3 無機(jī)非金屬類功能材料簡介

1、第三章 無機(jī)非金屬類功能材料簡介3.1.1 概述 材料的光學(xué)性質(zhì)是光與材料的相互作用而使材料所表現(xiàn)出的特性。如果光與材料相互作用的光強(qiáng)較弱，場強(qiáng)的線性項起作用，光與材料的相互作用就產(chǎn)生各種線性光學(xué)效應(yīng)。如吸收、反射、全反射、透射、折射、色散、散射以及各種現(xiàn)象中有關(guān)光偏振態(tài)改變的效應(yīng)等。這種利用線性光學(xué)效應(yīng)傳輸光線的材料為光學(xué)介質(zhì)材料(optical medium materials)。3.1 光學(xué)材料簡介1 光學(xué)介質(zhì)材料可以以折射、反射和透射的方式改變光線的方向、強(qiáng)度和位相，使光線按預(yù)定的要求傳輸；也可以吸收或透過一定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。其主要性能參數(shù)有兩個：光譜通過率和光學(xué)色

2、散，即不同波長下的透過率和折射率。光學(xué)介質(zhì)材料從形態(tài)及組成上可分為5類：光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料、光學(xué)薄膜和光學(xué)纖維。23.1.2 激光材料 激光，又名鐳射(LASER)，來源于經(jīng)受激輻射引起光頻放大的英文（Light Amplification by Stimulated Radiation的縮寫。原意表示光的放大及其放大的方式，現(xiàn)在用作由特殊振蕩器發(fā)出的品質(zhì)好、具有特定頻率的光波之意。 光的產(chǎn)生總是和原子中電子的躍遷有關(guān)。假如原子處于高能態(tài)，然后躍遷到低能態(tài)，則它以輻射形式發(fā)生能量。一個具有能量等于兩能級間能量差的光子與處于高能態(tài)的原子作用，使原子轉(zhuǎn)變到低能態(tài)同時產(chǎn)生第二個光子，這一過

3、程稱為受激發(fā)射。受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是激光。3* 當(dāng)光入射到由大量粒子所組成的系統(tǒng)時，光的吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三個基本過程是同時存在的。在熱平衡狀態(tài)，高能級上的粒子數(shù)總是小于低能級上的粒子數(shù)，產(chǎn)生激光作用的必要條件是使原子或分子系統(tǒng)的兩個能級之間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。4 固體激光器材料 1激活離子 固體激光工作物質(zhì)要在基質(zhì)晶體中摻入適量的激活離子。激活離子的作用是在固體中提供亞穩(wěn)態(tài)能級，由光泵作用激發(fā)振蕩出一定波長的激光。目前激活離子來自三價和二價的鐵系、鑭系和錒系元素。激光的波長是由激活離子的種類決定的。5 2基質(zhì)晶體基質(zhì)晶體基本上有三類：1) 氟化物晶體 這類晶體熔點較低，易于生長單晶，是早期

4、研究的激光晶體材料，如CaF2，BaF2，SrF2，LaF3，MgF2等。但是，它們大多要在低溫下才能工作。所以現(xiàn)在較少應(yīng)用。2) 含氧金屬酸化物晶體 這類材料是較早研究的激光晶體材料之一，均以三價稀土離子為激活離子，如CaWO4，CaMnO4，LiNbO4，Ca(PO4)3F等。3) 金屬氧化物晶體 這類晶體如Al2O3，Y3Al5O12，Er2O3，Y2O3等，摻入三價過渡族金屬離子或三價稀土離子構(gòu)成激光晶體，應(yīng)用較廣，研制最多。摻雜時不需電荷補(bǔ)嘗，但它們的熔點均高，制取優(yōu)質(zhì)單晶都較困難。6 紅寶石是世界上第一臺固體激光器的工作物質(zhì)，它是由剛玉單晶(-Al2O3)為基質(zhì)，摻入Cr3+激活離

