材料化學第七章新型功效材料7.1超導材料17.2能源轉換與儲能材料27.3生物材料37.4信息功效材料41/741911年，荷蘭物理學家Onnes在研究水銀低溫電阻時首先發覺了超導現象。以后又陸續發覺一些金屬、合金和化合物在低溫時電阻也變為零，即含有超導現象。物質在超低溫下，失去電阻性質稱為超導電性；對應含有這種性質物質就稱為超導體。超導體在電阻消失前狀態稱為常導狀態；電阻消失后狀態稱為超導狀態。7.1超導材料2/74一、超導材料種類按成份可將超導材料分為元素超導體、合金和化合物超導體、有機高分子超導體三類。現在已知有24種元素含有超導性。除堿金屬、堿土金屬、鐵磁金屬、貴金屬外幾乎全部金屬元素都含有超導性。合金和化合物超導體包含二元、三元和多元合金及化合物。組成能夠是全為超導元素，也能夠部分為超導元素、部分為非超導元素。有機高分子超導體主要是非碳高分子(SN)X。3/74(1)氧化物超導體(2)非氧化物超導體(3)非晶超導材料(4)復合超導材料(5)重費米子超導體(6)有機超導材料(3)化合物超導材料(1)元素超導體(2)合金超導體1.低溫超導材料2.高溫超導材料4/741.低溫超導材料這種材料超導轉變溫度較低，大約在30K以下。

詳細又可分為:

元素超導體合金超導體化合物超導體二、超導材料性能5/74當前已查明常壓下含有超導電性金屬元素有32種（如上圖元素周期表中青色方框所表示）高壓下或制成薄膜狀時含有超導電性金屬元素有14種（如上圖元素周期表中綠色方框所表示）(1)元素超導體6/74(1)元素超導體

常壓下，已發覺含有超導電性金屬元素有32種。其中過渡元素占22種，如Ti，V，Zr，Nb，Mo，Ta，W，Re等。非過渡族元素10種，如Bi，Al，Sn，Cd，Pb等。按臨界溫度高低排列，鈮居首位，臨界溫度為9.24K；其次是人造元素锝，臨界溫度為7.8K；第三是鉛，7.197K；第四是鑭，6.00K。然后是釩，5.4K；鉭，4.47K；汞，4.15K；以下依次為錫、銦、鉈、鋁。研究發覺，在施以30Gpa條件下，超導元素最高臨界溫度可達13K。元素超導體除V，Nb，Ta以外均屬于第一類超導體，極難實用化。超導現象發覺后，Onnes曾試驗用鉛絲繞制超導磁體，但其臨界電流、臨界磁場均較小，無法實用。1950年前后，研究者又采取純鈮線制作超導磁體，最終也宣告失敗。7/74(2)合金超導體在當前合金超導材料中，Nb—Ti系合金實用線材使用最為廣泛，原因之一是在于它與銅很易復合。復合目標是預防超導態受到破壞時，超導材料本身被毀。這種合金線材即使不是當前最正確超導材料，但因為這種線材制造技術比較成熟，性能也較穩定，生產成本低，所以當前仍是實用線材中主導。20世紀70年代中期，在Nb—Zr，Nb—Ti合金基礎上又發展了一系列含有很高臨界電流三元超導合金材料，如Nb—40Zr—10Ti，Nb—Ti—Ta等，它們是制造磁流體發電機大型磁體理想材料。8/74(3)化合物超導體超導化合物超導臨界參量均較高，是性能良好強磁場超導材料。但質脆，不易直接加工成線材或帶材，需要采取特殊加工方法。當前能夠實用超導材料，如Nb—Ti合金、V3Ga所產生磁場均不超出20T。而其它材料，如Nb3Al和Nb3(AlGe)等臨界溫度及上臨界磁場均高于Nb3Sn，V3Ga。近年來，日本采取熔體急冷法、激光和電子束輻照等新方法進行試驗，取得了主要進展。如用電子束和激光束輻照Nb3(AlGe)，在4.2K，25T磁場下，臨界電流密度到達3×104A·cm-2。含有超導電性合金及化合物多達幾千種，真正能夠實際應用并不多。9/74超導應用從當前研究情況來看，超導技術應用可分成三類：①

用超導材料做成磁性極強超導磁鐵，用于核聚變研究和制造大容量儲能裝置、高速加速器、超導發電機和超導列車，以處理人類能源和交通問題。超導磁浮列車超導磁流體發電機10/74②用超導材料薄片制作Josephson器件，用于制造高速電子計算機和靈敏度極高電磁探測設備。高能量粒子超導加速器及碰撞器超導射頻濾波器11/74③用超導體產生磁場來碩士物體內結構及用于對人各種復雜疾病治療。12/74心臟血管檢驗影像圖頭部及足部MRI影像圖13/742.高溫超導材料這種材料大多含有較高臨界轉變溫度，超出了77K，可在液氮溫度下工作。它們大多為氧化物陶瓷，首先開發氧化物超導體是釔系氧化物YBa2Cu3O7?

