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第13篇 超导材料 1

第1章 概述 3

1常规超导体研究 3

2氧化物高温超导材料和机理研究 4

3高温超导体磁通动力学和混合态物理研究 5

4新超导材料探索和新时期超导研究的特点 6

5对超导应用的展望 6

第2章 合金和金属化合物超导材料 8

1低温超导体的种类 8

1.1金属元素超导体 8

1.2化合物超导体 9

1.3合金超导体 11

1.4 B-1（化合物）超导体 12

1.5拉夫斯（Laves）相超导体 12

1.6谢弗尔（Chevrel）相超导体 12

1.7重电子系统超导体 13

1.8其他超导体 13

2实用NbTi超导合金 13

2.1 NbTi合金相图 13

2.2 NbTi合金物理性能 13

2.3实用NbTi导体的制造 13

2.4 NbTi超导线的显微结构控制 15

2.5 NbTi超导体材料性能优化 16

2.6交流用超细多芯NbTi超导线 16

3实用A15材料 17

3.1 A15材料 17

3.2 A15导体制造工艺 18

4实用Nb3Sn材料 19

5 MgB2超导体 20

5.1 MgB2的超导机理和性能 21

5.2 MgB2的制备和成材 21

5.3 MgB2薄膜制备 22

5.4 MgB2应用前景 22

第3章 高温超导材料 23

1高温超导体的基本类型 23

1.1高温超导体的结构简介 23

1.2高温超导体的基本结构特征 23

1.3高温超导体的无限层结构外延组装 23

2 La系214超导体 27

3 Y系氧化物高温超导系列 30

3.1 Y系超导体的结晶化学简介 30

3.2 Y系超导体的特征 31

4 REBCO高温超导晶体生长 31

4.1 REBCO超导单晶生长方法及特征 31

4.2 REBCO晶体化学计量比123组分及高超导性能的控制 33

4.3 REBCO晶体生长的大型化 35

5铋系氧化物高温超导体的结构及物性 38

5.1铋系高温超导体的制备方法 38

5.2铋系高温超导体的结构和元素替代 39

5.3铋系超导体的超导特性 39

6 TI系超导体 40

7汞系超导体的合成、结构和基本性质 42

7.1汞系超导材料的合成和稳定性 42

7.2汞系超导材料的结构 45

7.3汞系超导材料的超导电性及压力效应 46

7.4其他相关的超导材料 49

第4章 有机和其他类型超导体 50

1电荷转移盐型有机超导体 50

1.1有机超导体的发现 50

1.2有机导体和超导体的分子结构 50

1.3 TMTSF盐：（TMTSF）2X准一维有机超导体 51

1.4准二维有机超导体（ET）2X 53

1.5 DMIT盐-阴离子导电 56

2富勒烯超导体 57

2.1 C60分子晶体的结构 57

2.2 C60分子晶体的电子结构 57

2.3 A3C60的超导电性 57

3磁性超导材料 59

3.1 MMo6X8化合物（M=Pb，Sn，RE等，X=S，Se，Te） 59

3.2 （RE）Rh4B4三元化合物超导体 60

3.3 RENi2 B2 C四元超导化合物 61

4重费米子超导体 65

4.1重费密子超导体的特征 65

4.2 Ce基化合物重费米子超导体 65

4.3 U基化合物重费米子超导体 68

第5章 高温超导体薄膜 71

1高温超导体薄膜的制备 71

1.1薄膜制备方法 71

1.2基片和过渡层 76

2高温超导体薄膜 79

2.1 YBa2 Cu3 O7-δ（Y-123）及相关材料的薄膜 79

2.2 Bi2 Sr2 Can-1 Cun O2n+6（BSCCO）体系薄膜 86

2.3 La2 CuO4（LCO）体系薄膜 90

2.4 TIBaCaCuO（TBCCO）薄膜 93

2.5 Hg基铜氧化物超导薄膜 95

2.6无限Cu02层体系薄膜 96

2.7 Ba1-x Kx BiO3（BKBO）体系薄膜 100

2.8 C60相关薄膜 102

2.9电子型高温超导体薄膜 102

2.10超薄膜和多层膜 105

2.11大面积薄膜 109

3高温超导体和相关氧化物材料异质结 112

3.1高温超导体／铁电体异质结 112