5、子所組成的。 紅寶石的激光發(fā)射波長為可見光紅光的波。這一波長的光，不但為人眼可見，而且對于絕大多數(shù)的各種光敏材料和光電探測元件來說，都是易于進(jìn)行探測和定量測量的。因此紅寶石激光器在激光器基礎(chǔ)研究、強(qiáng)光(非線性)光學(xué)研究、激光光譜學(xué)研究、激光照相和全息技術(shù)、激光雷達(dá)與測距技術(shù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。3紅寶石激光晶體(Al2O3:Cr3+)7 4釹釔鋁石榴石激光晶體(YAG:Nd3+)激光工作物質(zhì)是Y3Al5O12作為基質(zhì)，Nd3+作為激發(fā)離子。具有良好的力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能。軍用激光測距儀和制導(dǎo)用激光照明器都采用釹釔鋁石榴石激光器。這種激光器也是唯一能在常溫下連續(xù)工作，且有較大功率的固體激光器。半

6、導(dǎo)體激光器是固體激光器中重要的一類。這類激光器的特點是體積小、效率高、運行簡單、便宜。 半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)極為簡單，是半導(dǎo)體器件pn結(jié)二極管，在電流正向流動時會引起激光振蕩。 5半導(dǎo)體激光材料83.1.3 光纖材料1） 結(jié)構(gòu)和原理 光導(dǎo)纖維由纖芯和包層兩部分組成。芯子一般由高折射率的石英玻璃或多組分光學(xué)玻璃制成，包層由低折射率的玻璃或塑料制成。 光在光導(dǎo)纖維中傳播的基本原理是全反射。即創(chuàng)造條件使光通過兩種不同媒質(zhì)界面時沒有折射只有反射。92）光導(dǎo)纖維的種類形成波導(dǎo)傳輸?shù)睦w維結(jié)構(gòu)有階躍型和梯度型兩類。階躍型光導(dǎo)纖維的芯子與包層間折射率是階梯狀的改變，入射光線在纖芯和包層的界面產(chǎn)生全反射，呈鋸

7、齒狀曲折前進(jìn)。梯度型光導(dǎo)纖維的纖芯折射率從中心軸線開始向徑向逐漸減小(約以半徑的二次方的反比例遞減)，因此入射光線進(jìn)入光纖后，偏離中心軸線的光將呈曲線路徑向中心集束傳輸。由于光束在梯度型光纖中傳播對，形成周期性的會聚和發(fā)散，呈波浪式曲線前進(jìn)，故梯度型光纖又稱聚焦型光纖。10* 光導(dǎo)纖維種類繁多，按化學(xué)組成分為：石英玻璃光纖、鹵化物光學(xué)纖維、硫系玻璃光纖和塑料光纖。按應(yīng)用分為通信光纖和功能光纖。 通信光纖是光導(dǎo)纖維最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，而功能光纖則是有開發(fā)前途的領(lǐng)域。在功能光纖中又分為傳感光纖、傳光光纖和激光光纖。傳感光纖是在傳感器中作為功能元件的光導(dǎo)纖維。 傳光光纖是以傳輸電磁頻譜的可見、紅外和紫

8、外區(qū)光為基本特征，進(jìn)而實現(xiàn)導(dǎo)光、圖像和能量傳輸?shù)墓鈱?dǎo)纖維。 激光光纖是摻有一定濃度激活離子、在某特定波長光的激勵下能產(chǎn)生激光的光導(dǎo)纖維，又稱激活光纖。它主要用于光纖放大器和光纖激光器。113.1.4 紅外材料在紅外線應(yīng)用技術(shù)中，要使用能夠透過紅外線的材料，這些材料應(yīng)具有對不同波長紅外線的透過率、折射率及色散，一定的機(jī)械強(qiáng)度及物理、化學(xué)穩(wěn)定性。 在紅外技術(shù)中作為光學(xué)材料使用的晶體主要有堿鹵化合物晶體、堿土鹵族化合物晶體、氧化物晶體、無機(jī)鹽晶體及半導(dǎo)體晶體。應(yīng)用于濾光片、基板等方面。在火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、通訊、遙測等使用的紅外裝置中被廣泛地用作窗口和整流罩等。123.1.5 發(fā)光材料 發(fā)光是一種

