电性功能材料课件

第二章电性功能材料新型功能材料

NewFunctionalMaterials内容简介

•导电与超导材料

•半导体材料

•电热与电光材料

•离子导体和导电高分子材料

•电阻材料

•介电材料电性功能材料是指那些具有导电特性的物质欧姆定律i＝σE或E＝ρiσ＝1/ρ(ρ为电阻率)物质的导电性用电导率σ来表征电导率的大小决定了固态物质的导电性能i为金属中的电流密度，σ为金属的电导率，E为施加在金属上的电场强度。固体的导电性LRSσ=根据固体在室温下的电导率•导电功能材料的分类导体(σ＝106～108S/m)半导体(σ＝10-9～105S/m)绝缘体(σ＝10-20～10S/m)S?10-710-610-510-410-310-210-1100101102103104105106电导率σS/m绝缘体半导体导体超导体：σ→∞金属导电材料、高分子导电材料半导体材料电阻材料、介电与绝缘体材料非金属导电材料、超导材料………•导电功能材料的分类根据材料的综合性质、功能与作用第一节导电功能材料金属导电材料非金属导电材料超导材料第二节电阻材料第三节半导体材料本章内容

第一节、导电功能材料按导电机理导电功能材料可分为：电子导电材料和离子导电材料两大类。电子导电材料包括导体、超导体和半导体。

第一节、导电功能材料金属导电材料非金属导电材料超导材料金属材料的导电性能的解释分别采用以下三个理论：一.自由电子理论二.能带理论三.近代电导理论固体的导电性质导电材料，是指用以传送电流而无或只有很小电能损失的材料。金属导电材料布线材料导电引线材料金属导电材料高的导电性足够的机械强度不易氧化可焊接易加工不易腐蚀要求

电导率表征以铜、铝及其合金为主，重视材料的阻抗损失分类

导电引线材料金属导电材料导电引线材料

常用电解铜的纯度为(99.97~99.98)wt％，含少量金属杂质和氧。

电导率为(98~99)％称为半硬铜，而电导率为(96~98)%称为硬铜。

铜中的杂质将降低电导率，特别是氧，会使产品性能大大下降。（1）铜

无氧铜(OFHCC)具有性能稳定、抗腐蚀、延展性好、抗疲劳、高导电率的特性。

一般拉成细丝，用于海底同轴电缆的外部软线、太阳能电池、高温抗氧化电极等。金属导电材料—导电引线材料（2）铝

铝的纯度为(99.6~99.8)wt%，电导率为61％(仅次于Ag、Cu、Au)，相对密度只有铜的1/3。因此它可以代替铜导线制成高压配电线。

如160KV以上用的钢丝增强铝电缆ACSR、合金增强导线ACAR、全铝合金导线AAAC等。

国际上通用的硬铝线HAl则主要用于送、配电线，它只能在90℃以下连续使用。大容量高压输电导线要在150℃下连续工作，需用含Zr等耐热铝合金TAl；而变电所用的母线则要在200℃下连续工作，必须使用超耐热铝合金STAl。金属导电材料—导电引线材料问题：说明电导率单位％的意义？主要采用Au、Ag、Cu、Al等电导率高的材料，有时也使用金属粉和石墨粉与非金属材料混合的复合导电材料，其电阻率通常比强电用材料的电阻率高的多，并有厚膜和薄膜之分。导体布线材料金属导电材料—导电布线材料电子工业用的导体布线材料应具有膜电阻小、附着力强、可焊性和抗焊熔性好等优点厚膜布线导体新型的Cu等贱金属厚膜导体材料价格低廉膜电阻小可焊性和抗焊熔性好无离子迁移优点缺点工艺要求较高老化性能尚不如贵金属厚膜导体好金属导电材料—导电布线材料贱金属系：Cu、Ni、Al、Cr等贵金属系：Au、Ag、Pt、Pd等特点贵金属厚膜导体制作方法导体浆料丝网印刷后烧结而成膜层致密附着力强可用非活性焊接剂焊接抗焊熔性均好丝网印刷性能好与多种电阻及介质材料兼容金属导电材料—导电布线材料要求金属导电材料—导电布线材料薄膜布线导体分为单元膜和复合膜两大类具有导电性好、附着力强、化学稳定性高、可焊性和耐焊性均好、成本低等特点。单元膜指用单种金属形成的单层薄膜导体，如Al膜良好的导电性，易于成膜，良好的附着性、可焊性、成本低优点薄膜表面的氧化层给锡焊造成困难，与金属形成的脆性金属化合物造成焊点脱开，抗电迁移能力弱。缺点底层是使顶层导体膜牢固地附着在基片上顶层起导电和焊接作用①高温薄膜导体②贱金属薄膜导体金属导电材料—导电布线材料复合膜用不同金属膜所构成的多层薄膜导体，如CrAu膜、TiPdAu膜等复合薄膜导体的结构一般包括底层和顶层两部分应用最广!薄膜导体材料的发展方向非金属导电材料非金属导电材料介电材料快离子导电陶瓷高分子导电材料非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料快离子导体陶瓷材料电导率可以和液体电解质或熔盐相比拟的固态离子导体陶瓷，又称电解质陶瓷。