3.2高温超导体／CMR材料异质结 116

4总结 118

第6章 超导电子学应用 120

1超导电子学简介 120

2约瑟夫森效应和超导隧道结 120

2.1约瑟夫森效应 120

2.2约瑟夫森结的电阻分路结模型 121

2.3热涨落的影响 121

2.4射频场对结的作用 121

2.5磁场的影响 121

3超导量子干涉器件（SQUID） 122

3.1超导量子干涉器件 122

3.2 dc SQUID 122

3.3 rf SQUID 123

3.4约瑟夫森结及SQUID的应用 124

4单磁通量子器件（SFQ） 125

5高温超导体本征结 126

5.1层状高温超导体的本征约瑟夫森效应 126

5.2 MESA结构和本征约瑟夫森结器件 127

5.3本征约瑟夫森结器件的应用 128

6高温超导微波无源器件 128

6.1高温超导体的微波特性 128

6.2高温超导微波传输线及其应用 129

6.3高温超导微波谐振器 130

6.4高温超导滤波器 131

6.5高温超导微波无源器件 132

7超导电子学器件的其他应用 132

8超导电子学应用小结 133

第7章 高温超导带材、块材研制 134

1第一类高温超导体带材研制 134

1.1 Bi-2223超导体的基本特征 134

1.2 2223相形成机理 134

1.3织构形成机理 135

1.4前驱粉的制备 135

1.5 Bi-2223超导线（带）材制备技术 136

1.6影响Jc的PTT工艺参数 137

1.7 Ag／Bi-2223带的Jc（B，T）行为和增强磁通钉扎的途径 137

1.8带材性能研究进展 138

2第二代高温超导带材 139

2.1第二代高温超导带材的结构 139

2.2第二代高温超导带材的制备 141

2.3第二代超导带材的研究进展 144

2.4结束语 144

3超导块材 145

3.1熔化法YBCO超导体 145

3.2超导块材的性能与检测 148

3.3制备超导块材的新技术 150

3.4超导块材的应用领域 151

第8章 超导电力应用 152

1超导电力应用简介 152

2超导磁体 153

2.1超导磁体的电磁和机械效应 153

2.2超导磁体的磁热稳定性 155

2.3超导磁体的交流损耗 156

2.4超导磁体的失超保护 157

2.5小型低温制冷和低温系统 157

3超导限流器 157

3.1电阻型 157

3.2电抗型 158

3.3超导限流器的应用 159

4超导储能系统 160

4.1超导储能系统的概念 160

4.2超导储能的优点与作用 160

4.3超导储能综述 161

4.4最新进展 163

4.5关键技术及其展望 163

5超导电缆 164

5.1概述 164

5.2超导电缆的分类与结构 164

5.3高温超导电缆的导体层和电缆的损耗 165

5.4高温超导电缆冷却系统 166

5.5高温超导电缆的应用 166

6超导变压器 167

7超导电机 170

7.1超导发电机 170

7.2超导电动机 172

7.3关键技术问题 172

7.4展望 173

8超导块材及其应用 173

8.1高温超导块材及其制备研究 173

8.2高温超导块材的应用 174

9超导电力技术应用前景 175

参考文献 176

第14篇 传感器材料 181

第1章 概述 183

1传感器与传感器材料 183

2发展趋势 185

2.1广泛开发和采用新材料、新技术 185

2.2大力发展以光信息为传输媒介的新型传感器和传感器材料 186

2.3以改善社会生态环境和提高人类健康水平为目标，扩大传感器的应用领域 186

第2章 光电导材料 188

1光敏传感器的基本物理效应 188

1.1光电效应 188

1.2光电导效应 189

2半导体光电导材料 192

2.1可见光区光电导材料 193

2.2红外区光电导材料 198

2.3紫外区光电导材料 201

3非晶硅光电导材料 203

3.1非晶硅及氢化非晶硅的电子态 203

3.2氢化非晶硅的光电导性质 204

3.3氢化非晶硅的制备 204

4光电导高分子材料 205

4.1光电导高分子材料的导电机理 205

4.2光电导高分子材料的分类 206

