1、光电功能材料光电功能材料 刘刘 磊磊Email:Email:开课学期：秋季 总学时：48学时 学分：3课程名称：光电功能材料英文名称：Advanced Functional Materials(Optoelectronic Functional Materials)教学方式：课堂讲授 考试方式：闭卷考试参考教材：周馨我 主编，功能材料学，北京理工大学出版社，北京，2002年。李玲等，功能材料与纳米技术，化学工业出版社，2002年课程介绍课程介绍重点：光电功能材料 功能材料的概况 电功能材料 内容 光功能材料 光电功能薄膜材料内容提要目录目录1.1.功能材料发展概论功能材料发展概论 1.1 1.
2、1 功能材料的定义与分类功能材料的定义与分类 1.2 1.2 功能材料的发展历史与趋势功能材料的发展历史与趋势2.2.电功能材料电功能材料 2.1.2.1.导电材料导电材料 2.2 2.2 半导体材料半导体材料 2.3 2.3 介电材料（电介质）介电材料（电介质）2.4.2.4.铁电材料铁电材料（强极性电介质）（强极性电介质）2.5 2.5 超导材料超导材料 2.6 2.6 电功能材料的研究进展电功能材料的研究进展 3.3.光功能材料及器件光功能材料及器件 3.1.3.1.激光材料激光材料 3.23.2非线性光学材料非线性光学材料 3.3.3.3.发光材料发光材料 3.4 3.4 光电显示材料
3、光电显示材料 3.4.3.4.光纤材料光纤材料 3.5.3.5.光伏材料与太阳能电池光伏材料与太阳能电池 3.7.3.7.纳米材料纳米材料 3.8.3.8.其他光功能材料其他光功能材料4.4.光电功能薄膜的制备光电功能薄膜的制备 4.1 4.1 功能膜材料特点功能膜材料特点 4.2 4.2 光电功能膜材料制备光电功能膜材料制备 4.3 4.3 典型光电功能膜典型光电功能膜总结（答疑）总结（答疑）第一章 功能材料的发展概况1.1.功能材料的定义与分类功能材料的定义与分类 MaterialsMaterials：“Materials is the stuff Materials is the stu
4、ff from which a thing is made for using”from which a thing is made for using”材料：材料：“材料是可制造有用物品的素材材料是可制造有用物品的素材”“材料科学材料科学”主要包括物理、化学、生物主要包括物理、化学、生物等学科内容等学科内容材料材料(用途用途)结构材料（结构材料（Structural Materials 宏观力学性能）宏观力学性能）功能材料（功能材料（Functional Materials 微观性能）微观性能）结构材料结构材料：能承受外加载荷而保持其形状和结：能承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料。如建
5、筑材料，机器制造材料等，构稳定的材料。如建筑材料，机器制造材料等，它具有优良的力学性能，在物体中起着它具有优良的力学性能，在物体中起着“力能力能”的作用的作用功能材料功能材料：美国：美国Bell Bell Lab,JLab,J A Morton 1965 A Morton 1965年年提出提出“具有优良的电学、磁学、光学、热学、具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料的功能，被用于非结构目的的高技术材料”Cu,Cu,Fe Fe等等材材 料料(属性属性)金属材料金属材料无机非金属材料（包
6、括陶瓷材料）无机非金属材料（包括陶瓷材料）有机材料（包括高分子材料）有机材料（包括高分子材料）复合材料复合材料材材 料料(形态形态)晶体材料晶体材料液晶材料液晶材料非晶态材料非晶态材料纳米材料纳米材料材材 料料(功能功能)物理功能材料：光、电、热、磁、声等物理功能材料：光、电、热、磁、声等化学功能材料：感光、催化、防腐等化学功能材料：感光、催化、防腐等生物功能材料：仿生、医药等生物功能材料：仿生、医药等功能转换材料：光电、磁光、热电等功能转换材料：光电、磁光、热电等单功能材料：电功能材料、光功能材料等单功能材料：电功能材料、光功能材料等导电材料导电材料半导体材料半导体材料介电材料介电材料铁电材
7、料铁电材料超导材料超导材料电功能材料电功能材料光功能材料光功能材料激光材料与非线性光学材料激光材料与非线性光学材料发光材料发光材料光纤材料光纤材料太阳能材料太阳能材料软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料(永磁材料永磁材料)磁功能材料磁功能材料多功能材料：如铁电材料（电光、声光、磁光、多功能材料：如铁电材料（电光、声光、磁光、光致色变材料）光致色变材料）战机舰船导弹火箭人造卫星战车高速列车汽车高层建筑2.2.功能材料的发展历史与趋势功能材料的发展历史与趋势旧石器时代：旧石器时代：100100万年前万年前新石器时代：新石器时代：1 1万年前万年前陶器：陶器：8000-90008000-9000年前年前
