導(dǎo)電材料
關(guān)注創(chuàng)建者：中學(xué)僧 創(chuàng)建時間：2019-01-11
導(dǎo)電材料的實(shí)例教程
【引言】
電子型的透明導(dǎo)電材料，比如摻雜的In2O3,SnO2, ZnO, 和CdO等，目前已在工業(yè)界得到了非常廣泛和成功的應(yīng)用。但是，目前還沒有成熟的商業(yè)化的空穴型的透明導(dǎo)電材料。近些年來研究者嘗試通過引入Cu以及重陽離子Bi等方式來實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)電氧化物的空穴型摻雜，但是遺憾的是這些材料的空穴有效質(zhì)量都太大，從而使得其載流子遷移率過低。因此探索和發(fā)現(xiàn)具有低空穴有效質(zhì)量和高導(dǎo)電性的空穴型透明導(dǎo)電材料具有重大的研究意義。
【成果簡介】
最近，清華大學(xué)材料學(xué)院柳百新院士課題組和中物院北京計(jì)算科學(xué)研究中心黃兵教授課題組合作，通過第一性原理計(jì)算的方法研究了54種潛在的層狀雙鈣鈦礦化合物Cs4M2+B3+2XVII12(M2+=Mg2+/Ca2+/Sr2+/Zn2+/Cd2+/Sn2+, B3+=Sb3+/In3+/Bi3+; XVII=Cl-/Br-/I-) 的穩(wěn)定性、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，最終從這54種材料中成功發(fā)現(xiàn)7種適合于做空穴型透明導(dǎo)電體的材料。這些材料有較好的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定性；擁有足夠大的光學(xué)能隙和透明性；低的空穴有效質(zhì)量，以及本征的優(yōu)良的空穴型導(dǎo)電性質(zhì)。特別是，體系的特殊對稱性使得這些材料價帶中的帶間光躍遷非常弱。這些性質(zhì)使得它們是迄今為止被預(yù)測的最好的空穴型透明導(dǎo)電體的材料。本工作研究者通過深入的能帶結(jié)構(gòu)分析對這些材料適于做空穴型透明導(dǎo)電材料給予了較充分的理論解釋。此工作不僅首次將鈣鈦礦材料的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到透明導(dǎo)電材料，還對在未知化合物中設(shè)計(jì)搜尋理想的空穴型透明導(dǎo)電材料提供了很重要的借鑒思路。
展開 然而，最近由澳大利亞伍倫貢大學(xué)李衛(wèi)華教授和唐詩楊博士領(lǐng)導(dǎo)的研究組與美國北卡羅萊納州立大學(xué)Michael Dickey教授組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)合成的一種新型復(fù)合材料似乎打破了這一規(guī)律。與傳統(tǒng)導(dǎo)電材料不同，這種由液態(tài)金屬、磁性金屬粉末和高分子彈性基底合成的導(dǎo)電材料在被拉伸時電阻會劇烈減小，在拉伸量僅有10%的情況下其電阻率就能減小到初始阻值的千萬分之一，并且在拉伸量曾加到30%的情況下其電阻率甚至能減小到初始阻值的一億分之一！那么，究竟是什么原因讓這種材料具有了如此神奇的性質(zhì)呢？且聽筆者一一道來。
要解釋這種材料的原理，就不得不先介紹一下彈性導(dǎo)電復(fù)合材料。這一類材料一般由彈性絕緣基底和導(dǎo)電填充材料混合而成，兼具了良好的導(dǎo)電性和彈性體的可變形功能。然而，魚與熊掌不可兼得，傳統(tǒng)的彈性導(dǎo)電復(fù)合材料在拉伸時導(dǎo)電性能會有明顯下降：一旦材料被拉伸，其中的導(dǎo)電填充填料就會互相分離，使得其導(dǎo)電能力大打折扣。因此，在機(jī)械變形時維持材料的高電導(dǎo)率就成為了目前導(dǎo)電復(fù)合材料領(lǐng)域一個至關(guān)重要的課題。
傳統(tǒng)復(fù)合材料在拉伸時其中的導(dǎo)電顆粒互相分離
