信息材料專業(yè)知識(shí)講座

電子信息材料及產(chǎn)品支撐著當(dāng)代通信、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微機(jī)械智能系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化和家電等當(dāng)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。電子信息材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力主要標(biāo)志，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中含有主要戰(zhàn)略地位，是科技創(chuàng)新和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最為激烈材料領(lǐng)域。伴隨電子學(xué)向光電子學(xué)、光子學(xué)前進(jìn)，微電子材料在未來(lái)10～15年仍是最基本信息材料，光電子材料、光子材料將成為發(fā)展最快和最有前途信息材料。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第1頁(yè)電子材料是傳統(tǒng)信息領(lǐng)域最為基礎(chǔ)一大類材料。各類材料電阻率材料類別超導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體電阻率(

?cm)

0<10－210－2～109>109固體材料能帶理論示意圖信息材料專業(yè)知識(shí)講座第2頁(yè)一、傳統(tǒng)電子導(dǎo)電材料

固體導(dǎo)電是指固體中電子或離子在電場(chǎng)作用下遠(yuǎn)程遷移，通常以一個(gè)類型電荷載體為主，如：電子導(dǎo)體，以電子載流子為主體導(dǎo)電；離子導(dǎo)電，以離子載流子為主體導(dǎo)電；混合型導(dǎo)體，其載流子電子和離子兼而有之。除此以外，有些電現(xiàn)象并不是因?yàn)檩d流子遷移所引發(fā)，而是電場(chǎng)作用下誘發(fā)固體極化所引發(fā)，比如介電現(xiàn)象和介電材料等。電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電當(dāng)代導(dǎo)電理論：電子/空穴導(dǎo)電理論信息材料專業(yè)知識(shí)講座第3頁(yè)導(dǎo)電材料：普通導(dǎo)電材料、特殊導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)體材料。普通導(dǎo)電材料：導(dǎo)電純金屬、導(dǎo)電金屬合金、復(fù)合導(dǎo)電金屬等。導(dǎo)電純金屬應(yīng)含有：高導(dǎo)電性足夠機(jī)械強(qiáng)度不易氧化、不易腐蝕輕易加工和焊接等特征起源豐富，價(jià)格適當(dāng)。銅、鋁金屬材料符合上述條件，因而得到廣泛應(yīng)用。按電導(dǎo)率大小排列：銀（Ag）、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、納(Na)、鉬(Mo)、鎢(W)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉑(Pt)、錫(Sn)、鉛（Pb）等。金、銀等導(dǎo)電純金屬材料性能即使也符合導(dǎo)電材料要求，但其價(jià)格較高，只用于特殊場(chǎng)所。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第4頁(yè)導(dǎo)電合金材料：向?qū)щ娂兘饘僦屑尤肫渌饘僭厮M成導(dǎo)電材料。這類導(dǎo)電材料經(jīng)不一樣方法強(qiáng)化后，含有良好導(dǎo)電性和高機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐蝕、耐磨、耐熱、導(dǎo)熱等綜合性能。如銅、鋁合金。

銅合金：銀銅、鎘銅、鉻銅、鈹銅、鋯銅等；

鋁合金：鋁鎂硅、鋁鎂、鋁鎂鐵、鋁鋯等。復(fù)合導(dǎo)電金屬：

將兩種或兩種以上金屬經(jīng)過(guò)一定復(fù)合工藝制成導(dǎo)電材料。如銅包鋁線、鋁包銅線等。有線、棒、板、片、管等各種型材?？捎?種加工方法取得：塑性加工復(fù)合；熱擴(kuò)散復(fù)合;鍍層復(fù)合。

高機(jī)械強(qiáng)度復(fù)合金屬：鋁包鋼、鋼鋁電車線、銅包鋼等;

高電導(dǎo)率復(fù)合金屬：銅包鋁、銀復(fù)鋁等；

高彈性復(fù)合金屬：銅復(fù)鈹、彈簧銅復(fù)銅等；

耐高溫復(fù)合金屬：鋁復(fù)鐵、鋁黃銅復(fù)銅、鎳包銅、鎳包銀等；

耐腐蝕復(fù)合金屬：不銹鋼復(fù)銅、銀包銅、鍍錫銅、鍍銀銅包鋼等。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第5頁(yè)特殊導(dǎo)電材料：現(xiàn)有傳導(dǎo)電流作用，又含有其它特殊功效(熔斷、加熱等)導(dǎo)電材料。如熔體材料、電刷、電阻、電阻合金、電熱合金、電觸頭材料、雙金屬片材料、熱電偶材料、彈性合金等。廣泛應(yīng)用在電工儀表、熱工儀表、電器、電子及自動(dòng)化裝置技術(shù)領(lǐng)域。如高電阻合金、電觸頭材料、電熱材料、測(cè)溫控溫?zé)犭姴牧?。主要有銀、鎘、鎢、鉑、鈀等元素合金，鐵鉻鋁合金、碳化硅、石墨等材料。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第6頁(yè)導(dǎo)電材料電特征主要用電阻率

表征。影響電阻率原因有溫度、冷變形、熱處理、雜質(zhì)含量等。①溫度影響常以導(dǎo)電材料電阻率溫度系數(shù)表示。

ρ

＝ρ0[1+·(t-t0)]

式中ρ為溫度t時(shí)電阻率，ρ0

為溫度t0時(shí)電阻率,t0通常取0℃或20℃,

為電阻率溫度系數(shù)。②冷變形影響常以電阻率應(yīng)力系數(shù)來(lái)表示，在彈性壓縮或拉伸時(shí)，金屬電阻率普通按下式規(guī)律改變：

ρ

＝ρ0(1+K·σ)

式中σ為應(yīng)力，K為應(yīng)力系數(shù)。壓縮時(shí)K為負(fù)值，ρ降低；拉伸時(shí)K為正值，ρ增加，故導(dǎo)體經(jīng)拉伸后電阻率增加。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第7頁(yè)③熱處理使導(dǎo)電金屬經(jīng)冷拉變形后，強(qiáng)度和硬度增加，導(dǎo)電性和塑性下降。退火后晶粒發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶,晶粒缺點(diǎn)降低，晶格畸變降低，內(nèi)應(yīng)力消除,電阻率降低。④合金和雜質(zhì)影響：雜質(zhì)與合金元素造成金屬晶格發(fā)生畸變，造成電子被散射概率增加，因而電阻率增加。所以高電阻導(dǎo)電材料均由合金組成。

銅作為導(dǎo)電材料大都是高純電解銅，雜質(zhì)會(huì)降低電導(dǎo)率。銅中含有氧也使產(chǎn)品性能大大下降。無(wú)氧銅性能穩(wěn)定、抗腐蝕、延展性好、抗疲勞，適合于做海底同軸電纜外部軟線，也可用于太陽(yáng)能電池。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第8頁(yè)金屬導(dǎo)電材料非電特征在一些特定場(chǎng)所將變得愈加主要。高電導(dǎo)率金屬也是高熱導(dǎo)率金屬，純金屬熱導(dǎo)率比合金熱導(dǎo)率高。熱導(dǎo)率接觸電位差溫差電動(dòng)勢(shì)機(jī)械強(qiáng)度耐高溫特征耐腐蝕性耐磨性電機(jī)、電纜、電氣儀表及其它電工產(chǎn)品溫升效應(yīng)嚴(yán)重溫差電控溫、測(cè)溫元件和儀表架空線航天、航空等國(guó)防科技中，制造高溫導(dǎo)線、高溫電機(jī)信息材料專業(yè)知識(shí)講座第9頁(yè)二、離子導(dǎo)體固體材料電導(dǎo)率

表征固體材料導(dǎo)電性物理量是電導(dǎo)率σ；慣用單位有：Ω-1·cm-1，Ω-1·m-1，S·m-1（1S（西門子）=1Ω-1）；經(jīng)典材料電導(dǎo)率以下：導(dǎo)電類型材料類型電導(dǎo)率σ/S·cm-1離子導(dǎo)電離子晶體10-18~10-4快離子導(dǎo)體10-3~101強(qiáng)（液）電解質(zhì)10-3~101電子導(dǎo)電金屬101~105半導(dǎo)體10-5~102絕緣體＜10-12信息材料專業(yè)知識(shí)講座第10頁(yè)1、固體中離子擴(kuò)散(固體離子導(dǎo)電機(jī)理)固體中離子擴(kuò)散方式有：空位機(jī)理間隙機(jī)理亞間隙機(jī)理環(huán)形機(jī)理等主要介紹空位擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散機(jī)理。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第11頁(yè)1）空位擴(kuò)散機(jī)理

Schottky缺點(diǎn)（肖特基缺點(diǎn)）作為一個(gè)熱缺點(diǎn)普遍存在著。負(fù)離子作為骨架，正離子經(jīng)過(guò)空位來(lái)遷移。晶體中空位鄰近正離子取得能量進(jìn)入到空位中，留下一個(gè)新空位，鄰近正離子再移入產(chǎn)生新空位，依次下去，就不停地改變空位位置?？傉f(shuō)來(lái)，陽(yáng)離子就在晶格中運(yùn)動(dòng)，如圖4.1所表示。

圖4.1（a）遷移路線遷移距離信息材料專業(yè)知識(shí)講座第12頁(yè)2）間隙遷移機(jī)理

以氯化銀為例來(lái)討論離子遷移間隙和亞間隙機(jī)理。氯化銀晶體中缺點(diǎn)主要形式為Frenkel缺點(diǎn)(間歇銀)，間隙銀離子更輕易遷移，可能遷移方式有２種

