功能材料相关知识点概括讲解.pdf

《功能材料相关知识点概括讲解.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能材料相关知识点概括讲解.pdf（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、绪论 1、功能材料指具有一种或几种特定功能的材料，具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中 起着 “ 功能 ” 的作用。力学功能对应于宏观物体的机械运动，其他功能对应于微观物体的运动，习 惯上不把结构材料包括在功能材料范畴内。 2、宏观运动和微观运动之间相互联系，在适当条件下可以互相转化。因此，结构材料和功能材 料有共同的科学基础，有时很难截然划分。 3、功能材料是指具有优良的物理、化学和生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。 4、功能材料按化学成分（化学键）分类，可分为金属、无机非金属、有机高分子和复合功能材 料。按物理性质分类，可分为物理（如光、电、磁、声、热和力学功能材料等）、化

2、学、生物、 核功能材料和特殊功能材料。 导电材料 1、导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类，电子导电材料的导电源于 电子运动， 电子导电材料包括导体、超导体和半导体。 离子导电材料的导电主要源于离子的运动。 2、超导体从正常态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变称为正常-超导转变，转变时的 温度 Tc 称为这种超导体的临界温度。 3、除温度外足够的磁场也能破坏超导态。使超导态转变成正常态的最小磁场Hc（T）称为此温 度下该超导体的临界磁场。磁场的存在可以使临界温度降低，磁场越大，临界温度也越低。 4、超导体按迈斯纳效应可分为软超导体（第一类超导体）和硬超导体（第二类超导

3、体），硬超导 体在超导态和正常态之间有一种混合态存在。 5、半导体的电子结构跟绝缘体相近，只是半导体的禁带宽度要比绝缘体小，电子受热或光等能 量容易被激发，同时产生空穴而形成传导。 6、半导体按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体包括本征半导体和杂质半 导体。 7、半导体按掺杂原子的价电子数可分为施主型(电子型或n 型)和受主型 (空穴型或P 型)。前者掺 杂原子的价电子多于纯元素的价电子，后者正好相反。 8、半导体中价带上的电子借助于热、光、电、磁等方式激发到导带叫本征激发。满足本征激发 的半导体叫本征半导体，其导电载流子是由本征激发所形成的导带中的电子和价带中的空穴，本 征半

4、导体电导率由电子运动和空穴运动两部分所构成。 9、因为本征半导体的载流子密度非常小，需要在高温下工作，故应用不多。实际应用的大多数 为掺杂后非本征半导体，也叫杂质半导体。 10、利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级（带）激发到导带上或者把电子从价带激 发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫非本征激发或杂质激发。这种半导体叫杂质半 导体。 11、根据杂质电离能的大小，分为浅能级杂质和深能级杂质。深能级能产生的载流子很少，而散 射却增加，对电导率影响不大或有所降低。 12、化合物半导体最突出的特点是禁带和迁移率范围宽。 13、具有半导体特性的非晶态物质称为非晶态半导体，与晶态物质相比

5、，非晶态物质的原子排列 没有周期性。 14、高分子导电材料包括结构型高分子导电材料和复合型高分子导电材料两大类，结构型高分子 导电材料通常简称导电高分子，它们是高分子本身结构或经掺杂后就可以导电的。 15、 复合型高分子导电材料的实用化远胜于结构型导电高分子，这是因为它有成型简便，重量轻， 性能易于调节，成本低和可选择的品种多等许多优点。 16、 离子电导材料一般指的是电导率大于10 -4 s/cm， 且其电子电导对总电导率的贡献可忽略不计， 又称快离子导体。离子导电主要发生在离子固体中，离子在固体中通过晶格的缺陷(空穴 )而进入 穴位发生导电。 17、绘制导体的能带结构图并说明其导带构成情况

6、。 18、与结构材料相比，功能材料有有哪些主要特征？ 1)功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动； 2)其聚集态和形态非常多样化； 3)产品形式主要是材料元件一体化； 4)是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物； 5)采用许多新工艺和新技术进行制备与检测。 19、什么是迈斯纳效应，完全导体（无阻导体）与超导体有何区别？ 当超导体处于超导态时，在磁场作用下，表面产生一个无损耗感应电流，这个电流产生的磁 场与外加磁场大小相等、方向相反，因而在样品内不出现净磁通量，即在超导体内部总有B=0， 这种完全的抗磁性即麦斯纳效应。 完全导体不同于超导体，由麦克斯韦方程组可知，完全导体中不可能有随时