快离子导体的离子电导率可达10-1～10-2S/cm，活化能低至0.1～0.2eV。在已发现的快离子导体中，绝大多数是快离子导体陶瓷。快离子导体(离子导电陶瓷)在一定的温度条件下具有和强电解质液体相似的离子电导特性。许多陶瓷都是离子晶体，离子晶体电导主要为离子电导。常见的快离子导体陶瓷材料非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料①银、铜的卤族和硫族化合物：金属原子在化合物中键合位置相对随意；②具有β－氧化铝结构的高迁移率单价阳离子氧化物；③具有氟化钙(CaF2)结构的高浓度缺陷的氧化物。一些快离子导体导电率和激活能材料电导率σ（Ω-1cm-1）激活能ΔHd(ev)熵变注释阳离子导电α-AgI(146~555℃)1(150℃)0.050.15Bcc碘构架三维导电CuS(>91℃)0.2(400℃)0.255.75Cu缺陷β氧化铝0.35(300℃)0.010.23有效公式11Al2O3(1+x)M2ONa3Zr2Si2PO120.2(25℃)0.276.21交叉隧道的三维结构K2MgxTi6-xO160.02(25℃)0.225.06隧道结构阴离子导电ZrO210%Sc2O30.25(1000℃)0.6514.959％的萤石面心立方结构Bi2O325%Y2O30.16(700℃)0.6013.80纯的氧化锆是从ZrSiO4锆矿中以化学方法提取的具有三种晶体结构：单斜、四方和立方结构

非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料•常见快离子导体材料1立方稳定的氧化锆(CSZ)通过加入低价离子代替部分锆可以把立方晶体结构稳定到室温单斜晶体结构：1170℃以下稳定的；四方晶体结构：1170-2370℃稳定；立方晶体结构：2370℃到熔点2680℃是稳定的。低价位元素取代高价位元素:ZrO2(Y2O3)非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料

立方ZrO2具有萤石的结构，O2-离子排成简单立方。在点阵的1／2处占据着Zr4+间隙原子。低价阳离子置换Zr4+导致O2-离子空位的形成。空位稳定了结构，同样导致在氧的亚晶格中高的迁移率。非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料

稳定氧化锆立方结构的元素:La、Sc、Ir、Mg、Ca、Mn和In。其主要条件是离子半径接近Zr4+的离子半径(r＝84pm)。

--氧化铝是一类非化学计量、通式为M+2O·xA3+2O3(M+=Na+

、K+、Li+、Rb+、Ag+、Cu+、Ga+、Tl+、H3O+、NH4+、H+等；A3+=A13+、Ga3+、Fe3+)的化合物(铝酸盐)的总称，其中x可以是5--11之间的各种数值，当x不同时，可有不同结构。非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料•常见快离子导体材料2

