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第13　篇超导材料1

1　常规超导体研究3

第1章　概述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

5　对超导应用的展望6

4　新超导材料探索和新时期超导研究的特点6

1.1　金属元素超导体8

1　低温超导体的种类8

第2章　合金和金属化合物超导材料8

1.2　化合物超导体9

1.3　合金超导体11

1.6　谢弗尔（Chevrel）相超导体12

1.5　拉夫斯（Laves）相超导体12

1.4　B-1（化合物）超导体12

2.3　实用NbTi导体的制造13

2.2　NbTi合金物理性能13

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

2.4　NbTi超导线的显微结构控制15

2.6　交流用超细多芯NbTi超导线16

2.5　NbTi超导体材料性能优化16

3.1　A15材料17

3　实用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

5.2　MgB2的制备和成材21

5.1　MgB2的超导机理和性能21

5.4　MgB2应用前景22

5.3　MgB2薄膜制备22

1.3　高温超导体的无限层结构外延组装23

1.2　高温超导体的基本结构特征23

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

2　La系214超导体27

3.1　Y系超导体的结晶化学简介30

3　Y系氧化物高温超导系列30

4.1　REBCO超导单晶生长方法及特征31

4　REBCO高温超导晶体生长31

3.2　Y系超导体的特征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

5.1　铋系高温超导体的制备方法38

5　铋系氧化物高温超导体的结构及物性38

5.3　铋系超导体的超导特性39

5.2　铋系高温超导体的结构和元素替代39

6　TI系超导体40

7.1　汞系超导材料的合成和稳定性42

7　汞系超导体的合成、结构和基本性质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

1.2　有机导体和超导体的分子结构50

1.1　有机超导体的发现50

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

1.3　TMTSF盐：（TMTSF）2X准一维有机超导体51

1.4　准二维有机超导体（ET）2X53

1.5　DMIT盐-阴离子导电56

2.3　A3C60的超导电性57

2.2　C60分子晶体的电子结构57

2　富勒烯超导体57

2.1　C60分子晶体的结构57

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

3　磁性超导材料59

3.2　(RE)Rh4B4三元化合物超导体60

3.3　RENi2B2C四元超导化合物61

4.2　Ce基化合物重费米子超导体65

4.1　重费密子超导体的特征65

4　重费米子超导体65

4.3　U基化合物重费米子超导体68

1.1　薄膜制备方法71

1　高温超导体薄膜的制备71

第5章　高温超导体薄膜71

1.2　基片和过渡层76

2.1　YBa2Cu3O7-δ（Y-123）及相关材料的薄膜79

2　高温超导体薄膜79

2.2　Bi2Sr2 Can-1 Cun O2n+6（BSCCO）体系薄膜86

2.3　La2CuO4（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CuO2层体系薄膜96

2.7　Ba1-xKxBiO3（BKBO）体系薄膜100

2.9　电子型高温超导体薄膜102

2.8　C60相关薄膜102

2.10　超薄膜和多层膜105

2.11　大面积薄膜109

3.1　高温超导体／铁电体异质结112

3　高温超导体和相关氧化物材料异质结112

3.2　高温超导体／CMR材料异质结116

4　总结118

2.1　约瑟夫森效应120

2　约瑟夫森效应和超导隧道结120

第6章　超导电子学应用120

1　超导电子学简介120

2.5　磁场的影响121

2.4　射频场对结的作用121

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

3.2　dc SQUID122

3.1　超导量子干涉器件122

3　超导量子干涉器件（SQUID）122

3.3　rf SQUID123

3.4　约瑟夫森结及SQUID的应用124

4　单磁通量子器件（SFQ）125

5.1　层状高温超导体的本征约瑟夫森效应126

5　高温超导体本征结126

5.2　MESA结构和本征约瑟夫森结器件127

6.1　高温超导体的微波特性128

6　高温超导微波无源器件128

5.3　本征约瑟夫森结器件的应用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

7　超导电子学器件的其他应用132

6.5　高温超导微波无源器件132

8　超导电子学应用小结133

1.2　2223相形成机理134

1.1　Bi-2223超导体的基本特征134

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

1.4　前驱粉的制备135

1.3　织构形成机理135

1.5　Bi-2223超导线（带）材制备技术136

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

1.6　影响Jc的PIT工艺参数137

1.8　带材性能研究进展138