直接間隙機(jī)理（見(jiàn)圖中路線1）

處于間隙位置Ag+跳入鄰近間隙位置，依次下去，遷移到離原來(lái)間隙Ag+較遠(yuǎn)位置。遷移路線能夠是波折，但間隙Ag+總有凈位移。Ag+ClˉAg+ClˉClˉAg+ClˉAg+Ag+CiˉAg+ClˉClˉAg+ClˉAg+Ag+ClˉAg+ClˉAg+12圖直接間隙機(jī)理信息材料專業(yè)知識(shí)講座第13頁(yè)亞間隙機(jī)理（見(jiàn)圖中路線2和圖(b)）間隙位置銀離子撞擊與它鄰近正常格位４個(gè)銀離子中一個(gè)，使該離子離開(kāi)自己格位，進(jìn)入到間隙位置，而它則占據(jù)了正常格位。從凈位移來(lái)看，也是一個(gè)間隙離子離開(kāi)它位置遷移到另一個(gè)間隙位置。特點(diǎn)：撞擊產(chǎn)生空位，填空信息材料專業(yè)知識(shí)講座第14頁(yè)

綜上，實(shí)際離子晶體因?yàn)榇嬖谟羞@么或那樣缺點(diǎn)，尤其是正離子半徑較小，能夠經(jīng)過(guò)空位機(jī)理進(jìn)行遷移，形成導(dǎo)電，這種導(dǎo)體稱作Schottky導(dǎo)體。也能夠經(jīng)過(guò)間隙離子存在亞間隙遷移方式進(jìn)行離子運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，這種導(dǎo)體稱作Frenkel導(dǎo)體。

肖特基晶體

與弗侖克爾晶體

電導(dǎo)率較低，普通電導(dǎo)率在10-18~10-4S·cm-1范圍內(nèi)，總體屬于絕緣體至半導(dǎo)體。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第15頁(yè)2、快離子導(dǎo)體（固體電解質(zhì)）

(FastIonCondustororSolidElectrolyte)1）快離子導(dǎo)體發(fā)展歷史和結(jié)構(gòu)特征經(jīng)典離子晶體因?yàn)殡x子擴(kuò)散能夠形成導(dǎo)電。但普通導(dǎo)電率要很低：如氯化鈉電導(dǎo)率只有10–15S

cm-1@r.t.，

10-8S

cm-1

@

200℃

。特殊離子晶體，室溫下電導(dǎo)率可達(dá)10-2S·cm-1，幾乎與熔鹽電導(dǎo)相當(dāng)。這類含有優(yōu)良離子導(dǎo)電能力（

＝0.1~10S·cm-1）例子晶體稱做快離子導(dǎo)體(FastIonConductor)或固體電解質(zhì)（SolidElectrolyte）。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第16頁(yè)圖4.4各種離子導(dǎo)體電導(dǎo)率與溫度關(guān)系Frenkel導(dǎo)體Schottky導(dǎo)體logσ100/T(K-1)FastIon導(dǎo)體β-AgIα-AgI

經(jīng)典離子晶體按照擴(kuò)散方式，分作Schottky導(dǎo)體和Fenkel導(dǎo)體，它們和快離子導(dǎo)體一樣，其電導(dǎo)隨溫度關(guān)系都服從阿累尼烏斯公式：

σ＝Ａ·Exp(-ΔH/RT)，經(jīng)典晶體活化能ΔH在1～2ev,而快離子導(dǎo)體活化能ΔH在0.5ev以下。如圖4.4反應(yīng)了這些導(dǎo)體電導(dǎo)率與溫度關(guān)系。

快離子導(dǎo)體不論是從電導(dǎo)，還是從結(jié)構(gòu)上看，都能夠視為普通離子固體和離子液體之間一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)：

普通離子固體快離子導(dǎo)體電解質(zhì)溶液

相轉(zhuǎn)變?cè)黾尤秉c(diǎn)濃度信息材料專業(yè)知識(shí)講座第17頁(yè)②快離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特征與分類載流子主要是離子，且在固體中可流動(dòng)數(shù)量相當(dāng)大。比如，經(jīng)典晶體氯化鈉、氯化銀、氯化鉀以及β-AgI中可流動(dòng)離子數(shù)量小于~1018cm-3，而快離子導(dǎo)體中可流動(dòng)離子數(shù)目到達(dá)~1022cm-3。依據(jù)載流子類型，可將快離子導(dǎo)體分為以下類型：正離子作載流子有：銀離子導(dǎo)體、銅離子導(dǎo)體、鈉離子導(dǎo)體、鋰離子導(dǎo)體以及氫離子導(dǎo)體；負(fù)離子作載流子有：氧離子導(dǎo)體和氟離子導(dǎo)體等?？祀x子導(dǎo)體中應(yīng)該存在大量可供離子遷移占據(jù)空位置。這些空位置往往連接成網(wǎng)狀敞開(kāi)隧道，以供離子遷移流動(dòng)。四方鎢青銅、Na-β-Al2O3Nisicon(NaZr2P3O12)等。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第18頁(yè)快離子導(dǎo)體材料條件：

①一定組成；②一定結(jié)構(gòu)相態(tài)（更為關(guān)鍵必要）；AgI有

、β、γ三個(gè)相，但只有

相為快離子導(dǎo)體?？祀x子導(dǎo)體由非傳導(dǎo)相到傳導(dǎo)相相轉(zhuǎn)變有以下過(guò)程和特點(diǎn)：

(1)正常固體熔化－正負(fù)離子均轉(zhuǎn)化為無(wú)序狀態(tài)，有相當(dāng)大電導(dǎo)值。

(2)快離子導(dǎo)體亞晶格熔化相變－“液態(tài)亞晶格”，快離子導(dǎo)體有兩套亞晶格，傳導(dǎo)離子組成一套，非傳導(dǎo)離子組成另一套。傳導(dǎo)相離子亞晶格呈液態(tài)，而非傳導(dǎo)相液晶格呈剛性起骨架作用。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第19頁(yè)比如：

－AgI————146℃———→

－AgI(非傳導(dǎo)相，Iˉ離子作立方密堆)(傳導(dǎo)相，Iˉ離子作體心立方堆積)

因?yàn)檫@類轉(zhuǎn)變只對(duì)應(yīng)固體中二分之一離子亞晶格熔化，故對(duì)應(yīng)相變熵值與熔化熵之和約為同類非快離子導(dǎo)體熔化熵值大小。下面給出一些例子：

化合物固態(tài)相變熵JK-1mol-1(溫度Ｋ)固態(tài)熔化熵JK-1mol-1(溫度Ｋ)總熵值JK-1mol-1快離子導(dǎo)體AgI14.5(419)11.3(830)25.8Ag2S9.3(452)12.6(1115)21.9CuBr9.0(664)12.6(761)21.6SrBr213.3(918)11.3(930)24.6經(jīng)典固體NaCl

24

MgF2

~35

非快離子導(dǎo)體信息材料專業(yè)知識(shí)講座第20頁(yè)2）β-Al2O3族鈉離子導(dǎo)體

β-Al2O3族屬于nA2O3-M2O一類非化學(xué)計(jì)量化合物，組成表示通式為：

A3+=Al3+,Ga3+,Fe3+nA2O3-M2OM+=Na+,K+,Rb+,Ag+,Tl+,H3O+β-Al2O3族鈉離子導(dǎo)體是其中最主要快離子導(dǎo)體材料。發(fā)展了以鈉β-Al2O3為隔膜材料鈉硫電池。含有能量密度高（150~200wh/kg）、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，還應(yīng)用在提純金屬鈉、制造工業(yè)鈉探測(cè)器以及一些固體離子器件等方面。鈉β-Al2O3化合物實(shí)際上是一個(gè)家族，都屬于非化學(xué)計(jì)量偏鋁酸鈉鹽。鈉β-Al2O3

理論組成式為Na2O·11Al2O3。因?yàn)榘l(fā)覺(jué)時(shí)忽略了Na2O存在，將它看成是Al2O3一個(gè)多晶變體，所以采取β-Al2O3表示一直至今。實(shí)際組成往往有過(guò)量Na2O。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第21頁(yè)3）Ag+離子快離子導(dǎo)體AgI快離子導(dǎo)體AgI在400℃以上含有可與液體電解質(zhì)可比擬離子電導(dǎo)率，高導(dǎo)電相是α-AgI，其在146~555℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。當(dāng)AgI從低溫β相轉(zhuǎn)變?yōu)棣料啵?46℃）時(shí)，其電導(dǎo)率增加了３個(gè)數(shù)量級(jí)以上。AgI存在多個(gè)晶體變種，有、β和γ３個(gè)相：β-AgI低溫下穩(wěn)定，呈六方ZnS型結(jié)構(gòu)；γ-AgI為介穩(wěn)定相，立方ZnS型結(jié)構(gòu),導(dǎo)電能力很差。α-AgI由β-AgI在146℃時(shí)發(fā)生一級(jí)相轉(zhuǎn)變而得，為體心立方晶格。

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第22頁(yè)4)負(fù)離子快離子導(dǎo)體

負(fù)離子作為傳導(dǎo)離子快離子導(dǎo)體已經(jīng)有許各種，但傳導(dǎo)離子當(dāng)前主要為O2-和F?離子。已研究負(fù)離子快離子導(dǎo)體有以下類型：傳導(dǎo)離子結(jié)構(gòu)類型示例O2?離子螢石型ZrO2基固溶體，ThO2基固溶體

