新材料的鑒定

1、材料是當前世界新技術革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，與信息技術、生物技術一起構成了21世紀世界最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ娜箢I域之一。對材料的認識與利用能力，往往決定著社會的形態(tài)和人類生活的質量。人類的歷史已經(jīng)證明，材料是人類社會發(fā)展的物質基礎和先導，而新材料則是人類社會進步的里程碑。新材料在發(fā)展高新技術、改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、增強綜合國力和國防實力方面起著重要的作用，而且在自然科學和工程技術領域中發(fā)展也，經(jīng)濟、科技在快速發(fā)展，人類文明也在不斷向前邁進，無論何時、無論何地，經(jīng)濟與科技永遠會圍繞著人類，我們能夠預測未來我們的世界會更加繽紛多彩，人類的生活會更加美好，而功不可沒的必將是新型材料，

2、新材料技術的發(fā)展必將成為人類社會的轉折點。新型光學材料是指光電數(shù)碼及信息產(chǎn)品所應用的技術含量高、制作難度大、光學性能優(yōu)越的光學材料,一般是指鑭系光學玻璃、環(huán)保系列光學玻璃、低熔點及磷酸鹽光學玻璃等。目前我國光學材料的研究開發(fā)水平與國外發(fā)達國家相比還有一定的差距,特別是與日本和德國等國際知名光學材料生產(chǎn)廠家相比,無論從光學玻璃品種還是生產(chǎn)工藝及設備都存在著明顯的差距。目前我國光學材料行業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)的光學玻璃為主,一些新型材料需從國外進口,不能完全滿足我國高科技發(fā)展的需要。在光學材料方面,我國急待需要進行技術研究和技術創(chuàng)新工作,即開發(fā)新型的光學材料,盡快形成我國的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。超導體的概念超導

3、材料是一種沒有電阻的材料，既能節(jié)約能量，減少電能因電阻而消耗的能量，還能把電流儲存起來，供急需時使用。光學功能材料還可按材料凝聚狀態(tài)分為氣體、液體和固體（晶體、陶瓷、玻璃、薄膜或超晶格）等材料；按應用效應又分為激光頻率轉換材料、電光材料、聲光材料、磁光材料和光感應雙折射材料。光學功能材料具有利用光波自身強度和外加電、磁、機械場對光波的強度、頻率、相位、偏振進行控制的能力，從而在現(xiàn)代光電子技術中廣泛用于實現(xiàn)激光頻率轉換，改善激光器的脈寬、模式，進行多種光學信息處理等。目前，這種特種新型發(fā)光材料已在歐美、日本、韓國和東南亞廣為應用，并且每年從中國進口相當數(shù)量的產(chǎn)品。雖然中國在發(fā)光材料和制品應用方面

4、比世界發(fā)達國家晚，但目前已顯示出巨大的消費潛力。機場、車站、超級市場、摩天大樓、高速公路以及裝飾市場等為發(fā)光材料的應用提供了更為廣闊的市場。由北京理工大學曾慶軒教授主持的超長余輝堿土鋁酸鹽自發(fā)光粉體新材料研發(fā)項目，目前已獲得重大進展，取得多項發(fā)明專利。重慶上游經(jīng)濟技術發(fā)展有限公司、四川沱牌集團與北京中捷京工科技發(fā)展有限公司共同投資，采用這項技術，于1999年10月建成國內(nèi)較大規(guī)模的年產(chǎn)300噸超長余輝堿土鋁酸鹽自發(fā)光粉體特種新材料生產(chǎn)線，產(chǎn)品已通過ISO90012000質量認證，并出口到美國、韓國、菲律賓、歐洲和中東市場。曾慶軒教授介紹，如今采用特種新型自發(fā)光材料制成的各種發(fā)光制品，已廣泛用在

5、發(fā)達國家軍事、工業(yè)、消防、交通、日用品等領域。由于這一新型自發(fā)光材料的出現(xiàn)，對國外輕工、電子、鐘表、日用品和娛樂品等領域產(chǎn)生了積極影響，提高了傳統(tǒng)產(chǎn)品的附加值，成為市場賣點，已形成發(fā)光產(chǎn)業(yè)的消費市場。 曾慶軒教授認為，從國內(nèi)外市場看，水性發(fā)光涂料、發(fā)光塑料制品、發(fā)光陶瓷、發(fā)光印花漿等特種發(fā)光制品對超長余輝發(fā)光材料的需求量將進一步增加，其應用領域將會進一步擴大。而目前國際市場超長余輝發(fā)光材料價格較貴，國外同類產(chǎn)品近期很難進入中國市場，中國同類產(chǎn)品出口機會將加大。目前國內(nèi)企業(yè)規(guī)模小，而需求日益增加，供不應求，為新建項目提供了契機。導電能力介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。半導體材料是一類具有半

