1、PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT背景圖片： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載：,礦物材料中的,電功能材料,作為材料家施行中數(shù)量最多 、 門類豐富的天然礦物具有多種多樣的導(dǎo)電 ( 絕緣) 、介電 、壓電 、熱電性能 , 是鑒定和選別礦物和物理探礦 ( 電法勘探 、遙感 )以及利用礦物制備功能材料的物理依據(jù) 。,在科學(xué)技術(shù)尤其是電子技術(shù)高速發(fā)展的今天 ,對(duì)電功能材料提出了更多的數(shù)量和更高的質(zhì)量要求 。,背 景,一、礦物的導(dǎo)電性,材料導(dǎo)電率的

2、大小由帶電粒子濃度和遷移率決定。帶電粒子可以是電子、空穴和各種離子 。 因此 ,材料導(dǎo)電率是上述各種粒子導(dǎo)電率的總和 。,天然礦物之間導(dǎo)電率相差勘大 , 可達(dá)1020( 表1) 。歸結(jié)起來(lái) , 是由于他們的化學(xué)成份、結(jié)構(gòu) 、鍵型的不同 , 形成過(guò)程中出溶 、 析晶 、晶格畸變 、缺陷 、位錯(cuò) 、 類質(zhì)同象置 換和雜質(zhì)礦物的混入等原因 , 導(dǎo)致帶電粒子濃度和遷移率的差異而產(chǎn)生的 。,固體電子論認(rèn)為 ,礦物導(dǎo)電性的本質(zhì)在于各種礦物能帶結(jié)構(gòu)的差別和價(jià)電子填充情況的不同 ,禁帶寬度決定了帶電粒子位移的難易。硅酸鹽礦物 、硫化物礦物及金屬礦物有不同的禁帶寬度 。一些礦物的禁帶寬度 ( Eg) 和帶電粒子

3、濃度 ( n) 如表2所示 。,礦物的電導(dǎo)率還與環(huán)境溫度有關(guān) 。 對(duì)于金屬礦物而言 , 溫度增加使電子運(yùn)動(dòng)所受阻力增大 , 電導(dǎo)下降 。對(duì)于硅酸鹽和氧化物類礦物 , 溫度升高 , 一方面使電子躍遷幾率加大 , 載流子濃度變大 ; 另一方面使離子振動(dòng)加劇 , 載流子移動(dòng)阻力增大 , 一般來(lái)說(shuō) , 隨著溫度升高 , 導(dǎo)電率增加 , 電阻率降低 。 環(huán)境濕度對(duì)具有較高電阻率的離子鍵和共價(jià)鍵礦物的導(dǎo)電率有十分明顯的影響 。 礦物表面越粗糙 , 剩余鍵力越大 , 粒度越小 , 比表面積越大 , 都會(huì)使礦物吸濕性變大 。,影響因素,影響因素,此外 , 礦物的導(dǎo)電性還和施加電場(chǎng)和頻率有關(guān) 。 粉末狀礦物還與

4、其粒徑和粒子形狀有關(guān) 。 某些礦物在一定壓力 、 一端加熱和聲音作用下 ,會(huì)發(fā)生電荷聚集 ( 如壓電石英 、 電氣石 、 辰砂) , 進(jìn)而使電導(dǎo)率發(fā)生急劇變化 。,二、 礦物導(dǎo)電性的應(yīng)用,天然礦物在無(wú)機(jī)電絕緣材料 、導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料上有著廣泛的應(yīng)用 。 由于天然礦物本身的復(fù)雜性和材料有一定的使用條件和技術(shù)要求 , 天然礦物作為功能材料原 料時(shí) , 應(yīng)查明影響導(dǎo)電率的因素 , 有針對(duì)性地進(jìn)行選礦提純 、表面處理 、改性 、復(fù)合等處理 , 才能滿足使用各 種條件下的技術(shù)要求 。,2 . 1 電絕緣材料,在無(wú)線電電子技術(shù)和電氣工程中 , 需要大量具有較高電緣性能的材料 。 如電機(jī) 、電車 、無(wú)線

