氫氣體靈敏度高，而摻Pd的的ZnO對氫和對氫和CO的靈敏度高，對碳氫化合物的靈敏度就較低。的靈敏度高，對碳氫化合物

29、的靈敏度就較低。l -Fe2O3氣敏陶瓷主要用于檢測異丁烷和石油液化氣等，當這種氣敏陶瓷主要用于檢測異丁烷和石油液化氣等，當這種陶瓷元件與可燃氣體接觸時，表面發(fā)生陶瓷元件與可燃氣體接觸時，表面發(fā)生 -Fe2O3被還原成被還原成Fe3O4的反應，電阻值降低，當可燃性氣體逸散后，的反應，電阻值降低，當可燃性氣體逸散后， Fe3O4又恢復為又恢復為 -Fe2O3。l 而而ZrO2氣敏陶瓷主要用于氧氣的檢測。氣敏陶瓷主要用于氧氣的檢測。氣敏裝置氣敏裝置28氣敏陶瓷的應用氣敏陶瓷的應用l 氣敏傳感器：能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一氣敏傳感器：能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體的種

30、類及濃度的有關信號轉換種敏感器件，它將氣體的種類及濃度的有關信號轉換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱獲得與檢測氣體在成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱獲得與檢測氣體在環(huán)境中存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)環(huán)境中存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警?？?、報警。遠距離探測氣體是否有毒遠距離探測氣體是否有毒29氣敏傳感器的主要應用領域氣敏傳感器的主要應用領域30實例實例監(jiān)控空氣質量監(jiān)控空氣質量l 汽車和工廠（鍋爐）排放的汽車和工廠（鍋爐）排放的NOx（ NO1、 NO2）屬于污染大氣）屬于污染大氣的物質。的物質。NASICON式生態(tài)監(jiān)控氣體氣敏傳感器已獲得成功，以式生態(tài)監(jiān)控氣體氣敏傳感

31、器已獲得成功，以Na3Zr2Si2PO12為基板，在它的電極表面涂上為基板，在它的電極表面涂上NaNO2的糊狀水溶的糊狀水溶液。這種傳感器不受大氣中水蒸氣和二氧化碳的影響。液。這種傳感器不受大氣中水蒸氣和二氧化碳的影響。l 能夠檢測出能夠檢測出ppb（十億分之一）數(shù)量級的（十億分之一）數(shù)量級的NO2，環(huán)境的清潔標準，環(huán)境的清潔標準式式4060ppb，所以能夠實現(xiàn)測定的高靈敏性和高選擇性。，所以能夠實現(xiàn)測定的高靈敏性和高選擇性。31（2）熱敏陶瓷）熱敏陶瓷l熱敏陶瓷：電阻隨溫度變化而顯著變化的熱敏陶瓷：電阻隨溫度變化而顯著變化的陶瓷材料，一般為半導體材料。陶瓷材料，一般為半導體材料。l應用：熱敏

32、電阻、溫度傳感器、熱釋電材應用：熱敏電阻、溫度傳感器、熱釋電材料等。料等。32熱敏電阻熱敏電阻l正溫度系數(shù)熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)：電阻值隨溫度升高而增加；電阻值隨溫度升高而增加；l負溫度系數(shù)熱敏電阻負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)：電阻值隨溫度升高而下降；電阻值隨溫度升高而下降；l臨界溫度電阻（臨界溫度電阻（CRT）：電）：電阻在某特定范圍內(nèi)急劇變化；阻在某特定范圍內(nèi)急劇變化；l線性熱敏電阻：電阻隨溫度呈線性熱敏電阻：電阻隨溫度呈直線關系。直線關系。33熱敏電阻熱敏電阻主要特點主要特點l 靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢倍

33、以上，能檢測出測出10-6的溫度變化；的溫度變化；l 工作溫度范圍寬，常溫器件適用于工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315，高溫器件適用，高溫器件適用溫度高于溫度高于315（目前最高可達到（目前最高可達到2000），低溫器件適用于），低溫器件適用于-273-55；l 體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；內(nèi)血管的溫度；l 使用方便，電阻值可在使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇；間任意選擇；l 易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；l 穩(wěn)定性好、過載能力強穩(wěn)定性好、過載