--氧化铝研究最多的两种结构是铝酸钠的两种变体：--A12O3(Na2O·11Al2O3)和"--A12O3(Na2O·5.33Al2O3)。由于M+

在结构的堆积面中扩散，产生很高的离子电导，使--氧化铝簇化合物成为快离子导体中一组重要的材料。

非金属导电材料－快离子导体陶瓷材料•常见快离子导体材料2

--氧化铝二、导电高分子材料

继1977年发现了掺杂型聚乙炔具有类似金属的电导率之后，开始了对导电高分子材料的研究。

与金属相比，导电高分子材料具有重量轻、易形成、电阻率可调节、可通过分子设计合成出具有不同特性的导电性等特点。非金属导电材料－导电高分子材料通过电子或离子导电使高分子本身结构显示导电性，它包括高分子经掺杂后具有导电功能的聚合物，如聚乙炔。含具有吊挂结构或整体结构的聚合物离子导电体；线型共扼聚乙炔等共扼聚合物、聚酞菁类金属螯合型聚合物和高分子电荷转移络合物等电子导电体。结构型导电高分子材料多为半导体材料，由于结构特殊，制备与提纯困难而极少获得实际应用。非金属导电材料－导电高分子材料根据导电原理•导电高分子功能材料的分类结构型复合型通过一般高分子与各种导电填料分散复合、层积复合，使其表面形成导电膜等方法制成，它是靠填充在其中的导电粒子或纤维的相互作用紧密接触形成导电通路而导电的。根据应用又可分为导电塑料、导电纤维、导电橡胶、导电粘合剂和导电涂料等，它们在防静电、消除静电、电磁屏蔽、微波吸收、电器元器件中的电极、按键开关、电子照相、记录材料、面状发热体、净化室墙壁材料、管道等工业和民用的各个方面已经得到了广泛的应用。

1.结构型导电高分子材料

结构型高分子导电材料中，至今只有聚氮化硫(SNfn)可算是纯粹的结构型导电高分子材料，其他的许多几乎是用氧化还原、离子化或电化学方法进行掺杂后才具有较高的导电性。

目前研究较多的是聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、聚噻吩、聚吡咯等。

但是掺杂使得材料的稳定性变差，成膜性降低，所以通过分子设计形成稳定性好、易于成形加工的材料。主要有蓄电池和微波吸收材料。非金属导电材料－导电高分子材料Conductingpolymer–2000NobelPrizeinChemistrypzorbitalsperpendiculartothepolymerbackboneHybridizationbetweenpzorbitalsFormationsofdelocalizedporbitalElectronconductionSemiconducting&Metallic(doping)nPAPPV聚乙烯基吡咯Burroughesetal.Nature347,539(1990)CambridgegroupTangetal.APL51,923(1987)Kodakgroup(1)蓄电池

最有发展前途的是掺杂聚乙炔和掺杂聚苯硫醚。掺杂聚乙炔蓄电池的优点是重量轻、体积小、容量大、能量密度高、不需维修、加工简便等，而其缺点是电极材料和电解液不稳定等。(2)吸波材料

作为吸波材料，可以对导电聚合物的厚度、密度和导电性进行调整，从而可调整材料的微波反射系数和吸收系数，吸收系数可达105cm-1。导电聚合物薄膜重量轻，柔性好，可作为包括飞机在内的任何设备的蒙皮。非金属导电材料－导电高分子材料2.复合型导电高分子材料