6、導體性能、可用來制作 半導體器件和集成電的電子材料，其電導率在10（U-3）10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導體材料的電學性質對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導體材料中摻入少量雜質可以控制這類材料的電導率。正是利用半導體材料的這些性質，才制造出功能多樣的半導體器件。半導體材料是半導體工業(yè)的基礎，它的發(fā)展對半導體技術的發(fā)展有極大的影響。半導體材料按化學成分和內(nèi)部結構，大致可分為以下幾類。1.元素半導體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。種類 常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素制成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣?；衔锇雽w分為二元系、

7、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有-族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、-族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、 -族（如硫化鉛、硒化鉛等）、-族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處于研究階段。此外，還有非晶態(tài)和液態(tài)半導體材料，這類半導體與晶態(tài)半導體的最大區(qū)別是不具有嚴格周期性排列的晶體結構。半導體材料是一類具有半導體性能、可用來制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎材料，支撐著通信、計算機、信息家電與網(wǎng)絡技術等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。半導體材料及應

8、用已成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。近幾年，由于市場需求的不斷擴大、投資環(huán)境的日益改善、優(yōu)惠政策的吸引及全球半導體產(chǎn)業(yè)向中國轉移等等原因，我國集成電路產(chǎn)業(yè)每年都保持30%的增長率。集成電路制造過程中需要的主要關鍵原材料有幾十種，材料的質量和供應直接影響著集成電路的質量和競爭力，因此支撐關鍵材料業(yè)是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中最上游也是最重要的一環(huán)。隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，進一步刺激了多晶硅、單晶硅等基礎材料需求量的不斷增長。目前，世界半導體行業(yè)巨頭紛紛到國內(nèi)投資，整個半導體行業(yè)快速發(fā)展，這也要求材料業(yè)要跟上半導體行業(yè)發(fā)展的步伐?？梢哉f，市場發(fā)展為半導體支撐

9、材料業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。2用的最多的是Si材料，主要用于電子器件、微電子器件 用于光通信的有GaAs系、InP系的材料。利用能量轉換效應制造具有特殊功能元器件的材料叫做功能轉換材料。能源短缺和環(huán)境污染愈來愈制約著未來社會的可持續(xù)發(fā)展,太陽能等可再生能源技術代表了清潔能源的發(fā)展方向。作為具有完全可持續(xù)發(fā)展特征的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正逐漸進入人類能源結構,并將成為未來基礎能源的重要組成部分。然而,目前所廣泛使用的硅基太陽能電池其光電轉換效率理論最大值僅為29%(Shockley-Queisser極限效率),實際轉換效率約15%。太陽光之所以有很少的百分比轉換為電能,原因歸結于硅太陽能電池不能將

10、全部的太陽光轉換為電流。通常情況下,到達地面的太陽能光譜(AM1.5)其能量約1000 W/m2,波長覆蓋2802500 nm。然而僅能量大于硅太陽能電池能隙(Eg>1.12eV,<1100 nm)的太陽光才能被吸收(載流子熱能化也將降低硅太陽能電池的效率),而能量小于硅太陽能電池能隙的太陽光(>1100 nm)則不能被吸收利用。如何通過光譜調(diào)制使硅太陽能電池更充分、更合理地吸收太陽光,從而提高硅太陽能電池的光電轉換效率是當前廣泛關注的焦點問題之一。為此可以在太陽能電池的上表面引入下轉換發(fā)光層,其中包含的摻稀土量子剪裁下轉換發(fā)光材料首先吸收電池光譜響應較差的一個短波長光子(3

11、00.硅系材料太陽能電池1.1 單晶硅材料太陽能電池硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的?，F(xiàn)在單晶硅的電池工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領先水平。該研究所采用光刻照相技術將電池表面織構化，制成倒金字塔結構。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合通過改進了的電鍍過程增加柵極的寬度

12、和高度的比率：通過以上制得的電池轉化效率超過23%，是大值可達233。Kyocera 公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉換效率為1944%，國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm X 2cm）轉換效率達到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅材料制成的電池（5cm X 5cm）轉換效率達8.6%。單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶目前，國外已將砷化鎵太陽能電池作為航天飛行器空間主電源.而且砷化鎵組件所占比例逐漸增大，目前已占9