34、能力強34熱敏電阻的應用熱敏電阻的應用l 測量元件（如測量溫度、流量、液位等），還可以作為測量元件（如測量溫度、流量、液位等），還可以作為控制元件（如熱敏開關、限流器）和電路補償元件。熱控制元件（如熱敏開關、限流器）和電路補償元件。熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學、敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學、宇航等各個領域。宇航等各個領域。35用途用途溫度傳感溫度傳感溫度補償溫度補償過流保護過流保護恒溫加熱恒溫加熱暖風加熱暖風加熱彩電彩電彩顯彩顯冷暖空調(diào)冷暖空調(diào)音響設備音響設備電飯煲電飯煲吹風機吹風機影碟機影碟機復印機復印機汽車汽車計算機計算機火災報警器火災報警器測溫儀

35、測溫儀液面儀液面儀淋浴器淋浴器電熨斗電熨斗36（3）濕度敏感陶瓷）濕度敏感陶瓷l 濕度敏感陶瓷主要是利用陶瓷燒結制備時形成的多孔結構，濕度敏感陶瓷主要是利用陶瓷燒結制備時形成的多孔結構，吸附或凝聚水分子作用導電通路，從而改變陶瓷本身的電吸附或凝聚水分子作用導電通路，從而改變陶瓷本身的電導率或電容量，從而檢測濕度的變化。導率或電容量，從而檢測濕度的變化。l 具有代表性的陶瓷材料有：具有代表性的陶瓷材料有：MgCr2O4系列、系列、ZnO系列和系列和TiO2系列。系列。l 陶瓷濕度傳感器具有測濕范圍寬、工作溫度高（可高達陶瓷濕度傳感器具有測濕范圍寬、工作溫度高（可高達800）、響應時間短、精度高、

36、工藝簡單、成本低等優(yōu)點。）、響應時間短、精度高、工藝簡單、成本低等優(yōu)點。37濕度測定原理濕度測定原理尚無定論尚無定論l 離子（質子）導電理論：當水吸附在材料的表面時會發(fā)生物理吸離子（質子）導電理論：當水吸附在材料的表面時會發(fā)生物理吸附、化學吸附或毛細管凝聚等過程（變價離子與水作用），離解附、化學吸附或毛細管凝聚等過程（變價離子與水作用），離解出出H+，導致材料阻值下降。，導致材料阻值下降。38濕度測定原理濕度測定原理尚無定論尚無定論l 電子導電理論：當水分吸附在濕敏陶瓷表面時，會從陶電子導電理論：當水分吸附在濕敏陶瓷表面時，會從陶瓷表面俘獲電子。表面吸附水后形成新的施主態(tài)（或受瓷表面俘獲電子。

37、表面吸附水后形成新的施主態(tài)（或受主態(tài)），改變了原來的本征表面態(tài)密度，表面載流子密主態(tài)），改變了原來的本征表面態(tài)密度，表面載流子密度增加，材料阻值下降。度增加，材料阻值下降。l 綜合導電理論：低濕下以電子導電為主，高濕下以離子綜合導電理論：低濕下以電子導電為主，高濕下以離子導電為主。導電為主。39MgCr2O4系列濕度傳感器系列濕度傳感器l 傳感器由傳感器由0.10.3m孔徑的多孔質孔徑的多孔質MgCr2O4TiO2系列陶瓷構成。系列陶瓷構成。l 感濕特性：相對濕度從感濕特性：相對濕度從10變化到變化到90時，電阻變化量大約在時，電阻變化量大約在100倍。倍。l 陶瓷傳感器可以借助自身的耐熱性加

38、熱清洗，傳感器表面附著的水分和陶瓷傳感器可以借助自身的耐熱性加熱清洗，傳感器表面附著的水分和大氣中的不純物質會引起感濕度降低，但是加熱器可以定期將其清除。大氣中的不純物質會引起感濕度降低，但是加熱器可以定期將其清除。傳感器結構傳感器結構感濕特性曲線感濕特性曲線40（4）光敏陶瓷）光敏陶瓷l 當光照在光敏半導體陶瓷材料上時，在光子能量的當光照在光敏半導體陶瓷材料上時，在光子能量的作用下，材料中的電子吸收光子能量發(fā)生相應的電作用下，材料中的電子吸收光子能量發(fā)生相應的電效應，如電導率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等。效應，如電導率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等。l 光敏電阻光敏電阻電阻率發(fā)生變化電阻率發(fā)生