7、间变化的磁感应 强度， 即完全导体保持着当它失去电阻时样品内部的磁场，致使完全导体内部的磁场不变，可以 看作磁通分布被冻结在完全导体中。 20、什么叫库柏电子对？利用BCS 理论解释超导的微观机制。 当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将形成束缚的电子对的状态，它的能 量比两个独立的电子的总能量低，这种电子对状态称为库柏电子对。考虑到电子的自旋，最佳的 配对方式是动量相反同时自旋相反的两个电子组成库柏电子对。 库柏电子对之间通过交换声子耦合在一起，拆散一个库柏对，产生两个正常态电子需要外 界提供能量。库柏对吸收能量变成两个独立的正常电子的过程称为准粒子激发。由于受热激发， 有一些库柏

8、对被拆开成为正常电子，这样就使得超导体内有两种载流子：超导电子和被激发到能 隙之上单粒子态中的正常电子。这正赋予了二流体模型新的意义。 在常温下， 金属原子失去外层电子成为正离子规则排列在晶格的结点上作微小振动。自由 电子无序地充满在正离子周围。在电压作用下，自由电子的定向运动就成为电流。自由电子在运 动中受到的阻碍称为电阻。处在超导态的电子，不是单独一个个存在的，而是配成库珀对存在的， 配对的电子，其自旋方向相反，动量的大小相等而方向相反，总动量为零。库珀对作为整体与晶 格作用，因此一个电子若从晶体得到动量，则另一个电子必失去动量，作为整体，不与晶格交换 动量，也不交换能量，能自由地通过晶格

9、，因此没有电阻。 温度愈低， 结成的电子对愈多，电子对的结合愈牢固，不同电子对之间相互的作用力愈弱。 在电压的作用下，这种有秩序的电子对按一定方向畅通无阻地流动起来。 当温度升高后，电子对因受热运动的影响而遭到破坏，就失去了超导性。当磁场强度达到 临界强度时， 磁能密度等于库珀对的结合能密度，所有库珀对都获得能量而被撤散，超导态转为 正常态。 21、描述超导材料的两个基本特性及其关系； 零电阻效应：在临界温度时，电阻变为零的现象。 迈斯纳效应：在超导态时，不允许磁场穿过，即具有完全抗磁性。 关系： 相互独立又相互联系。单纯的零电阻不能保证具有迈斯纳效应；而迈斯纳效应存在必满足 零电阻效应。 2

10、2、非晶态半导体有何特点？ 1）非晶半导体对杂质掺入不敏感，结构不具有敏感性。掺入杂质的正常化合价都被饱和，即全 部价电子都处在键合状态，几乎所有非晶态半导体都具有本征半导体的性质。 2）非晶态半导体由于它的非结晶性，因此无方向性，所以没有结晶、提纯、杂质控制等复杂工 艺。故非晶态半导体便于大量生产，并且价格低廉。 24、试绘制本征半导体和杂质半导体的能带结构并解释半导体导电机理。 介电材料 1、介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。电极化是在电场作用下分子中正负电荷中 心发生相对位移而产生电偶极矩的现象。 2、在 32 种点群的晶体中，有21 种点群的晶体不是中心对称的，在这些无对称的

11、晶体中，有20 种点群的晶体可能具有压电性，属于压电晶体，称为压电体。 3、在压电晶体中， 有 10 种点群的晶体具有唯一的单向极轴，即存在自发性， 可能具有热释电性， 属于热释电体。 4、在热释电晶体中，有些晶体的自发极化方向能随外电场方向转化，这类晶体称为铁电体。 5、具有铁电性的晶体，必然具有热释电性和压电性，具有热释电性的晶体，必然具有压电性， 但是却不一定具有铁电性。 6、分子极化率一般由电子极化率、原子（离子）极化率和取向极化率三部分构成。 7、介电材料的极化强度是单位体积内电偶极矩的矢量和。介质的极化强度越大，静态介电常数 也越大。 8、电介质分子完成极化所需的时间称为弛豫时间

12、，其倒数称为弛豫频率f。电子极化的弛豫频 率相当于紫外频率，原子（离子）极化的弛豫频率处于红外区，取向极化的弛豫频率处于射频和 微波区。 9、在交变电场作用下，由于电场频率不同，极化对电场变化的反应也不同。 10、在交变电场中，由于极化滞后，介电常数要用复数表示，称为动态介电常数。 11、介电损耗产生的原因包括：(1)部分带电质点在外场作用下移动而引起漏导；(2)与偶极子转 动和振动相关的能量损耗。 12、电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介质的绝缘性，这个电压叫做击穿电压。 13、在某温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体称铁电体。铁电体是具 有电畴和电滞回线的介电材

