包邮功能材料与器件基础

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作者：周建华著

出版社：机械工业出版社

本类榜单：教材

分类：教材 > 研究生/本科/专科教材

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ISBN：9787111774471
装帧：平装-胶订
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：168
出版时间：2024-12-01
条形码：9787111774471 ; 978-7-111-77447-1

本书特色

本书是根据新的学科专业目录对材料科学与工程、功能材料、新能源材料与器件专业的课程设计和教学内容的要求，以及加强教材建设、编写面向21世纪优秀教材的精神，结合新工科复合型高技术人才知识学习和能力培养的教学诉求编写的。

内容简介

本书是根据教育部新的学科专业目录对材料科学与工程、功能材料、新能源材料与器件专业的课程设计和教学内容的要求，以及加强教材建设、编写面向21世纪优秀教材的精神，结合新工科复合型高技术人才知识学习和能力培养的教学诉求编写的。全书共7章，第1章介绍功能材料的特点、分类及器件发展历程。第2~7章介绍以二次功能材料为基础的典型器件，包括功率半导体分立器件、光电转换材料与器件、功能电介质材料与器件、热电转换材料与器件、敏感材料与传感器、化学电源材料与器件。本书既适合作为普通高等院校本科材料类、电子信息类、机械类等与功能材料器件密切相关专业的教材，也可作为独立学院、高职（专科）院校和成人高等学校等院校的同类专业的教材，还可供企业及培训机构的相关技术人员参考。本书配有电子教案、多媒体课件等数字资源，凡选用本书作为教材的教师均可登录机械工业出版社教育服务网（http://www.cmpedu.com）注册后下载。

