新材料与社会进步总结

第一节主要讲到材料的重要性，科学技术发展需要新一代的信息材料，生物生物材料，高端装备制造要新型结构材料，新能源需要发展能源材料，新能源汽车需要发展新型电池即电池材料，重点讲到能源材料新能源包括：新型功能材料、先进结构材料、纳米材料、高温合金材料。

能源材料LED：半导体照明重点发展白光LED，LED核心是一个芯片，白光LED的核心技术也就是芯片材料，新一代的信息技术LED节能产品和技术，是我国战略目标之一是重大需求，其优势是节能，它的能耗是普通灯具的1/10而寿命是传统灯具的10倍，它的应用有手机背光、交通灯、屏幕显示。

发光二极管又称为LED的生产流程：首先最重要的是高亮度的芯片制备，用MOCVD生长到芯片的检测、封装，封装也需要很多材料，目前蓝光LED 氮化镓的结构，氮化镓LED的结构是p型 n型 中间多量子阱结构，金属合金的衬底为了导热更好，加上一个电压就能发出光来，现在一般在MOCVD的生长是在蓝宝石上或硅上长，长出来后氮化镓就是30个nm，在张一个n型的，就是氮化镓掺硅的4um，中间还有一个多量子阱结构，这个是4nm和2.5nm，5个周期或者几个周期，这样发光效率高的一个发电层还有p型，氮化镓掺mg再加上透明导电层和n型p型电极，里面的薄膜是单晶。为什么要用多量子阱结构：肼层里面限制更多的电子电子空穴复合机会更多，使电子在漏斗里面发光效率会更高，最本质的电子跃迁要回来用光的形式发射出去。

白光LED 是目前要重点发展的，白光LED发展的思路：红 绿 蓝LED集成白光，还有一个思路就是氮化镓蓝光LED加上黄色的荧光粉合成出去，还有紫光LED 如果有三基色荧光粉，本身这种紫光直接激发就有可能发出白光来，白光是由红 绿 蓝 三基色合成变成白光的。目前白光LED要提高他的效率通过改变结构，提高紫-蓝光的效率还有提高表面的光提取，能不能把发出来的光百分之百的出来而不是到了表面反射 折射，有方法有p型氮化镓上进行刻蚀，生长纳米阵列或制成光子晶体，还有衬底图形化增加漫反射，还有增加内部光反射，在衬底结构中添加布拉格反射镜或金属反射层，让衬底的光能发射更多出去，还有侧壁出光，衬底的厚度减薄或做一个斜度。

LED技术要术：内量子效率、光抽取效率，光段转换效率，荧光转换效率，其中内量子效率是取决于外延材料，光抽取：芯片的工艺包括外面才用的材料和工艺，封装技术：封装除了晶体技术以外也有采用什么结构材料的问题，荧光粉：荧光粉的效率也很重要，包括引线，这些每一步材料都很重要。

LED技术发展方向：芯片的制造新技术，芯片新材料技术，封装新技术，应用于照明新技术，性能检测与标定新技术。

目前ZnO是紫蓝光LED的新选择，禁带宽度 室温下激子束缚能很高 环境友好 物丰价廉， 第二讲主要讲到能源材料：新型电池材料

能源技术材料：一个属于光电转换，如 lde是电光转换，光电转换比如太阳能电池，一个属于储能：电池。

新材料与能源技术的关系：一个是新型电池材料，电池不是实际上电池是有不同性质的，大家都知道太阳能电池，实际意义上等于把光转换为垫，锂电池实际上是化学能转换属于储能， 太阳是地球上所有能源的源头，除核能和地热能以外，水太阳能能风能等都直接或间接转换而来，太阳一个小时的照射可供全人类使用一年，但要找到正确的使用方法。

太阳能工作原理：光照产生电子-空穴对然后电子和空穴分离，最后产生光伏，太阳光的多

个波段如何使用它？太阳能电池n型p型形成后电子，电子空穴分离，光生电子流动，并形成回路。

太阳能电池制备：硅掺了硼表现为p型的硅，制绒以后清洗扩散，然后麟掺进去变n型，形成pn结，pn结再镀一层减反射膜，然后再印刷一个铝线或银线，用于输送电子，最后封装起来形成太阳能电池。