9、物體把吸收的能量，不經(jīng)過熱的階段，直接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象。發(fā)光材料的種類很多，它們可以作為新型和有特殊性能的光源，可以用于顯示、顯像、探測輻射場及其他技術(shù)手段。131）電子束激發(fā)發(fā)光材料：被電子束轟擊后發(fā)光的物質(zhì)。如：ZnS:Ag 等 2）x射線發(fā)光材料：使x光轉(zhuǎn)換為可見光的發(fā)光材料。如Y2O2S:Tb2. 場致發(fā)光：半導(dǎo)體材料在外電場作用下，出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象。包括：1)發(fā)光二極管(LED)：一種在低電壓下發(fā)光的器件，使用單晶或單晶薄膜材料，可以制成指示器，數(shù)字顯示器、計算機(jī)及儀表。2)OLED:以有機(jī)薄膜為發(fā)光體 發(fā)光材料的類別光致發(fā)光和場致發(fā)光兩種1.光致發(fā)光：用光激發(fā)發(fā)光體引起的發(fā)光。包括

10、：143.1.6 光色材料材料受光照射著色，停止光照時又可逆地退色，這一特性稱為材料的光色現(xiàn)象。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)了幾百種光色材料，其中光色玻璃就是重要的一種。光色玻璃由普通玻璃摻入鹵化銀制得，遇光變暗，無光退色。一些單晶體也有光色互變特性，如摻有稀土元素釤和銪的氟化鈣晶體，白光下成綠色，紫外光照射后綠色退去。15著色褪色的機(jī)理硅鋁酸鹽玻璃中引入銀鹽和鹵素，經(jīng)熔化、成型、熱處理后，會使鹵化銀亞微晶聚集成一定大小，在紫外線和太陽光等短波長的光線輻照下，將引起光分解，產(chǎn)生膠態(tài)Ag原子，其集中到一定程度，形成Ag膠體，產(chǎn)生著色。由于光分解后的鹵素不能從玻璃基體晶格中逸出，所以光照停止后，由于熱或長波

11、長光的作用，Ag原子與鹵素結(jié)合，回到鹵化銀狀態(tài)，而褪色。16鹵化銀光色玻璃是把照相化學(xué)原理移植到玻璃中但光色玻璃是可逆的，而照相底片只能用一次原因：照相底片中的AgBr經(jīng)曝光后分解出Ag和Br，經(jīng)顯影、定影后，Ag被固定下來，而Br卻溶于定影液中，不能再結(jié)合 而光色玻璃種的鹵素不能逸出，Ag也不能自由運動，無光照時，二者可再結(jié)合17 光色材料一個重要用途是作為光存儲材料，由于光色材料的顏色在光照下發(fā)生可逆變化，所以產(chǎn)生兩種型式的光學(xué)存儲，即“寫入”型與“消除”型，寫入型是用適當(dāng)?shù)淖瞎饣蜃贤饩€輻射來“轉(zhuǎn)換”最初處于熱穩(wěn)定或非轉(zhuǎn)換態(tài)的材料。消除型是用適當(dāng)?shù)目梢姟跋惫鈱︻A(yù)先在轉(zhuǎn)換輻射下均勻曝光而

12、變黑了的材料進(jìn)行有選擇的光學(xué)消除。通常記錄全息圖都采用消除型。*181） 液晶材料 至今已經(jīng)知道的液晶物質(zhì)，多數(shù)為脂肪族化合物、芳香族化合物和甾族化合物，它們是具有各種各樣結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。芳香族環(huán)和不飽和鍵有利于液晶的形成。4，4二取代聯(lián)苯和4，4二取代聯(lián)三苯也能成液晶。 對（4氰基芐叉氨）肉桂酸旋性戊脂等顯示為膽甾相液晶，膽甾醇的酯類（ V ）為膽甾相液晶。作為向列型液晶材料有P氧化偶氮基苯甲醚(PAA)、P甲氧芐叉、PJ替苯胺(MBBA)等；近晶型液晶有氰基辛基聯(lián)苯（COB）等；膽甾醇型液晶有膽甾醇壬醇（CN）等。3.1.7 液晶材料192）液晶的效應(yīng) a溫度效應(yīng) 當(dāng)膽甾型液晶的螺距與光的波長

