信息功能陶瓷材料及应用材物

信息功能陶瓷材料及应用材物第1页/共22页引言信息功能陶瓷是指检测、转换、耦合、传输及存储电、磁、光、声、热、力、化学和生物等信息的介质材料。信息陶瓷主要包括：铁电、压电、介电、热释电、半导、导电、超导和磁性等陶瓷第2页/共22页片式电容片式化:表面组装技术（SMT）——被誉为组装革命内电极贱金属化：用镍、铜等贱金属做内电极。微型化高频化第3页/共22页片式电容发展的总趋势第4页/共22页片式电感低温烧结微型化高频化复合化和集成化第5页/共22页片式电感发展方向元件的小型化要求材料具有更小的晶粒尺寸、更高的磁导率和电阻，需要的粒度更细的陶瓷粉元件的高频化需要有良好的甚高频-超高频特性的铁氧体或陶瓷介质材料元件的系列化要求进一步提高Ni-Zn-Cu铁氧体的磁导率并拓展Ni-Zn-Cu铁氧体以外的其他材料体系；元件的集成化要求用于片式电感的铁氧体材料能够与其他的材料体实现共烧或工艺兼容第6页/共22页陶瓷驱动器驱动电压及诱导位移分类第7页/共22页压电超声马达是利用压电陶瓷的逆压电效应原理制作的压电马达的特点：低转速无需变速机、大力矩、快响应、高功率密度、不产生磁场、抗磁干扰。第8页/共22页压电马达驱动方式分类：按运行方式分驻波行波蠕动爬行按运动形态和方式分：椭圆运动驱动同向驱动单共振模式驱动按结构分：盘形和环形棒状方薄片按功能分：旋转马达连续旋转步进旋转直线马达连续式步进（蠕动）式第9页/共22页几种典型的压电马达第10页/共22页压电微马达及其应用压电微马达的特点：

驱动电压低、转速低、力矩大（比静电微马达高三个量级）、响应快、位移分辨率高等一系列优点，将来可能为智能机器人和微机械的重要驱动器件。第11页/共22页压电超声马达本身具有低速、大力距、快响应、控制性能好、可步进、可伺服工作、容易同计算机接口、可实现智能化和机电一体化、无电磁干扰和抗磁干扰等特点。应用目标：厘米微马达毫米微马达第12页/共22页复合与复相信息功能陶瓷材料及器件相I功能相II功能复合材料的功能磁致伸缩压电效应磁电效应霍尔效应电导效应磁阻效应光电导电致伸缩光致伸缩光膨胀电压效应热释电效应热膨胀电导效应热敏效应霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴第13页/共22页压电陶瓷与聚合物两相复合的各种可能多层结构是由横-纵向型振动的单层（片）压电陶瓷与金属内电极并联复合形成。多层压电陶瓷变压器及其组装成的高压电源具有体积小、质量轻、驱动电压低、升压比高、负载能力机动可调等优点多层复合压电陶瓷变压器是一种新型电源变换器，能量转换方式是电-机-电。第14页/共22页软化学方法及意义硬环境制备——高温固相反应法制备陶瓷，必须在热力学平衡态。软环境制备——较低温度下通过一般化学反应制备材料。可以得到多中国“介稳”结构材料体系。软化学技术是“绿色”材料技术常用的软化学:化学前躯体过程、水热法、离子交换法、熔盐（助熔剂）法、自组装法及生物矿化过程等。第15页/共22页几种信息功能陶瓷薄膜氧化物复合膜铁电体和金属纳米复合膜铁电体和半导体量子点复合膜半导体陶瓷材料与信息敏感技术敏感元件是传感器的核心部分。它是一类能将各种物理、化学和生物等信息转换成电信号的功能元件，具有信息感知、转换和传输功能。第16页/共22页敏感元件热敏元件正温度系数（PTC）负温度系数（NTC）PTC-NTC复合功能的V型PTCR热敏元件气敏材料压敏材料第17页/共22页敏感元件多元集成第18页/共22页信息功能陶瓷与器件的集成化、机敏化兼传感、驱动（执行）于一体的机敏陶瓷是具有自诊断、自调整、自恢复、自转换和自协调功能的智能陶瓷无源机敏——若反馈和响应机制是材料本身所固有，称为无源机敏。有源机敏——若需要外部附加反馈系统，则成为有源机敏机敏复合材料目前正蓬勃发展第19页/共22页微波介质陶瓷与近代通信技术通信系统中的介质滤波器的结构有两种采用TE01δ模式的介质谐振器型滤波器—带通滤波器（即只允许频率与谐振频率接近的电磁波通过）利用TEM模式介质谐振器型滤波器—带通滤波器（即只允许频率与谐振频率接近的电磁波通过）更小巧，把谐振的电磁波能量都封闭在介质内，容易实现小型化高性能微波介质材料是介质谐振器型滤波器的核心，目前对微波介质陶瓷滤波器的主要要求：尽可能高的相对介质常数，以减小器件尺寸。尽可能高的品质因数Q，以保证优良的选频特性谐振频率的温度系数τf应尽可能小，以保证高的稳定性。第20页/共22页电子封装陶瓷基片材料目前使用的基片材料主要有：陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、树脂等。传统的陶瓷基