信息材料

1.依据信息材料的功能，可把信息材料主要分为信息收集材料,信息存储材料,信息处理材料,信息传递材料,信息显示材料2 还有一类重要的信息材料是半导体激光器材料。光信息的存储、处理、传递和显示并不是基于半导体激光材料在外场作用下发生某种物理或化学变化来实现，但这些功能都必需有半导体激光器产生的激光参与才得以实现。3. 半导体激光器是信息功能器件的核心器件和通用器件，半导体激光材料也是信息材料中重要的局部。4. 信息收集材料是指用于信息传感和探测的一类对外界信息敏感的材料。在外界信息如力、热、光、磁、电、化学或生物信息的影响下，这类材料的物理或化学性质(主要是电学性质)会发生相应变化，通过测量这些变化可便利准确地探测、接收和了解外界信息变化。5. 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。6. 力敏传感材料是指在外力作用下电学性质会发生明显变化的材料，主要分为金属应变电阻材料和半导体压阻材料两大类。金属应变电阻材料主要有康铜系合金、锰铜合金、镍铁铝铁合金、镍铬合金、铁铬铝合金等。半导体压阻材料主要是单晶硅。(半导体压阻材料便于力敏传感器件的微型化和集成化，在常温下有大量应用，逐步取代金属型应变计。 金属应变电阻材料的电阻温度系数、温度灵敏度系数等都比半导体好，具有很高的延展性和抗拉强度，在耐高温、大应变、抗辐射等场合得到广泛使用。)7. 热敏传感材料是指对温度变化具有灵敏响应的材料,主要是电阻随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷。依据电阻温度系数的正负，可分为正温度系数(BaTiO 、V O 为基的热敏陶瓷)和负温度系数(过渡金属氧化物为基的热敏陶瓷)热敏材料两类。32 58. 光敏传感材料在光照下会因各种效应产生光生载流子，用于制作光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器和光电探测器。最常用的光学敏感材料是锗、硅和 II-VI 族、IV-VI 族中的一些半导体化合物等，如 CdS、CdSe 和 PbS 等半导体化合物， 9.磁敏电阻材料是指具有磁性各向异性效应的磁敏材料。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。转变磁化方向与电流方向夹角，即可转变磁敏电阻材料的阻值。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。10. 巨磁阻效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象(巨磁阻效应读出磁头， 磁头存储密度快速提高到 3Gb/in2，磁盘记录从 4Gb 提升到 600Gb 或更高)11. 气敏材料是对气体敏感，电阻值会随外界气体种类和浓度变化的材料，如SnO 、ZnO、Fe O 、ZrO 、TiO 和 WO 等 n22 3222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变化将导致外表电阻率变化，进而对气体的种类和浓度进展探测。12. 湿敏材料是指电阻值随环境湿度增加而显著增大或降低的一些材料。陶瓷湿敏材料主要有 MgCr O 系、ZnCr O 系和2 32 3MnWO 、NiWO等。高分子湿敏材料是指吸湿后电阻率或介电常数会发生变化的高分子电解质膜，如吸湿性树脂、硝化44纤维系高分子膜。13. 信息存储材料是指用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息的材料。在外加物理场如电场、磁场、光照等的影响下，信息存储材料发生物理或化学变化，实现对信息的存储。