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薄膜磁敏电阻
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巨磁阻效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用 时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 1988 年，法国科学家阿尔贝和德国科学家彼得分别 独立发现巨磁阻效应，获得07年诺贝尔物理学奖 开发的小型大容量硬盘已得到广泛应用。


2007年诺贝尔物理学奖获得者阿尔贝(右)和彼得(左)
现代新型材料与纳米材料
New Materials and NanometerMaterials（7）
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第七讲 信息材料
Information Materials
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主要内容

信息材料分类
信息收集材料 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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热敏NTC传感器
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光敏传感材料在光照下会因各种效应产生光生载流 子，用于制作光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器 和光电探测器。 最常用的光敏材料是锗、硅和 II-VI 族、 IV-VI 族中的 一些半导体化合物等，如CdS、CdSe和PbS等。

光敏二极管
光敏三极管
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光电耦合器
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传统磁头的磁致电阻变化仅为1％-2％之间，读取数 据时要求信号具有一定强度，磁道密度不能太大， 硬盘最大容量只能达到20Mb/in2。
1994 年， IBM 公司研制成功巨磁阻效应读出磁头， 硬盘存储密度迅速提高到3Gb/in2。

硬盘读写磁头工作原理
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力敏传感器
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磁敏电阻材料：这类材料在磁化 方向平行电流方向时，阻值最大； 在磁化方向垂直于电流方向时， 阻值较小。
改变磁化方向与电流方向夹角， 即可改变磁敏电阻材料的阻值。 强磁性簿膜磁敏电阻材料主要是 NiCo和NiFe合金薄膜，可制备磁 敏二极管或三极管，灵敏度高、 温度特性好，可用于磁场测量。
信息收集材料
信息存储材料
信息处理材料 信息传递材料 信息显示材料
信息收集传感器 信息存储器
信息传递光纤 信息显示器
信息处理芯片
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还有一类重要的信息材料是半导体激光器材料。 光信息的存储、处理、传递和显示并不基于半导体 激光材料在外场作用下发生某种物理或化学变化来 实现，但这些功能必须有半导体激光器产生的激光 参与才能实现。 半导体激光器是信息功能器件的核心器件和通用器 件，半导体激光材料也是信息材料中重要的部分。

采用 Spin-valve 材料研制的新一代硬盘读出磁头，存 储 密 度 已 提 高 到 560Gb/in2 ； 随 着 低 电 阻 高 信 号 的 TMR材料获得，存储密度达到1000Gb/in2。
2007 年，全球最大硬盘厂商希捷科技宣布，第四代 DB35系列硬盘已达到1TB容量。


巨磁阻技术已成为全世界所有电脑、数码相机、移 动存储介质的标准技术。

信息既非物质也非能量，却是构 成世界的要素。
信息是十分重要和宝贵的资源。


现代信息技术中，对各种信息的 收集、存储、处理、传递和显示 是通过各种信息功能器件来实现 的，而信息功能器件又是以各种 信息材料为主构成的。 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。


信息传感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、 生物传感材料等。
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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，主要分为金属应变电阻材料和半导 体压阻材料两大类。
金属应变电阻材料主要有康铜合金、锰铜合金、镍铁铝铁合 金、镍铬合金、铁铬铝合金等。 半导体压阻材料主要是单晶硅。
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热敏传感材料是指对温度变化具有灵敏响应的材料 , 主要是电阻随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷。
根据电阻温度系数的正负，可分为正温度系数 (BaTiO3、V2O5为基的热敏陶瓷)和负温度系数(过渡金 属氧化物为基的热敏陶瓷)热敏材料两类。

热敏PTC传感器
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半导体激光器
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信息收集材料
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信息收集材料是指用于信息传感和探测的一类对外 界信息敏感的材料。 在外界信息 (如电、磁、声、光、热、力、化学或 生物等)影响下，材料的物理或化学性质(电学性质 等 )会发生相应变化，通过测量这些变化可精确地 探测、接收和了解外界信息变化。
收集信息
传送信息
各种神经细胞将得到信息传递给大脑； 存储和处理信息 大脑可以存储、分析、判断、处理信息，通过神经网 络向四肢传递信息、发布命令； 肌肉、四肢根据大脑指令对感知信息迅速做出反应。 显示信息
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信息材料分类
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根据信息材料的功能，可把信息材料主要分为：
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信息时代

信息材料产品
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1964年《中国画报》封 面-大庆铁人王进喜
2010年的Wikileaks泄密事件
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人体本身就是集信息收集、存储、处理、传递和显示 功能为一体的综合信息系统。 眼睛具有视觉功能；
Hale Waihona Puke 耳朵具有听觉功能；
鼻子具有嗅觉功能； 舌头具有味觉功能； 皮肤具有触觉功能；
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气敏材料是对气体敏感，电阻值会随外界气体种类 和浓度变化的材料，如SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2、 TiO2和WO2等n型或p型金属氧化物半导体。 气敏材料用于制作气敏传感器，吸附气体后载流子 数量变化将导致表面电阻率变化，进而对气体的种 类和浓度进行探测。

SnO2气敏传感器
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金属应变电阻材 料-康铜合金
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半导体压阻材料单晶硅片
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半导体压阻材料使力敏传感 器件微型化和集成化，在常 温下有大量应用，逐步取代 金属型应变计。
金属应变电阻材料的电阻温 度系数、温度灵敏度系数等 都比半导体好，具有很高的 延展性和抗拉强度，在耐高 温、大应变、抗辐射等场合 得到广泛使用。
矿用SnO2瓦斯检测器
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