為了解決這一難題，該研究團(tuán)隊(duì)成員基于他們豐富的關(guān)于液態(tài)金屬材料研究的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性地將液態(tài)鎵銦合金微液滴和固態(tài)金屬微粉末混合加入彈性基底，制作出了這種混合填料復(fù)合材料。EGaIn鎵銦合金中的鎵銦比例為3:1，在常溫下即可維持液態(tài)，兼具高導(dǎo)電性、可變形性與高表面張力，是導(dǎo)電填料的理想選擇。這種復(fù)合材料的制作過程并不復(fù)雜，只需將固液兩種填料和液態(tài)基底混合攪拌均勻，真空脫氣后在烤箱中固化定型即可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一旦材料固化定型，其電阻率在壓縮、拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)等任何機(jī)械變形下均會劇烈下降。
展開 近日，意大利一組研究人員表示，可以使用碳納米管（CNT）制造導(dǎo)電復(fù)合材料，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印。在都靈理工大學(xué)的MarcoSangermano教授領(lǐng)導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)一直在使用數(shù)字光處理（DLP）（一種使用光聚合物和光投影的3D打印技術(shù)）進(jìn)行研究。
該研究結(jié)果最近發(fā)表在Polymer的題為“Developmentof3DprintableformulationscontainingCNTwithenhancedelectricalproperties”中。研究團(tuán)隊(duì)正在努力實(shí)現(xiàn)保持碳納米管的電性能的可3D打印聚合物納米復(fù)合材料。對于不熟悉的人來說，碳納米管僅僅是具有納米級直徑的碳基管狀材料。
作為項(xiàng)目的一部分，研究人員創(chuàng)建了一種由兩種聚合物（PEGDA和PEGMEMA）組成的基質(zhì)材料，并向其中添加了多壁碳納米管。在這個階段，研究人員制造了許多不同的材料，每種材料具有不同比例的聚合物和納米管，并進(jìn)行流變試驗(yàn)（換句話說，就是以液體形式進(jìn)行測試）。然后使用可3D打印的最佳粘度的材料混合物，使用未改性的DLP3D打印機(jī)產(chǎn)生一系列物體。
在打印的對象中，有三毫米立方體、亞毫米薄膜、厘米級六邊形結(jié)構(gòu)和電路模型。后者用于測試碳納米管聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)電和機(jī)械特性。對3D打印對象的后續(xù)測試展示了一些新發(fā)現(xiàn)。首先，研究人員發(fā)現(xiàn)向材料混合物中加入CNT會導(dǎo)致交聯(lián)密度的輕微降低，這降低了物體的機(jī)械性能。然而，電測試表明，通過將甚至0.1wt％的CNT加入到聚合物混合物中，材料的導(dǎo)電性提高了三個數(shù)量級（1000x）。當(dāng)它們提高CNT的濃度時，電導(dǎo)率進(jìn)一步增加。
雖然測試展示了碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電潛力，但研究人員正在努力改善材料的機(jī)械性能，同時保持其導(dǎo)電性能。為了做到這一點(diǎn)，他們正在測試使用更強(qiáng)的光源提高DLP3D打印機(jī)的效率。
展開 據(jù)央視新聞客戶端報(bào)道，3月19日復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域國際頂級期刊《自然·材料》上發(fā)表最新研究論文，論文名為《外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導(dǎo)率》，該團(tuán)隊(duì)在論文中稱已制備出二維體系中具有目前已知最高導(dǎo)電率的外爾半金屬材料-砷化鈮納米帶。
報(bào)道稱，修發(fā)賢團(tuán)隊(duì)新研制的砷化鈮納米帶材料，電導(dǎo)率是銅薄膜的一百倍，石墨烯的一千倍。同時，區(qū)別于超導(dǎo)材料只能在零下幾十度超低溫下應(yīng)用，新材料砷化鈮的高電導(dǎo)機(jī)制即使在室溫下仍然有效。這一發(fā)現(xiàn)也為材料科學(xué)尋找高性能導(dǎo)體提供了一個可行思路，在降低電子器件能耗等方面有重大價值。