14. 磁记录材料磁记录材料可便利地进展数据的存储和读取工作。磁性存贮器具有容量大、本钱低等优点；磁记录装置可将记录下来的信号进展放大或缩小，使科研中的数据处理更为便利灵敏；磁卡可用于存取款、图书保存以及乘坐交通工具的票证等，便利人们生活。15. 颗粒涂布型磁记录介质是将磁粉、非磁性胶粘剂和少量添加剂等形成的均匀磁性浆料，涂布于聚酯薄膜上制成。磁粉包括 -Fe O 、BaO-Fe O 、金属粉等。2 32 316. 金属磁粉特点是具有较高的磁感应强度和矫顽力。纯铁磁化强度达 1700emu/cm3，可在较薄的磁层内得到较大的读出信号；小针状铁粒子可供给较高矫顽力，使磁记录介质承受较大的外场作用。金属磁粉缺点是稳定性差，易氧化或发生其它反响，常用外表钝化或合金化等方法把握外表氧化，但降低粒子的磁化强度17. 钡铁氧体来源丰富，本钱低，有较高的矫顽力和磁能积，抗氧化力气强，是一种应用广泛的永磁材料。钡铁氧体矫顽力高达 398kA/m，本不适于作磁记录介质，以下特点使其可成为抱负高密度磁记录材料：六方形平板构造和垂直于平板的易磁化轴使它适合作垂直记录介质；用Co2+和 Ti2+离子取代局部 Fe2+，适当降低其矫顽力；可制备出直径很小的粒子。18.高记录密度连续膜介质的磁性能、信噪比优于颗粒涂布介质。颗粒涂布型介质磁粉间存在胶粘剂，间隔较远，静磁耦合较弱，磁滞回线矩形度较差，剩磁亦低。连续膜介质无须承受粘合剂等非磁性物质，晶粒间的磁性耦合也较强，磁滞回线矩形度较好，剩磁高。颗粒涂布型介质的噪声与磁粉平均粒径成正比，连续膜介质的噪声与晶粒平均尺寸成正比。在一个记录空间内连续膜包含的晶粒数是颗粒涂布型介质中颗粒数的10-50 倍，因而连续膜的噪声要低得多19. 磁头的根本功能是与磁记录介质构成磁性回路，对信息进展加工，包括记录(录音、录像、录文件)、重放(读出信息)、消磁(抹除信息)3 种功能。从录音带到计算机都要用磁头。20. 最早应用的磁头是用磁性合金片叠成的。最重要的三种合金是钼坡莫合金(4Mo，17Fe-Ni)铝铁合金(16Al-Fe) 和铝硅铁合金(5.4A1，9.6Si-Fe)。钼坡莫合金和铝硅铁合金可使材料的磁致伸缩接近零，加上饱和磁化强度高，具有良好的记录特性。钼坡莫合金的磨损率相对高，对腐蚀敏感，导磁率随工作频率提高快速下降，必需压成薄片使用；铝硅铁合金硬度高，机械加工的难度很大；铝铁合金性能介于钼坡莫和铝硅铁之间，简洁加工，虽然磁导率较低，但在较多状况下仍广泛使用。21. 非晶态磁性合金钴基非晶材料磁导率高，磁致伸缩系数为零，磁感应强度相当高，居里温度高，很适于做磁头材料，但价格贵，确定程度上限制其大规模应用；铁基非晶材料Fe Cr P C ，磁感应强度可达 1.3T，硬度 H到达 850-900，比728 13 7v铁铝硅还高，但加工简洁，本钱低，是抱负的磁头材料。22. 软磁铁氧体用于磁头的高磁导率铁氧体有 NiZn 铁氧体和 MnZn 铁氧体，磁性随 Ni/Zn 或 Mn/Zn 比而变化。MnZn 铁氧体在几十兆赫时有仍具有较高的磁导率，较低的矫顽力，较高的饱和磁感应强度，应用格外广泛。NiZn 铁氧体具有更高的电阻率，应用频率高。23. 光存储材料是由记录介质层、反射层以及保护层等构成的、具有光学匹配的多层构造。这种在衬盘上沉积了光存储材科的盘片称为光盘。多层膜通常用物理或化学方法沉积在衬盘上。24. 光盘存储材料特点光盘存储优点：高存储密度：一般光盘单面可存储 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：磁盘存储的信息一般为 2-3 年，光盘存储的信息寿命至少在 10 年以上。