13、料。 14、所谓电畴就是在一个电畴范围内永久偶极矩的取向都一致。 15、居里温度Tc 是铁电相与顺电相的相转变温度，当铁电体温度T 大于 Tc 时，铁电现象消失。 铁电相是极化有序状态，顺电相是极化无序状态。 16、按照铁电体极化轴的多少，可将铁电体分为无序-有序型铁电体（软铁电体）和位移型铁电 体（硬铁电体）两类。软铁电体只有一个晶轴，硬铁电体有多个晶轴。 17、反铁电体是一些离子晶体，它的相邻行或列上的离子沿反平行的方向自发极化。 18、铁电体与反铁电体的自发极化有何不同特点？并分别解释为什么总的极化强度P 0？ 答：铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相同方向平行排列，晶体中

14、存在着一 个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域铁电畴，但各个铁电畴的极化方向是不同 的、杂乱无章的分布；反铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相反方向平行排 列且这两部分偶极子的偶极矩大小相等方向相反。 铁电体P 0 是由于一般情况下整个铁电晶体的内部不同方向取向的电畴其自发极化强度 可相互抵消， 所以铁电晶体的P 0；反铁电体晶胞中偶极子以反平行方向排列偶极子的偶极矩 在晶胞内部自行抵消，所以对外不显示极性P0。 19、绘制铁电体的电滞回线，并标出饱和极化强度Ps、剩余极化强度Pr 及矫顽电场强度Ec 在 图中的位置。 压电材料 1、没有对称中心的材料受到机械应力处于应变

15、状态时，材料内部会引起电极化和电场，其值与 应力大小成比例，符号取决于应力的方向，这种现象称为正压电效应。 2、当材料在电场作用下发生电极化时，会产生应变，其应变值与所加电场强度成正比，符号取 决于电场方向，此现象称为逆压电效应。 3、具有压电效应的材料叫压电材料，通过压电材料可将机械能和电能相互转换。利用逆压电效 应发展了一系列电致伸缩材料。 4、压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移，当不存在应变时电荷在晶格位置上的分布是 对称的， 所以其内部电场为零。但是当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不再保持 对称就会出现净极化，并将伴随产生一电场，这个电场就表现为压电效应。 5、逆压电

16、效应与电致伸缩效应不同。电致伸缩效应是指在外电场作用下，任何电介质都会发生 尺寸变化，即产生应变，是液、固、气电介质一般都具有的性质。而逆压电效应只存在于不具有 对称中心的点群的晶体中。此外， 电致伸缩效应的形变与电场方向无关，与电场强度的平方成正 比，而逆压电效应的形变是随电场反向而反号，与电场强度的一次方成正比。 6、机电耦合系数是一个综合反映压电晶体的机械能与电能之间耦合关系的物理量，是衡量压电 材料性能的一个很重要参数。 7、单晶压电材料性能稳定，内耗小；陶瓷多晶压电材料比单晶材料便宜但易老化。半导体压电 材料机电耦合系数大并兼有光电导性。 热电材料 1、热电材料就是把热转变为电的材料

17、。主要包括温差电动势材料，热电导材料和热释电材料三 大类。 2、在热电回路中通电时，在回路中会引起两种热效应，珀尔帖和汤姆逊热效应。前者出现在电 极的两个接头处；后者发生在两个电极上。 3、温差电动势材料主要应用在两个方面：一是用作热电偶材料，制作热电偶用于测温，这方面 应用的材料主要是高纯金属和合金材料；二是制作热器件，用来发电或做致冷器，这类器件所用 的材料主要是高掺杂半导体材料。 4、当温度升高时，材料的电导率发生较大变化的一类材料称为热电导材料，实质上是温电导材 料。 5、热电导材料又称为热敏材料，是重要的传感器材料。 6、正温度系数热电导材料多数是半导性的金属氧化物和过渡金属的复合氧

18、化物，其特点是温度 升高，电导率增加。 7、负温度系数热电导材料主要为掺杂半导体陶瓷材料。 8、热释电效应是指当某些晶体受温度变化影响时，由于自发极化的相应变化而在晶体的一定方 向上产生表面电荷。 9、热释电材料有晶体（单晶材料、金属氧化物陶瓷）和有机高聚物晶体两大类。 10、何谓塞贝克效应和帕尔帖效应，两者有什么关系？ 由两种不同导体（或半导体）组成的闭合回路，当两接点保持在不同温度时，回路中将有电 流通过，此回路称热电回路，回路中出现的电动势称为塞贝克电动势，此效应称为塞贝克效应。 在热电回路的两个接头处，当电流流过时将发生热效应，其大小与电流和流通的时间成正比， 此效应称为帕尔贴效应。