目前最主要的是硅单晶太阳能电池，占80-90%，光电转换律17%18%，硅只能吸收可见光和近红外波段。

锂电池：优点是适合于做交通运载工具的动力电池，因为具有具有高性能密度，高功率密度，高性能比，大电流的放电性能，安全性能，使用寿命。最突出的优点是高密度储存，快速充放电，环境稳定。

工作原理：充电磷酸铁锂通过充电，变磷酸铁锂离子加电子，放电倒过来，实际上是电子锂离子的运作过程，由正极负极电解液和隔膜组成，直接决定电子性能的是材料技术，所以电极材料很热门。

实现应用：材料的制备，工艺的研究

储氢材料：氢是未来理想的能源载体

第三讲主要是讲热电材料与温差发电

1、 热电效应与热电材料

热电效应也叫seebeck效应，最早由德国seebeck在18xx年发现的，他把两种不同的金属材料焊在一起构成一个回路，在一端加热，发现放在回路中间的磁针发生偏转，这是由于在回路中产生了电流，电流产生的原因是两端的温差而存在一个电动势差，他把单位温差所发生的电压差定义为seebeck系数，材料基本原理讲温差发生温差电是在温度较高的那一端载流子浓度大，比如n型半导体电子的浓度激发到到带上的浓度比较高，因此构成了向低温端的定向扩散，同时p型半导体中也是高温端的空穴浓度较高，构成了向低温端的定向扩散，若把这两种材料用一般金属连接起来，会发现回路中会有电流产生，这种由温差所造成的电的性质称为温差发电效应，因此热电材料是一种直接将热能和电能相互转换的功能材料，这种转换的优点是有没有运动部件、流体介质，因此是一种无噪声、无污染、无磨损、免维护的能量转换机制，18xx年法国的peltier发现了 seebeck效应的逆效应，将两种金属焊接在一起在焊点挖一个小坑在里面放一滴水，在另一端加上一个直流电，发现这滴水正向通电就结冰，反向通电冰化了，这就是peltier效应，是现在很多半导体制冷的基础。所以热电材料有两种应用，一个是发电另个是制冷，今年热电材料研发的动力是：能源热电材料的性能用zt这个指标来衡量，材料一端高温一端低温然后构成一个回路，加一个负载，负载的功率等于通过的电流乘上两端电压，温差固定时电压正比于材料的seebeck系数，负载本身有电阻电导也就确定了通过的电流，这个功率与seebeck系数平方和电导率成正比，seebeck系数平方和电导率定义为功率因子，而能量另外散失的，散失的正比于材料的热导率，这个热导率一部分是电子贡献另一部分是声子（ph），热电优值Z=seebeck系数平方乘电导率除上热导率，热电优值除以T就是一个无量纲的，为ZT，这也是大家研究热电材料提高的性能指标，半导体使ZT值有了很大的提高（无极限），接近1的水平，技术难题：1、掺杂可以提高导电率但是会降低seebeck系数，引入缺陷可以提高seebeck系数但是降低导电率，能带理论定性解释：导带和施主能及的差与seebeck系数是正相关关系，跟导电率负的指数关系，所以导电率增加则导带和施主能及的差下降，2、所有提高电导率的措施几乎都会提高热导率，目前有ZT 值大于1的材料，称为先进材料，有两类典型的先进材料，第一类是一些新的化合物，外面具有晶体的框架所以电导率很高，里面有可塞进原子的