前言

前言
当前，世界正在经历一场更大范围、更深层次的新工业革命，信息技术、制造技术、能源技术、材料技术交叉融合、深度渗透、群体性突破、协同应用，新技术、新业态、新产业层出不穷，一批标志性通用技术（如数字化制造、5G、人工智能等）涌现并向各产业领域渗透。
一代材料、一代器件，一代技术、一代装备。新兴功能材料导致颠覆性技术的出现，推动了产业变革。我国“十四五”规划指出：聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，加快关键核心技术创新应用，增强要素保障能力，培育壮大产业发展新动能。这些战略性新兴产业科技与新材料的发展高度融合，创新步伐持续加快，推动了功能材料器件的不断推陈出新和产业化进程，对功能材料制作成的处理器、存储器、传感器等都提出了新的需求，对超小尺寸、超高速、超高效率、超低功耗功能器件技术的需求日益迫切，这为功能材料器件的大发展提供了难得的历史机遇。前言 当前，世界正在经历一场更大范围、更深层次的新工业革命，信息技术、制造技术、能源技术、材料技术交叉融合、深度渗透、群体性突破、协同应用，新技术、新业态、新产业层出不穷，一批标志性通用技术（如数字化制造、5G、人工智能等）涌现并向各产业领域渗透。 一代材料、一代器件，一代技术、一代装备。新兴功能材料导致颠覆性技术的出现，推动了产业变革。我国“十四五”规划指出：聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，加快关键核心技术创新应用，增强要素保障能力，培育壮大产业发展新动能。这些战略性新兴产业科技与新材料的发展高度融合，创新步伐持续加快，推动了功能材料器件的不断推陈出新和产业化进程，对功能材料制作成的处理器、存储器、传感器等都提出了新的需求，对超小尺寸、超高速、超高效率、超低功耗功能器件技术的需求日益迫切，这为功能材料器件的大发展提供了难得的历史机遇。 同时，不断涌现的功能材料器件制备、加工、应用技术为信息、制造、能源、空间、海洋、生命等领域的开拓发展提供了更广泛的创新基础。电子信息功能材料是实现信息感知、计算、发送、传输、接收和存储的物质基础，是人工智能、智能传感、虚拟现实/增强现实、区块链和大数据等产业发展与进步的先导条件。能源清洁低碳化趋势已经成为全球共识，变革性能源材料技术是未来发展的关键领域。其中，新能源汽车的大规模发展大幅度降低了燃油的消耗，汽车电动化和智能化变革为大势所趋，光伏发电和储能技术是主要的解决方案，“光—储—配—用”绿色电力全链条一体化是“双碳”目标实现的关键。随着新型感知技术和自动化技术的应用，先进制造技术正在向智能化的方向发展，在数控装备的基础上集成若干智能控制软件和模块，使制造工艺能适应制造环境和制造过程的变化以达到优化。具有感知、分析、推理、决策、控制功能，实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备的支撑材料，是未来产业发展的急需。 功能材料及其器件多学科交叉融合，应用各种新技术和新工艺，涉及领域非常广泛。高校材料科学与工程、功能材料、新能源材料与器件、光电信息、金属材料、无机非金属材料、材料物理、材料化学等相关专业，均结合国家战略新兴产业开设了功能材料器件教学课程，然而真正结合当前时代背景、具有“新工科”特色的有关功能材料器件方面的教材却较少。本书是编者在本科高校多年授课的基础上，借鉴各种图书的优点编写的一本新工科特色教材。本书以材料—器件—应用为主线，强调功能材料的组成、结构、工艺与性能之间的关系，着重通过具体案例介绍，使读者掌握材料和器件性能特征及实际应用，如器件应用背景、工作原理、结构组成、核心材料选用、材料及器件制备工艺等，提升相关专业的器件设计与应用研究能力。 本书从系统性和相对独立性考虑，在内容的选取和编排上力求实用。第1章总述功能材料的特点、分类及器件发展历程。第2章在介绍PN结机理与特性的基础上，拓展介绍了PIN二极管、双极型晶体管、MOSFET、IGBT和晶闸管，阐述了这些器件的基本工作原理、特性和主要参数。第3章介绍了光电转换材料与器件，包括光电倍增管、光敏电阻、太阳能电池和发光二极管。第4章、第5章主要介绍了功能电介质、热电转换材料与器件。第6章介绍了敏感材料与传感器，选取了几种常见的传感器，如电阻式应变传感器、霍尔传感器、红外温度传感器、湿度传感器、气敏传感器和光纤传感器。第7章介绍了几种化学电源材料与器件，包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池。本书本着突出重点、通俗易懂的原则，叙述的重点放在了基本概念、基本工作原理、结构和性能参数上，着重阐述功能器件在各种不同应用场景下的特征，尽可能地用浅显易懂的语言表述复杂的道理，而又不失其精髓。同时，省略了烦琐的数学推导，从而使内容更精练、重点更突出。本书各章内容可以单独选择或任意组合使用。 本书的编写离不开所有编者的努力。桂林电子科技大学的周建华设计和统筹全书，编写了第1章、第4章、第6章、第7章。广西大学的苗蕾和桂林电子科技大学的陈俊良编写了第2章。广西科学院的赖华俊编写了第3章。桂林电子科技大学的袁昌来参与编写了第4章。桂林电子科技大学的刘呈燕和高杰编写了第5章。广西大学的穆晓江和桂林电子科技大学的刘静参与编写了第6章。广西大学的王潇漾和桂林电子科技大学的王凤参与编写了第7章。周建华担任主编，负责全书统稿。苗蕾和刘呈燕担任副主编。此外，桂林电子科技大学材料科学与工程学院的领导在本书编写过程中给予了大力支持和帮助，在此一并表示感谢。 在本书的编写过程中，参阅了许多文献，从中汲取了不少有益的内容和叙述方法，在此向作者们深表谢意。 由于编者水平有限，书中难免存在一些不足、不妥或疏漏之处，恳请广大读者批评指正。 编者 目录

