能量储存材料与器件（优秀5篇）
电子材料与器件总结 篇一
Chapter 1.Introduction 1.What are electronic materials? 电子材料是用在电子电气工厂的材料，它们是电子器件和集成电路制造的基础。2.What are the functional electronic materials? 功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊功能，或能实现光电磁热力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。
3.What are the basic requirements of modern society to electronic materials? 1.高纯度与完美的晶体结构。2.先进的制造技术。3.大尺寸。
4、寿命长且可控。5.具有优异结构与功能特性。6.减少污染节约能源。4.What is the future direction for the development of advanced electronic materials?
先进复合材料 有机电子材料 电子薄膜材料 5.What is Moore’s law?
集成电路上可容纳的晶体管数目将在每三年变成原来的4倍。
Chapter 2.Elementary materials science concepts 1.Please explain the shell model of atomic structure and sketch that for sodium.壳模型是基于波尔模型的。原子核：带正电的质子与中性的中子。原子序数：核电荷数。电子：质量极小，带负电，在原子中绕电子核旋转。核外电子排布：泡
利不相容定理、能量最低原理、洪特定理。
2.What’s the force between the two atoms when their separation is above the bond length, equal to the bond length and below the bond length? What are the net force and potential energy in bonding between two atoms?
距离大于键长时合力为吸引力，等于键长时合力为0，小于键长时合力为斥力。力为势能相对距离的导数。当两个原子距离无穷远时，几乎不相互作用，势能为0.当两个原子在吸引力作用下靠近时，势能逐渐下降，到达平衡位置时，势能最低。当原子距离进一步接近，要克服排斥力，使得势能重新升高。把平衡位置距离下对应的势能定义为结合能。
3.Please list three kinds of the primary bonds and the typical material.共价键：H2, CH4
金属键: copper.离子键: NaCl, ZnS.4.Please list two kinds of the secondary bonds and the typical material.诱发偶极矩: H2、CH4 氢键: H20.5.What’s the bond for semiconductors?
许多重要的半导体都是极化共价键，是一种混合键。6.What’s the origin of the Van der Waals bond? Please explain the formation of the hydrogen bond and induced dipole, respectively.范德华键：产⽣于分⼦或原⼦之间的静电相互作⽤
氢键：氧原子中的电子在远离氢原子的地方聚集，水分子是极性的有一个电偶极矩。水中各种偶极矩之间的引力引起范德华键，当一个偶极子的正电荷来自一个暴露的氢核时，范德华键便称作氢键。
诱发偶极矩：两个原子由于电子波动的同步性诱发电偶极矩彼此互相吸引。7.Please draw the body centered cubic and tetragonal crystal structure.8.What’s the miller index of the crystal plane?
9.Please draw the crystal direction and crystal plane in a cubic crystal.[110](110)
[111](111)
[12 1](12 1)10.Please describe different kinds of crystal defects.点缺陷：引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数范围内的缺陷。线缺陷：晶格周期性的破坏发生在晶体内部一条线的周围近邻。面缺陷：密排晶体中原子面的堆积顺序出现了反常所造成的缺陷。11.How to determine a Burger’s vector for a dislocation in a crystal? What’s the difference between the Edge dislocation and Screw dislocation? 在实际晶体中作一伯格斯回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即伯格斯矢量。伯格斯矢量垂直于刃位错线。伯格斯矢量与位错线平行。
刃型位错必须与滑移方向slipping direction垂直，也垂直与滑移矢量slipping vector.螺旋位错线平行于滑移方向。12.What are the characteristics at grain boundary? 晶界两侧晶粒的晶体结构相同，空间取向不同。
Point group点阵：从晶体结构中抽象出来的几何点的集合称之为晶体点阵 Basis 基元：原子、分子或多个原子构成的集团
Chapter 3.Dielectric materials and devices 1.What are the direct and converse piezoelectric effect?
