磁熱效應(yīng)的案例
文獻(xiàn)速覽欄目——磁制冷 | 導(dǎo)熱散熱展 | 熱管理展
研究人員發(fā)現(xiàn)在自旋超固態(tài)量子臨界點附近，該材料具有巨大的磁熵變，引起巨磁卡效應(yīng)，又通過絕熱去磁過程獲得了94 mK的極低溫，實現(xiàn)了亞開溫區(qū)無液氦極低溫制冷。該效應(yīng)被稱為自旋超固態(tài)巨磁卡效應(yīng)。
03
原位形成雙相合金優(yōu)異的磁致冷行為
Hong Zhong, Yuzhu Song, Feixiang Long, et al. Design of Excellent Mechanical Performances and Magnetic Refrigeration via In Situ Forming Dual-Phase Alloys. Advanced Materials 2024, 27, 2402046.
https://doi.org/10.1002/adma.202402046
本文通過在具有優(yōu)異磁熱效應(yīng)（MCE）的金屬間化合物中原位沉淀堅韌的磁制冷相，來形成雙相合金以克服其難以加工成器件的機(jī)械性能阻礙。在87.5Gd-12.5Co合金中，加入韌性相Gd可以提高合金的強(qiáng)度(≈505 MPa)和良好的塑性(≈9.2%)。強(qiáng)化相Gd使合金的制冷量達(dá)到720 J/kg。此外，由于兩相的協(xié)同作用，合金表現(xiàn)出較低的熱膨脹，有利于磁制冷換熱過程中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。兩磁相之間的耦合作用可以拓寬制冷溫度范圍，減小磁滯。
04
提高非晶合金磁熱性能瓶頸
Shao, L., Luo, Q., Zhang, M. et al.
展開 納米復(fù)合水凝膠在藥物遞送領(lǐng)域的發(fā)展
由于金具有良好的光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，在外源性可見光照射下，金納米顆粒吸收光子并將其轉(zhuǎn)換成熱能使得局域溫度升高，促進(jìn)瓊脂糖水凝膠進(jìn)行軟化，在這可逆的凝膠化過程中即可通過熱刺激響應(yīng)釋放蛋白質(zhì)藥物。
光刺激是一種對人體侵害性小且容易控制的外源性刺激手段，因此光控藥物釋放也是藥物遞送領(lǐng)域的研究熱點。Marta Cerruti和Fiorenzo Vetrone等人設(shè)計了一種有機(jī)-無機(jī)雜化的載藥系統(tǒng)，可用于近紅外光成像和大分子的按需遞送。該體系利用光響應(yīng)分子作為交聯(lián)劑制備載有蛋白質(zhì)大分子的可光解的殼聚糖水凝膠，再用這種水凝膠包覆上轉(zhuǎn)換納米顆粒，在近紅外光的照射下，上轉(zhuǎn)換納米顆粒將紅外光轉(zhuǎn)換成紫外光發(fā)射并分解光響應(yīng)交聯(lián)劑，進(jìn)一步導(dǎo)致水凝膠被破壞從而釋放大分子物質(zhì)。
外源性磁場可以有效引導(dǎo)金屬納米顆粒在體內(nèi)的靶向病灶行為，不僅如此，金屬及其氧化物納米顆粒在交流磁場的作用下能夠產(chǎn)生顯著的磁熱效應(yīng)。基于此種現(xiàn)象，金屬納米顆粒-水凝膠雜化材料可以作為一種磁場控制的磁觸發(fā)熱控載藥體系。東南大學(xué)顧寧團(tuán)隊發(fā)展了一種以膠體金納米顆粒聚集體為核的水凝膠藥物載藥體系。在這個體系中，聚甲基丙烯酸甲酯立方體中裝載了化療藥物DOX，之后層層組裝的金納米顆粒被包覆在聚合物立方體表面，這一雜化立方體最終通過凝膠化過程被整合到水凝膠中。研究發(fā)現(xiàn)金納米顆粒具有磁熱效應(yīng)，外部施加交流磁場后，誘導(dǎo)金納米膜生熱，使得聚合物立方體溫度升高，提高了化療藥物的釋放效率。此外由于金納米顆粒膜的存在，CT成像可以輕易區(qū)分雜化立方體和水凝膠基質(zhì)，為監(jiān)測藥物釋放和指導(dǎo)手術(shù)干預(yù)治療提供了策略。
電刺激響應(yīng)型載藥體系也是常見的藥物控釋系統(tǒng)，這種體系多應(yīng)用于可植入式電子遞送系統(tǒng)，然而可植入式器件要求復(fù)雜的侵入式手術(shù)，并不是理想的藥物遞送手段。斯坦福大學(xué)的Richard N.