复合型导电高分子材料是在通用树脂中加入导电性填料、添加剂，采用一定的成形方法而制得的。

通用树脂主要是聚烯烃，如聚丙稀、聚氯乙烯、ABS以及聚酯类、聚酰胺等。非金属导电材料－导电高分子材料添加剂有抗氧剂、固化剂、溶剂、润滑剂等。

导电填料有金、银、铜、铝等金属粉，铝纤维、黄铜纤维等金属纤维、金属氧化物等。

影响复合型导电高分子材料导电性能的主要因素：填料种类、金属形状、树脂种类、填料分散状态以及导电填料的用量。

一般为了使电阻率小且稳定，选用硬度大、热变形温度高的树脂，并且在一定的温度范围内提高固化温度，延长固化时间。

复合型导电高分子材料有导电胶粘剂、导电塑料、导电薄膜、导电涂料等。非金属导电材料－导电高分子材料非金属导电材料－导电高分子材料导电薄膜一般是在普通塑料薄膜上形成导电层的复合材料，具有透明性和可挠性、重量轻、易加工等优点，可作为电气零件、电子照相、电磁屏蔽等。导电塑料包括以聚烯烃或其共聚物为基础，加入导电填料与抗氧剂及润滑剂等后经混炼加工而成，和用于电线、泡沫塑料等的聚烯烃导电塑料以及导电尼龙等。导电胶粘剂是兼有导电性和粘结性双重性能的胶粘剂，它具有一定的导电性和良好的粘结性能，主要有环氧树脂、酚醛树脂导电胶和某些粘结性能较好的热塑性树脂导电胶等。介电性质电容器的极板间充满电介质时的电容与极板间为真空时的电容之比值称为（相对）介电常数。非金属导电材料－介电材料电介质经常是绝缘体：如陶瓷，云母，玻璃，塑料和各种金属氧化物等。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，使得它的行为象它有更短的波长一样。介电陶瓷

衡量介电材料的最主要的参数是介电常数ε和损耗角δ。非金属导电材料－介电陶瓷介电陶瓷是最主要的介电材料，它在电容器、红外探测器、空气和水的声音探测器等方面有广泛的应用。介电材料的一个非常有用的性质就是它所含有的电子、离子或是分子会因外加电场的介入而极化，从而改变器件的电特性。(a)第一类介电陶瓷材料为具有低介电常数和中等介电常数的陶瓷材料，其损耗因子小于0.003，中等介电常数的变化范围为15～500，其稳态介电常数的温度系数是+100～-2000MK-1。(b)第二类介电陶瓷材料是以铁电材料为主的高介电常数的陶瓷材料，介电常数的变化范围为2000～20000，而且性能随温度、频率、场强的变化程度比第一类介电陶瓷大。其损耗因子一般低于0.03。这类材料的主要优点是具有高的体积因子。(c)第三类介电陶瓷材料的特点为组织中含有导电相。这种性质可以降低电容器中介电材料的厚度至少一个数量级。它的其他特性与第二类相同。非金属导电材料－介电陶瓷介电陶瓷材料有许多优越性能，其相对介电常数变化范围很大，可以从滑石的6到复合铁电材料的20000。按照介电材料的介电常数变化范围，可以分为以下三类：(3)介电陶瓷材料的实际应用主要应用在制造陶瓷电容器和微波介质元件方面(a)温度补偿电容器介电陶瓷:主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质。(b)微波介质陶瓷:主要用于制作微波电路元件，如MgO－SiO2系陶瓷、MgO－CaO－TiO2系陶瓷等。(c)高介高压电容器陶瓷：主要有钛酸锶、钛酸钡和铌酸铅镁陶瓷。应用在电视机、雷达高压电路、断路器等方面。非金属导电材料－介电陶瓷超导材料超导的发现

1911年，荷兰物理学家昂尼斯为检验金属电阻与温度之间的关系的理论公式的正确性，就用水银作试验。将水银冷却到-40℃时，亮晶晶的液体水银变成了固体；然后，他把水银拉成细丝，并继续降低温度，同时测量不同温度下固体水银的电阻，当温度降低到4K时，水银的电阻突然变成了零。超导现象ZeroResistance -NoPowerLossMeissnerEffect -ActasMagnet

