光开关 光调制 图象存储
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利用电阻非线性制造敏感元件
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三、功能陶瓷的发展趋势
(1) 表面组装技术(SMT)推动功能陶瓷元件片式化 • 功能陶瓷是新型电子元器件的基础－－多层陶瓷技术 • 功能陶瓷复合器件是采用多层陶瓷共烧技术，将多种
功能陶瓷材料，如介电陶瓷、磁性材料或电阻材料， 与金属内电极，按一定电路模式集成共烧形成一体化
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• 高温超导薄膜的制备方法： • 磁控溅射法
YBCO薄膜, Tc ＝ 90K，Jc = 5~6 MA/cm2
• 脉冲激光沉积法
在STO单晶基片上原位外延YBCO薄膜，Tc = 92~93K, Jc = 6 MA/cm2
• 分பைடு நூலகம்束外延（MBE）法 • 化学气相沉积（CVD）
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二、超导体的宏观性质和研究动态
• 另外绝缘性还受显微组织的影响，晶粒 和气孔影响不大，主要晶界相。
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三、 常用绝缘陶瓷材料及其性能
• 绝缘陶瓷材料的分类方法很多，若按化学组成 分类测可分为氧化物系和非氧化物系两大类。 氧化物系绝缘陶瓷已得到广泛应用，而非氧化 物系绝缘陶瓷是70年代才发展起来的，目前应 用的主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、A1N 等。
输入
输出
输入
接地
外形尺寸： 25mm X 9mm，输入电压 220VAC，输出电压 510V
输入
发生器
发生器
输出
输入
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新型压电驱动器及超声波电机
摇头压电电机 中空压电电机 二维微动台 超声电机驱动系统 微型压电电机
行波压电电机 直线压电驱动器 中空压电电机
单向压电电13机
透明铁电陶瓷的极化反转特性在电光 方面的应用
第八章 陶瓷的导电
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按功能，材料分为结构材料和功能材料两大类。 ❖ 一种材料主要利用其力学功能时，这种材料被称为 结构材料。 ❖ 如果主要利用其非力学性能时，则被称为功能材料。
力学性能通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度等； 而非力学性能主要指声、电、光、磁、热和化学等。
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功能陶瓷概述
1 功能陶瓷的定义与分类 2 功能陶瓷的应用 3 功能陶瓷的发展趋势
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目前几个主要高温超导材料体系的Tc
• 体系
• YBa2Cu3Oy • Bi2Sr2Ca2Cu3Oy • Tl2Ba2Ca2Cu3Oy • IxC6o • (Icl)xC60 • SrCuO2 • HgBa2Ca2Cu3Oy
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8. 2 导 电 陶 瓷
在一定条件下具有电子（或空穴）电导或离子电导 的陶瓷材料。前者如某些氧化物或碳化物（如碳化硅） 半导体，后者如氧化锆、铬酸镧、β-Al2O3等固体电解 质陶瓷。可用于燃料电池、陶瓷高温发热体、钠硫电池 等。
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氧化锆陶瓷是一种耐高温、抗氧化的复合氧化物，是在纯 氧化锆中加进１０％的氧化镱制成的导电陶瓷。它能象金属那 样把电能转变成热能，并能发光。
为了解决这个问题，人们在电极表面涂覆各种导电材料， 如铝、钼、镍，铬及其各种合金。但是，所有这些金属材料， 在钠—硫电池中都缺乏足够的稳定性。
后来将发明的这种导电陶瓷材料，涂覆于电极表面。因为 这种材料不仅具有良好的抗腐蚀性能，而且具有足够的导电性 能，所以较好地解决了上述的问题。
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8. 3 超导陶瓷
能于一体 • 智能陶瓷(Intelligent ceramics)---自诊断、自调节、
自恢复…
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• (4)功能陶瓷的高频化---微波介质陶瓷与现代通信技术 近代通信技术的关键基础材料近代通信技术的关键基
础材料器件器件：微波介质谐振器，介质滤波器，介质振 荡器，微波电容器
应用：火箭、雷达、移动电话、 卫星直播电视材料 材料：高介，低损耗，高Q值， 小的温度系数
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信息功能陶瓷材料—— 信息技术的重大需求
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利用铁电陶瓷高介电常数制造 高比容多层陶瓷电容器
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微波介质陶瓷
谐振器件
介质波导
微波天线
微波滤波器 介质基片 介质电容器
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多层压电陶瓷变压器及应用 (升压型)
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MPCT用于笔记本电脑的液晶显示屏
多层压电陶瓷变压器
(降压型)
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3、氮化硅瓷基片
集成电路基片材料的要求是：高电阻率，导热性好， 热膨胀系数小，耐热处理和化学处理。
氮化硅瓷基片具有高强度、热膨胀系数与硅材料匹 配、介电常数小、热导率高 。烧结温度1700C
4、氮化硼瓷基片(BN)
最突出的优点是高热导率与低电导率。
5、金刚石薄膜
金刚石是自然界中硬度最高的材料，同时又具有极 高的弹性模量。金刚石的热导率是所有已知物质中最高 的，室温下(300K)，金刚石的热导率是铜的5倍，液氮温 度下(77K)，金刚石的热导率则是铜的25倍。金刚石是一 种禁带很宽的材料，因而非掺杂的本征金刚石是极好的 电绝缘体。
➢ 据功能陶瓷的能量转换和耦合特性：可制备压电、光电、 热电、磁电和铁电等陶瓷
➢ 据对外场的敏感效应：可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、 磁敏、电压敏和光敏等敏感陶瓷
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• 按形态可分为： • 粉体、块体、厚膜、薄膜、纤维、复合
等 • 按结晶状态分： • 非晶态、多晶体、单晶
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二、 功能陶瓷的应用
• 功能陶瓷是电子信息、集成电路、计算机、通讯广播、 自动控制、航空航天、海洋探测、激光技术、精密仪 器、汽车、能源、核技术和生物医学等近代高技术领 域的关键材料.