5、電發(fā)射塔等的絕緣支撐材料 , 家用電器中的電熱管 、電熨斗 、 電飯煲的絕緣填料 。 雖然其中一部分可以使用有機(jī)材料 , 但無(wú)機(jī)礦物材料 , 尤其是硅酸鹽一氧化物具有耐高溫 、 抗老化 、 抗酸堿和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn) , 仍是當(dāng)今電絕緣材料的重要組成部分 。,如白云母 , 具有很高的透明度 、 彈性 、 韌性 、 化學(xué)穩(wěn)定性 , 并有優(yōu)異耐高壓 、 耐熱 、 耐火性和較好的電絕緣性是制備電機(jī) 、 電子管和電容 器的重要材料 。又如滑石粉 , 在 1 000 以內(nèi)具有較好的電絕緣性 , 常用于變壓器 、 電機(jī)匝間涂料的填料 。,云 母 礦,白 云 母,作為電熱管用的電絕緣填料 。 目前常用的是電

6、熔氧化鎂 , 在常溫下極易吸潮發(fā)生水合反應(yīng) , 生成氫氧化鎂 , 而使電絕緣性能大為降低 , 并且價(jià)格較貴 。 經(jīng)過(guò)多年的反復(fù)試驗(yàn) , 以天然硅酸鹽礦物為原料 , 經(jīng)過(guò)選礦提純 、 表面處理和改性 , 制備出復(fù)合硅酸鹽礦物電絕緣填料 。 完全能在一 定溫度范圍( 300 ) 內(nèi)代替電熔氧化鎂 , 作為電絕緣材料使用 。其抗潮性能優(yōu)于電熔氧化鎂 , 工藝性能好 , 成本低廉 。,電 熱 管,以石英為原料制備的硅微粉由于其高的電絕緣性和相對(duì)于樹脂較高的導(dǎo)熱 、 耐熱 、 低膨脹 、 高耐溫 、 低應(yīng)力等一系列優(yōu)異性能是電工絕緣和大規(guī)模集成電路塑封料的首選填料 。 隨著電力工業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)大規(guī)模集

7、成電路的廣泛應(yīng)用 , 尤其對(duì)作為塑封填料的硅微粉提出了更多的數(shù)量和更高質(zhì)量要求 , 不僅粒度細(xì) ( 粒徑小于 1 m) , 純度高 ( 如鐵含量小于 2 ppm) , 而且要求放射性元素 ( u 、 Th ) ,含量低 ( 小于 0 . 1p pb ) , 并且顆粒形狀為球型 ( 以增加其填充量和導(dǎo)熱 性) 。 要實(shí)現(xiàn)上述技 術(shù)要求 ,首先應(yīng)選 擇優(yōu)質(zhì)礦源 , 采用先進(jìn)的無(wú)污染 、 超細(xì)磨 、 選礦浸除工藝和科學(xué)的球型顆粒制備方法 。,目前 , 我國(guó)普通硅微粉已有大量產(chǎn)品 , 但對(duì)于優(yōu)質(zhì)超大規(guī)模集成電路用硅微粉的生產(chǎn) , 仍是空白 。,石 英,集成電路,2. 2 長(zhǎng)效防腐導(dǎo)電劑,所有電力設(shè)備

8、、 建筑物和無(wú)線電儀器上必須有良好的接地裝置 。 傳統(tǒng)的接地裝置是在地下深處埋設(shè)金屬材料 ( 如銅) , 周圍灌以活性炭和鹽水等導(dǎo)電劑 , 以保持一 定的濕度 , 確 保有較小的接 地電阻 。 這種裝置存在著使用壽命短 、 導(dǎo)電性能差 、 不穩(wěn)定 、 需要經(jīng)常更換等缺點(diǎn) 。,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等單位 , 經(jīng)過(guò)多年不懈努力 , 以膨潤(rùn)土為基本原料 ,經(jīng)過(guò)粉碎 、 選礦提純 、 烘干后同某些試劑在高壓釜內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)改性 , 再經(jīng)脫水 、 烘干 、 粉碎 , 制得長(zhǎng)效防腐導(dǎo)電劑 。 具有電阻率低 、 吸水性強(qiáng) 、 保水性好 、 粘附力強(qiáng) 、 性能穩(wěn)定 、 延緩接地體腐蝕等優(yōu)良特性 。 經(jīng)使用證明 , 該