39、變化l 太陽能電池太陽能電池產(chǎn)生一定方向的電動勢產(chǎn)生一定方向的電動勢41太陽能電池太陽能電池l 太陽能電池是將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿男滦推骷?。太陽能電池是將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿男滦推骷?。l 根據(jù)所用材料的不同，可以分為硅太陽能電池和化合物根據(jù)所用材料的不同，可以分為硅太陽能電池和化合物半導體電池。半導體電池。l 硅太陽能電池是效率較高、發(fā)展最成熟的，但成本較高，硅太陽能電池是效率較高、發(fā)展最成熟的，但成本較高，不能滿足大規(guī)模推廣的要求。不能滿足大規(guī)模推廣的要求。42SiB-SiP-Si43納米晶化學太陽能電池納米晶化學太陽能電池l 采用半導體陶瓷材料納米晶采用半導體陶瓷材料納米晶TiO2作為

40、電極，一般作為電極，一般TiO2表面吸附表面吸附過渡金屬過渡金屬Ru和有機化合物敏化染料，以使二氧化鈦吸收更多和有機化合物敏化染料，以使二氧化鈦吸收更多的太陽光。的太陽光。l 工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速進入緊鄰定，電子快速進入緊鄰TiO2的導帶，染料中失去的電子則很快的導帶，染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償，進入從電解質中得到補償，進入TiO2導帶中的電于最終進入導電膜導帶中的電于最終進入導電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶然后通過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點在太陽能電

41、池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在在10以上，制作成本僅為硅太陽電池的以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/51/10，壽命能達，壽命能達到到20年以上。年以上。44陽極：染料敏化半導體薄膜（陽極：染料敏化半導體薄膜（TiO2膜）膜） 陰極：鍍鉑的導電玻璃陰極：鍍鉑的導電玻璃 電解質：電解質：I3-/I- 454.超導陶瓷超導陶瓷46（1）超導現(xiàn)象及其臨界條件）超導現(xiàn)象及其臨界條件l 超導材料：超低溫下失去電阻的性質稱為超導電性，超導材料：超低溫下失去電阻的性質稱為超導電性，相應的這類物質稱之為超導體或超導材料。

42、相應的這類物質稱之為超導體或超導材料。l 超導態(tài)：超導體在超低溫下電阻為零的狀態(tài)稱超導態(tài)，超導態(tài)：超導體在超低溫下電阻為零的狀態(tài)稱超導態(tài)，當溫度較高而電阻不為零時則為正常態(tài)。當溫度較高而電阻不為零時則為正常態(tài)。l 臨界溫度：材料從正常態(tài)轉變臨界溫度：材料從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)而電阻消失的溫度為為超導態(tài)而電阻消失的溫度為臨界溫度或轉變溫度臨界溫度或轉變溫度Tc。47l 除溫度外，若進入超導體的電流密度及周圍的磁場強度超過某除溫度外，若進入超導體的電流密度及周圍的磁場強度超過某一極限值時，也會破壞超導態(tài)。該極限值分別稱為臨界電流密一極限值時，也會破壞超導態(tài)。該極限值分別稱為臨界電流密度（度（Jc）和

43、臨界磁場（）和臨界磁場（Hc）。）。l 只有當電流、溫度與磁場三個條件都滿足規(guī)定條件時，才能出只有當電流、溫度與磁場三個條件都滿足規(guī)定條件時，才能出現(xiàn)超導現(xiàn)象?，F(xiàn)超導現(xiàn)象。l 超導材料只有在臨界值以下的狀態(tài)才顯示超導性，所以超導材料只有在臨界值以下的狀態(tài)才顯示超導性，所以臨界值臨界值越高，實用性就越強，利用價值就越高。越高，實用性就越強，利用價值就越高。48超導材料的發(fā)展超導材料的發(fā)展l 1911年荷蘭物理學家奧尼斯在萊頓大學發(fā)現(xiàn)水銀在年荷蘭物理學家奧尼斯在萊頓大學發(fā)現(xiàn)水銀在4.2K下電阻完全消失，下電阻完全消失，呈現(xiàn)超導狀態(tài)。呈現(xiàn)超導狀態(tài)。l 1933年德國物理學家邁斯納和奧森菲爾德對錫單晶