4.3光电导高分子材料的应用 206

第3章 力敏传感器材料 207

1压敏材料 207

1.1应变效应 207

1.2电阻应变片的种类 207

1.3金属应变电阻材料 208

1.4半导体压阻材料硅 209

1.5压敏半导体陶瓷ZnO 209

2压电与铁电陶瓷 210

2.1压电陶瓷的结构与原理 211

2.2压电陶瓷的性能参数 212

2.3铁电性与铁电陶瓷 213

2.4典型的压电陶瓷与铁电陶瓷材料 214

3压电高分子材料 217

3.1聚偏二氟乙稀（PVDF） 217

3.2奇数尼龙系压电聚合物 217

3.3压电高分子材料的应用 218

4形状记忆合金与记忆合金高分子材料 219

4.1形状记忆合金及基本原理 219

4.2形状记忆高分子及基本原理 219

4.3典型的形状记忆材料及应用 221

第4章 热敏材料与温度传感器材料 224

1热敏陶瓷的基本概念 224

2热敏陶瓷材料的主要参数 224

3负温度系数热敏陶瓷NTC 224

3.1 NTC热敏陶瓷的电阻-温度特性 225

3.2电流-电压特性 225

3.3 NTC热敏陶瓷材料 225

4正温度系数热敏陶瓷-PTC 228

4.1 PTC热敏电阻的基本特性 228

4.2 PTC热敏陶瓷的制备 230

4.3 PTC热敏陶瓷的应用 230

5临界温度热敏电阻（CTR） 231

5.1 CTR的组成、温度特性和稳定性 231

5.2 CTR的导电机理 231

5.3 CTR的制造技术 232

5.4 CTR的电气特性及应用 232

6热释电材料 233

6.1热释电效应 233

6.2热释电材料 233

6.3热释电材料的应用 235

7温差电材料 236

7.1温差电效应 236

7.2温差电材料 237

第5章 磁敏感材料 239

1磁学基本量与磁性分类 239

1.1磁学基本量 239

1.2物质的磁性分类 239

2半导体磁性敏感材料 239

2.1磁阻效应敏感元件 239

2.2霍尔效应型敏感元件 240

3铁磁性和亚铁磁性材料的特性 241

3.1磁化曲线 241

3.2磁滞回线 241

3.3磁晶各向异性和各向异性能 241

3.4铁磁体的形状各向异性及退磁能 241

3.5磁致伸缩 242

4磁性材料 242

4.1软磁性材料 242

4.2硬磁性材料 243

5磁性材料的应用 244

5.1磁记录介质和磁头材料 244

5.2磁泡材料和磁光材料 244

第6章 气敏和湿敏材料 245

1气敏材料 245

1.1半导体气敏材料 245

1.2电阻式氧传感器 247

1.3电解质气敏材料 248

2.湿敏材料 249

2.1过渡金属复合氧化物湿敏元件 249

2.2其他无机化合物湿敏元件材料 251

2.3高分子湿敏元件材料 252

第7章 传感器材料的制备 254

1单晶半导体材料的制备 254

1.1布里奇曼法 254

1.2直拉法 254

1.3区熔法 255

1.4升华再结晶法 256

2半导体单晶薄膜的外延 256

2.1同质外延与异质外延 256

2.2气相外延 257

2.3液相外延 258

2.4分子束外延 258

2.5原子层外延 259

3其他薄膜材料制备技术 259

3.1物理气相淀积法 259

3.2化学气相淀积法 261

3.3薄膜材料的其他制备方法 262

4陶瓷材料的制备 263

4.1敏感陶瓷对原料粉体的要求 264

4.2粉体材料制备 264

4.3陶瓷材料的成形 266

4.4陶瓷材料的烧结 267

5精细结构半导体材料的制备 268

5.1多孔材料及其制备 268

5.2精细结构半导体材料在传感器中的应用简介 270

第8章 敏感材料的表征 273

1敏感材料组分分析 273

1.1 X射线光电子谱分析（XPS） 273

1.2俄歇电子能谱分析（AES） 273

1.3二次离子质谱分析（SIMS） 275

1.4原子吸收光谱分析 276

1.5红外吸收光谱分析 276

1.6 X射线能谱分析（EDS） 277

1.7电子能量损失谱（EELS） 278

1.8中子活化分析（NAA） 278

1.9卢瑟福背散射（RBS） 279

2敏感材料结构分析 279

