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2）热电势式温度计（热电偶）
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回 路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热 电势，形成电流，此现象称为热电效应。
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接触电动势
由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接 触处形成的电动势。 接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料 特性和接触点的温度，两接点的接触电动势eAB(T) 和eAB(T0)可表示为：
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温差电动势
同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电 动势，其机理： 高温端的电子能量要比低温端的电子能量大 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高 温端的要多 结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得 多余的电子而带负电 在导体两端便形成温差电动势
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热电偶回路中产生的总热电势
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2）半导体压阻材料
压阻效应：当半导体受到机械力作用时，由于载 流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象 原理：机械力作用 晶格间距变化 禁带宽度变 化 载流子相对能量改变 电阻率变化 压阻系数G：单位应力作用下电阻率的相对变化
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半导体压阻材料优点
灵敏度与精度高
易于微型化和集成化
反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小
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主要的金属应变电阻材料
铜镍合金（康铜）：灵敏系数稳定性、耐辐射性 能好，低温性能较差 镍铬系合金：电阻率和抗氧化能力高、工作温度 较宽 铁铬铝合金：抗氧化、耐高温性能最好
镍铬铁合金：电阻温度系数小、电阻率高
铂和铂合金：抗氧化、耐高温性能最好
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光电管
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4. 磁敏材料
磁敏传感材料：主要是指具有磁阻效应的一类磁 敏电阻材料 磁阻效应：指材料的电阻率随外加磁场变化而变 化的现象
磁敏传感材料分为半导体磁敏电阻材料和强磁 性薄膜磁敏电阻材料两种。
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磁敏电阻
eAB(T, T0) = eAB(T) + eB(T, T0) – eAB(T0) – eA(T, T0) 忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：
——取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关。
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3）热敏电阻式温度传感器
利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化 的原理进行测温。 在实际生产中，热敏传感材料主要是指电阻值 随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷。
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热敏电阻
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PTC热敏电阻材料
PTC是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正 温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定 温度传感器。 该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为基的烧 结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等 氧化物进行原子价控制而使之半导化。
常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导 （体）陶瓷。
——当外力去掉后，又重新回到不带电状态的现象。
压电材料：具有压电效应的电介物质
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石英晶体压电效应示意图
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2. 热敏传感材料
热敏传感材料是指对温度变化具有灵敏响应的 材料。
1）双金属温度计（热膨胀式）
把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制 成的。 ——它是一种固体膨胀温度计，可将温度变化转换 成机械量变化。
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信息材料分类
信息材料就是指与现代信息技术相关，用于实 现信息的收集、存储、处理、传递和显示的材料。
根据其功能，可把信息材料主要分为：
信息收集材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
信息存储材料
信息处理材料 信息传递材料 信息显示材料
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一、信息收集（传感）材料
信息传感材料是指用于信息传感器和探测器的 一类对外界信息敏感的材料，主要包括： 力敏材料、热敏材料 光敏材料、磁敏材料 气敏材料、湿敏材料 压敏材料等
结构简单、工作可靠，在几十万次疲劳试验后， 性能保持不变 动态特性好，其响应频率为103~105 Hz
——用来制成各种常温下压力、应力、应变、速度、 加速度传感器，逐步取代金属型应变计。
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3）压电材料
压电效应：某些电介质，在一定方向上受到外力 作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其 表面上会产生电荷
3. 光敏传感材料
光敏传感材料是指在光照下会因各种效应产生 光生载流子的材料。 外光电效应：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象——向外发射的电子称 为光电子，如光电管、光电倍增管等
内光电效应：半导体材料受到光照时会产生电子空穴对，使其导电性能增强，光线愈强，阻值愈 低，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等
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NTC热敏电阻材料
NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具 有负温度系数的热敏电阻现象和材料。
该材料是利用Mn、Cu、Si、Co、Fe、Ni、Zn 等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合烧结 而成的半导体陶瓷。
现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为 代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。
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1. 力敏传感材料
力敏传感材料是指在外力作用下，电学性质会 发生明显变化的材料，分为： 金属应变电阻材料
半导体压阻材料
压电材料
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力敏传感器
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1）金属应变电阻材料
电阻应变效应是指金属导体的电阻在导体受力 产生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象： 当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横 截面变小，引起电阻增加
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光电导效应和光生伏特效应
光电导效应：在入射光的作用下，电子吸收光子 能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料 电导率变化的现象 光生伏特效应：当大于禁带宽度的光子照射到PN 结后，光生电子-空穴对被内建电场分开，形成光 生电动势
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光电导探测器的功能图
左：探测器的功能图；右：探测器光谱响应曲线
材料科学前沿
Frontiers of Materials Science
MS E
信息材料
Information Materials
MS E
人体与信息技术
信息技术是收集、存储、处理、传递和显示各 种信息的技术：
收集信息：眼、耳、鼻、舌、皮肤——感测技术
传送信息：神经系统——通信技术 存储和处理信息：大脑——信息处理、存储技术 显示信息：肌肉、四肢根据大脑指令对感知信息 迅速做出反应——控制技术