HfO2基固溶體，GeO2基固溶體

Bi2O3基固溶體鈣鈦礦型LaAlO3基,CaTiO3基,SrTiO3基

F?離子螢石型CaF2基固溶體，PbF2基固溶體

MM’F4基固溶體氟鈰礦型(CeF3)0.95·(CaF2)0.05信息材料專業(yè)知識(shí)講座第23頁(yè)5)快離子導(dǎo)體應(yīng)用快離子導(dǎo)體主要用作原電池電解質(zhì)材料。它應(yīng)用主要在：電化學(xué)基礎(chǔ)研究能源電池化學(xué)傳感器等方面。

①.電化學(xué)－熱力學(xué)研究使用快離子導(dǎo)體組成原電池能夠用來(lái)研究氧化還原反應(yīng)熱力學(xué)。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第24頁(yè)②.化學(xué)電池能夠采取快離子導(dǎo)體作電解質(zhì)，將氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，開(kāi)發(fā)出新能源。以Na-β-Al2O3快離子導(dǎo)體作為電解質(zhì)，熔熔硫和金屬鈉作電極，設(shè)計(jì)Na-S電池反應(yīng)為：2Na+xS→Na2Sx。x決定電池充電水平。在放電階段，x=5，即放電反應(yīng)以下：2Na+5S→Na2S5

金屬鈉液S(充電)或硫化鈉(放電)快離子導(dǎo)體

-Al2O3Al2O3絕緣體Na-S電池鈉硫電池：金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜二次電池信息材料專業(yè)知識(shí)講座第25頁(yè)③.化學(xué)傳感器

利用原電池原理，采取快離子導(dǎo)體制成化學(xué)傳感器，將化學(xué)信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后再還原為化學(xué)信息，使得化學(xué)分析測(cè)試溫度應(yīng)用范圍更寬，而且將靜態(tài)取樣分析變?yōu)榧磿r(shí)在線分析。比如以氧化鋯快離子導(dǎo)體制成對(duì)氧敏感濃差電池用于～500—1000℃時(shí)，檢出下限為10-21Pa以下氧分壓，應(yīng)用在鋼水現(xiàn)場(chǎng)分析以及污染物分析和廢氣分析等方面。該電池組成原理如圖4.13所表示。待測(cè)氧氣和參比氧氣分壓差和電池電壓之間關(guān)系為：

E=RT/4Fln(P“O2／P‘O2)。P“O2（參比）

快離子導(dǎo)體多孔電極P‘O2

快離子導(dǎo)體ZrO2-CaO2e＋1/2O2→O2-O2-←2e＋1/2O2←O2-P‘O2

2e2e信息材料專業(yè)知識(shí)講座第26頁(yè)三、透明導(dǎo)電材料透明導(dǎo)電薄膜含有透明和導(dǎo)電雙重功效。主要有：金屬膜氧化物膜(TransparentConductiveOxide，TCO)多層復(fù)合膜高分子膜等其中氧化物TCO薄膜占主導(dǎo)地位。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第27頁(yè)普通意義上，TCO薄膜含有：(1)在可見(jiàn)光區(qū)(400~800nm)透射率高，平均透射率Tavg>80%；(2)電導(dǎo)率高，

>103

-1·cm-1金屬透明導(dǎo)電膜：T>80%，

~1.0

10-3

cm純金屬:Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh在膜厚低于20nm時(shí)，都有一定透光率。缺點(diǎn)：光吸收性強(qiáng)，硬度低，穩(wěn)定性差。氧化物膜（TCO）：透明導(dǎo)電氧化物（TCO）：泛指含有透明導(dǎo)電性氧化物、氮化物、氟化物。a.

氧（氮）化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN；b.摻雜氧化物：In2O3:Sn(ITO)、ZnO:In(IZO)、ZnO:Ga(GZO)、ZnO:Al(AZO)、SnO2:F、TiO2:Tac.

混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、CdSnO4、Zn2SnO4信息材料專業(yè)知識(shí)講座第28頁(yè)ITO是什麼？ITO＝IndiumTinOxide(In2O3

＋SnO2)ITO成份＝~90wt%In2O3+~10wt%SnO2是一個(gè)摻雜SnO2In2O3N型半導(dǎo)體。AZO（AluminumdopedZincOxid）：Al2O3摻雜ZnO，N型半導(dǎo)體也是一類新型透明導(dǎo)電材料。ITO導(dǎo)電玻璃：在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃基礎(chǔ)上，利用磁控濺射方法鍍上一層氧化銦錫（俗稱ITO）膜加工制作成一個(gè)兼具很好導(dǎo)電性與透明性功效材料。

LCD用ITO玻璃有一層SiO2阻隔層，阻止玻璃中鈉離子擴(kuò)散進(jìn)入進(jìn)入液晶層發(fā)生污染。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第29頁(yè)透明導(dǎo)電薄膜以摻錫氧化銦（IndiumTinOxide,ITO）為代表，廣泛地應(yīng)用于平板顯示、太陽(yáng)能電池、特殊功效窗口涂層及其它光電器件領(lǐng)域。PDP、LCD、EL平板顯示器,廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦、各類監(jiān)視器、數(shù)字彩電和手機(jī)等電子產(chǎn)品。透明導(dǎo)電薄膜是簡(jiǎn)單液晶顯示器三大主要材料之一。ITO導(dǎo)電玻璃分類：高電阻玻璃（電阻在150~500歐姆）普通玻璃（電阻在60~150歐姆）低電阻玻璃（電阻小于60歐姆）。高電阻玻璃普通用于靜電防護(hù)、觸控屏幕制作用；普通玻璃普通用于TN類液晶顯示器和電子抗干擾；低電阻玻璃普通用于STN液晶顯示器和透明線路板。

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第30頁(yè)銦錫氧化物透明導(dǎo)電薄膜結(jié)構(gòu)及其特征普通ITO透明導(dǎo)電膜品質(zhì)特征需求：

表面電阻低、透光率高、低表面電阻、高透光率、低比電阻值、耐熱性、耐酸鹼性、圖案加工性、電化學(xué)安定性、膜表面形狀、低成膜溫度、膜附著機(jī)械強(qiáng)度、膜厚及其硬度、膜外觀、大面積低成本等。兩個(gè)概念：ITO膜和IT膜：ITO膜：In2O3與SnO2燒結(jié)粉末在電子束等高能量源轟擊下蒸鍍到預(yù)熱至300℃基板上，形成ITO透明導(dǎo)電薄膜，透明性好，臺(tái)灣俗稱”白膜“。IT膜：不是氧化物，而是In與Sn形成非晶態(tài)合金薄膜，利用濺鍍法及室溫方法制成半透明非晶膜，在電極圖案加工和配向膜處理等工程中，使其安定化和透明化，因其呈黑色透明狀而在臺(tái)灣稱為”黑膜“。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第31頁(yè)金屬特征金屬導(dǎo)電原因：金屬鍵鍵結(jié)力不強(qiáng)，電子受到外加電位即可自由運(yùn)動(dòng)，形成電流。金屬不透明原因：光波被高密度電子吸收及反射信息材料專業(yè)知識(shí)講座第32頁(yè)普通氧化物特征普通氧化物絕緣原因：金屬原子與氧原子形成共價(jià)/離子鍵，原子間不存在自由電子，故不導(dǎo)電。氧化物透明原因：原子之間電子都被牢靠束縛，對(duì)入射光子基本不產(chǎn)生吸收，故有可能透明。（多相結(jié)構(gòu)氧化物不透明）透明材料禁帶寬度大(Eg>3eV)，而載流子(自由電子)少，導(dǎo)電性差信息材料專業(yè)知識(shí)講座第33頁(yè)ITO薄膜可見(jiàn)光可穿透能隙寬度約為3.5~4.3eV，可見(jiàn)光波長(zhǎng)範(fàn)圍對(duì)應(yīng)能量為1.7~3.1eV，不足以讓電子在能帶間躍遷而產(chǎn)生光吸收，故在可見(jiàn)光範(fàn)圍內(nèi)有很高穿透度。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第34頁(yè)由于

Sn4+

取代In3+

，提供額外電子。氧空缺提供兩個(gè)額外電子。(O2→2Vo¨+2e-)InOSnAbsentOatomSnsubstitutionalSninterstitiale-e-e-Sn+ITO導(dǎo)電機(jī)制ITO含有N型半導(dǎo)體特征，導(dǎo)電機(jī)制可分為：摻雜機(jī)制

與氧空位機(jī)制。

In2O3里摻入Sn后，Sn元素能夠代替In2O3晶格中In元素而以SnO2形式存在，因?yàn)镮n2O3中In元素是三價(jià)，形成SnO2時(shí)將貢獻(xiàn)一個(gè)電子到導(dǎo)帶上，同時(shí)在一定缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生氧空穴，形成1020~1021cm-3載流子濃度和10~30cm2/vs遷移率。這個(gè)機(jī)理提供了在10-4Ω.cm數(shù)量級(jí)低薄膜電阻率。

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第35頁(yè)透光率與電導(dǎo)率之間關(guān)系沉積ITO膜厚度增加，電導(dǎo)率將提升（電阻率降低），透光性變差。薄ITO材料透明性好，不過(guò)阻抗高；厚ITO材料阻抗低，不過(guò)透明性會(huì)變差。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第36頁(yè)面電阻率在10/m2

以下時(shí)，可見(jiàn)光透光率可達(dá)80%;信息材料專業(yè)知識(shí)講座第37頁(yè)SnO2摻雜百分比影響當(dāng)SnO2摻雜百分比小于7.5(wt)時(shí)，電阻率隨SnO2