13、一致時，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的選擇性反射。白光照射時，因其螺距對溫度十分敏感，就使它的顏色在幾攝氏度溫度范圍內(nèi)劇烈地改變，引起液晶的溫度效應(yīng)。該效應(yīng)在金屬材料的無損探傷，紅外上轉(zhuǎn)換，微電子學(xué)中熱點的探測及在醫(yī)學(xué)上診斷疾病，探查腫瘤有重要的應(yīng)用。20 b 電光效應(yīng)在外電場作用下，從液晶反射出的光線在強(qiáng)度、顏色和色調(diào)上都有所不同，這是液晶的電光效應(yīng)。該效應(yīng)最重要的應(yīng)用是在各種各樣的顯示裝置上。c . 光生伏特效應(yīng) 在鍍有透明電極的兩塊玻璃板之間，夾有一層向列型或近晶型液晶。用強(qiáng)光照射，在電極間出現(xiàn)電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)即光電效應(yīng)。該效應(yīng)廣泛應(yīng)用于生物液晶中。 d超聲效應(yīng) 在超生波作用下，液晶分子的排列改

14、變，使液晶物質(zhì)顯示出不同顏色和不同的透光性質(zhì)。21e. 理化效應(yīng) 把液晶化合物暴露在有機(jī)溶劑的蒸氣中，這些蒸氣就溶解在液晶物質(zhì)之中，從而使物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這是液晶的理化效應(yīng)，利用該性質(zhì)可以監(jiān)測有毒氣體。 另外，液晶還有應(yīng)力效應(yīng)，壓電效應(yīng)、輻照效應(yīng)等。223）液晶的應(yīng)用 由于液晶在光學(xué)特性上顯示出明顯的各向異性，可以改變光的偏振方向，可以制成光導(dǎo)液晶光閥，光調(diào)制器、光通信用光路轉(zhuǎn)換開關(guān)等液晶器件。另外，液晶作為存儲元件、光控器件與激光器結(jié)合?？煽刂萍す獾恼穹?、相位、頻率和激光輻射的偏振態(tài)，可傳輸能量。 液晶在電子學(xué)方面可用于液晶電子光快門、微溫傳感器、壓力傳感器等方面。液晶顯示器是液

15、晶在電子學(xué)方面的重要應(yīng)用，已用于各種計量儀器，家用電器、電子計算器、手表、計算機(jī)等方面。23 近幾十年來,隨著宇航、原子能和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對陶瓷材料無論從性能、質(zhì)量、品種等方面，均提出了越來越高的要求。陶瓷材料的研究和發(fā)展已從傳統(tǒng)陶瓷階段躍入到先進(jìn)陶瓷階段(Advanced Ceramics)。先進(jìn)陶瓷是以化學(xué)方法制備的高純度或純度可控制的材料做原料，通過調(diào)整材料的成分和結(jié)構(gòu)獲得傳統(tǒng)陶瓷無法比擬的卓越性能。 先進(jìn)陶瓷從性能上可分為結(jié)構(gòu)陶瓷(Structural Ceramics)和功能陶瓷(Functional Ceramics)。3.2 精細(xì)功能陶瓷24 結(jié)構(gòu)陶瓷是指具有特殊力學(xué)或機(jī)械

16、性能，以及部分熱學(xué)或化學(xué)性能的先進(jìn)陶瓷，特別適于高溫下應(yīng)用的則稱為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷;功能陶瓷是指那些利用電、磁、聲、光、力等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來實現(xiàn)某種使用功能的先進(jìn)陶瓷。 精細(xì)功能陶瓷在信息技術(shù)中占重要地位，廣泛應(yīng)用于信息的轉(zhuǎn)換、存儲、傳遞和處理。彩電接收機(jī)中75元件是陶瓷制造的。精細(xì)功能陶瓷作為次于金屬、塑料的“第三類材料”。正在越來越多地在結(jié)構(gòu)材料方面嶄露頭角，成為現(xiàn)代工程材料的三大支柱之一。 到20世紀(jì)90年代，陶瓷材料的研究又進(jìn)入了第3階段納米陶瓷階段，它將促使陶瓷材科研究從工藝到理論，從性能到應(yīng)用都提高到一個嶄新的階段。 253.2.1 精細(xì)陶瓷的定義 陶瓷原大