8、人面鱼纹彩陶盆(新石器时代七千年前仰韶文化)高16.5厘米 口径39.5厘米20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土现藏中国历史博物馆 唐三彩：盛行于唐代的陶器，以黄、褐、绿为基本釉色。中国商代晚期（5000年前）的青铜器。1939年于河南安阳出土。因腹内壁铸有“司母戊”三字而得名。其合金成分为：铜84.77，锡11.44，铅2.76，其他0.9 河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年（公元953年），距今已有一千多年的历史 18世纪英国瓦特发明的第一台蒸汽机-产业化革命的开始中国1882年1829年英国人乔治史蒂芬森制造蒸汽机车 1831 英国 法拉第(Farady,1791-1867)发现电磁感应现
9、象 1832 法国 必柯锡(Picosi,1808-1835)利用电磁感应现象制成发电机19世纪发明了电动机（1834年德国的雅可比发明直流发动机，1888年南斯拉夫裔美国人特斯拉发明了交流电动机），对材料的发展提出了更高的要求。有机及高分子材料的发展有机及高分子材料的发展19091909年的酚醛树脂年的酚醛树脂19201920年的聚苯乙烯年的聚苯乙烯19311931年的聚氯乙烯年的聚氯乙烯19411941年的尼龙年的尼龙复合材料复合材料天然复合材料如木材、皮革、竹子等天然复合材料如木材、皮革、竹子等人工复合材料，如泥土中混入碎麻或麦秆人工复合材料，如泥土中混入碎麻或麦秆用以建造房屋，钢筋水泥
10、也就是脆性材料用以建造房屋，钢筋水泥也就是脆性材料与韧性材料的复合材料。与韧性材料的复合材料。纳米材料，纳米材料，1986年年1906年，美国无线电工程师福雷斯特制成了世界上第一只具有放大作用的真空三极电子管，从而出现了无线电技术、电视机、电子计算机。半导体材料半导体材料1946年，美国物理学家莫奇利任总设计师，研制成功世界上第一台电子管计算机ENIAC(图中左为莫奇利）第一台电子管计算机(ENIAC)占地170m2，重30t，有1.8万个电子管，用十进制计算，每秒运算5000次 1947年第一只晶体管诞生(Bell Lab)1958年发明了集成电路(IC)，1964年，美 国IBM公司研制成
11、功第一个采用集成电路的通用电 子 计 算 机 系 列IBM360系统 硅芯片表1-1 硅片的表面均匀度指标参数时间（年）2005200820112018IC工艺/nm80574018颗粒大小/nm503525?表1-2 超大规模集成电路光刻技术长期目标(ITRS,2003)投产时间2010 2013 2016 2018动态存储器（DRAM）半周期尺度/nm45322218微处理器门电路栅极长度/nm181397Optical fiber communication systemMulti-plexerElectro-optical conversionLaser diodeAmplifierP
12、hotodiodeOpto-electronic ConversionDemulti-plexerOptical fiber光纤通讯（1970-）电子学光电子学光子学 20世纪 21世纪表1-3.材料与人类文明的进步标志时间10000年前5000年前3000年前20世纪中叶现在与将来时代石器青铜器铁器电子材料 光电子与光子材料代表石镞商代司母戊鼎沧州铁狮子晶体管与硅芯片光纤1.游效曾 著，分子材料光电功能化合物，上海科学技术出版社，上海，2001年。2.黄春辉，李富友，黄岩谊 著，光电功能超薄膜，北京大学出版社，北京，2001年3.冯端，师昌绪，刘治国 主编，材料科学导论，化学工业出版社，北京，2002年。4.干福熹 主编，信息材料，天津大学出版社，天津，2000年。5.马如璋 蒋民华 徐祖雄 主编，功能材料学概论，冶金工业出版社，北京，2006。参考书6.殷景华，王雅珍，鞠刚 主编，功能材料概论，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨，2002年。7.吴锦雷 编著，纳米光电功能薄膜，北京大学出版社，北京，2006年。8.黄春辉，李富友，黄维 著，有机电致发光材料与器件导论，复旦大学出版社，上海，2005年。9.李玲，向航 编著，功能材料与纳米材料，化学工业出版社，北京，2002年。10.李文连 著，有机/无机光电功能材料及其应用，科学出版社，北京，2005年。参考书