CriticalProperties-Tc Jc,Hc

JosephsonEffects-ElectronTunnelling超导材料具有超导特性的材料称为超导材料超导材料的基本特性1．零电阻效应当温度T下降至某一数值以下时，超导体的电阻突然变为零，这就称为超导体的零电阻效应，也称为超导电性。汞在液氦温度附近电阻的变化行为电阻Ω超导临界温度Tc虽然与样品纯度无关,但是越均匀纯净的样品超导转变时的电阻陡降越尖锐。即便是原来处在磁场中的正常态样品，当温度下降使它变成超导体时，也会把原来在体内的磁场完全排出去，即超导体具有完全抗磁性。超导材料的基本特性2．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）迈斯纳效应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。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。磁悬浮现象磁悬浮列车应用超导电性的T--I--H临界面3．超导体的三个特征值临界温度（Tc）、临界电流（Ic

）和临界磁场（Hc

）是“约束”超导现象的三大临界条件。超导材料的基本特性常导态转变为超导态、电阻突然变为零时的温度超导态允许的最大电流维持超导所需的最大磁场强度超导材料只有处在这些临界值以下的状态时才显示超导性，所以临界值越高，实用性就强，利用价值就越高。低温超导体：LowTemperatureSuperconductors(LTC)如V3Si(17.0K),Nb3Sn(18.2K),Nb3Ge(22.2K)高温超导体：HighTemperatureSuperconductors(HTS)氧化物陶瓷，如YBCO,Bi2223中温超导体：IntermediateTemperatureSuperconductors

金属间化合物，MgB2

超导材料3．超导材料的分类在元素周期表相应位置的元素中，有的可由单一元素制成超导材科，但绝大多数超导材料是由多种元素构成的合金、化合物或陶瓷。超导材料的组成元素2223TiV38394041424344SrYZrNbMoTcRu5657-71727374757677BaLa-Lu系HfTaWReOsIr909192ThPaU1314AlSi29303132CuZnGaGe484950CdInSn80818283HgTlPbBi1H4Be8O16S金属、类金属及非金属超导材料

材料临界温度

Tc/K

临界磁场Hc/(A.m-1)材料临界温度

Tc/K

临界磁场Hc/(A.m-1)V5.31.0NbN15.713Pb7.20.8V3Ga16.522Nb9.22.0Nb3Sn18.322Nb-Ti9.312Nb3Al18.932Nb-Zr10.89.1Nb3Ga20.334PbMo6S815.660一些超导材料及Ｔc值超导材料提高超导转变温度（Tc）的历史进程1910193019501970199020406080100120140160Transitiontemperature(K)HgPbNbNbCNbNV3SiNb3SnNb3GeLiquidNitrogen(77K)LiquidMethane

LNG(112K)(La,Ba)Cu)HgBa2Ca2Cu3O9(underpressure)HgBa2Ca2Cu3O9TlBaCaCuOB2223-Bi2Sr2Ca2Cu3OYBCO-YBa2Cu3O7MgB2Tl,Hg…(138K)超导材料高温超导材料的发展

二十世纪八十年代是超导电性探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物一般来说是绝缘物质，因此这个发现意义非常重大，他们获得了1987年的诺贝尔物理学奖。

1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后宣布制成临界温度约为90K的超导材料YBCO。

1988年初日本宣布制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人们终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。

2001年，日本科学家秋光纯发现了临界温度为40K的超导体：MgB2。

虽然现有的高温超导体还必须用液态氮来冷却,这一发现仍被认作二十世纪科学史上最伟大的发现之一.YBCOBi2223MgB2材料Bi2223YBCOMgB2各向异性参数50－1005－72－3超导材料的结构MgBNagamatsuetal.Nature410,63(2001)MgB2超导体是符合电声子作用BCS理论的第二类超导体;临界转变温度Tc≈40K;具有双能隙结构;早在1954年就已合成,但是未发现其超导电性.超导材料－MgB2MgB2超导材料的特点:有希望部分替代LTS&HTSGenerators&MotorsJcEA/cm2B/Tesla1061051041032640

FaultCurrentLimitersCablesTrans-formersCurrentleadsformagnetsBiSrCaCuOtapes@77KYBa2Cu3O7ribbons@77KSuper-conductingenergystorageMgB2

@20KDavidCaplin,CommercialUsesofMagnesiumDiborideSuperconductorintheElectricPowerIndustries.