19、帕尔帖效应实质上是塞贝克效应的逆效应。 光电材料 1、光电材料是能把光能转变为电能的一类能量转换功能材料。 2、当光照射到材料上，光被材料吸收产生发射电子的现象称为光电子发射现象，这种现象是光- 电子能量转换的结果。 3、具有光电子发射现象的材料称为光电子发射材料，光电子发射材料又称之为外光电效应材料。 4、p 型半导体光激发到导带的电子寿命约10 -9s，电子扩散长度较释热长度大的多。负电子亲和 势材料发射效率比正电子亲和势发射材料效率高得多。光子入射深度小于释热长度Lt 时，两种 阴极效率差别不大。当光子入射深度大于释热长度Lt 时，两种亲和势逸出深度不同，负电子亲 和势逸出深度LD 大于

20、正电子亲和势逸出深度。所以用半导体材料作光阴极，p 型材料比n 型材 料好。 5、受光辐射电导急剧上升的现象称为光电导现象，具有此现象的材料叫光电导材料，又称作内 光电效应材料或光敏材料。 6、光照到半导体（或绝缘体）上，价带的电子接受能量，使电子脱离共价键。当光的能量达到 禁带宽度的能量值时，价带的电子跃迁到导带，因而在晶体中产生一个自由电子和一个空穴，这 两种载流子都参与导电。由于光的作用产生的附加电导称之为光电导。 7、光电导来自附加的载流子，这种载流子可以来自带间跃迁，也可以来自杂质的激发，因此， 光电导有本征光电导和杂质光电导之分。 8、光电导材料按材料种类可分为光电导半导体、光电导

21、陶瓷和有机高分子光导体三类。 9、光电导材料主要是应用光生载流子产生光导效应的原理，常用作光探测的光敏感器件材料。 10、在光照下，半导体p-n 结两端产生电位差的现象称为光生伏特效应。具有此效应的材料叫光 生伏特材料或光生电动势材料。太阳能电池和光生伏特检测器都是光生电动势材料的重要应用。 11、在 p-n 结区附近受主离子和施主离子产生的静电势梯度阻止载流子扩散，这种p-n 结区电场 称为内建电场。尽管有内建电场存在，但整个p-n 结中没有剩余的空穴和电子，因此p-n 结中并 无外场电动势，外电场为零。如果光照射到p-n 结接触面时，由于光激发而使电子和空穴激发， 受内建电场的作用，空穴将

22、向p 区移动而积累，电子向n 区移动而积累，从而形成净空间电荷， 这些空间电荷不能够越过阻挡层（起阻止电子和空穴扩散的作用）而复合， 这样将有电动势产生， 这种情况下p-n 结就形成光电池。 12、硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 13、单晶硅太阳能电池禁带宽度不大，转换效率高，但价格昂贵，使用寿命不长。多晶硅材料易 得，但其实际转换效率低，不易控制其均匀性。非晶硅太阳能电池工艺简单，对杂质敏感性小， 价廉，可以制成大尺寸，但转换效率不高，不够稳定。 14、薄膜太阳能电池质量轻，可制成大面积膜而且可弯曲，但工艺复杂，质量不稳定，转换效率 也不够高。

23、15、陶瓷太阳能电池制备简单，成本低，但稳定性差。 16、 MOS 和 p-n 异质结太阳能电池转换效率较高，但工艺复杂。 透光和导光材料 1、透光材料包括透可见光、红外光和紫外光的材料。 2、透可见光的材料常用的有玻璃和高聚物两大类。 3、玻璃材料的透过率最高（可高达98%以上），折射率范围大，色散系数范围大，光学稳定性 好，耐磨损，缺点是密度大、耐冲击强度低，加工困难，制造周期长。 4、高聚物透光材料优点是重量轻，成本低，制造简单，不易破碎，缺点是折射率范围窄，热膨 胀系数、双折射和色散大，耐热、耐磨、硬度、耐湿和抗化学性能差。 5、光学石英玻璃是透紫外线最好的材料，在紫外波段有很高的透过

24、性能。 6、光通信中用于传播光信息的光学纤维所用的材料称为光纤材料，又称光波导纤维材料。 7、一切光纤的工作基础都是光的全内反射现象。光纤材料按结构可分为包层型和自聚焦型两种， 前者的折射率在皮和芯界面上呈突跃变化，后者的折射率则随半径呈梯度指数变化。 8、光学上把具有一定频率、一定偏振状态和传播方向的光波叫作光波的一种模式 ，或称为光的 一种波形。 光纤根据模式可分为单模光纤和多模光纤两种。单模光纤就是一种光学纤维只允许传 输一个模式的光波。 9、形成光学纤维传输损耗的机理有吸收损耗、本征散射和波导散射三种。吸收损耗是一个重要 的损耗，可分为本征吸收、杂质吸收和OH -离子吸收。本征吸收是物