(YBCO)超導體，隨即開發是鉍系氧化物Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(BSCCO)超導體和鉈系氧化物TlBaCaCuO超導體。少數非氧化物高溫超導體主要是C60化合物。(1)氧化物超導體(2)非氧化物超導體(3)非晶超導材料(4)復合超導材料(5)重費米子超導體(6)有機超導材料14/7415/74一.能源轉換能源轉換是改變能源物理形態能源生產一次能源直接或間接轉變化石燃料、水能等電能、熱能、汽油、煤油、柴油、煤氣等二次能源7.2能源轉換與儲能材料16/74比如：水勢能使水輪機運轉，水輪機帶動發電機而轉變為電能；煤經過燃燒轉換為熱能，熱能產生蒸汽驅動汽輪機轉換為機械能，再帶動發電機轉換為電能。火力發電廠之“烏龍戲珠”17/74轉換后二次能源比一次能源含有更高終端利用效率，使用時更方便、更清潔。不過在有熱轉換過程中，不可防止地會伴有轉換損失。比如，用一定量煤來發電時，煤有些能量將殘余在未燃盡煤粒中，有些將以熱形式從煙囪中損失掉或成為鍋爐或蒸汽管道輻射熱而散發掉，有些以廢熱形態失去，有些成為摩擦損失，剩下部分轉變為電能。全部這些能量加在一起等于煤完全燃燒所應釋放能量。在研究能源轉換問題時，不但要注意能量數量，還應注意能量質量。18/74人類對能源利用主要有三次大轉換：第一次是煤炭取代木材等成為主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主導地位；第三次是20世紀后半葉開始出現向多能源結構過渡轉換。人類利用能源歷史可分為五大階段：火發覺和利用；畜力、風力、水力等自然動力利用；化石燃料開發和熱利用；電發覺及開發利用；原子核能發覺及開發利用。19/74

20/7421/74

吐魯番—烏魯木齊—大黃山高等級公路像一條黑色緞帶，蜿蜒于天山腳下。沿路南行，在通往絲路重鎮達坂城道路兩旁，上百臺風力發電機擎天而立、迎風飛旋，與藍天、白云相襯，在博格達峰清奇峻秀背景下，在廣袤原野之上，形成了一個蔚為壯觀風車大世界。當前我國最大風能基地：新疆達坂城風力發電廠。22/74新疆行，達坂城風車23/74能源轉換實例—生物質轉換成生物質燃料垃圾堆各類植物

24/74能源轉換實例—生物質轉換成生物質燃料25/74動力照明鞋

這雙鞋子照亮黑暗小徑，而電源則由跑步或徒步時所產生能源轉換而成。26/74二.化學反應儲能材料

化學儲能實際上就是利用儲能材料相接觸時發生化學反應，而經過熱能與化學能轉換將能量儲存起來。當前化學儲能廣泛應用于化學熱泵、化學熱管、化學熱機、空調設備和滅火材料等方面。27/74最新研究表明，一些可逆化學反應過程在儲熱方面比純物理過程(熱容量改變和相變)更有效。主要優點不但在于儲熱量大，而且假如反應過程能用催化劑或反應物控制，就能夠長久儲存熱量。其中，儲存低中溫熱量最有效化學反應是水合／脫水反應，該反應可逆性很好，對設計多途低中溫儲熱系統中非常有益。當前有四種無機物可逆水合／脫水反應已受到人們關注，即結晶水合物、氫氧化物、多孔材料和復合材料。28/74清涼冰帽普通太陽帽換代產品清涼感覺從頭開始~~~清涼冰帶（萬能冰涼帶）橫空出世——清涼冰帽超級換代產品……

夏天熱,戴帽子也熱!