含量增加而減小，這是因?yàn)镾n作為施主提供一個(gè)載流子，SnO2摻雜百分比增大，樣品載流子濃度增加，因而樣品電阻率下降。但當(dāng)SnO2

摻雜百分比為8(wt)左右時(shí)，電阻率下降趨勢(shì)變緩，進(jìn)入一個(gè)平臺(tái)區(qū)；當(dāng)SnO2摻雜百分比增大到10％(wt)時(shí)，樣品電阻率基本上沒(méi)什么改變。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第38頁(yè)膜厚在210nm左右SnO2摻雜百分比對(duì)透光率影響隨SnO2含量增加，短波吸收邊紅移。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第39頁(yè)Sn摻雜量對(duì)ITO刻蝕性能影響適合于ITO常規(guī)刻蝕液：HCl、HCl+HNO3、HNO3、草酸…信息材料專業(yè)知識(shí)講座第40頁(yè)InfluencebyadditionrateofSnO2onresistivityandtransferencerateofthefilmtransparenceTandreflectivityRITO薄膜在可見(jiàn)光區(qū)（λ＝360~780nm）透過(guò)率到達(dá)90%以上，紅外反射（λ＝1~2μm）可超出90%。對(duì)微波含有顯著衰減作用。如圖7所表示，ITO膜對(duì)可視光幾乎是透明。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第41頁(yè)ITO透明導(dǎo)電玻璃應(yīng)用①DisplayLiquidCrystalDisplay(LCD)PlasmaDisplayPanel(PDP)–OrganicElectroLuminance(OEL)–FieldEmissionDisplay(FED)–ColorFilter(CF)–TouchPanel

②ITO透明導(dǎo)電膜玻璃作為面發(fā)燒體，通電后能夠除冰霜，用于飛機(jī)擋風(fēng)玻璃、飛機(jī)眩窗、激光測(cè)距儀、潛望鏡觀察窗等，多年來(lái)已得到了廣泛應(yīng)用。

③ITO透明導(dǎo)電膜玻璃面含有相反紅外線經(jīng)過(guò)及反射性能,玻璃面含有優(yōu)良紅外線經(jīng)過(guò),衰減量極小，而ITO面含有紅外線阻擋反射作用,因而該玻璃含有優(yōu)良保溫透光性能,已大量用于制造冷藏柜。伴隨著成本降低,將可用于房屋節(jié)能：夏季時(shí)ITO面朝外,阻擋高熱紅外射入,房間清涼；冬季玻璃面朝外,太陽(yáng)紅外線可照入房?jī)?nèi),房間節(jié)能溫暖。

④

ITO透明導(dǎo)電膜玻璃對(duì)微波含有衰減作用,可達(dá)30DB,用于需要電磁屏蔽場(chǎng)所。如計(jì)算機(jī)機(jī)房、雷達(dá)屏蔽保護(hù)、家中微波爐視窗等。

⑤

ITO透明導(dǎo)電膜玻璃作為太陽(yáng)能電池主要組成部分,透明電極,大量應(yīng)用。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第42頁(yè)產(chǎn)品面阻值產(chǎn)品類別應(yīng)用範(fàn)圍300~40Ω／sq.多用於ＴＮ型ＬＣＤ，尤其是字型符號(hào)和小型點(diǎn)陣ＬＣＤ電子手錶、鬧鐘掌上型計(jì)算機(jī)家用電器上ＬＣＤ顥示器儀表顯示電子帳簿攜帶型遊戲機(jī)太陽(yáng)能電池40~15Ω／sq.多用於ＳＴＮ型ＬＣＤ，可製作小型或大型點(diǎn)陣ＬＣＤ膝上型電腦攝影機(jī)小型液晶彩色電視機(jī)筆記型電腦10Ω以下／sq.多用於大面積ＳＴＮ型ＬＣＤ，以及其它平面顯示器ＰＤＰＥＬＥＣＤ膝上型電腦筆記型電腦液晶彩色電視導(dǎo)航顯示ITO玻璃應(yīng)用：

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第43頁(yè)ITO導(dǎo)電玻璃使用注意：任何時(shí)候都不允許疊放；普通要求豎向放置；平放操作時(shí)，盡可能保持ITO面朝下；厚度在0.55mm以下玻璃只能豎向放置；取放時(shí)只能接觸四邊，不能接觸導(dǎo)電玻璃ITO表面；輕拿輕放，不能與其它器具和機(jī)器碰撞；假如要長(zhǎng)時(shí)間存放，一定要注意防潮，以免影響玻璃電阻和透過(guò)率；對(duì)于大面積和長(zhǎng)條形玻璃，在設(shè)計(jì)排版時(shí)要考慮玻璃基片浮法方向。

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第44頁(yè)ITO膜、層制備ITO薄膜制備較多采取PVD法（包含磁控濺射法、真空蒸發(fā)法）、CVD、PVD、噴涂法、溶膠－凝膠法等方法。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第45頁(yè)普通ITO膜製作方法:1.物理氣相沉積法:

PhysicalVaporDeposition-Sputtering

PVD可分為真空蒸鍍加熱型和電子束加熱型、離子被覆膜法，以及磁控濺鍍和射頻磁控型。

2.化學(xué)氣相沉積法:化學(xué)氣相沉積法則有等離子型、浸鍍型和凝膠型信息材料專業(yè)知識(shí)講座第46頁(yè)Sol-Gel法制備ITO溶膠－凝膠法優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝過(guò)程溫度低，易實(shí)現(xiàn)制備多組元且摻雜均勻材料。溶膠－凝膠法制備ITO薄膜多以銦、錫有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物。以銦、錫無(wú)機(jī)鹽為前驅(qū)物，采取溶膠－凝膠法制備ITO薄膜，比以有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物溶膠－凝膠法制備成本低，該方法制備ITO薄膜含有生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低優(yōu)勢(shì)。銦、錫無(wú)機(jī)鹽或銦、錫有機(jī)醇鹽In(OCH2CH3)3等醇、acac等溶劑溶解acac保護(hù)下水解In(NO3)3·5H2O加熱溶于acacSnCl4乙醇溶液溶膠涂膜熱處理ITO膜Nano-sol信息材料專業(yè)知識(shí)講座第47頁(yè)真空蒸鍍法：成膜機(jī)理簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單成膜速度快，ITO質(zhì)量很好真空蒸鍍?cè)硎疽鈭D信息材料專業(yè)知識(shí)講座第48頁(yè)ITO蒸鍍影響原因蒸鍍襯底溫度對(duì)ITO膜透光率影響：蒸鍍襯底溫度對(duì)ITO膜導(dǎo)電性影響：沉積溫度過(guò)低，不利于ITO晶體生長(zhǎng)，導(dǎo)電性和透光性不佳。在PET聚脂薄膜上沉積時(shí)，反應(yīng)溫度要下降到150度以下，這會(huì)造成ITO氧化不完全，之后應(yīng)用中ITO會(huì)暴露在空氣或空氣隔層里，它單位面積阻抗因?yàn)樽匝趸S時(shí)間改變。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第49頁(yè)沉積速度對(duì)ITO膜性能影響：沉積速度太快，不利于ITO晶體生長(zhǎng)，透光性和導(dǎo)電性都不利。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第50頁(yè)波長(zhǎng)(nm)折射率消光系數(shù)4002.150.0254252.10.01845020.0150620.008760020.006565020.004470020.004275020.004280020.004106520.004濺鍍ITO玻璃光學(xué)性能：信息材料專業(yè)知識(shí)講座第51頁(yè)Aluminum-dopedZincOxide,AZOITO與AZO比較ITO導(dǎo)電性、透光性等綜合性能較優(yōu)，但I(xiàn)n有毒，成本高。AZO電性能與透光性好，紫外吸收屏蔽強(qiáng)，紅外反射高，對(duì)電磁波衰減強(qiáng)，無(wú)毒、廉價(jià)、穩(wěn)定。TR信息材料專業(yè)知識(shí)講座第52頁(yè)四、高分子導(dǎo)電材料Conductivepolymericmaterial一類含有導(dǎo)電功效（包含半導(dǎo)電性、金屬導(dǎo)電性和超導(dǎo)電性）、電導(dǎo)率在10-6S／m以上聚合物材料。高分子導(dǎo)電材料含有密度小、易加工、耐腐蝕、可大面積成膜以及電導(dǎo)率可在十多個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整等特點(diǎn)，不但可作為各種金屬材料和無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料代用具，而且已成為許多先進(jìn)工業(yè)部門和尖端技術(shù)領(lǐng)域不可缺乏一類材料。高分子材料長(zhǎng)久以來(lái)被作為優(yōu)良電絕緣體，直至1977年，日本白川英樹(shù)等人才發(fā)覺(jué)用五氟化砷或碘摻雜聚乙炔薄膜含有金屬導(dǎo)電性質(zhì)，電導(dǎo)率到達(dá)105S/m。這是第一個(gè)導(dǎo)電高分子材料。導(dǎo)電聚乙炔－一次歪打正著舉世發(fā)覺(jué)！70年代信息材料專業(yè)知識(shí)講座第53頁(yè)其它導(dǎo)電高分子繼導(dǎo)電聚乙炔之后，相繼開(kāi)發(fā)出了聚乙炔、聚對(duì)苯硫醚、聚對(duì)苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ傳荷絡(luò)合聚合物等。其中以摻雜型聚乙炔含有最高導(dǎo)電性，電導(dǎo)率達(dá)5×103～104Ω-1·cm-1（銅電導(dǎo)率為105Ω-1·cm-1）。聚乙炔順式：σ=10-7S·cm-1；反式：σ=10-3S·cm-1聚苯撐σ＝10-3S·cm-1聚并苯σ＝10-4S·cm-1熱解聚丙烯腈