2.1　第二代高温超导带材的结构139

2　第二代高温超导带材139

2.2　第二代高温超导带材的制备141

2.4　结束语144

2.3　第二代超导带材的研究进展144

3.1　熔化法YBCO超导体145

3　超导块材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

1　超导电力应用简介152

第8章　超导电力应用152

2.1　超导磁体的电磁和机械效应153

2　超导磁体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

3.1　电阻型157

3　超导限流器157

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

3.2　电抗型158

3.3　超导限流器的应用159

4.2　超导储能的优点与作用160

4.1　超导储能系统的概念160

4　超导储能系统160

4.3　超导储能综述161

4.5　关键技术及其展望163

4.4　最新进展163

5.2　超导电缆的分类与结构164

5.1　概述164

5　超导电缆164

5.3　高温超导电缆的导体层和电缆的损耗165

5.5　高温超导电缆的应用166

5.4　高温超导电缆冷却系统166

6　超导变压器167

7.1　超导发电机170

7　超导电机170

7.3　关键技术问题172

7.2　超导电动机172

8.1　高温超导块材及其制备研究173

8　超导块材及其应用173

7.4　展望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

1　传感器与传感器材料183

第1章　概述183

2.1　广泛开发和采用新材料、新技术185

2　发展趋势185

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

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

1.1　光电效应188

1　光敏传感器的基本物理效应188

第2章　光电导材料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

3.1　非晶硅及氢化非晶硅的电子态203

3　非晶硅光电导材料203

3.3　氢化非晶硅的制备204

3.2　氢化非晶硅的光电导性质204

4.1　光电导高分子材料的导电机理205

4　光电导高分子材料205

4.3　光电导高分子材料的应用206

4.2　光电导高分子材料的分类206

1.2　电阻应变片的种类207

1.1　应变效应207

第3章　力敏传感器材料207

1　压敏材料207

1.3　金属应变电阻材料208

1.5　压敏半导体陶瓷ZnO209

1.4　半导体压阻材料硅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

3.2　奇数尼龙系压电聚合物217

3.1　聚偏二氟乙稀（PVDF）217

3　压电高分子材料217

3.3　压电高分子材料的应用218

4.2　形状记忆高分子及基本原理219

4.1　形状记忆合金及基本原理219

4　形状记忆合金与记忆合金高分子材料219

4.3　典型的形状记忆材料及应用221

3　负温度系数热敏陶瓷NTC224

2　热敏陶瓷材料的主要参数224

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

3.3　NTC热敏陶瓷材料225

3.2　电流-电压特性225

3.1　NTC热敏陶瓷的电阻-温度特性225

4.1　PTC热敏电阻的基本特性228

4　正温度系数热敏陶瓷-PTC228

4.3　PTC热敏陶瓷的应用230

4.2　PTC热敏陶瓷的制备230

5.2　CTR的导电机理231

5.1　CTR的组成、温度特性和稳定性231

5　临界温度热敏电阻（CTR）231

5.4　CTR的电气特性及应用232

5.3　CTR的制造技术232

6.2　热释电材料233

6.1　热释电效应233

6　热释电材料233

6.3　热释电材料的应用235

7.1　温差电效应236

7　温差电材料236

7.2　温差电材料237

2.1　磁阻效应敏感元件239

2　半导体磁性敏感材料239

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

2.2　霍尔效应型敏感元件240

3.4　铁磁体的形状各向异性及退磁能241

3.3　磁晶各向异性和各向异性能241

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

4.1　软磁性材料242

4　磁性材料242

3.5　磁致伸缩242

4.2　硬磁性材料243

5.2　磁泡材料和磁光材料244

5.1　磁记录介质和磁头材料244

5　磁性材料的应用244

1.1　半导体气敏材料245

1　气敏材料245

第6章　气敏和湿敏材料245

1.2　电阻式氧传感器247

1.3　电解质气敏材料248

2.1　过渡金属复合氧化物湿敏元件249

2．湿敏材料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

1.2　直拉法254

1.1　布里奇曼法254

第7章　传感器材料的制备254

1　单晶半导体材料的制备254

1.3　区熔法255

2　半导体单晶薄膜的外延256

2.1　同质外延与异质外延256

1.4　升华再结晶法256

2.2　气相外延257

2.4　分子束外延258

2.3　液相外延258

3.1　物理气相淀积法259

3　其他薄膜材料制备技术259

2.5　原子层外延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