萬能冰帶處理了你煩惱，—想清涼可就不喜歡冰帽款式。

你想戴怎樣帽子仍戴怎樣帽子.只要戴上萬能冰帶，全部問題都好辦……想戴就戴。眾所周知，清涼冰帽其實就是一個普通帽子加上里面一條制冷冰條組成，然而因為冰條和普通帽子是用磨術貼組合在一起像哥倆一樣不能分開，冰條膨脹后致使一些太陽鏡帽、布帽成人根本無法配戴。同時因全國各地流行款式不一樣，人對各種帽子興趣不一樣，致使一些冰帽存在著一些不可防止缺點。我廠現在生產這種萬能冰涼帶與眾不一樣，能夠直接配戴在頭上，因為它與帽子分離，上下、松緊均可調整，不論是普通帽子、太陽鏡帽，還是摩托車安全頭盔、交警帽，都能夠隨心所欲配戴。29/741．結晶水合物結晶水合物蓄熱是在低于其熔點溫度下，使水合鹽全部或部分脫去其結晶水，利用脫水過程中吸收水合熱實現熱量儲存。當需要回收熱量時，把脫去水與脫水鹽接觸即可實現。比如：吸熱放熱30/74由表能夠看出，這些氫氧化物性能參數對低溫蓄熱很有潛力，如利用Ca(OH)2/CaO可逆反應對水蒸氣進行加熱，可取得溫度達500℃高端過熱水蒸氣。利用這種材料化學熱泵含有可逆性能好，反應速率快、反應熱量大、穩定安全且價廉等優點。但因為無機氫氧化物和水合物相比有較強腐蝕性，而且和含CO2空氣相互作用，穩定性很差，故當前在儲熱中應用較少。2．無機氫氧化物無機氫氧化物脫水反應也可用來儲存熱量31/743．多孔蓄熱材料

多孔蓄熱材料是利用了沸石和硅膠等材料對水高吸附熱。其中，如沸石這種多孔材料可吸收質量分數為30％

35％水，所以經過吸水過程儲存熱量很多，其儲能密度普通能超出100kJ

kg-1。而且，此種材料有較長使用壽命，Y型沸石進行1

000次循環其活性也不降低。另外，沸石可加工成粒狀，極有利于水蒸氣透過沸石床進行傳質。迄今為止，對沸石制冷和沸石熱泵已經做過大量研究，多孔蓄熱材料無毒廉價，吸附蒸汽而體積改變不大，有很大發展前景。但多孔蓄熱材料存在再生溫度較高(>200℃)以及怎樣高效地進行再活化等問題，還有待今后去處理。32/74另外一個化學儲熱材料是將結晶水合鹽填充到多孔材料中形成復合材料。這種復合材料是在各種多孔材料，如硅膠、氧化鋁及其它聚合物、金屬和含碳多孔材料中填充選定類型結晶水合物而制得。如CaCl2·6H2O硅膠復合材料，在質量分數為70％時，僅水蒸發就能夠使干儲熱材料提供1

580kJ·kg-1儲熱量。這種材料主要優點是：儲熱能力高(可到達2

000kJ·kg-1)，傳熱傳質性能優良，理化性質可調整，工作溫度范圍(20～80℃)適宜，原材料簡單易得。當前CaCl2·6H2O硅膠復合材料已經做過應用試驗，包含用于空調設備、電子設備冷卻裝置，以及做滅火材料(覆蓋在可燃物表面及制成粉末噴灑滅火均可)試驗。4．復合蓄熱材料

33/74三.相變儲能材料當前，相變材料中研究和應用最多是固－液相變儲能材料，它已經是相對成熟一類材料。國內外研制固－液相變材料主要有沒有機水合鹽和有機物。1．固—液相變儲能材料（2）有機儲能材料有機類相變材料慣用有高級脂肪烴類、脂肪酸或其酯或鹽類、醇類、芳香烴類、芳香酮類、酰胺類、氟利昂類和多羥基碳酸類等，另外高分子類有聚烯烴類、聚多元醇類、聚烯醇類、聚烯酸類、聚酰胺類以及其它一些高分子，其中經典有尿素、CnH2n+2、CnH2n、C10H8、CFC、PE、PEG、PMA、PA等。（1）無機儲能材料無機水合鹽有較大熔解熱和固定熔點，是中低溫相變材料中主要一類，主要有結晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等。最經典是結晶水合鹽類，這類材料含有熔化熱大、導熱系數高、相變時體積改變小等優點，使用較多主要有堿及堿土金屬鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽及醋酸鹽等。34/742．固—固相變材料