展開 【論文介紹】Ni50.1Mn24.1Ga20.3Fe5.5形狀記憶合金多晶纖維的雙程形狀記憶效應(yīng)
團(tuán)隊介紹
該項工作由齊齊哈爾大學(xué)物理系劉艷芬博士團(tuán)隊共同完成，該團(tuán)隊長期專注于金屬磁性材料科學(xué)領(lǐng)域，聚焦于新型磁致冷工質(zhì)Heusler型Ni-Mn-Ga形狀記憶合金，在以下方面開展科研工作：形狀記憶合金纖維的制備、熱處理、小尺寸效應(yīng)、馬氏體相變行為的表征、提高超彈性的應(yīng)變恢復(fù)率、形狀記憶效應(yīng)等力學(xué)方面及正、逆磁熱效應(yīng)等方面研究。
目前課題組正承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目“快速凝固超細(xì)晶纖維的制備及磁熱特性研究”，黑龍江省自然科學(xué)基金“微尺度熔體抽拉鐵磁形狀記憶纖維的雙功能特性研究”；黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費面上項目“微尺度形狀記憶金屬絲的可控制備及形狀記憶效應(yīng)研究”等。
展開 【論文介紹】Ni50.1Mn24.1Ga20.3Fe5.5形狀記憶合金多晶纖維的雙程形狀記憶效應(yīng)
團(tuán)隊介紹
該項工作由齊齊哈爾大學(xué)物理系劉艷芬博士團(tuán)隊共同完成，該團(tuán)隊長期專注于金屬磁性材料科學(xué)領(lǐng)域，聚焦于新型磁致冷工質(zhì)Heusler型Ni-Mn-Ga形狀記憶合金，在以下方面開展科研工作：形狀記憶合金纖維的制備、熱處理、小尺寸效應(yīng)、馬氏體相變行為的表征、提高超彈性的應(yīng)變恢復(fù)率、形狀記憶效應(yīng)等力學(xué)方面及正、逆磁熱效應(yīng)等方面研究。
目前課題組正承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目“快速凝固超細(xì)晶纖維的制備及磁熱特性研究”，黑龍江省自然科學(xué)基金“微尺度熔體抽拉鐵磁形狀記憶纖維的雙功能特性研究”；黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費面上項目“微尺度形狀記憶金屬絲的可控制備及形狀記憶效應(yīng)研究”等。
展開 
清華大學(xué)電機(jī)系實現(xiàn)材料電損傷自修復(fù)
近日，清華大學(xué)電機(jī)系何金良教授研究團(tuán)隊利用納米顆粒在聚合物中的熵耗散遷移行為（entropy-driven migration），結(jié)合超順磁納米顆粒的磁熱效應(yīng)，實現(xiàn)了熱塑性電介質(zhì)的電樹損傷靶向修復(fù)和電氣絕緣性能恢復(fù)。這一研究成果于2018年12月31日在線發(fā)表在Nature Nanotechnology。
圖1. 電樹靶向追蹤和修復(fù)機(jī)制示意圖
為了獲得兼具電損傷自修復(fù)功能和高介電強(qiáng)度的絕緣介質(zhì)，該團(tuán)隊以聚烯烴電纜絕緣材料為基材，設(shè)計了一種可重復(fù)修復(fù)電損傷，并恢復(fù)電氣絕緣性能的方法。實驗和理論模擬表明，利用聚合物分子鏈對納米顆粒的構(gòu)象熵耗散作用（entropic depletion force），表面功能化的超順磁納米顆粒能夠在材料內(nèi)部自動搜尋損傷，并遷移、聚集在電樹裂紋表面。在震蕩磁場下，聚集的超順磁納米顆粒在缺陷區(qū)域形成微米級的高溫區(qū)，局部溫差能夠達(dá)到30℃以上。局部高溫將微米級損傷區(qū)域加熱到高于熔點10℃以上，使其局部熔融重塑，同時保證材料整體溫度較低。當(dāng)缺陷區(qū)域修復(fù)后，損傷裂紋消失，此時納米顆粒受到的構(gòu)象熵耗散作用在各方向相同，趨于無規(guī)運動。而所采用的表面修飾層能夠隔斷無機(jī)顆粒之間的強(qiáng)范德華引力，避免顆粒形成永久團(tuán)聚。修復(fù)區(qū)域的超順磁顆粒在濃度梯度驅(qū)動下在材料內(nèi)趨于均勻分散，為下一次損傷修復(fù)做準(zhǔn)備。
圖2. 電樹靶向追蹤和修復(fù)行為的微觀表征：a)micro-CT表征及密度分析；b-e）掃描電鏡-能譜表征
利用X射線顯微CT技術(shù)（micro-CT）的亞微米空間分辨能力和對材料密度的高靈敏性，該團(tuán)隊對該自修復(fù)絕緣介質(zhì)中電樹損傷的修復(fù)過程進(jìn)行了表征和三維重構(gòu)，再現(xiàn)了納米顆粒的靶向遷移、修復(fù)和擴(kuò)散行為。
