光電功能材料課程課件

《光電功能材料》

劉磊Email:liulei442@《光電功能材料》劉磊1開課學(xué)期：秋季總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)學(xué)分：3課程名稱：光電功能材料英文名稱：AdvancedFunctionalMaterials(OptoelectronicFunctionalMaterials)教學(xué)方式：課堂講授 考試方式：閉卷考試參考教材：周馨我主編，《功能材料學(xué)》，北京理工大學(xué)出版社，北京，2002年。

李玲等，《功能材料與納米技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年課程介紹開課學(xué)期：秋季總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)學(xué)分：3課程介紹2重點(diǎn)：光電功能材料功能材料的概況電功能材料內(nèi)容光功能材料光電功能薄膜材料內(nèi)容提要重點(diǎn)：光電功能材料內(nèi)容提要3目錄1.功能材料發(fā)展概論1.1功能材料的定義與分類1.2功能材料的發(fā)展歷史與趨勢(shì)2.電功能材料2.1.導(dǎo)電材料2.2半導(dǎo)體材料2.3介電材料（電介質(zhì)）2.4.鐵電材料（強(qiáng)極性電介質(zhì)）2.5超導(dǎo)材料2.6電功能材料的研究進(jìn)展目錄1.功能材料發(fā)展概論43.光功能材料及器件3.1.激光材料3.2．非線性光學(xué)材料3.3.發(fā)光材料3.4光電顯示材料3.4.光纖材料3.5.光伏材料與太陽(yáng)能電池3.7.納米材料3.8.其他光功能材料3.光功能材料及器件54.光電功能薄膜的制備4.1功能膜材料特點(diǎn)4.2光電功能膜材料制備4.3典型光電功能膜總結(jié)（答疑）4.光電功能薄膜的制備6第一章功能材料的發(fā)展概況功能材料的定義與分類

Materials：“Materialsisthestufffromwhichathingismadeforusing”

材料：“材料是可制造有用物品的素材”

“材料科學(xué)”主要包括物理、化學(xué)、生物等學(xué)科內(nèi)容第一章功能材料的發(fā)展概況功能材料的定義與分類7材料(用途)結(jié)構(gòu)材料（StructuralMaterials宏觀力學(xué)性能）功能材料（FunctionalMaterials微觀性能）結(jié)構(gòu)材料：能承受外加載荷而保持其形狀和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料。如建筑材料，機(jī)器制造材料等，它具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在物體中起著“力能”的作用功能材料：美國(guó)BellLab,JAMorton1965年提出“具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能及其相互轉(zhuǎn)化的功能，被用于非結(jié)構(gòu)目的的高技術(shù)材料”Cu,Fe等材料結(jié)構(gòu)材料（StructuralMaterials功能材8材料(屬性)金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料（包括陶瓷材料）有機(jī)材料（包括高分子材料）復(fù)合材料材料(形態(tài))晶體材料液晶材料非晶態(tài)材料納米材料材料金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料（包括陶瓷材料）有機(jī)材料（包括9材料(功能)物理功能材料：光、電、熱、磁、聲等化學(xué)功能材料：感光、催化、防腐等生物功能材料：仿生、醫(yī)藥等功能轉(zhuǎn)換材料：光電、磁光、熱電等單功能材料：電功能材料、光功能材料等導(dǎo)電材料半導(dǎo)體材料介電材料鐵電材料超導(dǎo)材料電功能材料材料物理功能材料：光、電、熱、磁、聲等化學(xué)功能材料：感光10光功能材料激光材料與非線性光學(xué)材料發(fā)光材料光纖材料太陽(yáng)能材料軟磁材料硬磁材料(永磁材料)磁功能材料多功能材料：如鐵電材料（電光、聲光、磁光、光致色變材料）光功能材料激光材料與非線性光學(xué)材料軟磁材料磁功能材料多功能材11材料的用途（鋁合金）戰(zhàn)機(jī)艦船導(dǎo)彈火箭人造衛(wèi)星戰(zhàn)車高速列車汽車高層建筑材料的用途戰(zhàn)機(jī)艦船導(dǎo)彈火箭人造衛(wèi)星戰(zhàn)車高速列車汽車高層122.功能材料的發(fā)展歷史與趨勢(shì)2.功能材料的發(fā)展歷史與趨勢(shì)13舊石器時(shí)代：100萬(wàn)年前新石器時(shí)代：1萬(wàn)年前舊石器時(shí)代：100萬(wàn)年前14陶器：8000-9000年前人面魚紋彩陶盆(新石器時(shí)代·七千年前仰韶文化)