固—固相變材料與固—液相變材料相比含有很多優點，一是它無需容器盛裝，能夠直接加工成型；二是固—固相變膨脹系數較小，體積改變小；三是無過冷現象和相分離現象；四是無毒、無腐蝕、無污染；五是性能穩定，使用壽命長；六是使用方便，裝置簡單。所以，固一固相變材料是最有前途研究領域之一。當前已經開發出含有技術和經濟潛力固—固相變材料主要有多元醇、高分子類和層狀鈦鈣礦，其中多元醇在實際應用中較多。（1）多元醇多元醇相變溫度較高，很大程度上限制了其實用性。為了得到較寬相變穩定范圍，滿足各種情況下對儲熱溫度對應要求，可將多元醇中兩種或三種按不一樣百分比混合，調整相變溫度。不一樣種類和不一樣百分比多元醇混合體系其相變溫度和相變焓有較大改變，其中以加入TMP(三羥甲基丙烷)所形成PE—TMP體系為最好。多元醇相變材料含有性能穩定，使用壽命長，相變焓較大，無液相產生，體積改變小等優點。35/74（2）高分子類這類相變材料主要是指一些高分子交聯樹脂，如交聯聚烯烴類、交聯聚縮醛類和一些接枝共聚物，如纖維素接枝共聚物、聚酯類接枝共聚物、聚苯乙烯接枝共聚物、硅烷接枝共聚物。當前使用較多是聚乙烯。聚乙烯價廉，易于加工成各種形狀，表面光滑，易于與發燒體表面緊密結合，導熱率高，且結晶度越高其導熱率也越高。尤其是結構規整性較高聚乙烯，如高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯等，含有較高結晶度，因而單位質量熔化熱值較大，但在一些使用場所下，略顯其相變溫度太高。36/74（3）層狀鈣鈦礦層狀鈣鈦礦是一個有機金屬化合物，它被稱為層狀鈣鈦礦是因為其晶體結構是層型，和礦物鈣鈦礦結構相同。純層狀鈣鈦礦以及它們混合物在固—固轉變時有較高相變焓(42～146kJ·kg-1)，轉變時體積改變較小(5%～lO%)，適合于高溫范圍儲能和控溫使用。因為其相變溫度高、價格較貴等原因較少使用。37/74太陽能+相變材料地板采暖系統

系統采取29°相變材料，配合太陽能熱水裝置，是一個100%環境保護型室內采暖系統。含有安裝輕易，能效高，運行成本極低特點。太陽能相變材料儲熱器可使室溫在整個冬季保持在21°C(70F)左右溫度范圍完全不受氣候影響。38/74燃料電池39/74生物材料能夠是天然材料，也能夠是人工材料。可單獨或與藥品一起用于人類組織或器官，起替換、增強、修復等治療作用。對生物材料要求是：移植在人體內不會引發急性或慢性危害，無毒、無副作用；接觸人體各種體液（如唾液、血液、淋巴液）時，應有良好耐腐蝕性能，不會在生物體內變質；含有必要強度、耐磨性和耐疲勞性能等。至關主要是材料與生物體組織、血液有相容性（不會引發血液凝固和溶血）；與軟硬組織有良好黏結性，不會產生吸收物和沉淀物。7.3生物材料40/74一.生物聚合物材料1．血液相容性材料血液與異物接觸會出現凝血現象。凝血就是血漿中可溶性纖維蛋白原轉變為不溶解纖維蛋白，血漿從溶膠態變為凝膠態。異物表面對促成凝血栓塞含有決定性作用。凝血過程機理迄今還不十分清楚。提升異物表面抗凝血性能，是研究抗凝血材料主攻方向。2．組織相容性材料組織相容性材料分為軟組織材料和硬組織材料兩類

。前者如人工皮膚、人工氣管、人工食道、隱形眼鏡等；后者如人工關節、人工骨和牙等。41/74組織工程人工骨缺損修復示意圖人造血管人工心臟瓣膜42/743．人工皮膚人工皮膚種類很多，有硅橡膠或塑料薄膜人工皮，合成纖維人工皮，合成多肽類人工皮、水凝膠等。甲殼素人工皮電鏡照片雙層人工皮膚43/744．硬組織材料人工髖關節是臨床應用比較成功一個。其中髖臼用超高相對分子質量聚乙烯制成，股骨多為金屬制品，這種塑料與金屬配合