復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授修發(fā)賢稱，我們的手機(jī)發(fā)熱、電腦發(fā)熱是有兩個原因，晶體管本身的發(fā)熱和電流流經(jīng)這些（互連）導(dǎo)線所產(chǎn)生的導(dǎo)線發(fā)熱，那我們現(xiàn)在要解決的問題就是導(dǎo)線的發(fā)熱，我們的這個材料就可以在這一方面有所用途。
導(dǎo)電材料是電子工業(yè)的基礎(chǔ)，現(xiàn)在最主要的材料是銅，已大規(guī)模用于晶體管的互連導(dǎo)線。信息時代，計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備體積越來越小，而當(dāng)銅變得很薄，進(jìn)入二維尺度時，電阻變大，導(dǎo)電性迅速變差，功耗大幅度增加。這也是制約芯片等集成電路技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要瓶頸。
展開 近日，意大利一組研究人員表示，可以使用碳納米管（CNT）制造導(dǎo)電復(fù)合材料，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)3D打印機(jī)進(jìn)行3D打印。在都靈理工大學(xué)的MarcoSangermano教授領(lǐng)導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)一直在使用數(shù)字光處理（DLP）（一種使用光聚合物和光投影的3D打印技術(shù)）進(jìn)行研究。
該研究結(jié)果最近發(fā)表在Polymer的題為“Developmentof3DprintableformulationscontainingCNTwithenhancedelectricalproperties”中。研究團(tuán)隊(duì)正在努力實(shí)現(xiàn)保持碳納米管的電性能的可3D打印聚合物納米復(fù)合材料。對于不熟悉的人來說，碳納米管僅僅是具有納米級直徑的碳基管狀材料。
作為項(xiàng)目的一部分，研究人員創(chuàng)建了一種由兩種聚合物（PEGDA和PEGMEMA）組成的基質(zhì)材料，并向其中添加了多壁碳納米管。在這個階段，研究人員制造了許多不同的材料，每種材料具有不同比例的聚合物和納米管，并進(jìn)行流變試驗(yàn)（換句話說，就是以液體形式進(jìn)行測試）。然后使用可3D打印的最佳粘度的材料混合物，使用未改性的DLP3D打印機(jī)產(chǎn)生一系列物體。
在打印的對象中，有三毫米立方體、亞毫米薄膜、厘米級六邊形結(jié)構(gòu)和電路模型。后者用于測試碳納米管聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)電和機(jī)械特性。對3D打印對象的后續(xù)測試展示了一些新發(fā)現(xiàn)。首先，研究人員發(fā)現(xiàn)向材料混合物中加入CNT會導(dǎo)致交聯(lián)密度的輕微降低，這降低了物體的機(jī)械性能。然而，電測試表明，通過將甚至0.1wt％的CNT加入到聚合物混合物中，材料的導(dǎo)電性提高了三個數(shù)量級（1000x）。當(dāng)它們提高CNT的濃度時，電導(dǎo)率進(jìn)一步增加。
雖然測試展示了碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電潛力，但研究人員正在努力改善材料的機(jī)械性能，同時保持其導(dǎo)電性能。為了做到這一點(diǎn)，他們正在測試使用更強(qiáng)的光源提高DLP3D打印機(jī)的效率。
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導(dǎo)電材料的最新內(nèi)容
因此，橢圓偏振法現(xiàn)在被用來準(zhǔn)確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結(jié)晶特性、導(dǎo)電性和其他材料特性。
橢圓偏振分析器1個月前