25、质的固有吸收，是组分原子 振动产生的吸收。本征散射是物质散射中最重要的，又称为瑞利散射，是由玻璃熔制过程造成的 密度不均匀而产生的折射率不均匀所引起的散射。波导散射由波导的结构缺陷产生，如波导芯直 径起伏，界面粗糙等。 10、光纤种类很多，按芯和包层折射率分布可分为阶跃型、梯度型、色散移位型和色散平坦型； 按传输模式可分为单模光纤和多模光纤。 发光材料 1、发光材料品种很多，按激发方式可以分为：a.光致发光材料：发光材料在光（通常是紫外光、 红外光和可见光）照射下激发发光；b.电致发光材料： 发光材料在电场或电流作用下的激发发光； c.阴极射线致发光材料：发光材料在加速电子的轰击下的激发发光；

26、d.等离子发光材料：发光材 料在等离子体的作用下的激发发光；e.热致发光材料：发光材料在热的作用下的激发发光。 2、发光材料的发光中心（即发光体内部在结构中能发光的分子）受激发时并未离化，即激发和 发射过程在彼此独立的、个别的发光中心内部的发光叫做分立中心发光。这种发光是单分子过程， 并不伴随有光电导，故又称“非光电导型”发光。 3、分立中心发光有两种情况：自发发光和受迫发光。受迫发光是受激发的电子只有在外界因素 影响下才发光。 4、发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为正离子(空穴 )和电子，这两种粒子 在复合时便发光，叫复合发光。 由于离化的带电粒子在发光材料中漂移或扩散，从而

27、构成特征性 光电导，所以复合发光又叫“光电导型”发光。 5、大部分复合发光是电子脱离原来的发光中心后，在运动中遇到其他离化了的发光中心复合发 光，呈双分子过程，电子在导带中停留的时间较长，是长复合发光过程。 6、材料的发光光谱（又称发射光谱）可分为三种类型：宽带、窄带和线谱。 7、应用中硬性规定当激发停止时的发光亮度L 衰减到L0的 10%时所经历的时间为余晖时间， 简称余辉。人眼能感觉到余辉的长发光期间者为磷光，人眼感觉不到余辉的短发光期间者为荧光。 8、用紫外光、可见光及红外光激发发光材料而产生发光的现象称为光致发光，这种发光材料称 为光致发光材料。 9、光致发光材料一般可分为荧光灯用发光

28、材料、长余辉发光材料和上转换发光材料，按发光弛 豫时间可分为荧光材料和磷光材料。 10、磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部分。 11、 发光体在红外光激发下发射可见光的现象称为上转换发光，这种发光体称为上转换发光材料。 12、电致发光是在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象，又称场致 发光，这种发光材料称为电致发光材料或场致发光材料。 13、电致发光机理分为本征式和注入式两种。本征式发光是用电场直接激励电子，电场反向后电 子与中心（空穴）复合而发光的现象。注入式场致发光是在正向电压下，电子和空穴分别由n 区和 p 区注入到结区并相互复合而发光的现象，又称p-n 结电

29、致发光。 14、射线致发光材料可分为阴极射线致发光材料和放射线致发光材料两种。阴极射线致发光材料 是由电子束轰击发光物质而引起的发光现象。阴极射线发光包括三个基本过程，电离， 当高能 电子束激发发光材料时，晶体吸收激发能，引起基质价带或满带电子的激发；电子和空穴的中 介运动过程， 满带中的电子被电离后进入导带，在满带中产生空穴，电子和空穴分别在导带和满 带中扩散；电子-空穴对复合发光。 15、由于发光强度是随激发强度而变的，通常用发光效率来表征材料的发光本领。发光效率可用 量子效率、能量效率及光度效率三种方法表示。 16、等离子体是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电子、正离子，不

30、带电粒子 有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。等离子体具有如下特征：（1）气体高度电离； （ 2） 具有很大的带电粒子浓度，由于带正电与带负电的粒子浓度接近相等，等离子体具有良导体的特 性； （3）等离子体具有电振荡的特性；（4）等离子体具有加热气体的特性；（5）气体在等离子体 中的运动可看作是热运动。 激光材料 1、根据统计力学原理，大量相同粒子集合处于热平衡温度下，粒子数按能级的分布服从玻尔兹 曼分布定律。 2、根据玻尔兹曼分布定律，热平衡条件下绝大部分粒子处于基态，即处于低能级的粒子数在热 平衡情况下总多于高能级的粒子数，因而受激吸收总占优势，这叫粒子数正常分布。 3、辐射与物质的相