Direct piezoelectric effect 正压电效应: 晶体在机械力作用下，一定方向产生电压，机械能转换为电能的过程。
Converse piezoelectric effect 逆压电效应: 在外电场激励下，晶体某些方向产生形变现象，电能转换为机械能的过程。2.What is the domains?
电畴：电偶极矩具有相同方向的区域称为电畴。
3.Please explain the polarization process for the piezoelectric ceramic.。对压电陶瓷施加电场，可以使电畴有序排列，发生极化。施加外电场时，电畴的极化方向发生转动， 趋向于按外电场方向的排列， 从而使材料得到极化。4.Please draw the polarization versus stress for piezoelectric ceramic.5.Please give the piezoelectric equation and explain the parameters.极化感应电荷的大小与所加力的大小成比例，极性与力的方向有关:
d为压电系数
6.Please list at least three important piezoelectric material.Single crystals 单晶 Polycrystalline ceramics 陶瓷 Polymer 高分子聚合物 Thin films 薄膜
7.Why can’t a static force be measured by the piezoelectric sensor? 理论上来讲，如果施加在晶片上的外力不变，积聚在极板上的电荷无内部泄漏，外电路负载无穷大，那么在外力作用期间，电荷量将始终保持不变。但这是不存在的，漏电阻会很快泄放掉其上的电荷。
8.How to improve the sensibility of the piezoelectric sensor using Electrometer circuit? t=R(Ca+Cc+Ci)被测作用力变化缓慢，此时如果测量回路时间常数也不大，就会造成传感器的灵敏度降低。为了增大压电传感器的工作频率范围，必须增大时间常数。增大测量回路的电容来提高时间常数τ，则会影响电压灵敏度，通常用增加电阻来提高时间常数。
9.Please list the application of piezoelectric sensors.压电加速度传感器 压电压⼒传感器 超声波流量计
10.Please give the frequency response for a PZT and explain the origination for each section.直流响应为0，然后有一平坦区间，接着有一谐振峰，然后快速下降。第一个区间是由于压电材料的漏电组引起的，第三个区间是由于传感器机械结构的共振引起的。
11.How to measure the flow velocity of liquid by the piezoelectric sensor? 它采用两个声波发送器(SA和SB)和两个声波接收器（RA和RB）。同一声源的两组声波在SA与RA之间和SB与RB之间分别传送。它们沿着管道安装的位置与管道成θ角。由于向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。
能量储存材料与器件汇总 篇二
Cap1超级电容器
超级电容器：
1、电容值大，能量密度高
2、功率密度高
3、充放电效率高
4、循环寿命长
5、工作温度范围广
6、可靠性高
7、绿色环保 三种类型：
1、将电荷储存在电极/电解质溶液界面处的电双层中，以高比表面积炭作为电极材料
2、利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第反应储存电荷，以过渡金属氧化物作为电极材料
3、以导电聚合物为电极材料，导电聚合物充放电时周期性地成为氧化态或还原态，即氧化还原型准电容，具有类金属性质，电容是双层的
双层型电容器特点：电荷储存是非法拉第过程，是静态储电方式，不发生通过电极表面的电荷转移，以绝缘体为介质