因此，它可用于表征成分、粗糙度、厚度、結(jié)晶性能、導(dǎo)電性和其他材料特性。它對入射輻射與所研究材料相互作用的光學(xué)響應(yīng)變化非常敏感。此用例演示了橢圓偏振儀的基本原理，并說明了 VirtualLab Fusion中內(nèi)置橢圓偏振分析器的使用。
因此，橢圓偏振法現(xiàn)在被用來準(zhǔn)確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結(jié)晶特性、導(dǎo)電性和其他材料特性。
在最新發(fā)布的快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中。它提供了一個簡單明了的方法，通過在模擬產(chǎn)生的電磁場結(jié)果上應(yīng)用橢圓偏振的概念來研究涂層、多層結(jié)構(gòu)和光柵的特性。
因此，它可用于表征成分、粗糙度、厚度、結(jié)晶性能、導(dǎo)電性和其他材料特性。它對入射輻射與所研究材料相互作用的光學(xué)響應(yīng)變化非常敏感。此用例演示了橢圓偏振儀的基本原理，并說明了 VirtualLab Fusion中內(nèi)置橢圓偏振分析器的使用。
橢圓偏振儀的基本原理
當(dāng)線偏振光(分解為一個偏振平行(??p,i)和一個垂直于入射面(??s,i)的波)與電介質(zhì)相互作用時，偏振態(tài)會發(fā)生變化。
影音設(shè)備：電視、DVD播放器、數(shù)碼相框等，通過非導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)觸控。
工業(yè)控制與物聯(lián)網(wǎng)：
適用于需要穩(wěn)定觸控的工業(yè)面板或IoT設(shè)備，通過I2C接口與主控芯片高效通信。
一期一會 | 什么是電源完整性？3個月前
電源層
PCB，包括柔性PCB，由導(dǎo)電材料或絕緣材料的交替材料層組成。垂直的空心導(dǎo)電柱被稱為過孔，可連接層疊中的不同導(dǎo)電層。負(fù)責(zé)為信號處理層提供電源的層被稱為電源層。由于層厚度是固定的，電源層上的導(dǎo)電材料的載流能力由導(dǎo)電走線的寬度決定。如果走線不夠?qū)?，局部電阻會因焦耳加熱而產(chǎn)生功率損耗。
回流路徑和接地平面
電流必須從信號電路返回到電源，才能形成整個電源電路閉環(huán)。
導(dǎo)體
導(dǎo)電材料是允許電子自由流動的材料。金、銀、銅和鋁等金屬是有效的導(dǎo)體，因?yàn)樗鼈冇兄陔娮优c原子核的去耦。
在某些材料中，電子仍然被束縛在原子核上，但只需少量能量就能去耦。這些材料被稱為半導(dǎo)體，而上述行為是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電子產(chǎn)品的晶體管背后的基本物理特性。
超導(dǎo)體是指當(dāng)冷卻到臨界溫度以下時，電阻為零并會排斥磁場（邁斯納效應(yīng)）的材料。
一期一會 | 什么是電母線？4個月前
為電力應(yīng)用設(shè)計(jì)母線的工程師必須在空間、成本、安全性、電阻、電容和電感（分支間或附近導(dǎo)電材料之間）、安裝選項(xiàng)和冷卻之間取得平衡。這些通常相互沖突的要求，使得電氣、磁性、熱和結(jié)構(gòu)仿真對于設(shè)計(jì)過程至關(guān)重要。
電氣母線的常見用途
工程師將母線應(yīng)用于電氣系統(tǒng)中，因?yàn)榕c電線或電纜相比，母線具有設(shè)計(jì)優(yōu)勢。
這些薄體被稱為“跡線”，通常由銅制成，銅是一種高導(dǎo)電性材料，其中電子在組件間移動時電阻很小。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>PCB類型</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>不同類型的PCB具有不同的性能品質(zhì)，并且通常根據(jù)所用基板的延展性進(jìn)行分類。這些基板可以是剛性、柔性或剛?cè)峤Y(jié)合型的。
一期一會 | 什么是信號完整性？4個月前
信號的特征、導(dǎo)電及介電材料的材料屬性、幾何結(jié)構(gòu)以及PCB中電路和各層的相對位置決定了在Maxwell的方程中所描述的物理場的大小和影響。
四種類型的信號完整性問題
基于上述基本物理場情況，可以將信號完整性問題分為四類：
1.