Cambridge12thApril2002超导材料－MgB212临界温度Tc为传统超导体中最高Jc、Hc较高组成、结构简单，密度小，易于加工和制作3原料容易获得且价格低廉TobedevelopedBi2223Y123MgB2Nb3Sn高温氧化物高温氧化物Tc39KTc最低超导材料－MgB2HyperTechResearchHyperTech公司Ex-situ法连续制备线带材技术60meters,1.2mmMono超导材料－MgB2tubefillingMgB2线带材PIT制备技术现状+BMga)IN-SITUb)+BMgMgB2EX-SITUwiredrawingwirerollingColdWorkinglonglengthsoftape超导材料－MgB2MultifilamentFabricationatHTRElementalPowders+AdditionsMechanicalAlloyingStandardWireDrawingHeatTreatmentMgB2超导材料的应用36filamentsplusCu,NbCTFFinCu----restackedinCuNi18filamentsplusCu,NbCTFFinCu----restackedinCuNi7filaments,FeCTFFinCu----restackedinCuNiStrandArchitectures54filamentsplusCu,NbCTFFinCu----restackedinCuNi高温超导材料的应用MgB2超导材料的应用SuperconductingpropertiesofCNTdopedwires上海大学在MgB2超导材料研究方面的进展应用强磁场技术Jc(H)forMgB2wires0 2 468 Field(T)上海大学在MgB2超导材料研究方面的进展应用强磁场技术导带是π电子,掺入杂质提供导带电子电声子作用使电子局域配对1991A3C60的超导电性超导材料的结构第一个被发现的有机超导体是(TMTSF)2PF6，尽管这种有机盐的超导转变温度只有0.9K，但是，它的发现预示了一个新的超导电性研究领域的出现。超导材料－其他类型超导体有机超导体有机超导体具有低维特性、低电子密度和异常的频率关系，已引起了众多科学家的注意。(TMTSF)2PF6（１）大电流应用（强电应用）：超导发电、输电和储能等（２）电子学应用（弱电应用）：超导计算机、超导天线、超导微波器件等（３）抗磁性应用：磁悬浮列车和热核聚变反应堆等超导材料的应用高温超导材料的用途最早出售的超导线材是Nb--Zr系，用于制造超导磁体。Nb--Zr合金具有低磁场高电流的特点。1965年后被加工性能好、临界磁场高、成本低的Nb--Ti所取代。目前Nb-Ti系合金实用的线材使用最广，Nb--Zr--Ti，Nb--Ti--Ta，Nb--Ti--Zr--Ta用于磁流体发电机大型磁体。超导材料的应用

Nb3Sn和V3Ga是最先引起人们的注意的化合物超导体，其次是Nb3Ga、Nb3Al、Nb3(AlGa)。实际能够实用的只有Nb3Sn和V3Ga两种。其它的化合物因难于加工线材还不能实用。超导材料的应用有望大规模应用的几种超导材料商业化生产:B2223/Ag带材—第一代高温超导材料大规模化研究:YBCO涂层导体—第二代高温超导材料成材研究:MgB2超导材料的应用国外HTS电缆已进入全规模样机验证阶段HTS超导材料的应用The3-phase,75meter10.5kV/1.5kAHTSPowerCableHTS电缆在我国的研发进展9.5MRMB

2003—2005HTS超导材料的应用InsulatedcableEnvelope—300meterHTS超导材料的应用HTS电缆在我国的研发进展OverviewoftheCable

HTS超导材料的应用HTS电缆在我国的研发进展The3-phase,30meter35kV/2kAHTSPowerCable，installedatPujiSubstationnearKunmingHTS电缆在我国的研发进展35MRMB，

2003—2005HTS超导材料的应用

第二节、电阻材料

广义上，凡是利用物质的固有电阻特性来制造不同功能元件的材料都称作电阻材料。⑴调节器、电位器、精密仪器仪表用的精密电阻合金；⑵加热器用的电阻材料;⑶传感器用的电阻合金；⑷电子工业用的膜电阻材料。

