新材料的鉴定.docx

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新材料的鉴定

材料是当前世界新技术革命的三大支柱（材料、信息、能源）之一，与信息技术、生物技术一起构成了21世纪世界最重要和最具发展潜力的三大领域之一。

对材料的认识与利用能力，往往决定着社会的形态和人类生活的质量。

人类的历史已经证明，材料是人类社会发展的物质基础和先导，而新材料则是人类社会进步的里程碑。

新材料在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，而且在自然科学和工程技术领域中发展也，

经济、科技在快速发展，人类文明也在不断向前迈进，无论何时、无论何地，经济与科技永远会围绕着人类，我们能够预测未来我们的世界会更加缤纷多彩，人类的生活会更加美好，而功不可没的必将是新型材料，新材料技术的发展必将成为人类社会的转折点。

新型光学材料是指光电数码及信息产品所应用的技术含量高、制作难度大、光学性能优越的光学材料,一般是指镧系光学玻璃、环保系列光学玻璃、低熔点及磷酸盐光学玻璃等。

目前我国光学材料的研究开发水平与国外发达国家相比还有一定的差距,特别是与日本和德国等国际知名光学材料生产厂家相比,无论从光学玻璃品种还是生产工艺及设备都存在着明显的差距。

目前我国光学材料行业仍以生产传统的光学玻璃为主,一些新型材料需从国外进口,不能完全满足我国高科技发展的需要。

在光学材料方面,我国急待需要进行技术研究和技术创新工作,即开发新型的光学材料,尽快形成我国的产业化规模生产。

超导体的概念超导材料是一种没有电阻的材料，既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把电流储存起来，供急需时使用。

　光学功能材料还可按材料凝聚状态分为气体、液体和固体（晶体、陶瓷、玻璃、薄膜或超晶格）等材料；按应用效应又分为激光频率转换材料、电光材料、声光材料、磁光材料和光感应双折射材料。

光学功能材料具有利用光波自身强度和外加电、磁、机械场对光波的强度、频率、相位、偏振进行控制的能力，从而在现代光电子技术中广泛用于实现激光频率转换，改善激光器的脉宽、模式，进行多种光学信息处理等。

目前，这种特种新型发光材料已在欧美、日本、韩国和东南亚广为应用，并且每年从中国进口相当数量的产品。

虽然中国在发光材料和制品应用方面比世界发达国家晚，但目前已显示出巨大的消费潜力。

机场、车站、超级市场、摩天大楼、高速公路以及装饰市场等为发光材料的应用提供了更为广阔的市场。

由北京理工大学曾庆轩教授主持的超长余辉碱土铝酸盐自发光粉体新材料研发项目，目前已获得重大进展，取得多项发明专利。

重庆上游经济技术发展有限公司、四川沱牌集团与北京中捷京工科技发展有限公司共同投资，采用这项技术，于1999年10月建成国内较大规模的年产300吨超长余辉碱土铝酸盐自发光粉体特种新材料生产线，产品已通过ISO9001∶2000质量认证，并出口到美国、韩国、菲律宾、欧洲和中东市场。

曾庆轩教授介绍，如今采用特种新型自发光材料制成的各种发光制品，已广泛用在发达国家军事、工业、消防、交通、日用品等领域。

由于这一新型自发光材料的出现，对国外轻工、电子、钟表、日用品和娱乐品等领域产生了积极影响，提高了传统产品的附加值，成为市场卖点，已形成发光产业的消费市场。

　　曾庆轩教授认为，从国内外市场看，水性发光涂料、发光塑料制品、发光陶瓷、发光印花浆等特种发光制品对超长余辉发光材料的需求量将进一步增加，其应用领域将会进一步扩大。

而目前国际市场超长余辉发光材料价格较贵，国外同类产品近期很难进入中国市场，中国同类产品出口机会将加大。

目前国内企业规模小，而需求日益增加，供不应求，为新建项目提供了契机。

导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。

半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。

半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。

正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。

半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。

半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。

1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。

种类常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。

元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。

主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。

化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。

二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化镓、磷化镓、磷化铟等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化铅、硒化铅等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。

三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。

有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等，还处于研究阶段。

此外，还有非晶态和液态半导体材料，这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。

半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。

半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。

近几年，由于市场需求的不断扩大、投资环境的日益改善、优惠政策的吸引及全球半导体产业向中国转移等等原因，我国集成电路产业每年都保持30%的增长率。

集成电路制造过程中需要的主要关键原材料有几十种，材料的质量和供应直接影响着集成电路的质量和竞争力，因此支撑关键材料业是集成电路产业链中最上游也是最重要的一环。

随着信息产业的快速发展，特别是光伏产业的迅速发展，进一步刺激了多晶硅、单晶硅等基础材料需求量的不断增长。

目前，世界半导体行业巨头纷纷到国内投资，整个半导体行业快速发展，这也要求材料业要跟上半导体行业发展的步伐。

可以说，市场发展为半导体支撑材料业带来前所未有的发展机遇。

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用的最多的是Si材料，主要用于电子器件、微电子器件用于光通信的有GaAs系、InP系的材料。