低信息位价格：光盘(或衬盘)易于大量复制，容量大，因此存储单位信息的价格低廉。25. 只读存储光盘的记录介质是光刻胶。将音频、视频调制的激光聚焦在洒有光刻胶的玻璃衬底上，经曝光显影使曝光局部脱落，制成具有凹凸信息构造的正像主盘。利用喷镀技术，在主盘外表生成一层金属负像副盘，与主盘脱离后可作原模，复制只读光盘。26. 一次写入光盘利用聚焦激光在介质的记录微区产生不行逆的物理化学变化写入信息。烧蚀型：写入激光的光强具有高斯分布，中心温度高于介质熔点Tm，其余局部温度低于介质熔点。中心光照局部的介质微区熔融，外表张力将其拉开；撤去脉冲，孔缘冷凝形成带有信息构造的凹坑，实现对信息的记录。起泡型：由高熔点金属与聚合物两层薄膜制成。光照使聚合物分解排出气体，形成气泡使聚合物膜面隆起，与四周形成反射率差异，实现反差记录。熔绒型：用离子束刻蚀硅外表，形成绒面构造，光照微区使绒面熔成镜面，实现反差记录。相变型：光照微区发生非晶相-晶相的转变，利用两相反射率的差异鉴别信息。27. 可擦重写磁光光盘材料稀土-钴合金，如 GdCo、TbCo、GdTbCo 和 GdTb-FeCo 等，目前已用来制成可擦写磁光光盘； 稀土-铁合金，如 GdFe、TbNiFe、GdTbFe 等。写入信息前，用强磁场对 GdCo 介质进展初始磁化，使各磁畴单元具有一样的磁化方向。写入信息时，磁光读、写头的激光聚焦在介质外表，光照下介质矫顽力因温升快速减小，此时通过磁光头中的线圈施加一反向偏磁场，可使微区反向磁化。撤去写入脉冲和反偏磁场，介质中无光照局部的磁化强度保持原来方向，实现磁化方向的反差记录。信息读出利用 Kerr 磁光效应检测记录单元的磁化方向。读取信息时，磁头中的起偏器产生偏振光扫描信息轨道，然后通过检偏器检测各单元磁化方向。信息擦除擦除信息时，用原来的写入激光照耀信息道，并施加与初始方向一样的偏磁场，记录单元的磁化方向又会复原。利用记录介质在晶态和玻璃态之间的可逆相变也可以实现光盘信息的反复可擦重写:信息写入：对应高功率的激光热效应，快速凝固后介质从晶态转生成玻璃态； 信息读出：对应低功率的激光热效应，介质中的相构造不发生变化；信息擦除：对应中功率的激光热效应，介质成核、生长，从玻璃态转变成晶态。28. 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展检波、倍频、混频、限幅、开关、放大等信号处理的一类信息材料， 主要有 Si、Ge 等半导体材料，GaAs 系列、InP 系列、GaN 系列半导体材料，SiO 等氧化物材料，微波铁氧体材料等。2常温半导体Si 是单一元素半导体，具有力学强度高，结晶性能好等特点，在自然界中有丰富的储量。自然界中的石英砂、硅酸盐不具有半导体性质，其中含有大量杂质，须经过提纯才能显示半导体性质。电子级的硅通常具有多晶构造，大大降低电子的运动速度和寿命，严峻影响器件的频率特性，需把硅拉制成单晶形式。通常承受提拉法生产比较均匀、无缺陷而且尺寸较大的单晶硅。在坩埚中盛满硅并使其温度保持在高于硅的熔点 100左右，将一颗小的硅种晶浸入硅熔液中，随后旋转拉杆将它缓慢从熔融硅中拉起来。在种晶向上提拉时，熔融的硅附在上面，晶体尺寸渐渐增大，直到最终尺寸。将单晶硅切割成片并抛光，制成的硅片叫晶片。29. 锗材料锗是具有灰色金属光泽的固体，常温下化学性质稳定，是重要的元素半导体材料之一。锗的载流子迁移速率比硅高，一样条件下具有较高的工作频率、较低的饱和压降、较高的开关速度和良好的低温性能， 可作为雪崩二极管、高速开关管以及高频小功率三极管等。锗还具有优良的红外光学性能，可做为红外窗口和透镜、低温红外探测器及低温温度计等。30. 高温半导体军事工业、飞机发功机和宇航等产业要求研制在500-600范围内工作的电子器件。半导体 Si 器件工作温度一股不超过 200。