展開 西安交大唐敬達(dá)副教授等研發(fā)水凝膠磁熱驅(qū)動變形及磁熱療技術(shù)
針對此問題，西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院唐敬達(dá)副教授等人，采用直寫打印制備了磁性水凝膠/硅橡膠的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用磁性溫敏水凝膠的磁熱效應(yīng)實現(xiàn)了復(fù)雜變形，并展示了該變形結(jié)構(gòu)在磁熱療方面的初步應(yīng)用。 研究成果以“Programmable shape transformation of 3D printed magnetic hydrogel composite for hyperthermia cancer therapy”為題發(fā)表在《Extreme Mechanics Letters》上。
研究人員基于課題組之前的3D打印異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌粘接技術(shù)（Adv. Funct. Mater. 2019, 1901721）和水凝膠磁熱驅(qū)動變形原理（ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, 11, 21194?21200），提出了磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)變形結(jié)構(gòu)的3D打印方法。為實現(xiàn)水凝膠磁控復(fù)雜變形結(jié)構(gòu)，需要對磁性水凝膠的打印性能、力學(xué)性能、磁學(xué)性能和粘接性能四個方面進(jìn)行調(diào)控。
圖1 磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)變形結(jié)構(gòu)的3D打印
首先打印了磁性水凝膠的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過拉伸 “熊貓”圖案，直觀地展示了磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有良好的界面粘接性能，為水凝膠磁控復(fù)雜變形結(jié)構(gòu)的制造奠定了基礎(chǔ)。
圖2 磁性水凝膠與磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)
其次，作者對磁性水凝膠的磁學(xué)性能、力學(xué)性能和粘接性能進(jìn)行了定量表征。
展開 東北大學(xué)《Scripta》：磁性形狀記憶合金的馬氏體穩(wěn)定性及物理性能
特別是Ni-(Co)-Mn-In合金具有大約3%的輸出應(yīng)變和超過100MPa的輸出應(yīng)力，伴隨著巨大的磁熱效應(yīng)等。這些優(yōu)異的綜合性能在磁驅(qū)動和磁制冷等實際應(yīng)用中具有重要意義。根據(jù)化學(xué)成分的不同，已證明三元合金中的馬氏體相分為兩大類，即調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)(NM)，調(diào)質(zhì)馬氏體主要包括斜方四層(4O)、單斜五層(5M)、單斜六層(6M)和單斜七層(7M)結(jié)構(gòu)。磁場誘導(dǎo)的形狀記憶效應(yīng)僅在調(diào)質(zhì)馬氏體中實現(xiàn)。然而大量研究表明，隨著外部條件的變化，調(diào)質(zhì)馬氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)镹M馬氏體，調(diào)質(zhì)馬氏體的亞穩(wěn)定性限制了這些合金的應(yīng)用。因此，許多研究致力于拓寬調(diào)質(zhì)馬氏體溫度范圍。到目前為止，還沒有關(guān)于第一性原理計算研究的Ni-Mn-In合金中5M和7M馬氏體相穩(wěn)定性的報道。