，使其耐磨性較金屬與金屬配合強10倍。44/7445/74頭顱微型鋼板牙齒矯正46/745．隱形眼鏡早期作隱形眼鏡是有機玻璃，稱硬角膜接觸鏡，它對眼珠有一定刺激作用。現已研究出柔水性聚合物—甲基丙烯酸，它容性好，彎曲90°也能快速復原，也稱為親水軟鏡。有機玻璃人工晶體已用于治療白內障。隱形眼鏡又稱為角膜接觸眼鏡，簡稱接觸鏡。當前有兩種:一個由有機玻璃制成;一個由凝膠制成，含有親水性，故又稱為親水角膜鏡。因為隱形眼鏡是戴在眼球表面，與眼球呈相對固定狀態，隨眼球轉動而轉動，使角膜鏡中心與眼球角膜中心一直同軸，從而消除了三棱鏡干擾作用，降低了視網膜像大小失真，視野開闊，不影響面部外形，有許多框架式眼鏡沒有優點。47/74二.生物降解材料

有些人體醫用材料，希望只是暫時存在于體內，最終能消失，最經典就是手術用縫合線，這類材料稱之為生物降解材料。另外，如人造骨骼，也希望其外表面有一層生物降解材料，并希望人造骨降解速率與組織生長速率一致。這么，伴隨組織內部降解吸收，原來組織得以再生，與生物體組織結成一體。可作為生物降解材料聚合物有聚酯脂、聚氨基酸、交聯白蛋白、骨膠原、明膠等。硅橡膠醫用導管類

人工晶體48/74

普通藥品多是低分子化合物，在體內代謝速度快，因而病人需連續服藥，藥品高分子化后，釋放速度遲緩，還可定向釋放，療效增加。用作藥品載體聚合物材料，是經過低分子藥品結合到聚合物上或將藥品包在用聚合物做微囊里，使低分子藥品高分子化。49/74新康泰克膜控小丸結構聚合物緩釋包衣層藥品層基丸色衣層

本品內容物：速釋小丸，能在一定時間內發揮作用緩釋小丸，其有效濃度可維持12h。

50/74藥品釋放方式有以下4種：

（1）擴散控制釋放用微膠囊、空心纖維、脂質體或膜承載藥品，釋放速率受聚合物相對分子質量和組成、藥品含量及藥粒大小控制。采取聚合物有甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙烯醇和甲基丙烯酸羥基酯等。（2）化學反應控制釋放包埋在載體內藥品，隨載體降解而釋放，降解速率控制釋放速率。采取聚合物有聚乳酸、聚乙烯醇及其共聚物、聚酰胺、聚縮醛、多糖類聚合物等。51/74（3）溶劑活性控制釋放由滲透和溶脹機理來控制藥品釋放。滲透控制是溶劑經半透膜或聚合物膜微孔進入藥品，溶解藥品后再以等體積輸出含有藥品溶液。溶劑滲透速率影響藥品釋放快慢。溶脹控制是介質使載體溶脹，然后藥品向外擴散。按這種方式所用藥用聚合物有纖維素衍生物、甲基丙烯酸羥乙酯和甲酯共聚物等。（4）磁性控制釋放將藥品和鐵磁性顆粒包埋在聚合物中，在病灶外磁場作用下，磁性藥品微珠定向運動而集中于病灶，可有目標地局部輸送藥品、控制釋放。這是先進“導彈療法”。52/74三.生物活性材料

因為陶瓷材料在生物體內極為穩定，與生物組織有良好親和性，尤其適于作人體硬組織替換、修補材料。這類材料主要有氧化鋁、羥基磷灰石、生物活性玻璃、生物活性玻璃陶瓷、生物活性骨水泥等，能與人體骨生長在一起形成化學結合。1．氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷是傳統生物材料，含有卓越抗腐蝕性能，強度、硬度都很高，還有較高耐磨性和優異壓縮強度，良好生物相容性，但因為質脆限制了其應用。

53/742．磷酸鈣陶瓷含有生物降解性，并能被人體吸收。磷酸鈣陶瓷生物降解速率與其結構相關，α-磷酸三鈣＞β-磷酸三鈣＞羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]。羥基磷灰石是骨組織和牙組織無機組成部分，它單位晶胞與人體骨組織相同。羥基磷灰石與聚合物復適用于人造骨，效果更加好，現已經有聚乙烯與它復合材料。3．玻璃碳一個透明碳，是近年發展起來碳素材料。由聚合物（如酚醛樹脂）加熱裂解碳化而得

