矿物材料中的电功能材料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,PPT,模板下载：, 、 门类丰富的天然矿物具有多种多样的导电 ( 绝缘) 、介电 、压电 、热电性能 , 是鉴定和选别矿物和物理探矿 ( 电法勘探 、遥感 )以及利用矿物制备功能材料的物理依据 。,在科学技术尤其是电子技术高速发展的今天,对电功能材料提出了更多的数量和更高的质量要求 。,背 景,一、矿物的导电性,材料导电率的大小由,带电粒子浓度,和,迁移率,决定。带电粒子可以是电子、空穴和各种离子 。,因此 ,材料导电率是上述各种粒子导电率的总和 。,天然矿物之间导电率相差勘大 , 可达10,20,( 表1) 。归结起来 , 是由于他们的化学成份、结构 、键型的不同 , 形成过程中出溶 、 析晶 、晶格畸变 、缺陷 、位错 、 类质同象置 换和杂质矿物的混入等原因 , 导致带电粒子浓度和迁移率的差异而产生的 。,固体电子论认为,矿物导电性的本质在于各种矿物能带结构的差别和价电子填充情况的不同,禁带宽度决定了带电粒子位移的难易。硅酸盐矿物 、硫化物矿物及金属矿物有不同的禁带宽度 。一些矿物的禁带宽度,( Eg),和带电粒子浓度,( n),如表,2,所示 。,矿物的电导率还与,环境温度,有关 。,对于金属矿物而言,温度增加使电子运动所受阻力增大,电导下降 。对于硅酸盐和氧化物类矿物,温度升高,一方面使电子跃迁几率加大,载流子浓度变大,;,另一方面使离子振动加剧,载流子移动阻力增大,一般来说,随着温度升高,导电率增加,电阻率降低 。,环境湿度,对具有较高电阻率的离子键和共价键矿物的导电率有十分明显的影响 。 矿物表面越粗糙,剩余键力越大,粒度越小,比表面积越大,都会使矿物吸湿性变大 。,影响因素,影响因素,此外,矿物的导电性还和,施加电场,和,频率,有关 。,粉末状矿物还与其,粒径和粒子形状,有关 。,某些矿物在,一定压力 、 一端加热和声音作用,下,会发生电荷聚集,(,如压电石英 、 电气石 、 辰砂,) ,进而使电导率发生急剧变化 。,二、 矿物导电性的应用,天然矿物在无机电绝缘材料 、导电材料和半导体材料上有着广泛的应用 。,由于天然矿物本身的复杂性和材料有一定的使用条件和技术要求,天然矿物作为功能材料原 料时,应查明影响导电率的因素,有针对性地进行选矿提纯 、表面处理 、改性 、复合等处理,才能满足使用各 种条件下的技术要求 。,2 . 1,电绝缘材料,在无线电电子技术和电气工程中 , 需要大量具有较高电缘性能的材料 。,如电机 、电车 、无线电发射塔等的绝缘支撑材料 , 家用电器中的电热管 、电熨斗 、 电饭煲的绝缘填料 。 虽然其中一部分可以使用有机材料 , 但无机矿物材料 , 尤其是硅酸盐一氧化物具有,耐高温 、 抗老化 、 抗酸碱,和,化学稳定性好,的优点 , 仍是当今电绝缘材料的重要组成部分 。,如白云母,具有很高的透明度 、 弹性 、 韧性 、 化学稳定性,并有优异耐高压 、 耐热 、 耐火性和较好的电绝缘性是制备电机 、 电子管和电容 器的重要材料 。又如滑石粉,在,1 000 ,以内具有较好的电绝缘性,常用于变压器 、 电机匝间涂料的填料 。,云 母 矿,白 云 母,作为电热管用的电绝缘填料 。 目前常用的是,电熔氧化镁,在常温下极易吸潮发生水合反应,生成氢氧化镁,而使电绝缘性能大为降低,并且价格较贵 。,经过多年的反复试验,以,天然硅酸盐矿物,为原料,经过选矿提纯 、 表面处理和改性,制备出,复合硅酸盐矿物电绝缘填料,。 完全能在一 定温度范围,( 100) 和,较低的介电损耗,( tan 2 10,-3,) , 是制备微波介质材料的较好原料 , 经信息产业部有关科研单位制成介质垫片初步试用 , 效果良好 , 目前正在继续深入开发研究中。,天然金红石（金红石渣）,虽然天然金红石杂质含量高,但是其介,电性质,优于人工金红石 。,这是因为,:,人造金红石是化工过程产物,用硫酸法或氯化法制备而得,产品中粉粒表面会有残留一些酸根离子并产生晶格缺陷,反应过程中会产生氧空位 。 如煅烧不充分会残留一些未经转化的锐钛矿相 。,因此介电常数和介质损耗变化大,而天然金红石是高温高压的产物,尽管引入了一些杂质离子,对其内钛 、 氧离子进行异价类质同相置换,造成晶格缺陷,影响其介电常数和介电损耗的同时,其中的三价 、 五价离子可以增强金红石的,抗还原性,减少氧空位的产生,从而使天然金红石尽管杂质含量高,而与某些人工金红石相比,介电常数高 、 介质损耗低,。,此外,国内 外学者对黑电气 石粉末的 研究表明,这类矿物细磨后在表面会形成强度为,10,8,V / m,的静电场,在电磁屏蔽环境保护方面有着广阔的应用前景,电气石粉末,综上所述, 矿物的电学性能在材料科学上有着广泛的应用前景 。,但是天然矿物形成的环境和条件比较复杂 , 致使同一种矿物在不同产地 、 在同一矿区的不同矿段不同层位 上 , 其物 质组成 ( 杂质) 、结构 、 形貌 、 晶体缺陷等会有较大的不同 , 致其电性能不一致 。,作为功能材料 , 往往是在一定条件下使用 , 并有一定的技术要求。,因此 , 要想制备出满足工业需要和技术进步的功能材料 , 必须对矿物本身有深刻的了解 。要反复进行实验室研究 , 还需要经过半工业扩大试验和生产时间的考验 。 只有经过不懈的努力 , 才能制备出性优异的功能材料 。,我们相信 , 通过代人的努力 , 矿物材料一定会在剧烈的市场竞争中得到蓬勃发展 。,