來自東北大學(xué)，燕山大學(xué)等單位的研究人員通過第一性原理計算和實驗研究了Ni50Mn35In15合金中5M和7M調(diào)質(zhì)馬氏體的相穩(wěn)定性和相關(guān)物理性能，可以根據(jù)狀態(tài)密度和微分電荷密度分析來確定相的穩(wěn)定性。相關(guān)論文以題為“5M and 7M martensitic stability and associated physical properties in Ni50Mn35In15 alloy: first-principles calculations and experimental verification”發(fā)表在Scripta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114140
本研究通過定向凝固制備了名義成分為Ni50Mn35In15的多晶樣品。為了使合金成分均勻，樣品在氬氣環(huán)境下進(jìn)行1173K×24h退火（水淬）。
展開 高熵合金超導(dǎo)體 || 福岡工大教授告訴你什么是未來黑科技！
高熵態(tài)產(chǎn)生了多種改進(jìn)功能：如熱電性能、磁熱效應(yīng)、催化效應(yīng)等。除了傳統(tǒng)高熵合金定義，高熵合金的另一種定義是基于混合熵值劃分的。
混合熵
式中，n 是組元數(shù)；ci 是原子分?jǐn)?shù)；R 是氣體常數(shù)?；诨旌响刂祦矶x，低熵合金的混合熵值小于0.69；中熵合金的混合熵值界于0.69至1.60之間；高熵合金的混合熵大于等于1.60.
圖1 bcc結(jié)構(gòu)的高熵狀態(tài)。
彩色的球意味著這個位置是被幾個原子隨機(jī)占據(jù)，實線表示晶胞。
《Acta Mater》：組織對該合金在磁場和單軸應(yīng)力多熱冷卻應(yīng)用的影響
在較高的外加磁場下，盡管單軸應(yīng)力穩(wěn)定了馬氏體和磁場穩(wěn)定了奧氏體相，但觀察到兩種刺激下的熱滯后和寬度都在增加。在磁場變化為1.9 T時，-1.2 K的最大循環(huán)效應(yīng)在連續(xù)應(yīng)力為55 MPa時可增加200%以上至-4.1 K。這一顯著的絕熱溫度變化比在類似磁場下Ni-Mn基Heusler的最高循環(huán)磁熱效應(yīng)高出三分之一以上。
本文闡明了微觀結(jié)構(gòu)對Ni-Mn-In Heusler合金應(yīng)用于磁場和單軸應(yīng)力多熱量冷卻的顯著影響。證明了優(yōu)化的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計以及磁場和應(yīng)力的結(jié)合可以在中等外場條件下使Ni-Mn-In型超磁形狀記憶合金產(chǎn)生大的循環(huán)熱效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)其他材料中的多熱量效應(yīng)的研究，說明了多種刺激結(jié)合在環(huán)境友好制冷方面的潛力。
展開 北科《Scripta Mater》：磁、電場耦合作用增強(qiáng)材料可逆制冷能力！
磁制冷的應(yīng)用關(guān)鍵取決于所使用的材料，需要在較寬的制冷溫度范圍內(nèi)具有大型MCE，Gd5(Si,Ge)4化合物的發(fā)現(xiàn)極大地刺激了一級相變材料的發(fā)展，使其獲得了較大的熵變。過去二十年，一級相變材料如La(Fe, Si)13，MnFeP1-xAsx和Heusler合金，已被廣泛研究作為磁制冷的候選材料。特別是對具有一級馬氏體相變(MTs)的全d區(qū)金屬Heusler合金Ni50Mn50-yTiy和Ni50-xCoxMn50-yTiy已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，它們具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和大的熱效應(yīng)。這些類型的Heusler合金易于加工成所需形狀以提高熱交換能力，使其成為理想的固態(tài)制冷劑。
然而，與一級相變材料的固有特性相關(guān)的低可逆性和較窄的溫度跨度也存在于全d區(qū)金屬Heusler合金中，這是其在制冷領(lǐng)域商業(yè)化的長期障礙。一級相變材料中MCE的可逆性很大程度上取決于熱滯寬度。因此，迫切需要尋求一種有效的解決方案來減少滯后損失。已有研究表明通過快速凝固制備的Ni50-xCoxMn5-yTiy薄帶可以增強(qiáng)MCE。因此，有必要找到調(diào)節(jié)Ni50-xCoxMn50-yTiy的滯后損耗的方法。