σ＝10-1S·cm-1聚苯硫醚PPSσ＝10-15～10-16S·cm-1經(jīng)AsF5摻雜后，PPSσ＝2×102S·cm-1信息材料專業(yè)知識(shí)講座第54頁(yè)結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理起源于存在較大

電子共軛體系。聚乙炔雖有較經(jīng)典共軛結(jié)構(gòu)，但電導(dǎo)率并不高。但它們極易被摻雜。經(jīng)摻雜聚乙炔，電導(dǎo)率可大大提升。比如，順式聚乙炔在碘蒸氣中進(jìn)行P型摻雜（部分氧化），可生成(CHIy)x(y＝0.2～0.3)，電導(dǎo)率可提升到102～104S·cm-1，增加9～11個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢?jiàn)摻雜效果之顯著。摻雜順式聚乙炔在室溫下電導(dǎo)率摻雜劑摻雜劑/－CH＝（摩爾比）

（Ω-1·cm-1）I20.253.60×104AsF50.285.60×104AgClO40.0723.0×102萘鈉0.568.0×103(N-Bu)4NClO40.129.70×104信息材料專業(yè)知識(shí)講座第55頁(yè)電荷轉(zhuǎn)移配位聚合物信息材料專業(yè)知識(shí)講座第56頁(yè)高分子導(dǎo)電材料通常分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類：①結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料：高分子結(jié)構(gòu)本身或經(jīng)過(guò)摻雜之后含有導(dǎo)電功效高分子材料。依據(jù)電導(dǎo)率大小又可分為高分子半導(dǎo)體、高分子金屬、高分子超導(dǎo)體。按照導(dǎo)電機(jī)理可分為電子導(dǎo)電高分子材料和離子導(dǎo)電高分子材料（離聚體）。電子導(dǎo)電高分子材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有線型或面型大共軛體系，在熱或光作用下經(jīng)過(guò)共軛π電子活化而進(jìn)行導(dǎo)電。在聚乙炔中摻雜少許碘，成為“高分子金屬”；經(jīng)摻雜后聚氮化硫，在超低溫下可轉(zhuǎn)變成高分子超導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料用于試制輕質(zhì)塑料蓄電池、太陽(yáng)能電池、傳感器件、微波吸收材料以及試制半導(dǎo)體元器件等。這類材料因?yàn)檫€存在穩(wěn)定性差(尤其是摻雜后材料在空氣中氧化穩(wěn)定性差)以及加工成型性、機(jī)械性能方面問(wèn)題，還未進(jìn)入實(shí)用階段。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第57頁(yè)②復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料：由通用高分子材料與各種導(dǎo)電性物質(zhì)經(jīng)過(guò)填充復(fù)合、表面復(fù)合或?qū)臃e復(fù)合等方式而制得。導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑以及透明導(dǎo)電薄膜等。復(fù)合材料性能與導(dǎo)電填料種類、用量、粒度和分散狀態(tài)等有很大關(guān)系。慣用導(dǎo)電填料：金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、鈀粉、鉬粉、鋁粉、鈷粉、鍍銀二氧化硅粉、鍍銀玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化鎢、碳化鎳等。炭黑雖導(dǎo)電率不高，但其價(jià)格廉價(jià)，起源豐富，所以也廣為采取。采取表面活性劑、偶聯(lián)劑、氧化還原劑對(duì)填料顆粒進(jìn)行處理后，分散性可大大增加。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第58頁(yè)材料名稱電導(dǎo)率/(Ω-1·cm-1)相當(dāng)于汞電導(dǎo)率倍數(shù)銀6.17×10559銅5.92×10556.9金4.17×10540.1鋁3.82×10536.7鋅1.69×10516.2鎳1.38×10513.3錫8.77×1048.4鉛4.88×1044.7汞1.04×1041.0鉍9.43×1030.9石墨1～1030.000095～0.095碳黑1～1020.00095～0.0095部分導(dǎo)電填料電導(dǎo)率電阻率信息材料專業(yè)知識(shí)講座第59頁(yè)伴隨電子工業(yè)發(fā)展，傳送弱電流導(dǎo)電涂料，膠粘劑和透明導(dǎo)電材料等也應(yīng)用十分廣泛。導(dǎo)電膠ECA在PCBSMT組裝上廣泛應(yīng)用。SMT(SurfaceMountTechnology，表面安裝技術(shù))：在制作好PCB板上，經(jīng)過(guò)膠粘固定方式，將各種小型電子元器件快速、簡(jiǎn)練可靠安裝到PCB板上對(duì)應(yīng)位置，替換傳統(tǒng)鉆孔、插腳、波峰錫焊工藝。是當(dāng)前廣泛而實(shí)用PCB組裝技術(shù)。傳統(tǒng)導(dǎo)電膠粘劑為含鉛焊料。采取無(wú)鉛高分子導(dǎo)電膠替換。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第60頁(yè)SMT表面安裝技術(shù)介紹

表面安裝技術(shù)SMT，是將表面貼裝元器件貼、焊到印制電路板表面要求位置上電路裝聯(lián)技術(shù)。詳細(xì)地說(shuō)，就是首先在印制板電路盤上涂布焊錫膏，再將表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放到涂有焊錫膏焊盤上，經(jīng)過(guò)加熱印制電路板直至焊錫膏熔化，冷卻后便實(shí)現(xiàn)了元器與印制板之間互聯(lián)。20世紀(jì)80年代，SMT生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，用于表面安裝技術(shù)元器件大量生產(chǎn)，價(jià)格大幅度下降，各種技術(shù)性能好，價(jià)格低設(shè)備紛紛面世，用SMT組裝電子產(chǎn)品含有體積小，性能好、功效全、價(jià)位低優(yōu)勢(shì)，故SMT作為新一代電子裝聯(lián)技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、通信、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療電子、汽車、辦公自動(dòng)化、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域電子產(chǎn)品裝聯(lián)中。SMT混合安裝工藝流程信息材料專業(yè)知識(shí)講座第61頁(yè)傳統(tǒng)焊膏（焊料）含鉛！毒害聚合物導(dǎo)電膠環(huán)境保護(hù)、流行室溫下固化，或100-150℃快速固化提供元件與電路板之間機(jī)械連接和電氣連接Electricconductiveadhesive,ECA導(dǎo)電膠三種類型導(dǎo)電膠：各向同性膠(isotropic)在全部方向均等導(dǎo)電性，可用于有地線通路元件；ICA導(dǎo)電性硅膠(silicone)幫助預(yù)防元件受環(huán)境危害，如潮濕，且屏蔽電磁與無(wú)線射頻干擾(EMI/RFI)；各向異性(anisotropic)導(dǎo)電性聚合物或Z軸膠片允許電流只在單個(gè)方向流動(dòng)，提供電氣連接性和舒緩倒裝芯片元件應(yīng)力。ACA導(dǎo)電膠普通組成：銀粉鎳粉金粉銅粉銦粉SnO2粉

環(huán)氧樹(shù)脂基膠+導(dǎo)電膠信息材料專業(yè)知識(shí)講座第62頁(yè)復(fù)合型導(dǎo)電高分子機(jī)理①無(wú)限網(wǎng)鏈機(jī)理導(dǎo)電填料濃度較低，顆粒太分散，相互接觸少，導(dǎo)電性低；填料濃度增加，顆粒相互接觸機(jī)會(huì)增多，電導(dǎo)率上升；當(dāng)填料濃度到達(dá)某一臨界值時(shí)，體系內(nèi)填料顆粒相互接觸形成無(wú)限網(wǎng)鏈。這個(gè)網(wǎng)鏈就像金屬網(wǎng)貫通于聚合物中，形成導(dǎo)電通道，故電導(dǎo)率急劇上升，從而使聚合物變成導(dǎo)體。此時(shí)繼續(xù)增加導(dǎo)電填料濃度，對(duì)導(dǎo)電性不會(huì)有更多貢獻(xiàn)了，故電導(dǎo)率改變趨于平緩。電導(dǎo)率發(fā)生突變導(dǎo)電填料濃度稱為“滲濾閾值”。式中m——平均接觸數(shù)；Ms——單位面積中顆粒與顆粒接觸數(shù)；Ns——單位面積中顆粒數(shù)；NAB——任意單位長(zhǎng)度直線上顆粒與基質(zhì)（高分子材料）接觸數(shù)；NBB——上述單位長(zhǎng)度直線上顆粒與顆粒接觸數(shù)。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第63頁(yè)②遂穿理論當(dāng)導(dǎo)電顆粒間不相互接觸時(shí)，顆粒間存在聚合物隔離層，使導(dǎo)電顆粒中自由電子定向運(yùn)動(dòng)受到妨礙，這種妨礙可看作一個(gè)含有一定勢(shì)能勢(shì)壘。依據(jù)量子力學(xué)概念可知，對(duì)于一個(gè)微觀粒子來(lái)說(shuō)，即使其能量小于勢(shì)壘能量時(shí)，它除了有被反彈可能性外，也有穿過(guò)勢(shì)壘可能性。微觀粒子穿過(guò)勢(shì)壘現(xiàn)象稱為貫通效應(yīng)，也稱隧道效應(yīng)。電子是微觀粒子，含有穿過(guò)導(dǎo)電顆粒間隔離層可能性。這種可能性大小與隔離層厚度