第二节、电阻材料

按用途分类①在尽可能宽的温度范围具有低的电阻温度系数TCR，且二次电阻温度系数β值要小，电阻值的时间稳定性好。③直流下使用时要求对铜热电势要小。④良好的加工工艺性能和力学性能。⑤良好的耐磨性、抗氧化性和包漆性能。⑥可焊性好，一般易于(软)钎焊。②对通信等方面的微型仪器仪表必须要求高的电阻率，即ρ>0.2且电阻值的均匀性要好。一.精密电阻合金

电阻材料改良型铁铬铝电阻合金常见的电阻合金镍铜合金改良型镍铬电阻合金贵金属紧密电阻合金锰铜合金

电阻材料合金名称

成分％ρ﹡Ω·mm2/mα×106，1/℃β×106，1/℃ECuμV/℃允许工作温度T，℃锰铜BMn3-1286Cu-12Mn-2Ni0.42～0.48α,-3～+5β<0.61.00～60新锰铜67Mn-33Cu1.880-1.0－康铜BMn40-1.5Cu-40Ni-1.5Mn0.49α＝20，β＝0.14345～500新康铜82.5Cu-12Mn-1.5Fe0.54α,-2～+3.10.9－银锰Ag-7Mn-1.5Sn0.47α＝15－－德银BZr15-2065Cu-1.5Ni-20Zn0.55α＝-31.441506J22(伊文)Ni-20Cr-3Al-2Mn-2Cu-0.3Zr1.33α＝2.7β＝-0.050.251506J23(卡玛)Ni-20Cr-3Al-2Mn-0.5稀土1.37α＝3.5β＝-0.060.26150精密电阻合金成分及性能表ρt=ρ20[1+α(t-20)+β(t-20)2]精密合金电阻精密合金电阻

一.精密电阻合金

电阻材料二.电热器用电阻材料作为电热材料应具备以下性能

电阻材料①高温下具有良好的抗氧化性及化学稳定性；②具有高的电阻率和低的电阻温度系数；③具有良好的加工工艺性能；④具有足够的高温强度；⑤价格低廉。二.电热器用电阻材料－电阻合金

电热器用电阻合金按合金基体可分成三类(1)在较低温度下使用的CuNi合金如康铜合金；(2)Ni基电热合金，包括NiCr，和NiCrFe合金。(3)Fe基电热合金，包括不同A1和Cr含量的FeCrAl合金，其使用温度比Ni基电热合金高。

电阻材料Ni基电热合金成分及特点名称化学成份(%)用途及特点最高工作温度(℃)NiCrFeMnNi80Cr20合金78~8020~22<1.50~2普遍使用的高耐热的合金1100~1150Ni70Cr20Fe8合金702082高耐热的合金1050~1100Ni60Cr15Fe20合金60~6312~1520~230~2最易加工、价格低廉1050~1100Ni50Cr30Fe15合金50~5230~3311~152~3制造厚带合粗线的高耐热的合金1200~1250

电阻材料电热陶瓷材料的特点：耐高温、成本低、易于加工成管状和棒状。

常见的陶瓷材料有：碳化硅(SiC)、二硅化钼(MoSi2)、铬酸镧(LaCrO3)和锡氧化物(SnO2)等。

电阻材料二.电热器用电阻材料－电热陶瓷烧结SiC自键合SiC硅化石墨温度(℃)标称电阻百分率碳化硅电阻－温度关系曲线三.热敏电阻材料热敏电阻材料分为合金和半导体陶瓷两类：(1)热敏电阻合金：具有电阻温度系数很大、电阻值与温度成线性、电阻值的温度稳定性好等特点，被广泛应用于航天航空器中的大气温度加热器和电褥、电熨斗等家用电器上。(2)热敏电阻类半导体陶瓷材料：有电阻随着温度升高而增大的正电阻温度系数PTCR型和电阻随温度升高而减小的负电阻温度系数NTCR型两种。它们属于铁电陶瓷，具有居里温度点Tc。