。力學性能與人骨很相近，有優良抗血黏性能，有耐蝕性和化學穩定性。可用以制作人工心瓣膜、人工齒根等。54/74信息功效材料是信息科學技術先導和基礎。

20世紀40年代末5O年代初，晶體管創造、硅單晶材料和硅集成電路(ICs)研制成功，造成了電子工業大革命。光導纖維材料和以砷化鎵(GaAs)材料為基礎半導體激光器創造，使人類進入到光纖通信和高速、寬帶信息網時代。

20世紀70年代，超晶格概念提出，分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)等生長技術發展與進步，以及超晶格、量子阱材料研制成功，使半導體器件設計思想由“雜質工程”發展到“能帶工程”，出現了器件電學、光學性質可剪裁新范圍，為材料和器件科學家提供了一個施展才能和創新遼闊天地。7.4信息功效材料55/74一.半導體硅材料高速發展深亞微米級集成電路對硅材料要求是，既要大直徑化，又要晶體性能完美無缺。在硅材料晶體生長研究方面，大量采取計算機模擬，拉晶技術采取磁場直拉法；在缺點控制方面，采取設計晶體生長速率與固液界面溫度梯度工藝，控制硅中自間隙硅原子、空位及相關微缺點，可取得完美硅單晶；在缺點利用方面，采取綜合內吸除技術控制和利用硅中缺點和雜質，尤其是近年采取快速熱處理并引入和控制空位，從而控制氧沉淀新型內吸除技術，取得高質量潔凈層，并提升效率和降低成本；硅中摻氮雜質可抑制硅中體缺點和增強硅片機械強度，結合使用內吸除技術，能生產出優質硅片；在硅片加工方面，采取線切割技術和雙面拋光等先進工藝和技術。當前微電子技術基礎材料從提升硅器件、集成電路成品率，提升性能和降低成原來看，增大直拉硅單晶直徑、處理硅片直徑增大造成缺點密度增加和均勻性變差等問題仍是今后硅單晶發展大趨勢。56/74二.硅外延材料高溫下經過氣相化學反應，在拋光硅單晶片上生長一層或多層硅單晶薄膜，經過控制生長條件，能夠取得不一樣電阻率，不一樣厚度及不一樣型號外延層。主要用于制造各種硅集成電路和分立器件，是集成電路和分立器件中主要基礎材料。大直徑硅集成電路芯片生產線均選取硅外延作為起始材料。可有效地控制氧、碳等雜質沾污，提升其純度、完整性和摻雜均勻性，從而克服直拉硅單晶存在問題。57/74三、ⅢA～ⅤA化合物半導體材料與硅相比，ⅢA～ⅤA化合物材料以其優異光電性質在高速、大功率、低功耗、低噪聲器件和電路、光纖通信、激光光源、太陽能電池和顯示等方面得到了廣泛應用。GaAs，InP和GaN及其微結構材料是當前最主要、應用最廣泛ⅢA～ⅤA化合物半導體材料。

GaAs化合物半導體結晶和晶片58/74四.寬帶隙半導體材料寬帶隙半導體材料（高溫半導體材料）主要是金剛石、ⅢA氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及ⅡA～ⅥA族硫、錫碲化物、氧化物(ZnO等)及固溶體等。尤其是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料含有高熱導率、高電子飽和漂移速率和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路理想材料，在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛應用前景。另外，ⅢA氮化物等也是優良光電子材料，在藍、綠光發光二極管(LED)和紫、藍、綠光激光器(LD)以及紫外探測器等方面也顯示了廣泛應用前景。碳化硅寬帶隙半導體59/74伴隨1993年GaN材料P型摻雜技術突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料研究熱點。近年來，功率達瓦級(最大為5W)GaN基藍、紫光發光二極管研制成功，使人們看到了固態白光照明誘人前景。固態照明與當前慣用白熾燈相比，不但發光效率高，節約能源2/3，而且工作壽命可提升10倍以上，加之工作電壓低、安全可靠和無污染等，是當前國內外研發熱點。方大集團于年9月在國內第一個生產出GaN基LED外延片藍、綠、白光LED城市建筑裝飾燈光工程60/74五.信息存放材料