44、球超導體做磁場分布測年德國物理學家邁斯納和奧森菲爾德對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態(tài)時，體內(nèi)的磁力線一下被排量時發(fā)現(xiàn)，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態(tài)時，體內(nèi)的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內(nèi)，也就是說超導體處于超導態(tài)時，體內(nèi)的磁出，磁力線不能穿過它的體內(nèi)，也就是說超導體處于超導態(tài)時，體內(nèi)的磁場恒等于零。場恒等于零。l 在在1986年年1月月26日瑞士蘇黎世研究所的瑞士物理學家米勒和德國物理學家日瑞士蘇黎世研究所的瑞士物理學家米勒和德國物理學家德爾茨發(fā)現(xiàn)了一種德爾茨發(fā)現(xiàn)了一種BaLaCuO材料在材料在35K時開始出現(xiàn)超導現(xiàn)象。時開始出現(xiàn)超導現(xiàn)象。l 1

45、987年年10月月14日，米勒和德爾茨由于在超導陶瓷材料研究中的重大貢獻而日，米勒和德爾茨由于在超導陶瓷材料研究中的重大貢獻而榮獲諾貝爾物理學獎。榮獲諾貝爾物理學獎。l 1987年年2月月16日日 美國國家科學基金會宣布，朱經(jīng)武與吳茂昆獲得轉變溫度美國國家科學基金會宣布，朱經(jīng)武與吳茂昆獲得轉變溫度為為98K的超導體。的超導體。 49l 1987年年2月月20日日 中國也宣布發(fā)現(xiàn)中國也宣布發(fā)現(xiàn)100K以上超導體。以上超導體。1987年年3月月3日，日本宣布發(fā)日，日本宣布發(fā)現(xiàn)現(xiàn)123K超導體。超導體。l 1987年年3月月12日日 中國北京大學成功地用液氮進行超導磁懸浮實驗。中國北京大學成功地用液

46、氮進行超導磁懸浮實驗。 l 1987年年3月月27日日 美國華裔科學家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導材料中有轉變溫度為美國華裔科學家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導材料中有轉變溫度為240K的超導跡象。很快日本鹿兒島大學工學部發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材的超導跡象。很快日本鹿兒島大學工學部發(fā)現(xiàn)由鑭、鍶、銅、氧組成的陶瓷材料在料在14溫度下存在超導跡象。溫度下存在超導跡象。l 1987年年 日本鐵道綜合技術研究所的日本鐵道綜合技術研究所的“MLU002”號磁懸浮實驗車開始試運行。號磁懸浮實驗車開始試運行。 l 1991年年3月月 日本住友電氣工業(yè)公司展示了世界上第一個超導磁體。日本住友電氣工業(yè)公司展示了世界上第一個超

47、導磁體。l 從從2002年年12月月31日，世界上第一條磁浮商業(yè)示范運營線上海浦東國際機場到龍日，世界上第一條磁浮商業(yè)示范運營線上海浦東國際機場到龍陽路試運營。陽路試運營。50超導臨界溫度隨年代的變化超導臨界溫度隨年代的變化51l 第一類超導體第一類超導體：在低于臨界磁場：在低于臨界磁場Hc的磁場中處于超導態(tài)時，表的磁場中處于超導態(tài)時，表現(xiàn)出完全抗磁性。現(xiàn)出完全抗磁性。l 完全抗磁性：當超導體處于超導態(tài)時，若周圍存在磁場完全抗磁性：當超導體處于超導態(tài)時，若周圍存在磁場H，且，且H小于小于Hc，由于在超導體表面能感生出屏蔽電流，從而產(chǎn)生一個，由于在超導體表面能感生出屏蔽電流，從而產(chǎn)生一個恰好能抵