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前言
第1章绪论
1.1功能材料的特点与分类
1.2功能材料与器件的发展
1.3本书的内容与特色
思考题
第2章功率半导体分立器件
2.1PN结
2.1.1PN结的基本结构与制备方法
2.1.2热平衡PN结
2.1.3非平衡状态下的PN结
2.1.4PN结击穿
2.2PIN二极管
2.2.1PIN二极管的结构
2.2.2PIN二极管的I-U特性
2.2.3PIN二极管的设计
2.2.4PIN二极管的载流子分布及结电压
2.2.5功率二极管的开通特性
2.2.6功率二极管的反向恢复
2.3晶体管
2.3.1双极型晶体管
2.3.2MOSFET
2.3.3IGBT
2.4晶闸管
2.4.1晶闸管的结构与功能
2.4.2晶闸管的I-U特性
2.4.3晶闸管的阻断特性
2.4.4晶闸管的触发方式
2.4.5晶闸管的关断与恢复
2.4.6双向晶闸管
2.5工程案例
思考题
参考文献
第3章光电转换材料与器件
3.1光电信息转换原理
3.1.1外光电效应
3.1.2内光电效应
3.2外光电效应器件：光电倍增管
3.2.1打拿极型PMT
3.2.2微通道板型PMT
3.2.3硅基型PMT
3.3光电导效应器件：光敏电阻
3.3.1光电二极管
3.3.2光敏电阻
3.4光伏效应器件：太阳能电池
3.4.1太阳能电池的原理与结构
3.4.2太阳能电池的发展历程
3.4.3多晶硅太阳能电池
3.4.4非晶硅薄膜太阳能电池
3.4.5CIGS薄膜太阳能电池
3.4.6钙钛矿太阳能电池
3.5半导体电光效应器件：发光二极管（LED）
3.5.1LED结构及发光原理
3.5.2单色LED
3.5.3白光LED
3.5.4多色白光LED
3.5.5基于磷光的LED（pcLEDs）
3.5.6钙钛矿发光二极管（PeLEDs）
3.6工程案例
思考题
参考文献
第4章功能电介质材料与器件
4.1压电材料与器件
4.1.1压电微机械超声换能器（PMUT）
4.1.2PMUT器件中的压电材料
4.1.3PMUT压电器件的应用
4.1.4压电电机
4.2热释电材料与器件
4.2.1热释电红外探测器
4.2.2红外热像仪
4.2.3电卡制冷
4.3铁电材料与器件
4.3.1铁电存储器中的铁电材料
4.3.2铁电存储器
4.4工程案例
思考题
参考文献
第5章热电转换材料与器件
5.1热电转换效应
5.1.1塞贝克（Seebeck）效应
5.1.2珀尔帖（Peltier）效应
5.1.3汤姆逊（Thomson）效应
5.1.4热电效应之间的关系
5.1.5热电转换效率
5.2热电转换材料
5.2.1Bi2Te3基热电材料
5.2.2PbX（X=S、Se、Te）化合物
5.2.3SiGe合金
5.2.4方钴矿型热电材料
5.2.5半赫斯勒型热电材料
5.2.6导电聚合物热电材料
5.2.7碳基热电材料
5.3热电转换器件
5.3.1热电器件工作原理与基本结构
5.3.2热电器件的分类
5.3.3热电器件的制备工艺
5.3.4热电器件的发展历程
5.4工程案例
思考题
参考文献
第6章敏感材料与传感器
6.1电阻式应变传感器
6.1.1应变传感器中的一维材料
6.1.2应变传感器中的二维材料
6.1.3应变传感器中的三维材料
6.2霍尔传感器
6.2.1线性（模拟）霍尔传感器
6.2.2数字（开关）霍尔传感器
6.2.3霍尔效应齿轮齿传感器
6.2.4角度霍尔传感器
6.2.5电流霍尔传感器
6.2.6差分霍尔传感器
6.3红外温度传感器
6.3.1红外温度传感机制
6.3.2常用红外温度传感器材料
6.4湿度传感器
6.4.1湿度传感器的分类
6.4.2湿度传感器的特性参数
6.5气敏传感器
6.5.1气敏传感器的分类
6.5.2气敏传感器的发展方向
6.6光纤传感器
6.6.1光纤布拉格光栅传感器
6.6.2分布式光纤传感器
思考题
参考文献
第7章化学电源材料与器件
7.1锂离子电池材料与器件
7.1.1锂离子电池正极材料
7.1.2锂离子电池负极材料
7.1.3锂离子电池电解质
7.1.4锂离子电池隔膜
7.1.5锂离子电池结构改进
7.2超级电容器材料与器件
7.2.1超级电容器的概念及基本原理
7.2.2超级电容器的分类
7.2.3超级电容器件的构成
7.3燃料电池材料与器件
7.3.1燃料电池的概念及基本原理
7.3.2燃料电池的分类
7.3.3燃料电池器件的构成
7.4工程案例
思考题
参考文献

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