材料科学信息材料公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

信息材料制作人：张 时间：年11月24日I n f o r m a t i o n m a t e r i a l第1页第1页信息材料信息材料信息技术信息技术信息简介信息简介FIRSTTHIRD目 录ASECOND第2页第2页信息简介信息简介FIRST第3页第3页在自然界，宇宙中射电源不断地向宇宙空间发射电波。这种电波是射电源存在信息花卉应季荣衰是寒暑交替信息，通过天气预报获取气象信息，能够合理地安排生产、生活。人们通过电视、电话、报刊等各种媒体，每时都在获取、加工、传递、利用大量信息在学校工作中，采集学习材料、学习文献是获取信息；处理相关调查数据是处理信息；得出结论并公布消息是传递信息信息简介T 可见，信息起源于客观世界，范围广大，含有一定利用价值，可通过载体为人们所获知，用来指导人类结识世界、改造世界第4页第4页广义上，信息是客观事物相联系，反应客观事物运动状态，通过 一定物质载体被发出、传递和感受，对接受对象思维产生影响并用来指导接受对象行为一个描述可通过文字、图像、声音、符号、数据等为人类获知知识。本质上，信息是反应现实世界运动、发展和改变状态及规律信号与消息。T信息含义信息含义第5页第5页信息技术信息技术SECOND第6页第6页广义而言广义而言，信息技术是指能充足利用与扩展人类信息器官功效各种办法、工具与技能总和。该定义强调是从哲学上阐述信息技术与人本质关系。中义而言中义而言，信息技术是指对信息进行 采集、传播、存储、加工、表示各种技术之和。该定义强调是人们对信息技术功效与过程普通理解。狭义而言狭义而言，信息技术是指利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备及软件工具与科学办法，对文图声像各种信息进行获取、加工、存储、传播与使用技术之和。该定义强调是信息技术当代化与高科技含量。基本含义T第7页第7页信息材料信息材料THIRD第8页第8页123信息材料定义信息材料就是指与当代信息技术相关、用于信息获取、存储、处理、传播和显示材料。当代信息技术对各种信息搜集、存储、处理、传递和显示是通过各种信息功效器件来实现，而信息功效器件又是以各种信息材料为主构成。信息处理材料是制造信息处理器件如晶体管和集成电路材料。当前使用最多是硅。砷化镓也是一个主要信息处理材料。信息材料T第9页第9页信息获取材料信息获取材料1234信息传播材料信息储存材料信息显示材料信息材料T5 信息处理材料 信息获取传感器信息获取传感器 信息传播光纤信息传播光纤 信息存储器信息存储器 信息显示器信息显示器第10页第10页信息搜集材料是指用于信息传感和探测一类对外界信息敏感材料在外界信息如力、热、光、磁、电、化学或生物信息影响下，这类材料物理或化学性质(主要是电学性质)会发生相应改变，通过测量这些改变可以便准确地探测、接受和理解外界信息改变。信息传感材料主要包括力敏传感材料、热敏传感材料、光敏传感材料、磁敏传感材料、气敏材料、湿敏材料、压敏材料、生物传感材料等。信息获取材料T第11页第11页热敏传感材料是指对温度改变含有灵敏响应材料,主要是电阻随温度明显改变半导体热敏电阻陶瓷。依据电阻温度系数正负，可分为正温度系数(BaTiO3、V2O5为基热敏陶瓷)和负温度系数(过渡金属氧化物为基热敏陶瓷)热敏材料两类。热敏传感材料T热敏热敏PTCPTC传感器传感器 热敏热敏NTCNTC传感器传感器 第12页第12页湿敏材料是指电阻值随环境温度增长而明显增大或减少一些材料。当前，陶瓷湿敏材料和高分子湿敏材料应用较多。陶瓷湿敏材料主要有MgCr2O3系、ZnCr2O3系和MnWO4、NiWO4等。高分子湿敏材料是指吸湿后电阻率或介电常数会发生改变高分子电解质膜，如吸湿性树脂、硝化纤维系高分子膜。湿敏材料T高分子湿敏元件高分子湿敏元件陶瓷湿敏元件陶瓷湿敏元件第13页第13页气敏材料是对气体敏感，电阻值会随外界气体种类和浓度改变材料，如SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2、TiO2和WO2等n型或p型金属氧化物半导体。气敏材料用于制作气敏传感器，吸附气体后载流子数量改变将造成表面电阻率改变，进而对气体种类和浓度进行探测。气敏传感材料T第14页第14页磁敏电阻材料是指含有磁性各向异性效应磁敏材料。这类材料在磁化方向平行电流方向时，阻值最大；在磁化方向垂直于电流方向时，阻值较小。改变磁化方向与电流方向夹角，即可改变磁敏电阻材料阻值。