为提高半导体器件工作温度，应选禁带大，高温性能稳定的SiC 高温半导体材料，能隙宽度在 2.39eV 至 3.33eV 的范围内变化。SiC 器件制成的 p-n 结可在 500下工作，这是它最重要的应用。SiC 是军用 GaN 微电子材料和器件的首选衬底，与传统的蓝宝石衬底相比，SiC 具有更高的热导率，晶格常数和热膨胀系数与 GaN 更为接近，失配度仅为 3.5%(蓝宝石为 17%) 。 30.人造金刚石薄膜金刚石是最抱负高温半导体材料，禁带宽度是5.45ev，电子和空穴迁移率均高，抗电场击穿强度大，是自然界热导率最高的材料。金刚石半导体材料在高温、高功率器件领域有着极大的潜在应用前景。31. 信息传递材料信息传递材料是用于各种通信器件的能够用来传递信息的材料。32. 光导纤维电缆通信是将声音变成电传号，通过铜导线把电信号传到对方。光纤通信则是将记录声音的电信号变成光信号，通过玻璃纤维把光信号传输到对方，最终又把光信号转变成电信号。光纤通信具有通信容量大，节约铜资源等优点，成为21 世纪通信主流技术，光纤材料也成为重要的光传输材料。光纤是由折射率高的纤芯和折射率低的包层组成的圆柱形光波导介质。纤芯是将入射光线传输到承受端，芯和包层的交界面(折射率差)使光线无法透过，构成光壁，保证芯的导光。要使光线在芯部正常导光，须使入射光线在纤芯和光壁间产生全反射，33. 石英光纤具有资源丰富、化学性能稳定、膨胀系数小等优点，是目前得到大规模应用的光纤。光纤的纤芯是纯度到达 99.9999%的 SiO ，其余成分为转变材料折射率的极少量的掺杂，如GeO 、P O 、B O 、含氟化合2物等。外包层是由纯石英和掺氟的低折射率材料组成。22 52 334. 石英光纤的制备石英光纤制法分两步：首先制成石英玻璃预制棒，然后将预制棒拉制成纤维。石英光纤预制棒的代表性制法有：管内淀积法(MVCD) 管外沉积法(OVPO) 轴向沉积法(VAD)将玻璃预制棒放入 2023的石墨拉丝炉中加温软化，拉成细如发丝的玻璃丝，拉出的光纤马上涂覆，经过一系列的工序加工成光缆，即可投入使用。35. 光纤的应用光纤透光性好，传输中损耗较低、容量大、抗干扰、保密性好、重量轻、抗潮湿及抗腐蚀等特点，广泛应用于长距离通信，如海底光缆等。光纤可用于显示系统，美国杜邦公司等将光纤用于公司的广告牌，可变化各种颜色，吸引人们注目。光纤在汽车工业中应用占很大比重，如尾灯故障显示系统、驾驶指示灯、油表和温度计显示等。军舰用光纤联接数字解码 系统，处理舰上各区域的信息，通讯效果不受干扰并免除窃听之虑； 机场滑行路标使用光纤后，用灯数量削减，文字明确，牢靠性高，削减故障，修理简洁。光纤可制成光纤传感器，对很多废气如 CO、CO 、SO 及 CH等和有机液体在中红外波段均有较强的吸取带，用氟化物224光纤制成的红外光谱仪可对这些气体和液体的浓度进展远距离检测； 用氮化物光纤制成的温度传感器已用于室温至数百度的高精度测景。36.信息显示材料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的一些发光显示材料。依据显示原理分类、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)、场放射显示材料(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。主要介绍液晶显示材料。37. 液晶显示材料(LCD)液晶具有晶体一样的各向异性，也具有液体的流淌性。在分子序列中，液晶分子具有和一维和二维远程有序，介于抱负的液体和晶体之间。液晶的流淌性说明液晶分子间作用力微弱，转变液晶分子取向排列所需外力很小，几伏电压就可转变，因此液晶显示具有低电压、微功耗的特点；液晶分子构造打算液晶具有较强的各向异性，略微转变液晶分子取向就能明显转变液晶的光学和电学性能。