利用能量转换效应制造具有特殊功能元器件的材料叫做功能转换材料。

能源短缺和环境污染愈来愈制约着未来社会的可持续发展,太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向。

作为具有完全可持续发展特征的太阳能光伏发电产业正逐渐进入人类能源结构,并将成为未来基础能源的重要组成部分。

然而,目前所广泛使用的硅基太阳能电池其光电转换效率理论最大值仅为29%（Shockley-Queisser极限效率）,实际转换效率约15%。

太阳光之所以有很少的百分比转换为电能,原因归结于硅太阳能电池不能将全部的太阳光转换为电流。

通常情况下,到达地面的太阳能光谱（AM1.5）其能量约1000W/m~2,波长覆盖280–2500nm。

然而仅能量大于硅太阳能电池能隙（Eg>1.12eV,λ<1100nm）的太阳光才能被吸收（载流子热能化也将降低硅太阳能电池的效率）,而能量小于硅太阳能电池能隙的太阳光（λ>1100nm）则不能被吸收利用。

如何通过光谱调制使硅太阳能电池更充分、更合理地吸收太阳光,从而提高硅太阳能电池的光电转换效率是当前广泛关注的焦点问题之一。

为此可以在太阳能电池的上表面引入下转换发光层,其中包含的掺稀土量子剪裁下转换发光材料首先吸收电池光谱响应较差的一个短波长光子（300...

硅系材料太阳能电池1.1单晶硅材料太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，

技术也最为成熟。

高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。

现在单晶硅的电池工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。

在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。

该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。

并在表面把一13nm。

厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：

通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。

Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅材料制成的电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。

单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶

目前，国外已将砷化镓太阳能电池作为航天飞行器空间主电源.而且砷化镓组件所占比例逐渐增大，目前已占90%。

2.3铜铟硒太阳能电池铜铟硒太阳能电池是以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳能电池，是在玻璃或其它廉价衬底上沉积若十层金属化合物的半导体薄膜.其厚度大约为200~300nm.具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强等特性。

日本昭和石油公司开发的而积为864cm^2的电池转换效率为14.3%。

美国尽管化合物能源部叫再生能源实验室研制出的CIGS电池转换效率已达19.2。

迈斯纳效应（指超导体处于外界磁场中，磁力线无法穿透，超导体内的磁通量为零）和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯纳效应。

新材料是指新出现的或正在发展中的，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术（工艺,装备），使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新材料的范畴。

新型功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，新型功能材料约占85%。

随着信息社会的到来，新型功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。

发展新型功能材料技术也正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

超导材料，又称为超导体（superconductor），指可以在在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。

零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。

使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。

现在对于超导体的分类并没有统一的标准，通常的分类方法有以下几种：

∙通过材料对于磁场的相应可以把它们分为第一类超导体和第二类超导体：

对于第一类超导体只存在一个单一的临界磁场，超过临界磁场的时候，超导性消失；对于第二类超导体，他们有两个临界磁场值，在两个临界值之间，材料允许部分磁场穿透材料。

∙通过解释的理论不同可以把它们分为：

传统超导体（如果它们可以用BCS理论或其推论解释）和非传统超导体（如果它们不能用上述理论解释）。

∙通过材料达到超导的临界温度可以把它们分为高温超导体和低温超导体：

高温超导体通常指它们的转变温度达到液氮温度（大于77K）；低温超导体通常指它们需要其他特殊的技术才可以达到它们的转变温度。

∙通过材料可以将它们分为化学材料超导体比如：

铅和水银；合金超导体比如：

铌钛合金；氧化物超导体,比如钇钡铜氧化物；有机超导体,比如：

碳纳米管。

由于高温超导材料具有零电阻性、通电能力强体积小、重量轻和完全抗磁性等特性随着社会节能减排压力的日益增加和社会深层次发展的需求,其应用范围将从大功率输电电缆、电机等技术领域,逐步进入有色金属方面的研究。

超导材料由于具有零电阻、完全抗磁性和超导隧道效应等优异的特性高温超导材料的用途非常广阔大致可分为三类:

大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。

大电流应用即超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。

超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在无磨擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性能。

目前超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变，且有可能进入产业化发展阶段。

超导材料正越来越多地应用于尖端技术中，如超导磁悬浮列车、超导计算机、超导电机与超导电力输送、火箭磁悬浮发射、超导磁选矿技术、超导量子干涉仪等。

因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。

自从超导材料制备技术不断成熟并逐步产业化生产以来，近十年来高临界温度超导应用得到了良好的发展，在超导电缆、超导限流器与超导变压器等电力应用方面，研制成功多台样机，人类不久将进入超导应用的新时代。

从超导材料的发展历程来看，新的更高转变温度材料的发现及室温超导的实现都有可能。

单晶生长及薄膜制造工艺技术也会取得重大突破，但超导材料的基础研究还面临一些挑战。

目前超导材料正从研究阶段向产业化发展阶段。

随着高温超导材料的开发成功，超导材料将越来越多地应用于尖端技术中，因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。

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