空间，里面无序的填充影响了晶格上面的声子振动膜使声子运动受到散射所以可以降低热导率，第二类是低维材料，包括二维的薄膜，超晶格薄膜，一维的纳米线和零维的量子点，如何把薄膜引入块体材料中是一难题，目前最主要采用纳米复合的技术，在块体材料中引入一些纳米的结构，利用这些纳米结构来限制声子的传输，同时当纳米结构的尺度小到跟电子或声子的波长相当量级的时候导电率跟热导率就可以把它分开来，从而协调电子和声子的运输规律，另外通过大量的界面引入界面上的能垒使能量不太高的载流子挡住，让高能载流子通过，因为电导率主要决定于高能载流子，挡住的那部分载流子有利于提高seebeck系数。前面使用的两个技术一个是化学合成纳米粉末混合烧结成块状，其优点是可任意混合缺点是化学合成的粉末太大且会构成界面污染，二是过饱和固溶体沉淀析出，优点是颗粒小但是受限于不同的特定体系，正尝试的其他技术是，引入金属材料中的塑性变形和原位再结晶的技术，半导体在高温下也是可以变形，通过变形可以在里面造成很多纳米级的颗粒，引入这些纳米结构使材料有了很大发展，p型有40%的提高。

热电材料的应用：用太阳能聚焦、光电、热电同步发电，微型的自供电温差电池

结束语：能量是世界硬通货，是各类经济的推动力，提高能源的利用率，实际上就是最绿色的能源，热电材料在余热发电等众多领域有重要意义，纳米复合是提高热电材料性能的有效途径，发展绿色热电材料也是我们进一步规模化应用的关键。

第四讲主要内容为信息材料讲了什么事信息技术，信息处理技术和材料，信息存储技术与材料，信息显示技术与材料

信息定义：是反映现实世界的运动 发展和变化状态及规律的信号与消息，当前的信息发展是以多媒体 数据 文字 声音 图像和数字化为主要特征所以信息特征：第一个是普遍性和无限性，第二个是可传递性和共享性，第三个是必须依附于某种物体之上，这个物体就是信息材料，第四是可以加工处理

信息需要载体要么电子要么电子和光子要么光子，从电子到光子过程中获取处理传递存储和显示，产生了电子学 微电子学 光电子学和光子学。

信息技术很大程度上依赖材料和元器件的发展，信息材料是信息技术发展的基础和先导。这个时代被称为硅信息时代，信息时代的两块石头:硅单晶和二氧化硅，因为硅是制造集成电路芯片的材料，二氧化硅玻璃光钎使因特网 无线通信 光钎通信称为可能。 我们的信息时代有两大材料：一个叫窄带隙半导体一个叫宽带隙半导体，

信息处理技术和材料：微电子芯片技术和材料场效应晶体管，这个晶体管是半绝缘体上一个未掺杂的硅，它可以从最开始的几个到后面几百个几千个或更多所以集成电路集成密度越来越高，

半导体材料：元素半导体材料材料硅为第一代，窄禁带化合物半导体为第二代，宽禁带化合物半导体为第三代，电子光子运输就是以这些材料为主。 第一代单晶硅的的研究历程：19xx年开始研究，电阻与里面杂质有关，19xx年区熔提纯单晶硅，并采用直拉法制单晶硅，1960已经能到高纯硅到达其本征状态。第二代窄禁带化合物半导体就有砷化镓磷化铟等，频率高所以做成高频率电子器材。 宽禁带化合物半导体像氮化镓碳化硅等，可做成紫蓝光LED和激光器。 硅外延生长主要生长技术有化学气相沉积，半导体薄膜及量子材料三大生长技术：超高真空化学气相沉积技术，分子束外延，有机金属化合物化学气相沉积

信息传递技术的材料：光钎之父高锟曾提出光钎通信最后实现，光钎的结构中间芯部是光传输通道，包覆层保护芯部并折射率匹配，保护套尼龙保护光钎

硅和二氧化硅都是通过参杂来实现光子的传输和电子的运输

信息存储技术和材料：数字信息存储要求要高密度、高传输、长寿命、高擦写次数、低

价格，最开始是发展硬磁盘技术，存储密度不断提高数据率不断的增加存储时间不断减少。提高存储密度主要依赖于磁介质材料，磁介质材料有磁性的氧化物。高密度的光盘存储材料是磁光存储介质，还有相变型的存储介质，有机存储介质。磁光存储记录的传感元件是激光，磁光盘的特点是可重写可交换介质。光盘存储的特点是非接触式的读/写/擦还有信息载流子的载噪比高还有信息位价格低。