液晶分子呈棒状，宽约零点几个纳米，长约一个纳米。棒状分子由中心基团和末端基团构成，这些基团打算了液晶的性能。液晶分子是含有极性基团的极性分子。在电场作用下，液晶分子的偶极矩会按电场方向取向，使分子原有排列方式发生变化，引起液晶光学性质变化。这种因外加电场作用而引起液晶光学性质发生变化称为液晶的电光效应。38. 液晶分子的排列方式也可以影响液晶的性能。液晶分子依据排列方式的不同，可分成近晶相、向列相和胆甾相三大类，近晶相：棒状分子分层排列，分子在层内按分子长轴方向相互平行，可垂直或倾斜于层平面。分子只能在层内转动或滑动，不能在层间移动。这类液晶粘度很大，一般不用于液晶显示。向列相：棒状分子不分层，分子可以转动，向各个方向滑动，只在分子长轴方向保持平行排列。这类液晶粘度较小，流淌性较好，是显示用液晶的主要类型。胆甾相：棒状分子分层排列，层内分子相互平行，相邻两层分子的长轴方向略有变化，旋转确定角度，分子沿层的法线方向排列成螺旋状构造。液晶分子的电光效应和光学特性可进展液晶数码显示，早期用于笔记本式计算机、台式监视器和电器仪表显示，目前应用领域已扩展到台式计算机、壁挂电视和广告牌等。胆甾液晶的螺距随温度变化而交化，液晶显示的颜色会随之变化，可用于温度的测量，薄膜体温计就是利用这一原理制作的。胆甾液晶的螺距会由于某些微量杂质的存在而受到猛烈影响，从而转变颜色，因而可用于某些化学药品痕量蒸汽的指示。39. 等离子体显示材料(PDP)等离子体显示板(PDP)是一种平板发光器件。它是利用惰性气体在确定电压的作用下产生气体放电而形成等离子体，直接放射可见光，或放射真空紫外线以激发荧光粉放射可见光。PDP 按材料可分为单色 PDP 和彩色 PDP 材料两种。单色 PDP 材料是利用 Ne/Ar 混合气体在确定电压作用下产生气体放电，直接发出 582nm 橙色光而制作的平板显示器。单色 Ac-PDP 可制作大尺寸的平板显示器件。彩色 PDP 是用 He-Xe 混合气体放电时产生的不行见 147nm 真空紫外线激发荧光粉使其发出可见光实现显示。彩色 PDP 以惰性气体为工作媒质，可在-55-+70的范围内稳定工作，又由于体积小、便于携带，格外适合野战需要，在武器装备中获得广泛应用。彩色 PDP 主要用于多媒体终端显示、工作站显示和壁挂式大屏幕显示。阴极射线管材料(CRT)阴极射线管是将电信号转变为光学图像的一类电子束管，电视机显像管就是这样的一种电子束管，主要由电子枪、偏转系统、管壳和荧光屏构成、CRT 显示材料是指能在电子束轰击下发光的一类发光材料、即阴极射线荧光粉。阴极射线荧光粉有上百种，目前用于彩色显像管的典型发光粉是ZnS：Ag(蓝色)、ZnS：Cu、A1(黄绿色)和 Y2O3S：Eu2+(红色)等。传统发光粉满足不了大尺寸显示屏和高清楚电视对区分率和颜色的要求，高区分率显示要求发光粉颗粒尺寸小于 5nm， 颗粒表层不存在辐射中心。纳米技术已制备出颗粒尺寸为 1-10nm 的发光粉，在尺寸上完全满足高清楚电视的要求。承受纳米发光材料既可提高 CRT 发光材料的发光效率，又可提高 CRT 显示屏的区分率。纳米 ZnS：Mn 粉末是目前较好的一种发光材料，可用于高清楚度电视显示。40. 其它信息材料其它一些材料，如用于制造各种陶瓷电容器的电子陶瓷材料、电子工业中电路基板中用的覆铜板材料、用于覆铜板封装的 AlN 材料以及用于谐振器、振荡器等元件压电晶体材料等，这些材料在信息器件中主要连接、传递和隔绝信号的作用， 同时保护、支撑核心信息元件，在信息技术产品中都被广泛应用，也是信息材料的重要组成局部。41. 现代的信息材料铁氧体材料，超导材料，磁信息材料