9、導(dǎo)電劑在雷電和工頻大電流作用下 , 性能不變 。 埋在導(dǎo)電劑中的接地體 ,歷時(shí) 7 年 , 表面生成一種亮綠色薄膜 , 保護(hù)了接地體不受腐蝕 。因此 , 可作為發(fā)電廠 、 變電所配電變壓器 , 電器設(shè)備 , 輸電線桿 、 塔 、 避雷針 、 建筑物防雷接地體 , 無(wú)線電臺(tái) 、 電視臺(tái) 、 雷達(dá)站 、 微波站接地以及電子設(shè)備 、 電子計(jì)算機(jī)房接地裝置的導(dǎo)電劑 。,2 . 3 蒙脫石 、 黃鐵礦在高能電池上的應(yīng)用,天然礦物的導(dǎo)電性為固體電解質(zhì)材料的研究提供了豐富的資源 。 固體電解質(zhì)材料是化學(xué)電池的必備材料 。 它要求電阻率為 ( 1 0-3 10-5) c m , 具有較好的離子導(dǎo)電性或電子導(dǎo)電

10、性 。 電子導(dǎo)電型電解質(zhì)作為電池材料主要是陰極 ; 離子導(dǎo)電型固體電解質(zhì)材料主要是陽(yáng)極 。,黃鐵礦 ( FeS 2)是自然界常見的硫化礦物 。 其電阻率為 ( 0. 0023 1 . 5) cm ,是電子導(dǎo)電型固體電解質(zhì) 。,黃鐵礦（FeS2）因其淺黃銅色和明亮的金屬光澤，常被誤認(rèn)為是黃金，故又稱為“愚人金”。,蒙脫石是具有開放性層狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽礦物 , 能傳導(dǎo)一價(jià) 、 二價(jià)及高價(jià)離子 , 實(shí)現(xiàn)快離子傳導(dǎo) , 是較好的快離子導(dǎo)體 。 近年來(lái) , 國(guó)內(nèi)外電源專家先后對(duì)黃鐵礦和蒙脫石進(jìn)行選礦 提 純 、 離 子 交 換 , 制 備 出 電 極 材 料 , 用 于L i S/ Fe S 2 高能

11、蓄 電池 。 具 有 比能 量 高 、 電 流 大 、體積大 、 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 、 貯藏期久的優(yōu)點(diǎn) , 是航天 、 火箭和導(dǎo)彈的儀表工作電源 。,蒙脫石,三、 礦物的介電性質(zhì),電介質(zhì)材料的重要性質(zhì)是在外加電場(chǎng) ( 直流 、交流 、 電磁波 )作用下 , 其內(nèi)弱聯(lián)系電子位置發(fā)生變化 , 進(jìn)而使質(zhì)點(diǎn) ( 原子 、 分子 、 離子)正負(fù)電重心發(fā)生分離產(chǎn)生偶極子和界面形成束縛電荷 。,自然界的礦物介電特性變化很大 。,介電常數(shù)變化大的是兩類礦物 硫化物和氧化物 。 在同一陽(yáng)離子化合物中 , 硫化物礦物比氧化物礦物具有更高的介電常數(shù) 。氧化礦物中 , 金紅石和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的礦物具有較高的介電常數(shù) 。硅酸鹽和含

12、氧鹽礦物中 , 除了幾個(gè)礦物外 , 它們的介電常數(shù)和介電損耗都不大 。,一些礦物介電常數(shù)的變化范圍如表 3 所示,四、礦物介電性質(zhì)的應(yīng)用,在現(xiàn)代通訊 、 航空 、 航天 、 環(huán)保等領(lǐng)域中需要大量具有各種性能的微波材料 。 如能對(duì)電磁波有較好吸收效果的吸液材料 , 具有一定介電常數(shù)而介質(zhì)損耗勘小的微波介質(zhì)材料 , 對(duì)電磁波完全 “ 透明”的透波材料 。,這類材料通常有二類產(chǎn)品 。 一類是陶瓷系列材料 , 它雖然能滿足技術(shù)要求 , 但性脆易碎 , 不易加工或成品率低 ； 另一類是塑料 、 橡膠 、涂料類材料 , 這類復(fù)合材料的核心部分是具有不同微波性能的功能填料 。,常用的填料有鐵氧體 、 磁性金