17、多指陶瓷器、玻璃、水泥和耐火磚之類人們所熟悉的材料。它們是用無機(jī)原料經(jīng)熱處理后的“陶瓷器”制品的總稱。這些陶瓷器即使在高溫下仍保持堅硬、不燃、不生銹，能承受光照或加壓和通電，具有許多優(yōu)良性能。 相對于這種用天然無機(jī)物燒結(jié)的傳統(tǒng)陶瓷，以精制的高純天然無機(jī)物或人工合成的無機(jī)化合物為原料，采用精密控制的制造加工工藝燒結(jié)，具有遠(yuǎn)勝過以往獨特性能的優(yōu)異特性的陶瓷，稱為精細(xì)陶瓷。26陶瓷的功能及應(yīng)用273.2.2 導(dǎo)電陶瓷 傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷、氧化物，都是離子晶體。在離子晶體中。離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電都存在。但一般情況下以離子導(dǎo)電為主電子導(dǎo)電很微弱。然而，材料含變價離子，生成非化學(xué)計量化合物或引入不等價雜質(zhì)時，將

18、產(chǎn)生大量自由電子或空穴，電子導(dǎo)電增強(qiáng)，成為半導(dǎo)體。 一類離子晶體具有很高的電導(dǎo)率，在固態(tài)時的導(dǎo)電率，相當(dāng)于液體電解質(zhì)的導(dǎo)電率水平。這類材料稱為快離子導(dǎo)體或固體電解質(zhì)，如氧離子導(dǎo)體和鈉離子導(dǎo)體。鈉離子導(dǎo)體包括-Al2O3，NaSiCon和NaMSi4O12系。 氧離子導(dǎo)體有螢石結(jié)構(gòu)氧化物(ZrO2、HfO2、CeO2等)和鈣鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物(LaAlO3、CaTiO3)。二價堿土氧化物或三價稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鋯是廣泛應(yīng)用的氧離子導(dǎo)體。28* 現(xiàn)代陶瓷還包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。通常硅化物、硼化物的化學(xué)鍵是金屬鍵和共價鍵共存。過渡金屬的碳化物、氮化物以金屬鍵為主，共價鍵為輔。非金屬元素

19、的碳化物、氮化物以共價鍵為主，金屬鍵為輔。這幾類化合物構(gòu)成的陶瓷都是電子導(dǎo)電。SiC、MoSi2電熱材料屬這一類。碳化硅是最早使用的陶瓷電熱材料，最高使用溫度為1560。二硅化鉬抗氧化性好，最高使用溫度1800，在1700空氣中可連續(xù)使用幾千小時。293.2.3 介電鐵電陶瓷 陶瓷材料在電場作用下，帶電粒子被束縛在固定位置上，僅發(fā)生微小位移，即形成電極化而不產(chǎn)生電流，為絕緣體。帶電粒子在電場下作微小位移的性質(zhì)稱為介電性。在外電場作用下能夠隨電場改變電偶極子方向的晶體稱為鐵電晶體。介電陶瓷的鐵電特性表現(xiàn)為本身具有自發(fā)極化。當(dāng)施加外界電場時，自發(fā)極化方向沿電場方向趨于一致；當(dāng)外電場反向，而且超過材