4.2　粉体材料制备264

4.1　敏感陶瓷对原料粉体的要求264

4.3　陶瓷材料的成形266

4.4　陶瓷材料的烧结267

5.1　多孔材料及其制备268

5　精细结构半导体材料的制备268

5.2　精细结构半导体材料在传感器中的应用简介270

1.2　俄歇电子能谱分析（AES）273

1.1　X射线光电子谱分析（XPS）273

第8章　敏感材料的表征273

1　敏感材料组分分析273

1.3　二次离子质谱分析（SIMS）275

1.5　红外吸收光谱分析276

1.4　原子吸收光谱分析276

1.6　X射线能谱分析（EDS）277

1.8　中子活化分析（NAA）278

1.7　电子能量损失谱（EELS）278

2　敏感材料结构分析279

1.9　卢瑟福背散射（RBS）279

2.1　X射线衍射（XRD）280

2.3　热分析技术281

2.2　电子衍射281

3.2　透射电子显微镜（TEM）282

3.1　光学显微镜282

3　状态分析（形貌观察）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

1.1　体材料生长方法289

1　晶体生长289

第1章　窄禁带半导体材料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

2.1　窄禁带半导体能带结构概述307

2　能带结构307

2.2　能带参数309

3.1　光学常数和介电函数314

3　光学性质314

3.2　Kramerg-Kroning关系和光学常数315

3.3　吸收光谱316

3.4　晶格振动光谱321

4.1　本征载流子浓度327

4　输运性质327

4.2　迁移率329

4.3　霍尔效应330

4.5　磁输运测量331

4.4　磁阻效应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

1.2　能量的色散关系338

1.1　低维结构单元基本概念338

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

1.3　态密度函数339

1.4　光学跃迁与选择定则340

2.2　低维结构子带间级联激射原理341

2.1　低维结构带间级联激射原理341

2　红外低维结构工作原理341

2.3　低维结构子带间级联探测原理342

3.1　含锑半导体中红外激光器343

3　器件结构与特性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

3.7　量子点红外探测器353

3.6　多波长量子阱红外探测器353

1　微测辐射热计和热敏电阻材料357

第3章　热敏红外材料357

2.1　热释电探测器工作原理358

2　热释电材料和非致冷红外探测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

1.1　增透膜367

1　红外薄膜光学367

第4章　红外光学材料367

1.2　分束镜368

1.3　高反射膜369

1.5　带通滤光片370

1.4　截止滤光片370

2.1　红外隐身原理371

2　红外隐身材料371

2.2　红外隐身材料372

3　部分红外材料的光学特性375

2.3　红外伪装体系375

参考文献380

第16篇　先进储能材料381

第1章　概述383

1.2　金属氢化物-镍二次电池应用385

1.1　金属氢化物-镍二次电池结构和充放电机理385

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

3　储氢合金电极材料387

2　储氢合金的基本特征387

3.1　稀土系AB5型储氢合金电极材料388

3.4　钒基BCC固溶体储氢合金电极材料389

3.3　钛系AB型储氢合金电极材料389

3.2　Laves相AB2型储氢合金电极材料389

3.7　其他储氢电极材料390

3.6　镁基储氢合金电极材料390

3.5　AB3型储氢合金电极材料390

4　镍正极材料391

3.8　储氢合金的制备391

4.2　氢氧化镍在充放电过程中的晶型转换392

4.1　氢氧化镍电极的充放电机制392

4.3　氢氧化镍活性物质的制备393

4.5　镍电极高温性能的改善395

4.4　镍正极添加剂395

1.3　锂离子电池的特点397

1.2　锂离子电池的工作原理：嵌入化合物与嵌入反应397

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

2.1　LiCoO2398

2　锂离子电池几种主要的正极材料398

1.4　锂离子电池主要应用和发展趋势398

2.7　LiMn2O4399

2.6　LiNixCo1-2xMnxO2399

2.2　LiNiO2399

2.3　LiMnO2399

2.4　LiNi1-xCoxO2399

2.5　LiNi1/2Mn1/2O2399

2.9　高容量高电压正极材料400

2.8　橄榄石结构LiMPO4400

3.1　石墨层间化合物与石墨负极材料401

3　锂离子电池几种主要的负极材料401

3.2　MCMB402

3.5　储锂合金与合金类氧化物403

3.4　硬碳球403

3.3　热解碳403

3.6　过渡金属氧化物404

4.1　非水有机液体电解质405

4　电解质材料405

3.7　Li4Ti3O12405

3.8　过渡金属锂氮化物405

4.2　聚合物电解质407

1　氢的基本物理化学性质409

第4章　高密度化学储氢材料409

2　氨的催化裂解410

4　配位铝氢化物的化学储氢反应411

3　氮化锂的可逆加氢-脱氢反应411

6　环烃的可逆加氢-脱氢反应413

5　硼-氢化合物的化学储氢反应413

参考文献415

第17篇　一维纳米材料和纳米结构417