电阻材料热敏电子合金化学成分合金牌号Cr(%)V(%)Ni(%)Co(%)Al(%)Fe(%)Ni50Co10Fe————50～5210～11——余Cr20V10Fe10～2010～20——————余Co80VFe——1～2——80——余Ni30Cr18Fe16～18——30～32————余Ni90Cr1010——90——————Co85CrAlFe1～2————851～2余Ni60Fe————56～60————余Cr19Ni9Fe18～20——8～10.5————余

电阻材料四.膜电阻材料

膜电阻材料包括厚膜电阻材料和薄膜电阻材料膜电阻材料特点是：体积小、重量轻、性能好、可靠性高、便于混合集成化等。

电阻材料区别在于成膜工艺方法：前者用厚膜杂化制备，后者用真空镀膜工艺制备。(一)、厚膜电阻材料

厚膜电阻材料统称为厚膜电阻浆料，一般由导体粉料、玻璃粉料和有机载体组成。

导体粉料如金属、金属氧化物、金属盐类、合金等，要求粒度在0.2～2.0μm范围内，其作用是在电阻浆料经高温烧结后能保证电阻膜体的导电性能。

玻璃粉料一般采用硼硅铅系玻璃，保证形成的电阻膜体与基体之间的粘附。

有机载体作用是把导体粉料和玻璃粉料或其他固体粉料混合均匀并分散成膏状浆料，以便达到所要求的丝网印刷性能。

电阻材料

厚膜电阻材料被广泛用灭制造电阻网络、阻容功能模块、混合集成电路等各种元器件。

成分配比范围(重量％)

导体粉料10～5060～90

玻璃粉料90～50有机载体溶剂80～9540～10增稠剂及其它20～5厚膜电阻浆料各成分配比范围

电阻材料(二).薄膜电阻材料

薄膜电阻材料分为(镍铬系及钽系)金属薄膜电阻和金属陶瓷系氧化物薄膜电阻两大类。

薄膜电阻材料通常采用真空镀膜工艺(蒸发、溅射等)制成，它相对于块状电阻材料，其电阻率更高、电阻温度系数可以控制得更小，膜层性能与其制作工艺和结构密切相关。

电阻材料

金属薄膜电阻通常是把Cr、Ni、Ti、Pd、Ta、W等纯金属或它们的合金蒸镀沉积在玻璃或陶瓷基片上而成，分为Ni－Cr系或Ta系，厚度在10nm以下。Ni－Cr的电阻温度系数小、稳定性好、噪声系数小、制造工艺简单，特别适合制作中阻值的精密薄膜电阻。Ta系具有自钝化性、可用阳极法调整阻值、能用同种材料制作薄膜电阻和电容使二者的温度系数互相补偿等你优点。

电阻材料电阻材料的发展方向①普遍使用的高精度、高可靠性、在大温度范围内稳定的高电阻；②数控和数字显示用的高频特性好、电阻温度系数小的膜电阻；③宇航、军事、科研等极低温下用的电阻材料；④把电阻材料的发展与电阻元件的制造工艺融为一体的技术；⑤非晶态电阻材料。BACK

电阻材料

第三节、半导体材料

晶体中导电载体p型半导体占主导作用空穴n型半导体占主导作用电子

本征半导体中电子和空穴的数目很接近，其行为仅仅由固有性质所决定。杂质与缺陷影响半导体的性能掺杂决定性作用半导体的导电类型及其特性

半导体材料

半导体材料元素半导体化合物半导体有机物半导体玻璃半导体非晶半导体半导体陶瓷按照组成

半导体材料半导体材料分类156系列单晶硅太阳电池组件

半导体材料一.元素半导体如B、C(金刚石)、Si、Ge、α－Sn、P、As等。但是其中有些的性能不稳定，只有Se、Ge和Si才真正用于半导体器件的制作，Si和Ge成为当前的主要元素半导体。

实际用的Si、Ge元素半导体大多数为掺杂后的非本征半导体，它们通常是掺入少量的ⅢA或ⅤA族元素后变成p型或n型半导体。分子束外延

金属有机物化学气相沉积

两种不同掺杂