20、料矯頑電場Ec值時，自發(fā)極化隨電場而反向；當(dāng)電場移去后，陶瓷中保留部分極化量，即剩余極化。30* 介電陶瓷材料主要應(yīng)用在陶瓷電容器和微波介質(zhì)元件方面。鐵電陶瓷的主要用途之一是制作高電容率的電容器。* 近年來由于陶瓷制造工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了熱壓法、微細(xì)粉末精制法等可以控制其顯微結(jié)構(gòu)和晶界性質(zhì)的方法，使之成為透明陶瓷。其中PLZT透明陶瓷具有鐵電壓電性能。313.2.4 氣敏陶瓷和濕敏陶瓷 氣敏陶瓷對某一種或某幾種氣體特別敏感，其阻值將隨該種氣體的濃度(分壓力)作有規(guī)則的變化，檢測靈敏度通常為百萬分之一的量級，個別可達(dá)十億分之一的量級，故有“電子鼻”之稱。 氣敏陶瓷一般都是通過摻雜等手段使其半導(dǎo)化的

21、金屬氧化物。其氣敏特性，大多通過待測氣體在陶瓷表面附著，產(chǎn)生某種化學(xué)反應(yīng)(如氧化、還原反應(yīng))、與表面產(chǎn)生電子的交換(俘獲或釋放電子)等作用來實現(xiàn)的，這種氣敏現(xiàn)象稱為表面過程。 常見的氣敏陶瓷有：SnO2，-Fe2O3， -Fe2O3，ZnO，WO3復(fù)合氧化物系統(tǒng)及ZrO2，TiO2等。32 濕敏陶瓷與氣敏陶瓷的敏感機(jī)理相似，都屬表面作用過程。濕敏著重于水分子的附著。 濕敏陶瓷目前主要有氧化物涂覆膜型、多孔燒結(jié)體型、厚膜型、薄膜型等。按測濕范圍有高濕型(適用于相對濕度大于70RH)、中濕型(3080RH)、低濕型(小于30RH)，全濕型(0100RH)。 由感濕資助料調(diào)漿、涂覆、干調(diào)而成為涂覆膜

22、型。瓷粉涂覆膜型濕敏元件的感濕粉料為：Fe3O4，F(xiàn)e2O3，Cr2O3、Al2O3、Sb2O3，TiO2，SnO2，ZnO，CoO，CuO或這些粉料的混合體或再添加一些堿金屬氧化物，以提高其濕度敏感性。比較典型、性能較好的是以Fe3O4為粉料的感濕元件。333.2.5 鐵氧體 鐵氧體是磁性陶瓷的代表，是作為高頻用磁性材料而制備的金屬氧化物燒結(jié)磁性體。它分為軟磁鐵氧體和硬磁鐵氧體兩種。3.2.6 生物陶瓷 用于人體組織和器官的修復(fù)并代行其功能的人造材料稱為生物材料或生物醫(yī)學(xué)材料。 (1) 生物相容性好，對機(jī)體無免疫排異反應(yīng)，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具

23、有生物活性；(2) 對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變和致癌作用；(3) 無溶血、凝血反應(yīng)。生物學(xué)條件：34化學(xué)條件： (1) 在體內(nèi)長期穩(wěn)定，不分解、不變質(zhì)；(2) 耐侵蝕。不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；(3) 不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)等變化。 力學(xué)條件： (1) 具有足夠的靜態(tài)強(qiáng)度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；(2) 具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕龋?3) 耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能。 其它：(1) 具有良好的孔隙度、體液及軟硬組織易于長入；(2) 易加工成型，使用操作方便；(3) 熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)。35各類生物材料比較生物陶瓷材料實例： （1）植入材料中氧化鋁是一種一直使用得很滿意的實

24、用生物材料。按制造方法有單晶氧化鋁、多晶氧化鋁和多孔質(zhì)氧化鋁三種產(chǎn)物。臨床上用來制作人工骨、人工牙根、人工關(guān)節(jié)和固定骨拆用的螺栓。36（2）部分穩(wěn)定化的氧化鋯，生物相容性良好，在人體內(nèi)穩(wěn)定性高，而且比氧化鋁的斷裂韌性值更高，耐磨性也更為優(yōu)良，在人工牙根和人工股關(guān)節(jié)制造方面的應(yīng)用引人注目。 （3）碳素材料石墨質(zhì)輕而且具有良好的潤滑性和抗疲勞特性，彈性模數(shù)與致密的人骨大小相同，在人體內(nèi)不發(fā)生反應(yīng)和溶解，生物親和性良好，耐蝕，對人體組織的力學(xué)刺激小，因而是一種優(yōu)良的生物材料。 （4） 1976年美國和日本發(fā)表了高密度羥基磷灰石多晶的研究結(jié)果。羥基磷灰石能與骨直接化學(xué)結(jié)合，強(qiáng)度極佳。 可制成顆粒狀用作