13、屬材料 、 多晶鐵纖維 、 羰基鐵 、 納米材料 、 金紅石 、 磷酸鋁 、 磷酸鉻等等 。 這類填料均是用人工合成的方法制備的 , 不但價(jià)格較高 , 而且其中有些材料產(chǎn)品性能差而不穩(wěn)定 。,隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展 , 對(duì)微波類材料提出了更多數(shù)量和更高的質(zhì)量要求 。 人們對(duì)于加工復(fù)合型微波材料更加青睞 。而天然礦物有寬廣的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗變化范圍 ,為微波材料的填料提供了廣泛的選擇余地 。,4 . 1 微波吸收材料,對(duì)微波吸收材料的基本技術(shù)要求是對(duì)一定頻軌率范圍內(nèi)的電磁波吸收高效 、 寬帶 , 材料質(zhì)輕 ( 密度小) , ( 涂層或板材)較薄 。,這一切主要是通過(guò)吸收劑的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。

14、這就要求吸收劑對(duì)電磁波有低反射高吸收能力,天然礦物中具有較好吸收性能的礦物是鐵錳類化合物 。 長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)礦物用于電磁波吸收劑進(jìn)行了一些研究 。,4 . 2 微波介質(zhì)材料,和微波吸收材料的技術(shù)要求相反 , 用于微波器件的介質(zhì)材料的技術(shù)要求是介電常數(shù)高 ,介電損耗低, 介電常數(shù)的溫度系數(shù)小 , 密度 低等 , 并要 求成本低 , 施工工藝 簡(jiǎn)便 。,傳統(tǒng)的復(fù)合介質(zhì)用填料為人造金紅石 , 其結(jié)晶度高 、 雜質(zhì)含量低 , 介電常數(shù)高 。 但實(shí)際使用的產(chǎn)品 , 往 往 是介 電 常數(shù) 變 化范 圍 大 ( 可 達(dá) 20 % 30 % ) , 介電損耗偏大 , 參數(shù)不穩(wěn)定 , 不能達(dá)到使用要求 。,合

15、成的人造金紅石,對(duì)某礦區(qū)的天然金紅石進(jìn)行了物質(zhì)組成 、 選礦提純和技術(shù)加工和電 磁 參 數(shù) 測(cè) 定 。 結(jié) 果 表 明 :該 金 紅 石 在 1M 10GHz 頻段具有較高的介電常數(shù) ( 100) 和較低的介電損耗 ( tan 2 10-3) , 是制備微波介質(zhì)材料的較好原料 , 經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部有關(guān)科研單位制成介質(zhì)墊片初步試用 , 效果良好 , 目前正在繼續(xù)深入開發(fā)研究中。,天然金紅石（金紅石渣）,雖然天然金紅石雜質(zhì)含量高 , 但是其介電性質(zhì)優(yōu)于人工金紅石 。 這是因?yàn)?: 人造金紅石是化工過(guò)程產(chǎn)物 , 用硫酸法或氯化法制備而得 , 產(chǎn)品中粉粒表面會(huì)有殘留一些酸根離子并產(chǎn)生晶格缺陷 , 反應(yīng)過(guò)程

16、中會(huì)產(chǎn)生氧空位 。 如煅燒不充分會(huì)殘留一些未經(jīng)轉(zhuǎn)化的銳鈦礦相 。 因此介電常數(shù)和介質(zhì)損耗變化大 , 而天然金紅石是高溫高壓的產(chǎn)物 , 盡管引入了一些雜質(zhì)離子 , 對(duì)其內(nèi)鈦 、 氧離子進(jìn)行異價(jià)類質(zhì)同相置換 , 造成晶格缺陷 , 影響其介電常數(shù)和介電損耗的同時(shí) , 其中的三價(jià) 、 五價(jià)離子可以增強(qiáng)金紅石的抗還原性 ,減少氧空位的產(chǎn)生 , 從而使天然金紅石盡管雜質(zhì)含量高 , 而與某些人工金紅石相比介電常數(shù)高 、 介質(zhì)損耗低 。,此外 , 國(guó)內(nèi) 外學(xué)者對(duì)黑電氣 石粉末的 研究表明 , 這類礦物細(xì)磨后在表面會(huì)形成強(qiáng)度為 108V / m的靜電場(chǎng) , 在電磁屏蔽環(huán)境保護(hù)方面有著廣闊的應(yīng)用前景,電氣石粉末,綜上所述 , 礦物的電學(xué)性能在材料科學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用前景 。 但是天然礦物形成的環(huán)境和條件比較復(fù)雜 , 致使同一種礦物在不同產(chǎn)地