當前磁統計材料仍是最主要信息存放材料。經過技術革新和巨磁阻材料利用，磁性材料存放密度仍有大幅度提升空間。不過，—2006年之間，磁材料中磁統計單元(磁晶)尺寸已到達其統計狀態物理極限，對應存放密度為10～100GB。在這種背景下，從20世紀80年代末以來，光存放技術得到了十分快速發展，光存放市場不停擴大。當前，普通光存放技術已經成熟，一次性和可擦寫光盤都已商業化。因為20世紀90年代末GaN藍色激光出現，光存放密度因為所使用光波波長變短而得到成倍增加。下一步發展方向是研究和開發適合藍紫激光波長光盤材料。另外，因為光存放技術面密度已靠近光學衍射極限，國際上正在尋找下一代光存放技術，如三維光存放技術、全息存放技術和近場光存放等。在這些新存放技術中，關鍵還是可實用光存放材料研究和開發。61/74日立執行副總裁海利右手上是1英寸微型硬盤中一張盤片，他左手上是50年前IBM生產RAMAC中一張24英寸盤片。1英寸硬盤盤片數據存放量是1張24英寸RAMAC盤片80

000多倍，8GB容量1英寸硬盤存放容量是RAMAC1

600倍。縱觀硬盤發展史，從第一塊硬盤誕生到現在已經有50年歷史，硬盤面密度（硬盤表面每平方英寸所存放數據位數）已經增加了一千萬倍。50張組合在一起盤片只能存放大約2首iTunes歌曲62/74硬盤還會多小？日立微型硬盤包含有直徑1英寸盤片東芝已經將盤片直徑深入縮小到了0.85英寸

IBM3340這款1英寸硬盤是由IBM在1999年創造，它支持30MB固定存放和30MB可移動存放1976年,5.25英寸SA-400軟盤驅動器1英寸Microdrive家族三劍客63/74存放量達當前硬盤千倍，IBM展示單原子存放、分子開關

即使當今存放密度最高硬盤，要想保留1bt信息也需要大約100萬個磁性原子，而位于加州圣何塞IBMAlmaden研究中心已經成功地在一個單獨原子上保留了1bt信息。

與此同時，IBM蘇黎世研究試驗室則創造了分子開關，有望取代當今硅芯片技術制造超微型處理器，一臺超級計算機體積可能只會相當于一粒塵埃。

IBM稱，單原子存放技術實用后能夠得到超高密度存放設備，最少相當于當前硬盤1

000倍，能夠在一部iPod體積內存放3萬部全尺寸電影。

64/74六.有機光電子材料有機發光材料以其低廉成本和良好柔性，已成為全色高亮度發光材料研究又一大熱點。當前有機電致發光材料LED發光亮度最高已達10Cd

m-2，發光效率為151m

W-1，工作壽命超出20

000h，并實現了紅、綠、藍及全色發光，并有16英寸彩屏研制成功報道，商業化前景看好。但有機發光材料穩定性還未得到徹底處理。折射率漸變新型塑料光纖因為其優良機械性能以及抗干擾、易連接、低成本等特點，成為短途光纖通信和光纖入戶關鍵材料。1994年，國際上開始研制漸變型塑料光纖技術,當前已經有實際應用包含，利用塑料光纖建立了局部電話通信系統，漸變型塑料光纖應用等。中國在20世紀90年代中期也開展了對應研究，并在短距離數據、資料傳輸,局域網互聯等方面進行了示范演示，取得了較大進展。65/74七.人工晶體材料人工晶體在光通信、三維光存放、光計算、激光加工、醫療、光倍頻、全光顯示和國防等方面有主要應用。人工晶體在高光學質量、大尺寸激光晶體材料制備等方面取得了長足進步，并在可調諧、大功率和復合功效3個應用方面也取得了重大進展。IDF系列光電新材料—人工晶體KTP一個植入眼內人工透鏡，取代天然晶狀體作用。第一枚人工晶體是由JohnPike,

JohnHolt和HardoldRidley共同設計，于1949年11月29日，Ridley醫生在倫敦St.Thomas醫院為病人植入了首枚人工晶體。66/74鈮酸鋰單晶體是高速光通信中外部調制器采取非線性光學結晶。是光電子元件中不可缺乏材料。除調制器以外，在轉換激光波長二次諧波產生（SHG）技術及平面光波電路中均起著非常主要作用。據稱，晶體科技企業每年生產70多噸鈮酸鋰