2.1 X射线衍射（XRD） 280

2.2电子衍射 281

2.3热分析技术 281

3状态分析（形貌观察） 282

3.1光学显微镜 282

3.2透射电子显微镜（TEM） 282

3.3扫描电子显微镜（SEM） 283

3.4场离子显微镜（FIM） 284

参考文献 285

第15篇 红外材料 287

第1章 窄禁带半导体材料 289

1晶体生长 29

1.1体材料生长方法 289

1.2液相外延薄膜的生长 293

1.3分子束外延薄膜生长 296

1.4晶体完整性 301

2能带结构 307

2.1窄禁带半导体能带结构概述 307

2.2能带参数 309

3光学性质 314

3.1光学常数和介电函数 314

3.2 Kramerg-Kronig关系和光学常数 315

3.3吸收光谱 316

3.4晶格振动光谱 321

4输运性质 327

4.1本征载流子浓度 327

4.2迁移率 329

4.3霍尔效应 330

4.4磁阻效应 331

4.5磁输运测量 331

4.6杂质缺陷 332

5红外光电探测器 333

5.1光电导器件工作原理 334

5.2光伏器件 336

第2章 半导体低维结构红外材料 338

1半导体低维结构单元 338

1.1低维结构单元基本概念 338

1.2能量的色散关系 338

1.3态密度函数 339

1.4光学跃迁与选择定则 340

2红外低维结构工作原理 341

2.1低维结构带间级联激射原理 341

2.2低维结构子带间级联激射原理 341

2.3低维结构子带间级联探测原理 342

3器件结构与特性 343

3.1含锑半导体中红外激光器 343

3.2低维结构带间跃迁级联激光器 344

3.3低维结构子带间跃迁级联激光器 345

3.4量子阱红外探测器 349

3.5微带超晶格量子阱红外探测器 351

3.6多波长量子阱红外探测器 353

3.7量子点红外探测器 353

第3章 热敏红外材料 357

1微测辐射热计和热敏电阻材料 357

2热释电材料和非致冷红外探测 358

2.1热释电探测器工作原理 358

2.2热释电材料 360

2.3铁电薄膜材料及其在红外探测器中的应用 362

第4章 红外光学材料 367

1红外薄膜光学 367

1.1增透膜 367

1.2分束镜 368

1.3高反射膜 369

1.4截止滤光片 370

1.5带通滤光片 370

2红外隐身材料 371

2.1红外隐身原理 371

2.2红外隐身材料 372

2.3红外伪装体系 375

3部分红外材料的光学特性 375

参考文献 380

第16篇 先进储能材料 381

第1章 概述 383

第2章 金属氢化物和金属氢化物-镍二次电池 385

1金属氢化物-镍二次电池简介 385

1.1金属氢化物-镍二次电池结构和充放电机理 385

1.2金属氢化物-镍二次电池应用 385

2储氢合金的基本特征 387

3储氢合金电极材料 387

3.1稀土系AB5型储氢合金电极材料 388

3.2 Laves相AB2型储氢合金电极材料 389

3.3钛系AB型储氢合金电极材料 389

3.4钒基BCC固溶体储氢合金电极材料 389

3.5 AB3型储氢合金电极材料 390

3.6镁基储氢合金电极材料 390

3.7其他储氢电极材料 390

3.8储氢合金的制备 391

4镍正极材料 391

4.1氢氧化镍电极的充放电机制 392

4.2氢氧化镍在充放电过程中的晶型转换 392

4.3氢氧化镍活性物质的制备 393

4.4镍正极添加剂 395

4.5镍电极高温性能的改善 395

第3章 储锂材料和锂离子电池 397

1锂离子电池简介 397

1.1锂离子电池发展概况 397

1.2锂离子电池的工作原理：嵌入化合物与嵌入反应 397

1.3锂离子电池的特点 397

1.4锂离子电池主要应用和发展趋势 398

2锂离子电池几种主要的正极材料 398

2.1 LiCoO2 398

2.2 LiNiO2 399

2.3 LiMnO2 399

2.4 LiNi1-xCox O2 399

2.5 LiNi1／2 Mn1／2 O2 399

2.6 LiNix Co1-2x Mnx O2 399

