当前材料研究热点.ppt
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1、当前新材料研究热点领域:,信息技术领域与信息材料 世所公认,我们当前是处于信息时代, 即以信息技术为时代特征。信息技术主要是指信息的获取、传递、处理、存储、显示等技术,包括微电子技术,光电子技术,计算机技术,软件技术,通讯技术,辐射成像技术,高清晰度电视技术等,以这些技术为基础,互相交叉,形成现代信息高技术和产业。,这些技术的发展的基于种种新型材料,这些材料主要包括: 半导体材料和集成电路、微电子工业 激光材料与非线性光学材料 信息传感与传感器技术材料 半导体发光材料、液晶显示材料与感光材料 信息传输材料:石英光纤,非氧化物玻璃纤维,有机聚合物光纤 信息存储材料:磁记录材料、磁光记录材料、光存
2、储材料,新型半导体材料与大规模三维集成电路,元素半导体和化合物半导体:Si, Ge,金刚石, IIIV、IIVI族化 合物单晶硅Si材料,直径,1970年50mm;1985年150mm; 2000 年225mm集成电路集成度:1987年 100万晶体管/平方厘米,2000 年1000万(1024K)IBM预测, 2007年, 设计线宽将达到0.01 微米, 芯 片上可集成10亿晶体管 GaAs为第二代半导体, 可在300-500 使用, 运算频率可达2000 Mhz而 Si 仅可工作在250以下,频率仅为300 MHz GaN为第三代化合物半导体 ,工作放热有可能使电路失效, 发展高热导的II
3、型金刚石是个方向 CVD法金刚石薄膜和AlN薄膜,将有效的提高了集成度 三维电路要求高性能衬底材料和高热导封装材料的研发 铁电-Si微集成系统, 具有良好系统功能, 成为当前的研制热点,信息传输光纤材料,多模光纤、新型色散补偿光纤与色散管理光纤、稀土掺杂光纤和高聚合物光纤和其他特种微气孔光纤或微结构光纤;特别是光纤预制棒制造技术是光纤制造技术的核心,也一直是我国光纤产业发展的最薄弱环节,新型能源材料,目前地球上的主要能源化石燃料(煤、石油、天然气等)存在的主要问题是: 利用效率低 应用技术落后,对环境造成污染(烟尘、有害气体等) 未开采的储量已经不多,终将消耗,因而,开发新能源和节能技术是当前
4、始终如一的研究课题, 涉及种类繁多的新材料: 核能技术材料(陶瓷核燃料,核反应堆容器材料) 储氢材料(SmCo5,NbTi合金) 燃料电池材料(电解质、阴极、阳极、连接材料、密封材料) 风力发电设备材料(高强度轻质复合材料) 太阳电池材料(Si,aSi, CdSe, GaAs) 超导输电线材料 镍氢电池、锂离子电池相关材料 ,固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置,比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率和节能效果,可减少二氧化碳排放 50%,不产生NOx,已成为发达国家重点研究开发的新能源技术。但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达800900,其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃
5、料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有: a)高性能电极材料及其制备技术; b)新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术; c)电池结构优化设计及其制备技术; d)电池的结构、性能与表征的研究。 固体氧化物燃料电池的研究十分活跃,关键是电池材料,如固体电解质薄膜和电池阴极材料,还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等,都是目前研究的热点。,固体氧化物燃料电池材料,固体氧化物燃料电池(SOFC)工作原理,阳极,氧离子固体电解质,阴极,内重整,CH4,H2O,CO,CO2,H2,H2O,O2,电子,固体氧化物燃料电池的结构(1),固体氧化物燃料电池的结构(2),自支撑型平板式SOFC,
6、单晶硅,多晶硅,非晶硅太阳电池材料; IIVI族化合物半导体太阳电池材料:ZnSe, CdTe。要求:研制出光电转换效率大于 18%的低成本、大面积、可商业化的硅基太阳能电池及其组件。 IBM公司研制的多层复合太阳能电池,转换率高达40%。 太阳能的综合利用 (光电、热电、热交换)及其与风力发电的耦合技术;建立总体利用效率达15%的追尾聚集光式太阳能光电、热电、热交换系统并实用化,建立太阳能综合利用与风力发电耦合的实用型分布式地面电站,并可并网供电。,太阳能利用技术,以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化,在核磁共振人体成像(NMRI)、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得
7、了应用;但是,由于常规低温超导体的临界温度太低,必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用,因而严重地限制了低温超导应用的发展。 高温氧化物超导体,把超导应用温度从液氦( 4.2K)提高到液氮(77K)温区。能够用来产生20T以上的强磁场,这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系,一些材料科学研究领域最新的技术和手段,如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体,其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。,超导材料,作为高技术重要组成部分
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