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超导陶瓷可以用一般陶瓷工艺制造，例如制备Y－Ba－Cu －O的工艺是：
以Y2O3、BaCO3、CuO为原料，混合后在900℃煅烧合成， 再粉碎，就得到超导体。烧结在950℃进行，流动氧气气氛。烧 结后在500 ~ 600℃氧气气氛中退火。
也可以用化学沉淀法和其他方法制造。共沉淀法是在Y、Ba、 Cu的硝酸盐溶液中，加入草酸溶液，形成草酸盐共沉淀析出。再 在850℃煅烧得到超导体粉末。
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• (5)功能陶瓷的低维化和集成化--纳米颗粒、纤维、薄膜和 厚膜
微电子机械系统 (MEMs)
铁电存储器 (FRAM)
3 X 3 Array on one
3”Wafer
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8. 1 绝缘陶瓷
一、 精密绝缘陶瓷在近代电子技术中的作用
绝缘材料在电气电路或电子电路中所起的 作用主要是根据电路设计要求将导体物理隔离， 以防电流在它们之间流动而破坏电路的正常运 行。此外，绝缘材料还起着导体的机械支持、 散热及电路环境保护等作用。
7．高温超导材料发现 LaBaCuO 氧化物陶瓷材料 30 K 1986年 缪勒（瑞士） 贝德诺兹（德） 1987年 缪勒 贝德诺兹 获诺贝尔物理学奖
8．华人超导物理学家 赵忠贤（中） 朱经武（美） 发现YBaCuO 90K 液氮温区 高温超导体
9.高温超导材料 铋系 110K 铊系 125K 汞系 134K（常压） 164K（高压）
一般将能起上述作用的陶瓷称为绝缘陶瓷。
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根据室温电阻率ρ的大小，材料可分为 超导体ρ→0 Ωcm 、 导体ρ≤10-2Ωcm 半导体ρ=10-2Ωcm…109 Ωcm 和绝缘体ρ ≥ 109 Ωcm
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绝缘陶瓷，它必须具备如下性能: • 体积电阻率ρ ≥ 1012 Ωcm • 相对介电常数ε ≤30 • 损耗因子≤0.001 • 介电强度≥ 5.0KV/mm
• 复合材料有许多结构方面的自由度,如体积分量、结合方式、结 合的对称性、结合的周期性、以及复合线度等,调整结构自由度 可大幅度该变材料性能.
• 复合材料主要通过加和效应和乘积效应影响材料的性能. • 如:压电复合材料 • 如:铁氧体与铁电体复合陶瓷表现出磁电效应
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(3)功能陶瓷的机敏化和智能化 • 机敏陶瓷(Smart ceramics)---兼具传感功能和执行功
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一、超导发展简史
1．低温的获得 气体的液化 氢气的液化 1898年 杜瓦 （英） 氦的液化 1908年 昂尼斯（荷兰）
2．超导的发现 1911年 昂尼斯（荷兰） 1913年获诺贝尔物理学奖 转变温度 临界磁场 临界电流
3．迈斯纳效应 1933年 迈斯纳和奥森菲 尔德（德）
观察迈斯纳效应的磁悬浮试验 在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的 转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起， 升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于 磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应 出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥 力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减 弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。
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4．一类 二类超导体
GLAG理论金兹堡和阿布里柯索夫
获2003年诺贝尔物理学奖
阿 布
5．约瑟夫森效应 1962年 约瑟夫森
金 兹
（英）
堡
里 柯 索
约瑟夫森 贾埃弗（挪威）
夫
1973年 获诺贝尔物理学奖
6．1985年前的超导转变温度 单质Nb 9.3K 化合物材料Nb3Ge 23.2K 液氦温区 低温超导体
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清华近大学应用超导研究中心成功研制成340米铋系高温 超导导线。这是我国目前高温超导长导线的最新记录，标志着 我国已掌握了处于世界先进水平的超导线材产业化技术。
此次研制成功的高温超导导线为３７芯，长３４０米、宽 ３．４３毫米，厚０．１５毫米，截面面积为０．５１平方毫 米。在零外磁场下导线的临界电流大于２５安培，工程临界电 流密度达每平方厘米５０００安培（测试温度为零下１９６摄 氏度）。相比其它使用纯银包缚的导线，这种导线由于使用了 银合金，其机械强度更高。导线表面均匀涂有绝缘物质，无气 泡等缺陷，具有较好的使用性能。这表明此长导线的综合性能 已达到世界先进水平。
结构的陶瓷元器件.
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