2.7 LiMn2 O4 399

2.8橄榄石结构LiMPO4 400

2.9高容量高电压正极材料 400

3锂离子电池几种主要的负极材料 401

3.1石墨层间化合物与石墨负极材料 401

3.2 MCMB 402

3.3热解碳 403

3.4硬碳球 403

3.5储锂合金与合金类氧化物 403

3.6过渡金属氧化物 404

3.7 Li4 Ti5 O2 405

3.8过渡金属锂氮化物 405

4电解质材料 405

4.1非水有机液体电解质 405

4.2聚合物电解质 407

第4章 高密度化学储氢材料 409

1氢的基本物理化学性质 409

2氨的催化裂解 410

3氮化锂的可逆加氢-脱氢反应 411

4配位铝氢化物的化学储氢反应 411

5硼-氢化合物的化学储氢反应 413

6环烃的可逆加氢-脱氢反应 413

参考文献 415

第17篇 一维纳米材料和纳米结构 417

第1章 碳纳米管的制备、表征和性能 419

1多壁碳纳米管的可控制合成——小直径碳纳米管、连续碳纳米管线 419

1.1小直径碳纳米管 419

1.2多壁碳纳米管阵列的可控制合成 424

2单壁、双壁纳米碳管的可控制合成 429

2.1单壁纳米碳管的可控制合成 429

2.2双壁碳纳米管的浮动催化法制备 434

3碳纳米管的性质研究和应用 440

3.1碳纳米管束的拉伸性质研究 441

3.2单根多壁碳纳米管的径向压缩性质的研究 442

3.3多层碳纳米管的热学性质研究 442

3.4多层碳纳米管的电输运性质研究 444

3.5多层碳纳米管在高压下的行为 445

3.6碳纳米管的场发射性质及其显示应用 448

3.7碳纳米管的应用 451

第2章 纳米线和纳米带的制备、表征 454

1纳米线的气相合成和表征 454

1.1气相法生长纳米线的机理 454

1.2元素纳米线 454

1.3二元化合物纳米线 455

1.4多元化合物纳米线 459

2同轴纳米电缆的合成与表征 461

2.1激光烧蚀法合成同轴纳米电缆 461

2.2溶胶-凝胶与碳热还原及蒸发-凝聚法合成同轴纳米电缆 462

2.3化学气相沉积法合成同轴纳米电缆 462

3纳米带的合成与表征 463

3.1元素纳米带 463

3.2二元化合物纳米带 465

3.3多元化合物纳米带 467

第3章 纳米结构和纳米阵列的制备、表征 469

1氧化铝模板的制备技术 469

1.1氧化铝模板的制备 469

1.2氧化铝模板的结构与表征 470

1.3氧化铝模板有序通道阵列形成机理的探索 471

2大面积有序孔洞材料的制备 471

2.1滴涂法 472

2.2旋涂法 472

2.3垂直提拉法 473

3有序纳米阵列的合成与表征 473

3.1基于氧化铝模板合成的有序纳米阵列 473

3.2基于二维胶体晶体模板合成的有序纳米阵列 485

参考文献 488

第18篇 发光材料 489

第1章 概述 491

1物质发光与发光材料 491

2发光材料研究与应用发展过程 492

第2章 发光材料的合成 493

1固相反应合成法 493

1.1原料纯制 493

1.2原料混配 493

1.3灼烧与固相反应 493

1.4后处理工艺 494

1.5产物性能的检测 494

1.6固相反应合成过程中的几个问题 494

2发光材料的其他重要合成方法 495

2.1溶胶-凝胶法 495

2.2水热法 495

2.3燃烧法 495

第3章 发光材料性能的表征 496

1发射光谱 496

2亮度 496

3寿命 496

4效率 497

4.1光致发光材料 497

4.2电子束激发的发光材料 497

5色坐标与显色指数 497

5.1色坐标与色温 497

5.2显色指数 498

6激发光谱 499

7反射光谱及吸收光谱 499

8基质化合物的组成与结构 500

9发光材料其他一些重要性能表征 501

第4章 主要发光材料及其应用 502

1无机发光材料 502

1.1基质 502

1.2激活离子 510

2半导体发光材料 530

2.1 IA-Ⅶ A族化合物 530

2.2 Ⅱ A-Ⅵ A族化合物 531

2.3 Ⅱ B-Ⅵ A族化合物 534