北京科技大學(xué)的研究人員通過將Ni37.5Co12.5Mn35Ti15薄帶與鐵電型Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(PMN-PT)襯底相結(jié)合，提出了通過應(yīng)變介導(dǎo)的磁電耦合解決上述可逆性差的問題。在磁場和電場的耦合作用下，復(fù)合材料在室溫附近的可逆MCE可以有效增強(qiáng)，還可以擴(kuò)大可逆制冷溫度范圍，增加可逆制冷劑容量。
展開 哈工大《Sci China Mater》：微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控優(yōu)化高熵非晶合金磁熱性能
論文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s40843-021-1825-1
基于磁熱效應(yīng)(MCE)的固體磁制冷被廣泛認(rèn)為是下一代制冷技術(shù)，相比于傳統(tǒng)氣體壓縮膨脹制冷技術(shù)，該技術(shù)具有制冷效率高、環(huán)境友好、設(shè)備緊湊、噪聲小和使用壽命長等優(yōu)點。纖維狀材料由于其高比表面積而滿足磁致冷循環(huán)對于磁熱材料高熱交換效率的要求。含稀土高熵非晶合金是近年來磁熱材料領(lǐng)域較受矚目的一類材料，具有較優(yōu)異的磁熱性能，但其存在磁轉(zhuǎn)變溫度過低(< 60 K)的情況，這將限制合金的實際應(yīng)用。
本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)：Fe摻雜可有效提高含稀土磁熱高熵非晶合金的居里溫度。具體成分為(Gd36Tb20Co20Al24)100-xFex(x = 0、1、2和3 at.%)，所有四個合金成分均可成功制備出微米級纖維樣品，其中x = 2和x = 3纖維具有非晶/納米晶雙相結(jié)構(gòu)。四種纖維具有在81-100 K溫區(qū)內(nèi)可調(diào)節(jié)的居里溫度以及較高的磁熱性能。但由于納米晶含量過小，x =2和x = 3合金纖維僅觀察到納米晶對磁熱曲線的寬化作用。
展開 
【當(dāng)期目錄】《材料工程》2021年3期目錄（形狀記憶合金專欄）
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000534
摘要：
Ni-Mn基磁性形狀記憶合金具有良好的溫度場和磁場誘發(fā)的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、磁熱效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、彈熱效應(yīng)、交換偏置效應(yīng)等功能特性。作為一種新型多功能材料，有望應(yīng)用于驅(qū)動器、傳感器等多個工程領(lǐng)域。本文詳細(xì)闡述了包含第二相的Ni-Mn基磁性形狀記憶合金的研究現(xiàn)狀，梳理和總結(jié)了第二相的形成及其對馬氏體相變、功能特性和力學(xué)性能的影響，提出了一些有待解決的問題，如第二相對包括磁性形狀記憶效應(yīng)在內(nèi)的磁功能特性的影響，并指出未來應(yīng)著重于研究第二相形成與演化過程的熱力學(xué)/動力學(xué)因素，對第二相進(jìn)行合理調(diào)控，從而優(yōu)化合金功能特性。
關(guān)鍵詞 ：Ni-Mn基合金, 磁性形狀記憶合金, 第二相, 馬氏體相變
Ti-Ni-Hf高溫形狀記憶合金的研究進(jìn)展
衣曉洋, 孟祥龍, 蔡偉, 王海振
2021, 49 (3): 31-40.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000531
摘要：
Ti-Ni-Hf記憶合金因具有高相變溫度、相對低廉的價格和高輸出功等諸多優(yōu)點而成為最具潛力的高溫形狀記憶合金之一。然而，Ti-Ni-Hf記憶合金基體強(qiáng)度低，變形過程中易優(yōu)先發(fā)生塑性變形，從而使其可實現(xiàn)的可恢復(fù)應(yīng)變遠(yuǎn)低于理論值。目前改善應(yīng)變恢復(fù)特性的措施主要包括：熱機(jī)械處理（冷軋+退火）、合金化、時效處理、制備單晶合金等。研究表明，Ti-Ni-Hf合金的應(yīng)變恢復(fù)特性與微觀組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
