光电功能材料课程-1

《光电功能材料》刘磊Email:[e-mail]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：AdvancedFunctionalMaterials(OptoelectronicFunctionalMaterials)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1.功能材料发展概论1.1功能材料的定义与分类1.2功能材料的发展历史与趋势2.电功能材料2.1.导电材料2.2半导体材料2.3介电材料（电介质）2.4.铁电材料（强极性电介质）2.5超导材料2.6电功能材料的研究进展3.光功能材料及器件3.1.激光材料3.2．非线性光学材料3.3.发光材料3.4光电显示材料3.4.光纤材料3.5.光伏材料与太阳能电池3.7.纳米材料3.8.其他光功能材料4.光电功能薄膜的制备4.1功能膜材料特点4.2光电功能膜材料制备4.3典型光电功能膜总结（答疑）第一章功能材料的发展概况1.功能材料的定义与分类Materials：“Materialsisthestufffromwhichathingismadeforusing”材料：“材料是可制造有用物品的素材”“材料科学”主要包括物理、化学、生物等学科内容材料(用途)结构材料（StructuralMaterials宏观力学性能）功能材料（FunctionalMaterials微观性能）结构材料：能承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料。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“力能”的作用功能材料：美国BellLab,JAMorton1965年提出“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的功能，被用于非结构目的的高技术材料”Cu,Fe等材料(属性)金属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）复合材料材料(形态)晶体材料液晶材料非晶态材料纳米材料材料(功能)物理功能材料：光、电、热、磁、声等化学功能材料：感光、催化、防腐等生物功能材料：仿生、医药等功能转换材料：光电、磁光、热电等单功能材料：电功能材料、光功能材料等导电材料半导体材料介电材料铁电材料超导材料电功能材料光功能材料激光材料与非线性光学材料发光材料光纤材料太阳能材料软磁材料硬磁材料(永磁材料)磁功能材料多功能材料：如铁电材料（电光、声光、磁光、光致色变材料）材料的用途（铝合金）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.功能材料的发展历史与趋势旧石器时代：100万年前新石器时代：1万年前陶器：8000-9000年前人面鱼纹彩陶盆(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1909年的酚醛树脂1920年的聚苯乙烯1931年的聚氯乙烯1941年的尼龙复合材料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。纳米材料，1986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(BellLab)1958年发明了集成电路(IC)，1964年，美国IBM公司研制成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2010201320162018动态存储器（DRAM）半周期尺度/nm45322218微处理器门电路栅极长度/nm181397OpticalfibercommunicationsystemMulti-plexerElectro-opticalconversionLaserdiodeAmplifierPhotodiodeOpto-electronicConversionDemulti-plexerOpticalfiber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