48、消外磁場的附加磁場，使外磁場彎曲不能進入超導體恰好能抵消外磁場的附加磁場，使外磁場彎曲不能進入超導體內(nèi)部，又稱為邁斯納效應。內(nèi)部，又稱為邁斯納效應。（2 2） 超導體及其特征超導體及其特征52l 第二類超導體第二類超導體：有兩個臨界磁場（下臨界：有兩個臨界磁場（下臨界磁場磁場Hc1和上臨界磁場和上臨界磁場Hc2）。）。l 當當HHc1時，完全抗磁性；當時，完全抗磁性；當Hc1HHc2時，時，混合態(tài)（部分區(qū)域轉變?yōu)檎B(tài)，其余部混合態(tài)（部分區(qū)域轉變?yōu)檎B(tài)，其余部分仍為超導態(tài)），不完全抗磁性，電阻為分仍為超導態(tài)），不完全抗磁性，電阻為零；當零；當HHc2時，正常態(tài)。時，正常態(tài)。53（3） 現(xiàn)代超

49、導微觀理論（現(xiàn)代超導微觀理論（BCS理論）理論）l 巴丁、庫珀和施里弗因為提出超導電性的巴丁、庫珀和施里弗因為提出超導電性的BCS理論而獲得理論而獲得1972年的諾貝年的諾貝爾物理學獎。爾物理學獎。l 超導電子對的形成：處于超導態(tài)的超導體內(nèi)，電子在晶格中移動時會吸超導電子對的形成：處于超導態(tài)的超導體內(nèi)，電子在晶格中移動時會吸引鄰近格點上的正電荷，導致格點的局部畸變，形成一個局域的高正電引鄰近格點上的正電荷，導致格點的局部畸變，形成一個局域的高正電荷區(qū)。這個局域的高正電荷區(qū)會吸引自旋相反的電子，和原來的電子以荷區(qū)。這個局域的高正電荷區(qū)會吸引自旋相反的電子，和原來的電子以一定的結合能相結合配對（庫

50、伯對）。一定的結合能相結合配對（庫伯對）。l 組成電子對的兩個電子之間的吸引作用與正離子晶格振動有關，這種振組成電子對的兩個電子之間的吸引作用與正離子晶格振動有關，這種振動可以用相應能量的聲子（即離子位移組成的格波）表示。因此，這個動可以用相應能量的聲子（即離子位移組成的格波）表示。因此，這個吸引作用可以認為是電子間通過交換格波聲子而形成。吸引作用可以認為是電子間通過交換格波聲子而形成。l 在超導材料中，電子在超導材料中，電子-聲子（晶格振動）相互作用越強，電子對間的吸聲子（晶格振動）相互作用越強，電子對間的吸引力越大。引力越大。54l BCS理論認為：常溫下，電子同晶格發(fā)生相互作用，形成導體

51、的電理論認為：常溫下，電子同晶格發(fā)生相互作用，形成導體的電阻，相互作用越強，常溫導電性越差。但在超低溫下，這種相互作阻，相互作用越強，常溫導電性越差。但在超低溫下，這種相互作用是產(chǎn)生電子對的原因。溫度越低，產(chǎn)生的電子對越多。超導電子用是產(chǎn)生電子對的原因。溫度越低，產(chǎn)生的電子對越多。超導電子對不能互相獨立地運動，只能以關聯(lián)的形式作集體運動。當某一電對不能互相獨立地運動，只能以關聯(lián)的形式作集體運動。當某一電子對受到擾動時，就要涉及這個電子對所在空間范圍內(nèi)的所有其他子對受到擾動時，就要涉及這個電子對所在空間范圍內(nèi)的所有其他電子對。這個空間范圍內(nèi)的所有電子對，在動量上彼此關聯(lián)成為有電子對。這個空間范圍