展開 【當(dāng)期目錄】《材料工程》2021年3期目錄（形狀記憶合金專欄））
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000534
摘要：
Ni-Mn基磁性形狀記憶合金具有良好的溫度場和磁場誘發(fā)的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、磁熱效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、彈熱效應(yīng)、交換偏置效應(yīng)等功能特性。作為一種新型多功能材料，有望應(yīng)用于驅(qū)動器、傳感器等多個工程領(lǐng)域。本文詳細(xì)闡述了包含第二相的Ni-Mn基磁性形狀記憶合金的研究現(xiàn)狀，梳理和總結(jié)了第二相的形成及其對馬氏體相變、功能特性和力學(xué)性能的影響，提出了一些有待解決的問題，如第二相對包括磁性形狀記憶效應(yīng)在內(nèi)的磁功能特性的影響，并指出未來應(yīng)著重于研究第二相形成與演化過程的熱力學(xué)/動力學(xué)因素，對第二相進(jìn)行合理調(diào)控，從而優(yōu)化合金功能特性。
關(guān)鍵詞 ：Ni-Mn基合金, 磁性形狀記憶合金, 第二相, 馬氏體相變
Ti-Ni-Hf高溫形狀記憶合金的研究進(jìn)展
衣曉洋, 孟祥龍, 蔡偉, 王海振
2021, 49 (3): 31-40.
DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000531
摘要：
Ti-Ni-Hf記憶合金因具有高相變溫度、相對低廉的價格和高輸出功等諸多優(yōu)點而成為最具潛力的高溫形狀記憶合金之一。然而，Ti-Ni-Hf記憶合金基體強(qiáng)度低，變形過程中易優(yōu)先發(fā)生塑性變形，從而使其可實現(xiàn)的可恢復(fù)應(yīng)變遠(yuǎn)低于理論值。目前改善應(yīng)變恢復(fù)特性的措施主要包括：熱機(jī)械處理（冷軋+退火）、合金化、時效處理、制備單晶合金等。研究表明，Ti-Ni-Hf合金的應(yīng)變恢復(fù)特性與微觀組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
展開 什么是集成光學(xué)？
沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓獗幌拗圃讵M小的局部空間，導(dǎo)致較高的光功率密度，容易達(dá)到必要的器件工作閾值和利用非線性光學(xué)效應(yīng)工作。
⑤.集成光學(xué)器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優(yōu)點可以分為兩個方面，其一是用集成光學(xué)體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導(dǎo)光波的光學(xué)纖維和介質(zhì)平面光波導(dǎo)代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關(guān)。
在集成光路上，各光學(xué)元件形成在一個晶片襯底上，用襯底內(nèi)部或表面上形成的光波導(dǎo)連接起來。采用類似于半導(dǎo)體集成電路的方法，把光學(xué)元件以薄膜形式集成在同一襯底上的集成光路，是解決原有光學(xué)系統(tǒng)小型化和提高整體性能問題的重要途徑。這樣的集成器件具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率高、功耗低，使用方便等優(yōu)點。
總的來說，用集成光路代替集成電路的優(yōu)點包括帶寬增加，波分復(fù)用，多路開關(guān)，耦合損耗小，尺寸小，重量輕，功耗小，成批制備經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高等。由于光和物質(zhì)的多種相互作用，還可以在集成光路的構(gòu)成中，利用諸如光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等多種物理效應(yīng)，實現(xiàn)新型的器件功能。
二、集成光學(xué)研究應(yīng)用