13、0 %。2. 3 銅銦硒太陽能電池銅銦硒太陽能電池是以銅、銦、硒三元化合物半導體為基本材料制成的太陽能電池，是在玻璃或其它廉價襯底上沉積若十層金屬化合物的半導體薄膜.其厚度大約為200300nm.具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強等特性。日本昭和石油公司開發(fā)的而積為864cm2 的電池轉換效率為14.3 %。美國盡管化合物能源部叫再生能源實驗室研制出的CIGS 電池轉換效率已達19.2 。邁斯納效應(指超導體處于外界磁場中，磁力線無法穿透，超導體內(nèi)的磁通量為零)和零電阻性質是超導態(tài)的兩個獨立的基本屬性，衡量一種材料是否具有超導電性必須看是否同時具有零電阻和邁斯納效應。新材料是指新出現(xiàn)的或正在發(fā)

14、展中的，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料；或采用新技術(工藝,裝備)，使傳統(tǒng)材料性能有明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料；一般認為滿足高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的一些關鍵材料也屬于新材料的范疇。新型功能材料對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，在全球新材料研究領域中，新型功能材料約占85 % 。隨著信息社會的到來，新型功能材料對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，是二十一世紀信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術領域的關鍵材料，成為世界各國新材料領域研究發(fā)展的重點，也是世界各國高技術發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。發(fā)展新型功能材料技術也正在成為一些發(fā)達國家強化其經(jīng)濟及軍事優(yōu)勢的重要手段。超導材料，又

15、稱為超導體（superconductor），指可以在在特定溫度以下，呈現(xiàn)電阻為零的導體。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度?，F(xiàn)在對于超導體的分類并沒有統(tǒng)一的標準，通常的分類方法有以下幾種：· 通過材料對于磁場的相應可以把它們分為第一類超導體和第二類超導體：對于第一類超導體只存在一個單一的臨界磁場，超過臨界磁場的時候，超導性消失；對于第二類超導體，他們有兩個臨界磁場值，在兩個臨界值之間，材料允許部分磁場穿透材料。· 通過解釋的理論不同可以把它們分為：傳統(tǒng)超導體（如果它們可以用BCS理論或其推論解釋）和非傳統(tǒng)超導體（如果它們不能用上述理

16、論解釋）。· 通過材料達到超導的臨界溫度可以把它們分為高溫超導體和低溫超導體：高溫超導體通常指它們的轉變溫度達到液氮溫度（大于77K）；低溫超導體通常指它們需要其他特殊的技術才可以達到它們的轉變溫度。· 通過材料可以將它們分為化學材料超導體比如：鉛和水銀；合金超導體比如：鈮鈦合金；氧化物超導體,比如釔鋇銅氧化物；有機超導體,比如：碳納米管。由于高溫超導材料具有零電阻性、通電能力強體積小、重量輕和完全抗磁性等特性隨著社會節(jié)能減排壓力的日益增加和社會深層次發(fā)展的需求,其應用范圍將從大功率輸電電纜、電機等技術領域,逐步進入有色金屬方面的研究。超導材料由于具有零電阻、完全抗磁性和超

17、導隧道效應等優(yōu)異的特性高溫超導材料的用途非常廣闊大致可分為三類:大電流應用、電子學應用和抗磁性應用。大電流應用即超導發(fā)電、輸電和儲能;電子學應用包括超導計算機、超導天線、超導器件等;抗磁性主要應用于磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。超導材料和超導技術有著廣闊的應用前景。超導現(xiàn)象中的邁斯納效應使人們可以到用此原理制造超導列車和超導船，由于這些交通工具將在無磨擦狀態(tài)下運行，這將大大提高它們的速度和安靜性能。目前超導材料正從研究階段向應用發(fā)展階段轉變，且有可能進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。超導材料正越來越多地應用于尖端技術中，如超導磁懸浮列車、超導計算機、超導電機與超導電力輸送、火箭磁懸浮發(fā)射、超導磁選礦技術、超導量子干涉儀等。因此超導材料技術有著重大的應用發(fā)展?jié)摿?，可解決未來能源、交通、醫(yī)療和國防事業(yè)中的重要問題。自從超導材料制備技術不斷成熟并逐步產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以來，近十年來高臨界溫度超導應用得到了良好的發(fā)展，在超導電纜、超導限流器與超導變壓器等電力應用方面，研制成功多臺樣機，人類不久將進入超導應用的新時代。從超導材料的發(fā)展歷程來看，新的更高轉變溫度材料的發(fā)現(xiàn)及室溫超導的實