31、互作用主要包括受激吸收、自发发射和受激发射。原子系统中各个原子的自 发发射是各自独立进行的，彼此无关。 它们发射的光子传播方向和偏振方向可以各不相同，属于 不同的模，相互之间不相干。受激发射的光子与入射光子有相同的模式。 4、如果借助外界激励，破坏粒子的热平衡分布，就可能使高能级的粒子数大于低能级的粒子数， 由于它同正常分布相反，所以叫粒子数反转分布。粒子数反转分布的作用在于当外来光辐射时， 受激辐射总是大于受激吸收，因而产生光的放大信号，为激光的产生提供了基础。 5、激光器通常由工作物质、激励源和谐振腔三部分构成。 6、激光产生的过程为：当激光工作物质的粒子(原子或分子)吸收了外来能量后，就

32、要从基态跃 迁到不稳定的高能态(受激吸收 )，很快无辐射跃迁到一个亚稳态能级。粒子在亚稳态的寿命较长， 所以粒子数目不断积累增加(泵浦过程 )。当亚稳态粒子数大于基态粒子数，即实现粒子数反转分 布，粒子就要跌落到基态并放出同一性质的光子，光子又激发其他粒子也跌落到基态，释放出新 的光子，这样便起到了放大作用。如果光的放大在一个光谐振腔里反复作用，便构成光振荡，并 发出强大的激光。 7、目前所有已实现激光辐射的都是三能级或四能级系统，尚未看到二能级系统实例。红宝石激 光器激光工作物质属于三能级系统，钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器及氦氖激光器、二氧 化碳激光器等大多数气体激光工作物质都属于四能

33、级系统。 8、激光具有如下特点：（1）相干性好； （2）单色性纯； （ 3）方向性好； （4）亮度高。 9、激光工质材料按材料性质可分为固体、气体、液体和半导体四种。 10、固体激光工作物质主要用于固体激光器中，它应具备的基本条件是：材料应具有合适的光谱 特性；激发态吸收要小；应具有良好的光学均匀性和稳定性；应具有良好的物化性能。 11、固体激光工作材料的基质包括晶体基质和非晶体基质两类。在晶体基质中， 激活离子处于长 程有序的点阵结构中，激活离子周围的场基本相同，因此， 在晶格场作用下产生的能级分裂和位 移也基本相同。处在晶体基质中，离子谱线的加宽主要属洛伦兹线型的均匀加宽，其典型荧光线 宽

34、约几厘米 -1。因此，晶体激光器振荡阈值较低，易于连续运转。在非晶体基质中，离子处于长 程无序的网络结构中，不同离子受到周围配位场的作用不同，因而产生的能级分裂和位移也不同， 离子的谱线是一系列中心频率略有不同的谱线叠加，谱线加宽主要是高斯型非均匀加宽，其线宽 约几十到几百厘米 -1 。因此，非晶体激光器的光泵利用率高，储能较大，且易制备大尺寸元件， 所产生功率较大。固体激光工质材料的主要缺点是器件不能作的太大，连续工作有一定难度。 12、气体激光器是目前品种最多、应用很广泛的一类激光器，单色性和相干性都比较好，能长时 间较稳定地工作，大都能连续工作。主要缺点是同样的输出功率，气体激光器的体积

35、比固体激光 器体积大的多。 13、液体激光器最重要的特点是激光辐射的频率可以在比较宽的波长范围内连续可调。 14、半导体激光器的作用原理是基于电子和空穴的辐射复合现象，最常用的是注入式激光器。半 导体激光器的优点是体积小、重量轻、寿命长、结构简单，最大缺点是激光性能受温度影响大。 15、激光调 Q 技术又称Q 开关，其原理是通过某种方法按规定程序改变腔的Q 值，从而获得单 个的巨脉冲，能使普通脉冲激光器产生瞬时的高峰值。实现这种技术的材料叫调Q 材料。激光 调 Q 技术分转镜调Q、电光调Q、声光调Q 和染料调Q 四种。 非线性光学材料 1、非线性光学材料是指对于激光强电场显示二次以上非线性物理

36、响应的材料。非线性效应起源 于介质的极化。 2、非线性光学效应的应用主要有两个方面，一是进行光波频率的转换，即通过所谓倍频、和频、 差频或混频， 以及通过光学参量振荡等方式拓宽激光波长范围，以开辟新的激光光源。二是进行 光信号处理，如进行控制、开关、偏转、放大、计算、存储等。 3、二阶非线性光学材料是一类具有大的二阶非线性极化率，能产生强的二阶非线性光学效应的 材料，这类材料在结构上不具有宏观的对称中心。二阶非线性光学材料按照材料性质可分为无机 晶体材料、半导体晶体材料和有机晶体材料三种。 4、三阶非线性材料在强激光作用下产生三阶非线性极化响应，具有强的光波间非线性耦合的材 料，原则上任何结构