信息显示技术和材料：最开始的阴极射线管显示CRT，液晶显示LCD，等离子显示PDP，发光二极管显示LED。

 

第二篇：设计材料与工艺课程总结

设计材料与工艺课程总结

电脑桌造型设计和选材分析

目录

一、产品名称和图片 二、产品用途、功能、结构 三、材料及成形分析 四、造型分析

五、材料质感和美感分析 1.质感分析 2.美感分析

六、本人对该产品的看法或意见

电脑桌造型设计和选材分析

一、产品名称和图片 产品名称：电脑桌

图片：

二、产品用途、功能、结构

用途和功能：顾名思义电脑桌的作用就是放电脑用的，但是不同于普通桌子的地方就

是针对台式电脑的主机键盘和鼠标专门设计了放置的地方，使得桌面不显得那么乱。左下方的柜子适合放置一些电脑的周边产品，不必再浪费空间。

结构：整体是一个方形，稳定坚固，主要支撑点基本上用铁制柱子来承载，桌子下面带

有滚轮，移动起来方便快捷，不需要费力的搬动。下面的板特意留出一个半弧型的空间是方便放脚。中间的键盘板采用了用滑轨与主体结合，不用键盘的时候可以滑进去藏在桌面下节省空间。

三、材料及成形分析

材料：这个电脑桌的各个平面结构（桌面、键盘板、柜子）都是采用了木头的材料，这

种材料易于加工，易于胶合。重量轻但是强度很高，放电脑是绰绰有余 。木材是良好的绝缘材料，对于放置电脑这种电器来说，具有特别的安全性。而且木材使整体结构不易变形，可以长时间使用。材料环保，无色无味无毒，并且给人以清新自然的感觉，在使用电脑的时候会有些许的轻松感。起到支撑作用的柱子是用铸铁制作的，坚固耐用，可以保持稳定使人操作电脑时不会有摇晃感。这种材料能长时间使用，保证了物品的持久使用，不用担心损坏。木材和铸铁的组合，优势互补，在品质方面提升了一定的高度。

成形：木板用木屑压制成形，强度有保障，表面涂覆涂层防潮防蛀还有一定的防划功能，

并且容易擦拭清理，保持美观。铁制材料上涂覆了一成油漆，可以有效防锈，并且更加美观。铁柱与铁杠焊接在一起保持原有的坚固性。木板则与铁制构架用螺钉组合在一起，利用了木

板的软度。

四、造型分析

总体框架方方正正，没有复杂的花纹样式，简约大方，每一个材料的样子都是为了整体的功能而设计，一眼看上去朴实的轮廓就有干练的感觉。左边的柜子有一种不对称的美感，并且给人一种稳定的感觉。桌角采用了弧形设计，刚正中带点柔美。面和柱横竖搭配摆放，横平竖直有一种现代感。

五、材料质感和美感分析

1.质感分析：首当其冲的是木质的平面，因为有图层的关系，摸上去不会有粗糙的感

觉，会很顺滑。而且反光柔和，不会像玻璃材料那么反光强烈刺眼。铁制的构架涂上油漆会很光滑，不会感觉很老旧。摸上去会有冰凉的感觉，这是铁制材料的通病。但是整体都有一种硬朗的气息，不会显得柔弱。

2.美感分析：这个电脑桌没有用什么特殊的花纹，只有材质的原始美感，木材的自然

气息加上铁的现代美组成了它的整体风格。作为放置电脑的桌子，现代气息是很搭配的，木材的加入给了金属以活力使它不至于那么呆板。

六、本人对该产品的看法或意见

作为电脑桌来讲，它是一款称职的产品，放置电脑。它的实用性毋庸置疑，这也是充分考虑到的，不会感觉喧宾夺主。其实它给人的感觉就是中规中矩，没有什么出彩的地方，也没有什么致命缺陷。作为一件普通的家具它的定位应该是普通大众群体，以这个定位看它需要改进改进的地方很少。总体来讲对于大众还是很不错的产品。