52、內(nèi)的所有電子對，在動量上彼此關聯(lián)成為有序的集體。因此，超導電子對在運動時就不像正常電子那樣，被晶序的集體。因此，超導電子對在運動時就不像正常電子那樣，被晶體缺陷和晶格振動散射而產(chǎn)生電阻，從而呈現(xiàn)電阻消失的現(xiàn)象。臨體缺陷和晶格振動散射而產(chǎn)生電阻，從而呈現(xiàn)電阻消失的現(xiàn)象。臨界溫度較高的材料，其中電子同聲子（晶格）的相互作用強。界溫度較高的材料，其中電子同聲子（晶格）的相互作用強。55（4） 超導材料的應用前景超導材料的應用前景l(fā) 一是用超導材料作成磁性極強的超導磁鐵，用于核聚變一是用超導材料作成磁性極強的超導磁鐵，用于核聚變研究和制造大容量儲能裝置、高速加速器、超導發(fā)電機研究和制造大容量儲能裝置、

53、高速加速器、超導發(fā)電機和超導列車，以解決人類的能源和交通問題；和超導列車，以解決人類的能源和交通問題；l 二是用超導材料薄片制作器件，用于制造高速電子計算二是用超導材料薄片制作器件，用于制造高速電子計算機（超導計算機）和靈敏度極高的電磁探測設備；機（超導計算機）和靈敏度極高的電磁探測設備；l 三是用超導體產(chǎn)生的磁場來研究生物體內(nèi)的結構及用于三是用超導體產(chǎn)生的磁場來研究生物體內(nèi)的結構及用于對人的各種復雜疾病的治療。對人的各種復雜疾病的治療。56超導陶瓷的應用超導陶瓷的應用超導磁體超導磁體l 普通磁體，特別是高場強、大體積的普通磁體，由于所用的導體具普通磁體，特別是高場強、大體積的普通磁體，由于所

54、用的導體具有一定的電阻率，承載的電流密度受到限制，要提高電流密度難度有一定的電阻率，承載的電流密度受到限制，要提高電流密度難度很大，成本很高。很大，成本很高。l 美國貝爾實驗室所建造的美國貝爾實驗室所建造的10萬高斯的常規(guī)磁體，磁體本身的供電量萬高斯的常規(guī)磁體，磁體本身的供電量高達高達1600kW，每分鐘還要用，每分鐘還要用4500升水冷卻。當利用強磁場超導材升水冷卻。當利用強磁場超導材料時，因為同樣條件下電阻為零，無焦耳熱損耗（不產(chǎn)生熱量），料時，因為同樣條件下電阻為零，無焦耳熱損耗（不產(chǎn)生熱量），所以上述所以上述10萬高斯的超導磁體其電源僅為一個汽車用蓄電池。萬高斯的超導磁體其電源僅為一個

55、汽車用蓄電池。l 超導技術在能源方面可應用于體積小、功率大的發(fā)電機，超導技術在能源方面可應用于體積小、功率大的發(fā)電機， 在航天器、在航天器、軍事上，艦艇和飛機可用超導發(fā)電機作為能源，可提高戰(zhàn)斗力。軍事上，艦艇和飛機可用超導發(fā)電機作為能源，可提高戰(zhàn)斗力。 57磁懸浮列車磁懸浮列車l 在列車上裝有超導磁體系統(tǒng)，鐵路底部在列車上裝有超導磁體系統(tǒng)，鐵路底部則安裝線圈。通電后，地面線圈產(chǎn)生的則安裝線圈。通電后，地面線圈產(chǎn)生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，兩者相同，兩者“同性相斥同性相斥”，排斥力使列，排斥力使列車懸浮起來。當列車被托起后，它的運車懸浮起來。當列

56、車被托起后，它的運行阻力將大大減少，這樣它的運行速度行阻力將大大減少，這樣它的運行速度是普通列車無法比擬的，此外，鐵軌兩是普通列車無法比擬的，此外，鐵軌兩側也裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶艂纫惭b有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w。它與列車上的電磁體相互作用，使體。它與列車上的電磁體相互作用，使列車前進。列車前進。58l 磁懸浮列車運行時與軌道保持一定的間隙（一般為磁懸浮列車運行時與軌道保持一定的間隙（一般為110cm），因此運行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實現(xiàn)全），因此運行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實現(xiàn)全自動化運行；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保自動化運行；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；可節(jié)省建設經(jīng)費；運營、維護和耗能費用低。磁懸浮護；可節(jié)省建設經(jīng)費；運營、維護和耗能費用低。磁懸浮列車的使用