相關(guān);與隔離層勢(shì)壘能量μ0與電子能量E差值（μ0－E）相關(guān)。

值和（μ0－E）值愈小，電子穿過(guò)隔離層可能性就愈大。當(dāng)隔離層厚度小到一定值時(shí)，電子就能輕易地穿過(guò)，使導(dǎo)電顆粒間絕緣隔離層變?yōu)閷?dǎo)電層。隧道效應(yīng)而產(chǎn)生導(dǎo)電層可用一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)來(lái)等效。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第64頁(yè)復(fù)合導(dǎo)電高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有三種情況：①一部分導(dǎo)電顆粒完全連續(xù)相互接觸形成電流通路，相當(dāng)于電流流過(guò)一只電阻。②一部分導(dǎo)電顆粒不完全連續(xù)接觸，其中不相互接觸導(dǎo)電顆粒之間因?yàn)樗淼佬?yīng)而形成電通流路，相當(dāng)于一個(gè)電阻與一個(gè)電容并聯(lián)后再與電阻串聯(lián)情況。③一部分導(dǎo)電粒子完全不連續(xù)，導(dǎo)電顆粒間聚合物隔離層較厚，是電絕緣層，相當(dāng)于電容器效應(yīng)。復(fù)合型導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理模型信息材料專業(yè)知識(shí)講座第65頁(yè)五、Lithiumionbattery流行電池比較：信息材料專業(yè)知識(shí)講座第66頁(yè)鋰離子電池工作原理（以LiCoO2正極材料為例）信息材料專業(yè)知識(shí)講座第67頁(yè)石墨晶體和LiCoO2都含有層狀結(jié)構(gòu)。這種層狀結(jié)構(gòu)化合物，允許鋰離子進(jìn)出，而材料結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生不可逆改變。LiCoO2為一層氧(O)原子緊鄰一層Li(鋰)原子，再緊鄰一層氧原子和鈷(Co)原子，即O—Li—O—Co—O—Li—O?。充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌，在電解液中向負(fù)極遷移，嵌入到負(fù)極石墨晶體晶狀層之間。放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫嵌向正極表面移動(dòng)，然后插入到氧化鈷鋰晶狀層中。電池在充放電過(guò)程中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上是一個(gè)插層反應(yīng)。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第68頁(yè)液體鋰離子電池組成1、正極材料正極活性物質(zhì)：鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。2、負(fù)極材料負(fù)極活性物質(zhì)：主要是石墨，還有硬炭、軟炭。主要用經(jīng)過(guò)專門加工人工石墨。3、電解液普通使用環(huán)狀碳酸酯（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯）和鏈狀碳酸酯（碳酸二甲酯）做混合溶劑，把電解質(zhì)鹽溶解其中制成電解液。電解質(zhì)鹽有沒(méi)有機(jī)鹽和有機(jī)鹽，無(wú)機(jī)鹽有高氯酸鋰、和六氟磷酸鋰等。有機(jī)鹽有三氟甲基磺酸鋰等。其中六氟磷酸鋰最為慣用。4、粘合劑用于把正、負(fù)極活性物質(zhì)涂于作為集流體金屬箔上。要求粘接好、柔軟、耐電解液腐蝕、耐氧化還原、成膜均勻粘合劑。慣用高分子粘合劑，如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等。5、隔膜為預(yù)防正負(fù)極短路，與其它電池使用紙或無(wú)紡布不一樣，鋰離子電池使用聚乙烯系多微孔薄膜，有利于鋰離子快速經(jīng)過(guò)。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第69頁(yè)正極材料?LiCoO2正極材料LiCoO2正極材料優(yōu)點(diǎn)：比能量高，工作電壓較高（平均工作電壓為3.7V），充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、輕易制備。

LiCoO2正極材料缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，抗過(guò)充電性較差，循環(huán)性能有待深入提升。LiNiO2正極材料LiNiO2正極材料優(yōu)點(diǎn)：自放電率低，無(wú)污染，與各種電解質(zhì)有著良好相容性，比LiCoO2價(jià)格廉價(jià)。LiNiO2正極材料缺點(diǎn)：1、制備條件苛刻，易發(fā)生鋰鎳混排現(xiàn)象，給LiNiO2商業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)困難；2、LiNiO2熱穩(wěn)定性差（200℃左右），且放熱量大，給電池帶來(lái)安全隱患；3、LiNiO2在充放電過(guò)程中輕易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，使電池循環(huán)性能變差。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第70頁(yè)鋰錳氧化物尖晶石型LixMn2O4

和層狀LiMnO2嵌鋰磷酸鹽正極材料–LiMPO4（M=Mn、Fe、Co、Ni）正極材料中，以LiFePO4研究最為突出–LiFePO4工作電壓3.4V左右–與LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2等正極材料相比，LiFePO4含有高穩(wěn)定性、更安全可靠、更環(huán)境保護(hù)而且價(jià)格低廉信息材料專業(yè)知識(shí)講座第71頁(yè)負(fù)極材料碳負(fù)極材料–石墨?氧化物負(fù)極材料–無(wú)定形錫基復(fù)合氧化物：SnMxOy、SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6–零應(yīng)變材料：Li4Ti5O12放電容量普通為150mAh/g。鋰嵌入和脫嵌不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，循環(huán)壽命很好。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第72頁(yè)電解質(zhì)（溶質(zhì)+溶劑）溶劑：1.不與金屬鋰發(fā)生反應(yīng)，所以必須是非質(zhì)子溶劑；2.極性高（也就是介電常數(shù)大），能溶解足夠鋰鹽（鋰鹽輕易解離）；同時(shí)黏度低（離子移動(dòng)速度快），從而使電導(dǎo)率高；3.溶點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，蒸汽壓低，工作溫度范圍寬。–通常采取混合溶劑，普通采取直鏈酯和環(huán)酯(如EC+DMC，PC+DEC)混合溶劑溶質(zhì)：–無(wú)機(jī)鋰鹽：

LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6–有機(jī)鋰鹽：三氟甲基磺酸鋰LiCF3SO3

二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰LiN(CF3SO2)2

三(三氟甲基磺酰)甲基鋰LiC(SO2CF3)信息材料專業(yè)知識(shí)講座第73頁(yè)鋰離子電池隔膜材料隔膜作用是隔離電池正負(fù)極,預(yù)防二者直接接觸,但能使電解液中電解質(zhì)離子自由經(jīng)過(guò)。聚乙烯(PE)多孔膜因?yàn)楹辛己秒娀瘜W(xué)性能和力學(xué)性能,常被用來(lái)作為鋰離子電池隔膜。但聚乙烯非極性表面造成其對(duì)極性電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕性不佳,所以電解液保持能力較差,制約了電池使用壽命。各種方法可對(duì)PE薄膜進(jìn)行改性，其中一個(gè)改性方法：在PE表面進(jìn)行紫外光接枝MMA信息材料專業(yè)知識(shí)講座第74頁(yè)液體鋰離子電池安全性機(jī)遇和事故經(jīng)常相伴。電解液：有機(jī)溶劑信息材料專業(yè)知識(shí)講座第75頁(yè)聚合物鋰離子電池?

聚合物鋰離子電池：采取聚合物膜作為電解質(zhì)鋰離子電池。?

聚合物電解質(zhì)：含有聚合物材料且能像液體一樣導(dǎo)電電解質(zhì)。對(duì)聚合物電解質(zhì)膜要求①高離子導(dǎo)電率和電子絕緣；②鋰離子遷移數(shù)基本不變，以減小濃差極化；③化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性高；④良好機(jī)械強(qiáng)度；⑤價(jià)格低廉，無(wú)污染。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第76頁(yè)鋰離子聚合物電池電解質(zhì)：繼Wright等首次發(fā)覺(jué)聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽配位含有離子導(dǎo)電性后,Armand等提出PEO/金屬鹽配位物作為帶有堿金屬電極新型可充電池離子導(dǎo)體,使得聚合物電解質(zhì)研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新階段。已開(kāi)發(fā)固體聚合物：鋰鹽LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、Li(CF3SO3)3

等溶于高分子量聚醚,如PEO、PPO，形成固溶體。缺點(diǎn)是室溫電導(dǎo)率偏低。改進(jìn)方法：(1)聚合物改性：適度交聯(lián)抑制聚醚結(jié)晶；適度支化；合理共聚，聚偏氟乙烯(PVDF)、六氟丙烯(HFP)和聚乙二醇二甲醚(PEGDMF)共聚,以LiN(CF3SO2)2

為鹽,取得室溫電導(dǎo)率達(dá)10-4S/cm聚合物固體電解質(zhì)。(2)電解質(zhì)鹽改性：過(guò)增大對(duì)陰離子體積,有利于提升鋰離子遷移數(shù)。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第77頁(yè)鋰離子與梳形聚合物分子間和分子內(nèi)作用示意圖鋰離子與聚合物分子間和分子內(nèi)作用示意圖

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第78頁(yè)固體聚合物電解質(zhì)SPE(SolidPolymerElectrolyte)和凝膠聚合物電解質(zhì)GPE(GelPolymerElectrolyte)–當(dāng)前已開(kāi)發(fā)聚合物電解質(zhì)有：聚環(huán)氧乙烯(PEO)基、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基、聚偏氟乙烯(PVDF)基、聚丙烯腈(PAN)基和聚氯乙烯(PVC)基等，并在此基礎(chǔ)上形成各種共聚物電解質(zhì)?聚合物鋰離子電池優(yōu)越性①擁有鋰離子電池所含有優(yōu)越性；②可防止液體電解質(zhì)易發(fā)生電解液泄漏；③易于小型化，可依據(jù)不一樣場(chǎng)所需要，做成圓柱形、方形等各種形狀；④聚合物材料可塑性強(qiáng)，可制成大面積超薄薄膜，確保與電極之間充分接觸；⑤提升了穩(wěn)定性和安全性。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第79頁(yè)薄膜鋰電池體積非常之?。?.5mm以下），可重復(fù)充電1000次左右，薄膜鋰電池應(yīng)用非常廣泛：民用電器、軍事、野外作業(yè)、航天、航空信息材料專業(yè)知識(shí)講座第80頁(yè)信息材料專業(yè)知識(shí)講座第81頁(yè)Solidpolymerelectrolyte鋰電比較：傳統(tǒng)鋰電池電解質(zhì)為液態(tài)，安全性不高。趨勢(shì)：采取固態(tài)聚合物作為電解質(zhì)。電解質(zhì)基體材料：能夠幫助鋰離子運(yùn)動(dòng)，即高離子電導(dǎo)和低電子電導(dǎo)特征。主要聚合物包含：聚合物電解質(zhì)基體材料基本要求：