强磁性簿膜磁敏电阻材料主要是NiCo和NiFe合金薄膜，可制备磁敏二极管或三极管，灵敏度高、温度特性好，可用于磁场测量。磁敏电阻材料T磁敏直线位移传感器磁敏直线位移传感器 磁敏电阻器磁敏电阻器第15页第15页信息传递材料是用于各种通信器件能够用来传递信息材料。它类别诸多，其中光纤通信、微波通信和GSM蜂窝移动电话通信是当前使用最为广泛一些通信方式，这里主要简介光纤材料。信息传递材料T第16页第16页光纤通信则是将记录声音电信号变成光信号，通过玻璃纤维把光信号传播到对方，最后又把光信号转变成电信号。光纤通信具有通信容量大，节省铜资源等长处，成为21世纪通信主流技术，光纤材料也成为重要光传播材料。光导纤维T第17页第17页光导纤维T光纤是由折射率高光纤是由折射率高纤芯纤芯和折射率低和折射率低包层包层构成圆柱形光波导介质。构成圆柱形光波导介质。纤纤芯芯是是将将入入射射光光线线传传播播到到接接受受端端，芯芯和和包包层层交交界界面面(折折射射率率差差)使使光光线无法透过，构成光壁，确保芯导光线无法透过，构成光壁，确保芯导光。要要使使光光线线在在芯芯部部正正常常导导光光，须须使使入入射射光光线线在在纤纤芯芯和和光光壁壁间间产产生生全全反反射射，如如A A所所表表示示。当当入入射射光光线线发发生生光光折折射射，无无法法实实现现光光导导，如如图所表示。图所表示。第18页第18页 石石英英光光纤纤含含有有资资源源丰丰富富、化化学学性性能能稳稳定定、膨膨胀胀系系数数小小等等长长处处，是是当当前前得得到到大大规规模模应用光纤。应用光纤。光光纤纤纤纤芯芯是是纯纯度度达达到到99.9999%SiO99.9999%SiO2 2，其其余余成成份份为为改改变变材材料料折折射射率率很很少少许许掺掺杂杂，如如GeOGeO2 2、P P2 2O O5 5、B B2 2O O3 3、含氟化合物等。、含氟化合物等。外包层是由纯石英和掺氟低折射率材料构成外包层是由纯石英和掺氟低折射率材料构成。石英光纤T第19页第19页 在在通通信信和和图图像像传传播播方方面面，高高分分子子光光导导纤纤维维应应用用日日益益增增多多，工工业业上上用用于于光光导导向向器器、显显示示盘盘、标标识识、开开关关类照明调整、光学传感器类照明调整、光学传感器等。等。光光纤纤透透光光性性好好，传传播播中中损损耗耗较较低低、容容量量大大、抗抗干干扰扰、保保密密性性好好、重重量量轻轻、抗抗潮潮湿湿及及抗抗腐腐蚀蚀等等特特点点，广广泛泛应应用用于于长距离通信，如海底光缆等长距离通信，如海底光缆等。光纤应用光纤应用T 医学应用医学应用光导纤维内窥镜可导入光导纤维内窥镜可导入心脏和脑室，测量心脏中血压、血液心脏和脑室，测量心脏中血压、血液中氧饱和度、体温等。用光导纤维连中氧饱和度、体温等。用光导纤维连接激光手术刀已在临床应用，并可用接激光手术刀已在临床应用，并可用作光敏法治癌。作光敏法治癌。第20页第20页信息存储材料是指用来制作各种信息存储器一些能够统计和存储信息材料在外加物理场（如电场、磁场、光照等）影响下，信息存储材料发生物理或化学改变，实现对信息存储假如储存材料在一定强度外场作用下，能快速从改变后状态返回原先状态，那么这种储存是可逆主要简介磁光储存材料，全息存储材料01020304信息存储材料信息存储材料T第21页第21页 磁统计材料可以便地进行数据存储和读取工作。磁性存贮器含有容量大、成本低等长处；磁统计装置可将统计下来信号进行放大或缩小，使科研中数据处理更为以便灵活；磁卡可用于存取款、图书保留以及乘坐交通工具票证等，以便人们生活。磁统计材料光存储材料 将要存储信息、模拟量或数字量，通过调制激光聚焦到统计介质上，使介质光照微区发生物理或化学改变实现统计，这就是信息写入。读出信息时，低功率密度激光扫描信息轨道，反射光通过光电检测器检测、解调取出所要信息。磁光存储材料T第22页第22页 磁光存储材料T高存储密度：普通光盘单面可存储640兆字节；高密度DVD光盘容量在8G以上。非接触式读、写信息：非接触式读、写不会让光学头或盘面磨损、划伤，并能自由更换光盘。长存储寿命：磁盘存储信息普通为2-3年，光盘存储信息寿命至少在以上。低信息位价格：光盘(或衬盘)易于大量复制，容量大，因此存储单位信息价格低廉。第23页第23页 这种技术利用了人类掌握激光技术，让用户拍摄出完整三维影像成为可能，真实反应了拍摄物体全部信息，而不是过去只表达物体一面二维数据。在基础原理上，全息存放与全息摄影完全相同，一样是利用了光干涉原理。与其它存放技术不同，全息存放技术并不但仅利用介质表面，它经过在整个存放介质内统计干涉图案来存放数据，这些干涉图案是由两束激光在某种晶体上相交来改变材料光学特性所形成。