高16.5厘米口徑39.5厘米

20世紀(jì)50年代陜西省西安市半坡村出土

現(xiàn)藏中國(guó)歷史博物館唐三彩：盛行于唐代的陶器，以黃、褐、綠為基本釉色。陶器：8000-9000年前人面魚紋彩陶盆(新石器時(shí)代·七千15中國(guó)商代晚期（5000年前）的青銅器。1939年于河南安陽(yáng)出土。因腹內(nèi)壁鑄有“司母戊”三字而得名。其合金成分為：銅84.77％，錫11.44％，鉛2.76％，其他0.9％中國(guó)商代晚期（5000年前）的青銅器。1939年于河南安陽(yáng)出16河北滄州鐵獅子鑄于后周廣順三年（公元953年），距今已有一千多年的歷史河北滄州鐵獅子鑄于后周廣順三年（公元953年），距今已有一千1718世紀(jì)英國(guó)瓦特發(fā)明的第一臺(tái)蒸汽機(jī)-產(chǎn)業(yè)化革命的開始中國(guó)1882年1829年英國(guó)人喬治?史蒂芬森制造蒸汽機(jī)車18世紀(jì)英國(guó)瓦特發(fā)明的第一臺(tái)蒸汽機(jī)中國(guó)1882年1829年英181831英國(guó)法拉第(Farady,1791-1867)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象

1832法國(guó)必柯錫(Picosi,1808-1835)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成發(fā)電機(jī)19世紀(jì)發(fā)明了電動(dòng)機(jī)（1834年德國(guó)的雅可比發(fā)明直流發(fā)動(dòng)機(jī)，1888年南斯拉夫裔美國(guó)人特斯拉發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)），對(duì)材料的發(fā)展提出了更高的要求。1831英國(guó)法拉第(Farady,1791-1867)發(fā)19有機(jī)及高分子材料的發(fā)展1909年的酚醛樹脂1920年的聚苯乙烯1931年的聚氯乙烯1941年的尼龍復(fù)合材料天然復(fù)合材料如木材、皮革、竹子等人工復(fù)合材料，如泥土中混入碎麻或麥稈用以建造房屋，鋼筋水泥也就是脆性材料與韌性材料的復(fù)合材料。有機(jī)及高分子材料的發(fā)展復(fù)合材料20納米材料，1986年納米材料，1986年211906年，美國(guó)無(wú)線電工程師福雷斯特制成了世界上第一只具有放大作用的真空三極電子管，從而出現(xiàn)了無(wú)線電技術(shù)、電視機(jī)、電子計(jì)算機(jī)。半導(dǎo)體材料1906年，美國(guó)無(wú)線電工程師福雷斯特制成了世界上第一只具有放221946年，美國(guó)物理學(xué)家莫奇利任總設(shè)計(jì)師，研制成功世界上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)ENIAC(圖中左為莫奇利）第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)(ENIAC)占地170m2，重30t，有1.8萬(wàn)個(gè)電子管，用十進(jìn)制計(jì)算，每秒運(yùn)算5000次1946年，美國(guó)物理學(xué)家莫奇利任總設(shè)計(jì)師，研制成功世界上第一231947年第一只晶體管誕生(BellLab)1958年發(fā)明了集成電路(IC)，1964年，美國(guó)IBM公司研制成功第一個(gè)采用集成電路的通用電子計(jì)算機(jī)系列IBM360系統(tǒng)1947年第一只晶體管誕生(BellLab)1958年發(fā)24硅芯片硅芯片25表1-1硅片的表面均勻度指標(biāo)參數(shù)時(shí)間（年）2005200820112018IC工藝/nm80574018顆粒大小/nm503525?表1-2超大規(guī)模集成電路光刻技術(shù)長(zhǎng)期目標(biāo)(ITRS,2003)投產(chǎn)時(shí)間2010201320162018動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）半周期尺度/nm45322218微處理器門電路柵極長(zhǎng)度/nm181397表1-1硅片的表面均勻度指標(biāo)時(shí)間（年）200520082026OpticalfibercommunicationsystemMulti-plexerElectro-opticalconversionLaserdiodeAmplifierPhotodiodeOpto-electronicConversionDemulti-plexerOpticalfiber光纖通訊（1970-）Opticalfibercommunicationsy27電子學(xué)光電子學(xué)光子學(xué)20世紀(jì)21世紀(jì)電子學(xué)光電子學(xué)光子學(xué)28表1-3.材料與人類文明的進(jìn)步標(biāo)志時(shí)間10000年前5000年前3000年前20世紀(jì)中葉現(xiàn)在與將來(lái)時(shí)代石器青銅器鐵器電子材料光電子與光子材料代表石鏃商代司母戊鼎滄州鐵獅子晶體管與硅芯片光纖表1-3.材料與人類文明的進(jìn)步標(biāo)志10000年前5000年29游效曾著，《分子材料－光電功能化合物》，上海科學(xué)技術(shù)出版社，上海，2001年。黃春輝，李富友，黃巖誼著，《光電功能超薄膜》，北京大學(xué)出版社，北京，2001年馮端，師昌緒，劉治國(guó)主編，《材料科學(xué)導(dǎo)論》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2002年。干福熹主編，《信息材料》，天津大學(xué)出版社，天津，2000年。馬如璋蔣民華徐祖雄主編，《功能材料學(xué)概論》，冶金工業(yè)出版社，北京，2006。參考書游效曾著，《分子材料－光電功能化合物》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社306.殷景華，王雅珍，鞠剛主編，《功能材料概論》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱，2002