含有陰離子和陽(yáng)離子絡(luò)合位；絕對(duì)無(wú)定型態(tài)；高度柔軟，低Tg。PEOMEEP多聚膦氰醚酯

信息材料專業(yè)知識(shí)講座第82頁(yè)光固化技術(shù)在聚合物電解質(zhì)中機(jī)會(huì)？固態(tài)聚合物電介質(zhì)膜可用光固化原位制作完成?？焖?、有效交聯(lián)固態(tài)電解質(zhì)基本組成：離子導(dǎo)電基體材料（PEO,PPO,PEO-PPO,多聚膦氰醚酯等）高介電溶劑（碳酸乙二酯、碳酸異丙酯），提升離子遷移效率、電導(dǎo)率；無(wú)機(jī)填料（導(dǎo)電或非導(dǎo)電）增強(qiáng)體系離子電導(dǎo)率與聚合物機(jī)械性能。(beta-Al2O3加到PEO-NaI/PEO-LiClO4

復(fù)合物中，電導(dǎo)率增加)導(dǎo)電鋰鹽：LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2CF3)2、成膜交聯(lián)組分（多元異氰酸酯、光固化樹(shù)脂、單體、光引發(fā)劑等）。助劑信息材料專業(yè)知識(shí)講座第83頁(yè)光固化聚合物電解質(zhì)配方鋰亞胺鹽2gIBOA2.1gHDDA0.3gTMPTA0.8gEB230(聚醚氨酯丙烯酸酯)8gPEO4gITX0.014gIrgacure1840.14g異丙醇以上總體積20％高比表面Al2O32.6g高分散度LiI-Li2S-B2S3

玻璃粉8g光固化后電導(dǎo)率：6.5×10-4S/cm鋰亞胺鹽2gIBOA2.1gHDDA0.3gTMPTA0.8gEB230(聚醚氨酯丙烯酸酯)8gPEO4gITX0.014gIrgacure1840.14g異丙醇以上總體積20％光固化后電導(dǎo)率：4×10-5S/cm信息材料專業(yè)知識(shí)講座第84頁(yè)六、靜電防護(hù)材料電子產(chǎn)品包括很多絕緣器件，如塑料等，在工作工程中輕易形成靜電積累，產(chǎn)生數(shù)千伏瞬間電壓，擊穿器件。高分子材料各類用途體積電阻率：導(dǎo)電圖譜--表示在不一樣塑料表面表面電阻率信息材料專業(yè)知識(shí)講座第85頁(yè)靜電防護(hù)材料通常以其電阻率作為類別劃分標(biāo)志。靜電導(dǎo)體（導(dǎo)靜電）材料和靜電耗散（耗散靜電）材料。①靜電導(dǎo)體材料靜電導(dǎo)體材料表面電阻率≤1×105Ω/m2

，或體積電阻率≤1×104Ω·cm。靜電屏蔽材料表面電阻率≤1×104Ω/m2，或體積電阻率≤1×103Ω·cm。

靜電屏蔽材料屬于靜電導(dǎo)體材料一部分。②靜電耗散材料指能快速耗散其表面或物體內(nèi)部靜電荷材料。電阻率范圍一些標(biāo)準(zhǔn)要求不一，較多標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行MIL標(biāo)準(zhǔn)和最近兩年出臺(tái)IEC標(biāo)準(zhǔn)草案）要求：表面電阻率1×105Ω/m2

～1×1012Ω/m2

或體積電阻率1×104Ω·cm～1×1011Ω·cm靜電防護(hù)材料為靜電耗散材料。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第86頁(yè)③抗靜電材料有標(biāo)準(zhǔn)，如1980年美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-HDBK-263，將表面電阻率在1×109Ω/m2

～1×1014Ω/m2之間靜電防護(hù)材料定義為抗靜電材料。許多慣用材料實(shí)際上都在此范圍之內(nèi)，比如密胺薄層材料、高電阻體導(dǎo)電塑料、潔凈棉花、硬質(zhì)纖維板、本制品、紙制品等。1991年公布修訂A版，改變了這種劃類方法，不再使用抗靜電材料概念。在國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）相關(guān)防靜電材料標(biāo)準(zhǔn)討論中，教授們比較傾向意見(jiàn)認(rèn)為“抗靜電材料”這個(gè)概念比較籠統(tǒng)，主張不宜再用。④絕緣材料絕緣材料是指那些其電阻率超出靜電耗散材料上限材料。絕緣材料不屬于靜電防護(hù)材料范圍。因?yàn)樗鼊澐峙c靜電耗散材料連在一起，故相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也不太一致。較多也較權(quán)威現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求為:表面電阻率>1×1012Ω/m2，或體積電阻率>1×1011Ω·cm材料屬于絕緣材料。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第87頁(yè)表面活性劑能夠使聚合物表面導(dǎo)電率提升,是一個(gè)有效抗靜電劑。表面活性劑是有一個(gè)或多個(gè)極性取代基碳?xì)浠铮N）分子物質(zhì)被高分子材料表面吸附后，降低了表面能，因而改變了高分子材料電性能。機(jī)理上可分為吸濕性，極性和油性三類：吸濕性表面活性劑可吸收大氣中水份，在高聚物制品表面形成一層薄導(dǎo)電層，從而使靜電荷輕易泄漏。但在氣候干燥時(shí)效果顯著變差；極性物質(zhì)（如季胺鹽類陽(yáng)離子活性劑）也是形成表面導(dǎo)電層，也與大氣濕度相關(guān)，但干燥氣候中仍有好抗靜電效果；油性活性劑抗靜電機(jī)理與前二類有所不一樣，它是在聚合物表面生成一層隔離膜，降低了聚合物間摩擦起電作用，但在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，并不能防材料帶電。有機(jī)聚結(jié)劑+導(dǎo)電粒子（金屬、金屬氧化物、碳黑等）專用抗靜電劑（表面活性劑、長(zhǎng)鏈季銨鹽等）抗靜電材料實(shí)施技術(shù)信息材料專業(yè)知識(shí)講座第88頁(yè)種

類活性劑類型活性劑名稱處理效果（面電阻率

/m2）基材處理前處理后外

用

表

面

活

性

劑陰離子型烷基（C12—C15）

苯磺酸納（4.0%）>4.2×10151.5×109PS塑料陽(yáng)離子型三甲基十八烷基

（乙酸氨鹽2%）>4.2×10153.1×107PS塑料兩性活性劑N-十二烷基氨基

（丙酸鈉0.3%）>4.2×10151.1×108PS塑料非離子型壬基酚聚氧乙烯

（а）醚(0.3%）>4.2×10151.6×1010PS塑料內(nèi)

用

表

面

活

性

劑陰離子型二癸基二硫代磷

酸鉀（2%）>4.2×10156.0×109聚乙烯陽(yáng)離子型三甲基十八烷基

醋酸銨（1%）>4.2×10153.1×108聚乙烯兩性活性劑含Mg鹽咪唑啉

衍生物氫氧化銨>4.2×10156.3×1010聚乙烯非離子型聚氧乙烯烷基胺

（1%）>4.2×10151.0×1010

（氧乙烯聚合度）PS塑料信息材料專業(yè)知識(shí)講座第89頁(yè)七、電磁屏蔽材料電磁干擾（EMI）無(wú)處不在，輕者干擾電子、電器設(shè)備正常工作，重者造成設(shè)備毀壞、安全事故、信息泄密等。

電磁場(chǎng)屏蔽可分為靜電屏蔽、靜磁屏蔽和電磁屏蔽三種情況，這三種情況既含有質(zhì)區(qū)分，又含有內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。電磁波在良導(dǎo)體中衰減很快，把由導(dǎo)體表面衰減到表面值1/e（約36.8％）處厚度稱為趨膚厚度（又稱透入深度），用d表示。電磁屏蔽（electromagneticshield）是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)在空間傳輸一個(gè)方法，即限制從屏蔽材料一側(cè)空間向另一側(cè)空間傳遞電磁能量。用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)干擾源包圍起來(lái)，預(yù)防干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，預(yù)防它們受外界電磁場(chǎng)影響。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第90頁(yè)a.高頻電磁屏蔽：采取低電阻金屬材料，利用電磁場(chǎng)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流起到屏蔽作用。屏蔽板良好接地時(shí)，同時(shí)也有靜電屏蔽作用。b.低頻磁屏蔽:用高導(dǎo)磁率材料將被干擾物周圍磁場(chǎng)“短路”掉電磁屏蔽技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：電磁屏蔽原理：屏蔽體對(duì)來(lái)自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）作用，所以屏蔽體含有減弱干擾功效。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第91頁(yè)低電阻導(dǎo)體材料作為電磁屏蔽材料時(shí)，因?yàn)閷?dǎo)體材料對(duì)電磁能流含有反射和引導(dǎo)作用，在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場(chǎng)相反電流和磁極化，從而減弱源電磁場(chǎng)輻射效果。電磁波傳輸?shù)浇饘俨牧想姶牌帘伪砻鏁r(shí)，通常有3種不一樣機(jī)理進(jìn)行衰減：一是在入射表面反射衰減；二是未被反射而進(jìn)入屏蔽體電磁波被材料吸收衰減；三是在屏蔽體內(nèi)部屢次反射衰減。