37、对称性的材料都具有三阶非线性性能，但惟有具有结构对称中心且具有大的 分子或基团的三阶非线性极化材料才能免除二阶非线性的干扰，呈现强的纯三阶效应。 5、有机和聚合物作为非线性光学材料具有许多无机材料所无法比拟的优点：有机化合物的非 线性光学系数要比已经得到实用的无机晶体高一至两个量级；有机化合物的非线性光学效应源 于非定域的电子体系， 而无机材料的极化是由晶格畸变造成的，所以有机材料的响应就要快得 多；有机化合物的光学损伤阈值较高；可根据非线性效应的要求来进行分子设计；有机材 料尤其是聚合物具有优异的可加工性，易于成材，而且可以晶体、薄膜、块材、纤维等多种形式 来利用等等。 光调制用材料 1、在

38、通信技术中，“ 调制 ” 是指采用某种方法把需要传递的信息（语言、文字、图像等）加到信 息载体上的过程。控制激光束的技术称之为激光调制技术。激光调制技术中按激光基波被信号所 改变的参量不同可分为振幅调制、频率调制、位相调制和脉冲调制。 2、实现激光束的快速控制的方法有机械法和光学法两种，后者的调制速度优于前者。 3、用光学方法控制激光束是利用光通过某些光学介质，这些光学介质在外场（电、声、磁）的 作用下，其光学性质（如折射率）将发生显著变化，从而使通过介质的激光束的某些特性（如光 波相位）随之变化。 4、使激光束实现调制的光学介质称之为（激）光调制用材料，按照控制光束的不同作用机理， 光调制用

39、材料又可分为电光材料、磁光材料和声光材料三种。 5、在外加电场作用下，介质折射率发生变化的现象称为电光效应，具有电光效应的介质称为电 光材料。 6、一级电光效应也称泡克耳斯效应，二级电光效应也称克尔效应。 7、使光由完全不透到透过最大，需产生半个波长的相位延迟，是晶体材料产生半个波长相位延 迟所加的电压叫半波电压，电光系数和半波电压是电光材料两个重要的特征参数。 8、磁光材料是指在磁场作用下，入射光经过材料时会发生某些性质（如旋光性、折射性、偏振 性等）的变化的材料。 9、光与磁场中的物质或光与具有自发磁化特性的物质之间相互作用所产生的各种现象统称为磁 光效应，包括法拉第效应、科顿-木顿效应、

40、克尔效应、光磁效应等。 10、在强磁场作用下，许多非旋光性的物质会显示出旋光性，这种现象称为法拉第效应，也称磁 致旋光效应。 11、在强磁场作用下，一些各向同性的透明磁介质呈现出双折射性，这一现象称为科顿-木顿效 应，又称磁致双折射效应。 12、线偏振光入射到磁化介质表面时其反射光的偏振面发生偏转，这种由反射而引起的偏振面旋 转的效应称为克尔效应。 13、当声波在介质中通过时，由于光弹效应，介质的密度随声波振幅的强弱而产生响应的周期性 的疏密变化，它对光的作用犹如条纹光栅。此时光束若以适当角度射入晶体（光栅）内即产生衍 射现象，这种声致光衍射现象称声光效应。具有声光效应的材料叫声光材料。 14

41、、按照超声波频率的高低和声光作用长度的不同，声光作用可以分为布拉格衍射和拉曼-奈斯 衍射。 15、常用的声光材料有晶体、玻璃和液体三类。 红外材料 1、红外线的辐射起源于分子的振动和转动，而分子振动和转动起源于温度。所以在0K 以上的 温度下，一切物体均可辐射红外线，故红外线是一种热辐射，有时也叫热红外。 2、理论上，任何物体在0K 以上均可辐射红外线，但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体 辐射而发射大量红外线的材料。红外辐射材料可分为热型、“ 发光 ” 型和热 -“ 发光 ” 混合型三类。 红外加热技术主要采用热型红外辐射材料。 3、红外辐射材料的辐射特性决定于材料的温度和发射率。 4、当

42、红外辐射辐射到任何一种材料的表面时，一部分能量被吸收，一部分能量被反射，还有一 部分能量被透过。 5、材料发出辐射是因其组成原子、分子或离子体系在不同能量状态间跃迁产生的，一般说这种 发出的辐射， 在短波段主要与其电子的跃迁有关，在长波段则与其晶格振动特性有关。红外加热 技术中的多数辐射材料，其发出辐射的机制是由于分子转动或振动而伴随着电偶矩的变化产生的 辐射。因此，组成材料的元素、化学键形式、晶体结构及晶体中存在缺陷等因素都将对材料的发 射率产生影响。 6、透红外材料是指对红外线透过率高的材料。 隐身材料 1、从广义上看，凡是能使军事目标的各种可探测的目标特征减少或致盲的技术均可称为隐身技