特点：（1）存放密度高，容量大。（2）数据传输速率高和存取时间短（3）高冗杂度（4）存放可靠性高全息存储材料T第24页第24页 信息显示材料主要是指用于阴极射线管和各类平板显示器件一些发光显示材料。按照显示原理分类、信息显示材料主要可分为液晶显示材料(LCD)、等离子体显示材料(PDP)、阴极射线管显示材料(CRT)、场发射显示材料(FED)、真空荧光显示材料、无机电致发光显示材料和有机电致发光显示材料等。信息显示材料T第25页第25页123液晶显示材料液晶显示材料(LCD)T液液晶晶含含有有晶晶体体同同样样各各向向异异性性，也也含含有有液液体体流流动动性性。在在分分子子序序列列中中，液液晶晶分分子子含含有有和和一一维维和和二二维维远远程程有有序序，介介于于抱抱负负液体和晶体之间。液体和晶体之间。液液晶晶流流动动性性表表明明液液晶晶分分子子间间作作用用力力微微弱弱，改改变变液液晶晶分分子子取取向向排排列列所所需需外外力力很很小小，几几伏伏电电压压就就可可改改变变，因因此此液液晶晶显显示示含有低电压、微功耗特点含有低电压、微功耗特点；液液晶晶分分子子结结构构决决定定液液晶晶含含有有较较强强各各向向异异性性，稍稍微微改改变变液液晶晶分子取向就能明显改变液晶光学和电学性能。分子取向就能明显改变液晶光学和电学性能。第26页第26页 液晶显示材料T液晶分子排列方式也能够影响液晶性能。液晶分子按照排列方式不同，可分成近晶相、向列相和胆甾相三大类液晶相和分子排列：液晶相和分子排列：(a)(a)向列相，向列相，(b)(b)胆甾相，胆甾相，(c)(c)近晶相近晶相第27页第27页液晶分子排列方式T近近晶晶相相：棒棒状状分分子子分分层层排排列列，分分子子在在层层内内按按分分子子长长轴轴方方向向互互相相平平行行，可可垂垂直直或或倾倾斜斜于于层层平平面面。分分子子只只能能在在层层内内转转动动或或滑滑动动，不不能能在在层层间间移移动动。这这类类液液晶晶粘粘度度很很大大，普普通通不不用用于液晶显示。于液晶显示。向向列列相相：棒棒状状分分子子不不分分层层，分分子子能能够够转转动动，向向各各个个方方向向滑滑动动，只只在在分分子子长长轴轴方方向向保保持持平平行行排排列列。这这类类液液晶晶粘粘度度较较小小，流动性较好流动性较好，是显示用液晶主要类型。，是显示用液晶主要类型。胆胆甾甾相相：棒棒状状分分子子分分层层排排列列，层层内内分分子子互互相相平平行行，相相邻邻两两层层分分子子长长轴轴方方向向略略有有改改变变，旋旋转转一一定定角角度度，分分子子沿沿层层法法线线方向排列成螺旋状结构。方向排列成螺旋状结构。第28页第28页应用实例T第29页第29页信息处理材料T信息处理材料信息处理材料是指用于对电信号或光信号进行检波、倍频、是指用于对电信号或光信号进行检波、倍频、混频、限幅、开关、放大等信号处理一类信息材料，混频、限幅、开关、放大等信号处理一类信息材料，主要主要有有Si Si、GeGe等半导体材料，等半导体材料，GaAsGaAs系列、系列、InPInP系列、系列、GaNGaN系系列半导体材料，列半导体材料，SiOSiO2 2等氧化物材料，微波铁氧体材料等。等氧化物材料，微波铁氧体材料等。碳化硅材料碳化硅材料硅材料硅材料第30页第30页单晶硅TSi Si是是单单一一元元素素半半导导体体，含含有有力力学学强强度度高高，结结晶晶性性能能好好等等特特点点，在在自自然然界界中中有有丰丰富储量。富储量。自自然然界界中中石石英英砂砂、硅硅酸酸盐盐不不含含有有半半导导体体性性质质，其其中中含含有有大大量量杂杂质质，须须通通过过提纯才干显示半导体性质。提纯才干显示半导体性质。电电子子级级硅硅通通常常含含有有多多晶晶结结构构，大大大大减减少少电电子子运运动动速速度度和和寿寿命命，严严重重影影响响器器件频率特性，件频率特性，需把硅拉制成单晶形式需把硅拉制成单晶形式。第31页第31页碳化硅T 军军事事工工业业、飞飞机机发发功功机机和和宇宇航航等等产产业业要要求求研研制制在在500-600500-600范范围围内内工工作作电电子器件。子器件。半半导导体体Si Si器器件件工工作作温温度度一一股股不不超超出出200200。为为提提升升半半导导体体器器件件工工作作温温度度，应应选选禁禁带带大大，高高温温性性能能稳稳定定SiCSiC高高温温半半导导体体材材料料，能能隙隙宽宽度度在在2.39eV2.39eV至至3.33eV3.33eV范范围内改变。围内改变。第32页第32页谢谢观看Thank you for watching第33页第33页