大学化学论文 4页

材料化学在电力电子中的应用摘要：本文主要介绍了电气自动化领域中所涉及的电子器件材料，如电阻，电容，二极管，磁性材料等。其中包含当今已经广泛使用的化学材料，也涉及了一些新材料新产品。关键字：电容；电阻；磁性材料；半导体。引言：如今世界已经进入电气化时代，从庞大的电网系统到一个小小的功能芯片都有着复杂的电路结构。但这些都是一些基本的器件的不同组合，下面介绍一些基本器件的材料及制作方法：一、电阻当电流流过电阻时电阻会对电流起阻碍作用，先介绍一下金属的导电原理：当金属原子以晶格的形式堆积在一起时，由于金属原子对其最外层电子的束缚能力不够，因此，电子在晶格中可以脱离原有原子的束缚在晶格中可以快速穿行。当外界施加电压时电子定向移动即形成了电流。电阻大小反映了金属原子对电子的束缚能力。因此不同的金属、合金的阻值都有所不同。电阻的材料如今电阻主要有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻，无感电阻，薄膜电阻等。薄膜电阻用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。碳膜电阻（碳薄膜电阻）常用符号RT作为标志；为最早期也最普遍使用的电阻器，利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂一层碳膜，再将碳膜外层加工切割成螺旋纹状，依照螺旋纹的多寡来定其电阻值，螺旋纹愈多时表示电阻值愈大。最后在外层涂上环氧树脂密封保护而成。其阻值误差虽然较金属皮膜电阻高，但由于价钱便宜。碳膜电阻器仍广泛应用在各类产品上，是目前电子，电器，设备，资讯产品之最基本零组件。　　2、金属膜电阻金属膜电阻常用符号RJ作为标志；其同样利用真空喷涂技术在瓷棒上面喷涂，只是将炭膜换成金属膜（如镍铬），并在金属膜车上螺旋纹做出不同阻值，并且于瓷棒两端镀上贵金属。虽然它较碳膜电阻器贵，但低杂音，稳定，受温度影响小，精确度高成了它的优势。因此被广泛应用于高级音响器材，电脑，仪表，国防及太空设备等方面。　　金属氧化膜电阻某些仪器或装置需要长期在高温的环境下操作，使用一般的电阻会未能保持其安定性。在这种情况下可使用金属氧化膜电阻，它是利用高温燃烧技术于高热传导的瓷棒上面烧附一层金属氧化薄膜（用锡和锡的化合物喷制成溶液，经喷雾送入500~500℃的恒温炉，涂覆在旋转的陶瓷基体上而形成的。材料也可以氧化锌\n等），并在金属氧化薄膜车上螺旋纹做出不同阻值，然后于外层喷涂不燃性涂料。其性能与金属膜电阻器类似，但电阻值范围窄。它能够在高温下仍保持其安定性，其典型的特点是金属氧化膜与陶瓷基体结合的更牢，电阻皮膜负载之电力亦较高。耐酸碱能力强，抗盐雾，因而适用于在恶劣的环境下工作。它还兼备低杂音，稳定，高频特性好的优点。常用符号RY作为标志。　　4、合成膜电阻将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。由于其导电层呈现颗粒状结构，所以其噪声大，精度低，主要用他制造高压，高阻，小型电阻器。绕线电阻用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。二、电容两块带电的金属板就是简单的电容，有储存电荷的能力。实际的电容器件在金属板之间都要加一层电介质。在导体和绝缘体之间有很多物质在其两端加上电压之后其内部原子的正极负极（点偶极子）的中心会顺着电压的方向发生偏转，最终在整个物体的表面显示出了感应电压，有此种特性的物质就是电介质。常见的电容主要有：1、聚丙烯电容用电子级聚丙烯膜作介质、高导电率铝箔作电极卷绕而成圆柱状,并采成热缩密封工艺制作而成。容量范围（100pF~0.01uF)，具有负温度系数、绝缘电阻高达100GΩ、极低泄漏电流等特点。应用于各类精密测量仪表；汽车收音机；工业用接近开关、高精度的数模转换电路。同类的还有聚酯（涤纶）电容，聚苯乙烯电容聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定；但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响。它有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电气绝缘制品。它的击穿电压也很高，适合用作电气配件等。抗电压、耐电弧性好，但静电度高，与铜接触易老化。2、云母电容用金属箔或者在云母片上喷涂银层做的电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。\n云母是含锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称。主要包括白云母、黑云母、金云母、锂云母等。工业上应用的云母矿物原料是白云母和金云母中的片云母和碎云母及绢云母，使用较多的是白云母，其次为金云母。由于云母具有较高的电绝缘性、较好的透明度、极好的可剥分性、较高的化学稳定性、较好的还原性以及在高温状态下能保持上述优良的物理化学性能，因而它主要作为一种非常重要的绝缘材料广泛用于电子、电机、电讯、电器、航空、交通、仪表、冶金、建材、轻工等工业部门，以及国防和尖端工业领域。3.铝电解电容铝电解电容是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。　此外还有高频瓷介电容、低频瓷介电容、玻璃釉电容等。三、半导体硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。二极管的基本结构就是p、n型半导体结合的结合，其有单方向导电性，是很多电子电路的基本组成部分。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。四、磁性材料磁性材料是制作电机的主要材料，其性能的研究因此显得非常重要。由于B族元素的有些原子如铁的未成对电子很多，绕原子运动时就相当于很多的电子环流，因此很容易受外磁场的影响。铁磁性，是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。在铁磁质中，相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。\n在铁磁性物质内部，由于原子的磁矩不等于零，每一个原子的表现就好似微小的永久磁铁。当外加磁场时，许多小的磁畴会逐渐改变方向顺应外加磁场，这就是磁化现象。到目前为止,仅有四种金属元素在室温以上是铁磁性的，即铁，钴，镍和钆。五、探伤电机工作的大部分时间都是在高速旋转，因此制作轴承的金属必须有着良好的性质，内部不允许有裂纹和缺陷。探伤正可以探测金属材料或部件内部的裂纹或缺陷。常用的探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。物理探伤就是不产生化学变化的情况下进行无损探伤。超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。其他探伤方法原理相似，只是探伤所用媒介不同。总结：其实材料化学涉及生活的各个领域，我们在生活中所感知的只是一些肤浅的材料化学，我通过此次的论文只是在生活认知的基础上进一步的了解，真正的材料学仍需要我们更加深入地探索。参考文献：1、大学化学教材2、百度百科3、模拟电子技术教材、大学物理教材