25、齒槽骨的填充材料。也可制成多孔狀用作顎骨、顴骨、鼻軟骨等的填補(bǔ)材料，致密的經(jīng)基磷灰石可制成人工耳小骨。37（5） 在Na2OK2OMgOCaO SiO2 P2O5 系玻璃中析出許多磷灰石結(jié)晶的結(jié)晶化玻璃，可與骨直接化學(xué)結(jié)合，強(qiáng)度好，可作顎骨補(bǔ)綴物。（6） 1983年，德國研制成一種使金云母在磷灰中析出形成的結(jié)晶化玻璃。這種結(jié)晶化玻璃不僅能與骨直接化學(xué)結(jié)合，而且機(jī)械強(qiáng)度高，切削加工性能優(yōu)良，可成為骨代替材料。383.2.7 其它功能陶瓷1）高溫超導(dǎo)陶瓷 高溫氧化物超導(dǎo)體，從結(jié)構(gòu)上都是從鈣鈦礦結(jié)構(gòu)演變而來，目前共有4種典型的高Tc氧化物系列。即：La-Sr-Cu-O(Tc=35K)；Y-Ba-Cu

26、-O(Tc=90K)；Bi-Sr-Ca-O(Tc80K)；Tl-Ba-Cu-O(Tc120K)。2) 熱敏陶瓷 熱敏陶瓷的電阻隨溫度發(fā)生變化?？芍瞥捎糜跍囟葴y定、線路溫度補(bǔ)償和穩(wěn)頻等的元件。電阻隨溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻；電阻隨溫度的升高而減小的稱負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；電阻在某特定溫度范圍內(nèi)急劇變化的稱為臨界溫度電阻。電阻隨溫度呈直線關(guān)系的稱為線性熱敏電阻。393） 壓敏陶瓷 壓敏陶瓷的電阻值對外加電壓敏感。其電阻值在一定電流范圍內(nèi)是可變的。隨著電壓的提高，電阻值下降，小的電壓增量可引起很大的電流增量，IV特性不是一條直線，也稱為非線性電阻。 壓敏電阻器用作過壓保護(hù)、高能浪

27、涌吸收和高壓穩(wěn)壓等，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電子線路和家用電器中。陶瓷壓敏電阻器在大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的電子儀器中作為保護(hù)元件，需求量逐年增加。壓敏陶瓷有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2和SrTiO3等。403.3 功能轉(zhuǎn)換材料簡介壓電材料：壓力電荷熱釋電材料： 熱量電荷光電材料：光電導(dǎo)率、電勢差變化，放出電子熱電材料：熱量電流或電壓電光材料：電場光學(xué)性質(zhì)改變磁光材料：磁場光學(xué)性質(zhì)改變聲光材料： 聲波光學(xué)性質(zhì)改變411）壓電材料壓電性: 1880年P(guān)居里和J居里兄弟發(fā)現(xiàn)：當(dāng)對石英晶體在某些特定方向上加力時，在力方向的垂直平面上出現(xiàn)正、負(fù)束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。典型的壓電材料：壓電晶體 石英、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫銨、鉭酸鋰、鈮酸鋰、碘酸鋰等；壓電陶瓷 鈦酸鋇（BaTiO3）、鈦酸鉛（PbTiO3）、高鈦酸鉛等。壓電材料的應(yīng)用：水聲換能器、超聲器件、高電壓發(fā)生器、電聲器件、壓力機(jī)、流量計、計數(shù)器等。422）熱釋電材料熱釋電效應(yīng): 有些晶體可因溫度變化而引起晶體表面電荷，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。典型的熱釋電材料：熱釋電晶體 電氣石、CaS、CaSe、ZnO等；熱釋電陶瓷 鈮酸鋰（Li NbO3）、鈦酸鉛（PbTiO3）、