2.4 Ⅲ A-Ⅴ A族化合物 539

2.5 （Al，Ga，In）（P，As） 540

2.6 GaN，SiC发光 541

3有机发光材料 542

3.1有机分子荧光 542

3.2有机荧光化合物 543

第5章 发光材料研究与应用的前景展望 544

参考文献 546

第19篇 微加工技术 549

第1章 概述 551

1曝光技术 551

2图形转移技术 551

3其他微纳加工技术 552

第2章 微纳米加工中的光刻技术 553

1光学曝光技术 553

2光学曝光的原理及设备 553

3光刻工艺的基本过程 554

4光学曝光技术的未来展望 555

第3章 电子束曝光技术 557

1电子束曝光简介及发展历史 557

2电子束曝光系统组成 557

3电子束曝光系统的分类 559

4电子束抗蚀剂 561

5电子束与固体的相互作用及邻近效应 563

6电子束曝光技术展望 565

第4章 聚焦离子束加工技术 567

1聚焦离子束 567

2 FIB的工作过程 568

3 FIB在微／纳加工方面的应用 570

4总结 573

第5章 X射线曝光技术 574

1 X射线曝光原理 574

2 LIGA技术 578

3 X射线光刻关键技术的研究现状 580

4 X射线曝光的横向尺寸和深度极限 583

第6章 微纳米加工中的图形移转技术 584

1刻蚀技术 584

1.1湿法腐蚀 584

1.2干法刻蚀 584

2剥离技术（lift-off） 585

2.1单层抗蚀剂工艺 586

2.2多层抗蚀剂工艺 586

2.3抗蚀剂表面改性工艺 586

2.4负性抗蚀剂工艺 587

第7章 微纳米加工中的图形复制技术 588

1纳米压印技术 588

1.1纳米压印工作原理 588

1.2纳米压印模板的制作和光刻胶的选择 591

1.3纳米压印技术的应用 594

2其他微纳米图形复制技术 597

2.1弹性微印章复制 597

2.2微热塑模压复制 598

2.3微注塑复制 600

2.4微立体激光成型 602

参考文献 605

第20篇 光子晶体 609

第1章 光子晶体及其特性 611

1光子晶体的分类 611

2光子晶体的原理和研究方法 612

3光子晶体的性质和功能 614

3.1利用光子晶体控制自发辐射，提高光电子器件的工作质量 614

3.2光子晶体光纤 615

3.3光子晶体的其他应用 616

第2章 光子晶体的构成方法 618

1概述 618

2自组织生长 618

2.1自组织生长方法的研究 618

2.2 Opal和反Opal的制备 620

2.3核-壳球结构Opal和反Opal的制备 622

3微加工技术的利用 622

3.1二维光子晶体研制 622

3.2三维光子晶体的制备 626

4多光束干涉 629

4.1多光束干涉形成光强周期分布 629

4.2微粒的周期性排列 630

4.3三维聚合物光子晶体的全息光刻 630

4.4双光子聚合直写法 631

第3章 光子晶体的应用 632

1光波导 632

1.1光子晶体光波导原理 632

1.2光子晶体光波导的构造 632

1.3光子晶体光波导的测量 635

1.4光子晶体波分复用器件 636

2光子晶体光纤 638

2.1光子晶体光纤的传输性质 638

2.2光子晶体光纤的研究现状 640

2.3新型光子晶体光纤的设计制作 640

2.4基于PCF的光无源器件 642

2.5光子晶体光纤激光器 643

2.6光子晶体光纤的其他应用 643

3微腔激光器 644

3.1微腔激光器的特点 644

3.2光子晶体微腔激光器应用 644

3.3光子晶体微腔激光器设计 645

3.4光子晶体激光器微加工 646

3.5光子晶体激光器特性表征 646

4光子晶体传感器 650

4.1光子晶体传感器的研究状况 650

4.2光子晶体激光器作为微量试剂的传感器 651

5作为负折射材料的应用 652

5.1负折射介质的历史和现状 652

5.2负折射介质的基本物理特征 652

5.3光子晶体作为人工负折射介质 654

6光开关 657

6.1光子晶体全光开关思想的提出 657

6.2全光开关的理论探索 657

6.3光开关的实验研究 659

参考文献 661