集成光學(xué)在工業(yè)、軍事、經(jīng)濟(jì)等各個領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用，但主要應(yīng)用在以下幾方面：
1.通信與光網(wǎng)絡(luò)
光集成器件是實現(xiàn)高速率大容量光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵硬件，包括高速響應(yīng)集成激光源、波導(dǎo)光柵陣列密集波分復(fù)用器、窄帶響應(yīng)集成光電探測器、路由選擇的波長變換器、快速響應(yīng)光開關(guān)矩陣、低損耗多址波導(dǎo)分束器等。
2.光子計算機(jī)
所謂光子計算機(jī)，就是利用光作為信息的傳遞媒體的計算機(jī)。光子屬玻色子，不帶電荷，光束可以平行或交叉通過而不相互影響，具有先天的巨平行處理能力。光子計算機(jī)還有信息存儲量大、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境條件要求低、容錯性強(qiáng)等優(yōu)勢。
展開 什么是集成光學(xué)？
沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓獗幌拗圃讵M小的局部空間，導(dǎo)致較高的光功率密度，容易達(dá)到必要的器件工作閾值和利用非線性光學(xué)效應(yīng)工作。
⑤.集成光學(xué)器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優(yōu)點可以分為兩個方面，其一是用集成光學(xué)體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導(dǎo)光波的光學(xué)纖維和介質(zhì)平面光波導(dǎo)代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關(guān)。
在集成光路上，各光學(xué)元件形成在一個晶片襯底上，用襯底內(nèi)部或表面上形成的光波導(dǎo)連接起來。采用類似于半導(dǎo)體集成電路的方法，把光學(xué)元件以薄膜形式集成在同一襯底上的集成光路，是解決原有光學(xué)系統(tǒng)小型化和提高整體性能問題的重要途徑。這樣的集成器件具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率高、功耗低，使用方便等優(yōu)點。
總的來說，用集成光路代替集成電路的優(yōu)點包括帶寬增加，波分復(fù)用，多路開關(guān)，耦合損耗小，尺寸小，重量輕，功耗小，成批制備經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高等。由于光和物質(zhì)的多種相互作用，還可以在集成光路的構(gòu)成中，利用諸如光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等多種物理效應(yīng)，實現(xiàn)新型的器件功能。
二、集成光學(xué)研究應(yīng)用
集成光學(xué)在工業(yè)、軍事、經(jīng)濟(jì)等各個領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用，但主要應(yīng)用在以下幾方面：
1.通信與光網(wǎng)絡(luò)
光集成器件是實現(xiàn)高速率大容量光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵硬件，包括高速響應(yīng)集成激光源、波導(dǎo)光柵陣列密集波分復(fù)用器、窄帶響應(yīng)集成光電探測器、路由選擇的波長變換器、快速響應(yīng)光開關(guān)矩陣、低損耗多址波導(dǎo)分束器等。
2.光子計算機(jī)
所謂光子計算機(jī)，就是利用光作為信息的傳遞媒體的計算機(jī)。光子屬玻色子，不帶電荷，光束可以平行或交叉通過而不相互影響，具有先天的巨平行處理能力。光子計算機(jī)還有信息存儲量大、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境條件要求低、容錯性強(qiáng)等優(yōu)勢。而光子計算機(jī)的最基本的功能元件就是集成光開關(guān)和集成光邏輯元件。
展開 