43、术，隐身技术可分为两大类：主动隐身技术和被动隐身技术。被动隐身技术是指在武器系统的设 计和使用过程中，降低其作为目标特征的技术。从狭义上看，隐身技术仅指被动隐身技术。 2、按目标特征，隐身技术又可分为可见光隐身技术、雷达或微波隐身技术、红外隐身技术、激 光隐身技术和声隐身技术。 3、红外隐身技术按波段可分为近红外和中远红外两类，近红外隐身技术本质上是可见光隐身技 术在长波方向的扩展，主要用于静止、常温的目标。 4、在水下，由于可见光、红外线和微波传输距离极短就很快衰减，声探测几乎成为惟一的侦测 手段。 5、隐身技术作为一项高技术，与激光武器、巡航导弹被称为军事科学上最新的三大技术成就。 6、广

44、义来说，凡是隐身技术用的材料都可认为是隐身材料，但一般公认的是被动隐身技术中用 作降低武器目标特征的材料。 7、电磁波在传播过程中遇到障碍物将产生反射和绕射（衍射），统称散射，是雷达发现目标的依 据。电磁波具有恒速、定向传播的规律则是测定目标距离和方向的依据。 8、雷达隐身也可称为微波隐身，雷达隐身技术的目的是要使武器的雷达目标特征即散射信号减 弱到最小限度。武器的雷达散射信号的大小一般用雷达散射截面（RCS，用 表示）来表示。 9、减少武器RCS 值的途径主要有三条途径：外形技术，通过外形设计消除或减弱散射源； 阻抗加载技术，通过加载阻抗的散射场和武器的总散射场互相干涉来减少RCS 值；材料

45、技术， 通过材料吸收或透过雷达波来减少RCS 值。 10、吸收雷达波的材料简称吸波材料，按工艺方法分为涂敷型、贴片型和结构型。 11、涂敷型吸波材料降低电磁反射的工作原理可分为干涉型和吸收型两类。干涉型涂层是按电磁 波相干原理设计的。吸收型涂层是按电磁波吸收原理设计的，电磁波在涂层中传播时通过感应的 传导电流损耗、 介电损耗和磁性损耗把电磁波的电磁能转化为热能散失掉，因此涂层吸收电磁波 有两个基本条件：阻抗匹配条件和衰减条件。 12、吸波涂料是一种功能复合涂料，是以高分子溶液、乳液或液态高聚物为基料，把吸波剂和其 他附加成分分散加入其中而制成。吸波剂是决定涂料吸波性能的关键组分。高分子基料是决

46、定吸 波涂料的物化性质特别是力学性质的关键成分。附加成分也分两类，一类是为了改善涂料的物理 和化学性能的，另一类是工艺过程需要的。 13、吸收型涂料按吸收机理可分为电损耗型、电磁损耗型和等离子体吸收型。电磁损耗型吸波涂 料除电损耗外还有磁损耗，一般认为磁损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗（或称后效损耗） 三部分，三部分的贡献随吸波剂的种类而异。 14、红外探测通常以被动方式进行，利用目标发出的红外线来发现、识别和跟踪目标。 15、按大气对红外线传输过程的影响，一般分为近红外（0.76-3m ） 、中红外（ 3-6m ） 、远红外 （6-15m ）和极远红外（15-1000m ）四个波段。在前

47、三个波段内，大气对某些波长范围是相对 透明的，对其余波长的不透明的。这些相对透明的波长范围称为大气窗口，共有三个大气窗口， 分别是窗口I（0.76-2.6m ） 、窗口 II（3-5m ） 、窗口 III （8-14m ） 。极远红外波段内，大气基本 上是不透明的。 16、 红外隐身技术的目的是要使目标的红外信号特征与背景的红外信号特征之间的差别减少到最 低限度或使之迷茫而无法识别。 17、工作状态的武器红外隐身应包括近、中和远红外波段，非工作状态的常温目标主要是近红外 隐身。近红外隐身的途径主要是使目标对阳光反射的特征相同或至少相似于背景对阳光的反射。 18、中远红外隐身的途径从理论上可概括为以下四个方面：改变目标的红外辐射特征，是目标 的红外辐射波段避开红外大气窗口或红外制导武器的工作频率；降低目标的红外辐射强度； 控制目标红外辐射的传输过程；干扰目标的红外辐射信号。 19、红外探测仪器主要有红外观测镜、红外摄影仪和红外夜视仪三类，目前它们工作波段主要在 0.7-1.2 m 范围内。 20、近红外隐身材料目前都是涂覆型的，简称近红外隐身涂料。 21、近红外隐身涂料也是一种功能复合涂料，由颜料、高分子基料和其他附加成分复合而成。