1.1　小直径碳纳米管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

第1章　碳纳米管的制备、表征和性能419

1.2　多壁碳纳米管阵列的可控制合成424

2.1　单壁纳米碳管的可控制合成429

2　单壁、双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

3.3　多层碳纳米管的热学性质研究442

3.2　单根多壁碳纳米管的径向压缩性质的研究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

1.2　元素纳米线454

1.1　气相法生长纳米线的机理454

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

1.3　二元化合物纳米线455

1.4　多元化合物纳米线459

2.1　激光烧蚀法合成同轴纳米电缆461

2　同轴纳米电缆的合成与表征461

2.3　化学气相沉积法合成同轴纳米电缆462

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

3.1　元素纳米带463

3　纳米带的合成与表征463

3.2　二元化合物纳米带465

3.3　多元化合物纳米带467

1.1　氧化铝模板的制备469

1　氧化铝模板的制备技术469

第3章　纳米结构和纳米阵列的制备、表征469

1.2　氧化铝模板的结构与表征470

2　大面积有序孔洞材料的制备471

1.3　氧化铝模板有序通道阵列形成机理的探索471

2.2　旋涂法472

2.1　滴涂法472

3.1　基于氧化铝模板合成的有序纳米阵列473

3　有序纳米阵列的合成与表征473

2.3　垂直提拉法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

1　物质发光与发光材料491

第1章　概述491

2　发光材料研究与应用发展过程492

1.3　灼烧与固相反应493

1.2　原料混配493

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

1.6　固相反应合成过程中的几个问题494

1.5　产物性能的检测494

1.4　后处理工艺494

2.3　燃烧法495

2.2　水热法495

2　发光材料的其他重要合成方法495

2.1　溶胶-凝胶法495

3　寿命496

2　亮度496

第3章　发光材料性能的表征496

1　发射光谱496

5.1　色坐标与色温497

5　色坐标与显色指数497

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

5.2　显色指数498

7　反射光谱及吸收光谱499

6　激发光谱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

1.1　基质502

1　无机发光材料502

第4章　主要发光材料及其应用502

1.2　激活离子510

2　半导体发光材料530

2.1　ⅠA-ⅦA族化合物530

2.2　ⅡA-ⅥA族化合物531

2.3　ⅡB-ⅥA族化合物534

2.4　ⅢA-ⅤA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

2　图形转移技术551

第1章　概述551

1　曝光技术551

3　其他微纳加工技术552

1　光学曝光技术553

2　光学曝光的原理及设备553

第2章　微纳米加工中的光刻技术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

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

第3章　电子束曝光技术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

1.1　湿法腐蚀584

1　刻蚀技术584

1.2　干法刻蚀584

第6章　微纳米加工中的图形移转技术584

2　剥离技术（lift-off）585

2.2　多层抗蚀剂工艺586

2.3　抗蚀剂表面改性工艺586

2.1　单层抗蚀剂工艺586

2.4　负性抗蚀剂工艺587

1　纳米压印技术588

1.1　纳米压印工作原理588

第7章　微纳米加工中的图形复制技术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

2　自组织生长618

1　概述618

2.1　自组织生长方法的研究618

第2章　光子晶体的构成方法618

2.2　Opal和反Opal的制备620

3　微加工技术的利用622

3.1　二维光子晶体研制622

2.3　核-壳球结构Opal和反Opal的制备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

1.1　光子晶体光波导原理632

1　光波导632

1.2　光子晶体光波导的构造632

第3章　光子晶体的应用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

3.1　微腔激光器的特点644

3.2　光子晶体微腔激光器应用644

3　微腔激光器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

5.1　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　作为负折射材料的应用652

5.3　光子晶体作为人工负折射介质654

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　光开关657

6.3　光开关的实验研究659

参考文献661