反射衰減，就是電磁場(chǎng)射入金屬導(dǎo)體時(shí)，由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。在這個(gè)感應(yīng)電流作用下，必定建立一個(gè)新電磁場(chǎng)，從而將入射場(chǎng)能衰減。反射衰減大小取決于屏蔽層與屏蔽層周圍介質(zhì)之間阻抗匹配情況。

吸收衰減，實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體熱損耗。它產(chǎn)生完全是因?yàn)殡姶艌?chǎng)射入金屬屏蔽體時(shí)，因電磁感應(yīng)而在金屬表面產(chǎn)生了感應(yīng)電流，又因?yàn)榻饘賹?dǎo)體中尤其是導(dǎo)體表面有一定電阻存在，必定在金屬屏蔽層內(nèi)，產(chǎn)生熱損耗。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第92頁(yè)EMI材料介紹：電磁屏蔽是利用金屬板（網(wǎng)）、金屬盒（箱）、金屬罩等阻止或減小電磁能量傳輸、實(shí)現(xiàn)電磁兼容有效方法之一。1.金屬磁性材料金屬鐵磁材料適合用于低頻（f＜100kHz）磁場(chǎng)屏蔽。較慣用金屬鐵磁材料有：純鐵、鐵硅合金（即硅鋼、電工鋼）、鐵鎳軟磁合金（即坡莫合金）等。新出現(xiàn)鐵鋁合金也是一個(gè)軟磁合金材料，可代替鐵鎳合金（即坡莫合金），降低成本。表1列出了部分金屬鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率，相對(duì)磁導(dǎo)率比越高，屏蔽效果越好；層數(shù)越多，屏蔽效果也越好。當(dāng)前商品化主要金屬磁性EMI材料：坡莫合金（鎳合金）、CO_NETIC系列合金等。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第93頁(yè)2.非金屬磁性材料非金屬磁性材料即鐵氧體磁性材料，是一個(gè)含有鐵磁性能金屬氧化物。在高頻時(shí)含有較高磁導(dǎo)率，電阻率較大，且含有較高介電性能，廣泛應(yīng)用于高頻弱電領(lǐng)域，如雷達(dá)、計(jì)算機(jī)、音像、超聲波等。其中一個(gè)主要用于1kHz—300MHz高頻和超高頻軟磁材料（錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體）做成磁套、磁管（EMI吸收環(huán)），套在信號(hào)電纜、指示燈電纜、開(kāi)關(guān)連接線上，以及屏蔽高頻元件引腳等信號(hào)通道，以防止電磁干擾。3.良導(dǎo)體EMI材料適合用于高頻電磁場(chǎng)、低頻電場(chǎng)以及靜電場(chǎng)屏蔽。因?yàn)殍F磁性材料磁導(dǎo)率伴隨頻率升高而下降，而且本身電阻較大，從而使屏蔽性能變壞，同時(shí)磁損增加，所以高頻時(shí)并不適用。依據(jù)電磁場(chǎng)理論，在高頻電磁場(chǎng)中，主要是吸收損耗起作用，屏蔽材料電阻越小（變成歐姆熱而耗散），則產(chǎn)生渦流電流越大，反磁場(chǎng)也越大，屏蔽效果越好；同時(shí)，良導(dǎo)體又對(duì)低頻電場(chǎng)反射損耗較大。所以，高頻電磁場(chǎng)及低頻電場(chǎng)屏蔽應(yīng)選取高電導(dǎo)率、低磁導(dǎo)率良導(dǎo)體（如銅、鋁）。4.其它各種形式EMI材料：金屬絲、金屬網(wǎng)、聚合物/導(dǎo)電復(fù)合材料、聚合物/磁性復(fù)合材料（涂料、橡膠、粘合劑、塑料等等。）信息材料專業(yè)知識(shí)講座第94頁(yè)電磁干擾屏蔽用塑料能夠經(jīng)過(guò)添加碳纖維和不銹鋼纖維等高比表面導(dǎo)電填料來(lái)得到。屏蔽是經(jīng)過(guò)導(dǎo)電媒介將電磁輻射反射、吸收或傳導(dǎo)到地面來(lái)實(shí)現(xiàn)。引入屏蔽物后會(huì)造成電磁信號(hào)衰減，它衰減程度決定了屏蔽效果好壞。為了取得好屏蔽效果，塑料中添加填料要有良好分散性和較高添加量。金屬涂敷填料，比如鍍鎳?yán)w維或不銹鋼纖維，廣泛應(yīng)用于電磁干擾屏蔽塑料中。為了有效屏蔽電磁波，所使用填料應(yīng)該能從塑料基體中反射電磁輻射。在這些應(yīng)用中，選擇長(zhǎng)碳纖維能在聚合物基體中形成有效網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于短纖維來(lái)說(shuō)是一個(gè)更加好選擇。添加不一樣碳纖維PC屏蔽效率。添加短碳纖維塑料粒子纖維定向雜亂，而添加長(zhǎng)纖維粒子在整個(gè)長(zhǎng)度纖維定向良好。復(fù)合型EMI材料信息材料專業(yè)知識(shí)講座第95頁(yè)電磁屏蔽薄膜主要是靠含有導(dǎo)電性能材料（Ag，ITO氧化銦錫等）制成薄膜，能夠鍍?cè)诓Ａ?，或是在其它基板上，如塑料薄膜上，材料主要性能指?biāo)是：透光率，和屏蔽效能，即有百分之多少能量被屏蔽。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第96頁(yè)吸波型EMI材料—新一代廣普適用電磁屏蔽材料寬頻段膠板吸波材料是一個(gè)能夠吸收電磁波而反射、散射和透射都很小功效材料，其原理主要是在高分子介質(zhì)中添加電磁損耗性物質(zhì)，當(dāng)電磁波進(jìn)入吸波材料內(nèi)部時(shí)，推進(jìn)組成材料分子內(nèi)離子、電子運(yùn)動(dòng)或電子能級(jí)間躍遷，產(chǎn)生電導(dǎo)損耗、高頻介質(zhì)損耗和磁滯損耗等，使電磁能轉(zhuǎn)變成熱能而發(fā)散到空間消失掉，從而產(chǎn)生吸收作用。性能等同于美國(guó)隱形飛機(jī)涂層，不發(fā)生反射而造成二次污染，膠板類吸收電磁波材料主要特點(diǎn)：厚度薄、柔性好、強(qiáng)度高、吸收率大、抗老化（載體為硅橡膠材料）、穩(wěn)定性（-50～180℃）、低頻特征（10MHz～10GHz），對(duì)鏡面波和表面波都含有良好吸收特征。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第97頁(yè)八、超導(dǎo)材料超導(dǎo)態(tài)及其特征

1908年荷蘭物理學(xué)家Onnes翁內(nèi)斯經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久努力，使最終一個(gè)“永久氣體”氦氣（He）液化。1911年翁內(nèi)斯在研究金屬汞（Hg）電阻隨溫度改變規(guī)律時(shí)發(fā)覺(jué)，當(dāng)溫度降低時(shí)，汞電阻先是平穩(wěn)地減小，而在4.2K附近，電阻突然降為零?，F(xiàn)已經(jīng)有5000種信息材料專業(yè)知識(shí)講座第98頁(yè)非超導(dǎo)與超導(dǎo)體電阻率隨溫度改變差異超導(dǎo)狀態(tài)下T－H－J界面只有當(dāng)電流、溫度與磁場(chǎng)3個(gè)條件都滿足要求條件時(shí)，才能出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。所以，對(duì)超導(dǎo)材料來(lái)說(shuō)，這3個(gè)參數(shù)越高，實(shí)用價(jià)值越高。超導(dǎo)態(tài)有以下四個(gè)特征;①電阻值為零；②超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)為零；③超導(dǎo)現(xiàn)象只有在臨界溫度以下才會(huì)出現(xiàn)；④超導(dǎo)現(xiàn)象存在臨界磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度超越臨界值，則超導(dǎo)現(xiàn)象消失。信息材料專業(yè)知識(shí)講座第99頁(yè)兩類超導(dǎo)體：按超導(dǎo)體磁化特征不一樣可將其分為兩類。第一類超導(dǎo)體在低于臨界磁場(chǎng)Hc

磁場(chǎng)H中處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，表現(xiàn)出完全抗磁性，即在超導(dǎo)體內(nèi)部B=

0

(H

M)＝0；在高于Hc磁場(chǎng)中則處于正常態(tài)，B/

0

＝H，－M

＝0，所謂完全抗磁性，是當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，若周圍存在著磁場(chǎng)H，且H小于Hc，因?yàn)樵诔瑢?dǎo)體表面能感生出屏蔽電流，從而產(chǎn)生一個(gè)恰好能抵消外磁場(chǎng)附加磁場(chǎng)，使外磁場(chǎng)完全不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部，這種完全抗磁性又稱邁斯納效應(yīng)（Messner）。完全抗磁性和電阻消失現(xiàn)象是超導(dǎo)體兩個(gè)相互獨(dú)立基本特征。第一類超導(dǎo)材料Messner效應(yīng)信息材料專業(yè)知識(shí)講座第