双层模型：Helmholtz模型、Stern模型、Grahame模型
赝电容：又称法拉第准电容，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附，氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容 电极材料：活性炭粉末
特点：
1、高比表面
2、具有发达的介孔
3、高电导率
4、高堆积比重
5、高纯度
6、良好的电解液浸润性 处理方式：气相热处理、液相热处理 电极材料：碳气凝胶
结构特征：
1、交联结构
2、颗粒间的链接
3、粒子间的线形或梯形聚合物链
4、粒子内部的单独聚合物链 优点：
1、高比表面积
2、低密度
3、高导电率
4、可直接成型，不需粘结剂 电解质对化学电容器行为的影响：
1、电解质的电导率影响电容器的功率输出能力
2、电解液中阴离子的吸附，影响比双层电容值
3、通溶剂的绝缘性质，决定比双层电容的值及其对电极电势的依赖 电解质电导率的决定因素：
1、给定盐或酸溶液中自由电荷载流子、阳离子和阴离子的浓度
2、电解质电离离子的迁移率或每个离子对电导的贡献
3、溶剂的粘度
水溶液电解质介质：电导率高、分子直径小利于形成双电层、容易挥发电化学窗口窄 酸性水溶液（H2SO4、HBF4、HCl、HNO3、H3PO4）碱性水溶液（KOH、LiOH）
中性水溶液（KCl、NaCl、LiCl、Li2SO4）非水溶液电解质介质：季铵盐、锂盐、季鏻盐 特殊：四烷基季铵盐R4N+
1、在非水溶剂中具有良好的导电性和溶解性
2、避免了过充使碱金属沉积在电容器阴极的可能性
3、价格昂贵，必须足够纯净干燥
4、在强烈过充电时会在负极发生分解 Cap2金属空气电池
金属空气电池：以空气中的氧气作为正极活性物质，金属（Li、Mg、Al、Zn、Cd、Fe）作为负极活性物质，水为电解质的一种高能电池。
四种类型：一次电池、二次可充电池、金属板更换式电池、金属粒更换式电池 根据阳极材料又分为：铝空、锌空、镁空、锂空、铁空等
主要缺点：由于金属-空气电池工作时需要不断的供应空气，因此它不能在密封状态或缺少空气的环境中工作。此外，电池中的电解质容易受空气湿度的影响而使电池性能下降，空气中的氧会透过空气电极并扩散到金属电极上，形成腐蚀电池引起自放电。工作原理
铝-空气电池
电池原理：负极采用铝合金，在电池放电时被不断消耗，正极是多孔性氧电极，跟H2/O2燃料电池的氧电极相同，电池放电时，从外界进入电极的氧气在与电解质和催化剂的三相界面发生电化学反应生成OH-。电解液可分为碱性溶液，中性溶液。正极：
负极：
（碱性）（中性）
腐蚀：
特点：由于存在腐蚀反应，存在发热，和氢气产生，需做安全处理（中性）
1、电导率较低，铝酸盐不可溶，功率难提高
2、电压低（碱性）
1、电压高
2、阳极产物可溶，电导率高，阳极效率高 锌-空气电池 正极：负极：总反应：
存在的问题：
1、锌电极直接氧化，出现锌枝晶
2、空气催化剂活性偏低
3、电解液的碳酸化
4、锌电极钝化 锂-空气电池 正极：负极：
水基电解质：
1、放电产物为LiOH，溶于水基电解质，不会堵塞输氧通道
2、开路电压高，充放电过电位低，充放电效率高
有机电解质：
1、氧溶解度高
2、对锂腐蚀小
3、制备简单 镁-空气电池 正极：负极：
总反应：铁-空气电池
负极：Fe+2OH-=Fe（OH）2+2e-
Fe（OH）2+OH-=FeOOH+H2O+e Cap3铅酸电池 铅酸电池 正极： 副反应负极
副反应总反应
放电：H2SO4浓度下降，正极上PbSO4增加，内阻增大，电解液密度下降
充电：电解液密度下降，内阻减小，电池电压升高，后期由于水的分解出现大量气泡 电池组成材料： 正极活性材料：PbSO4 负极活性材料：Pb 电解质溶液：H2SO4 板栅合金：铅钙锡铝多元合金 铅膏：PbO，PbSO4 铅粉：是表面覆盖一层PbO（四方晶系和斜方晶系在低高温相互转变）的金属Pb颗粒粉状物。一方面是极板活性物质的主体材料，另一方面是极板实现电化学反应的母体。
铅粉氧化度：指氧化铅占铅粉总量的半分比。（过高增加放电容量但在干燥过程中会引起极板裂纹，影响容量和寿命；过低会使铅膏松散难以涂板，充电过程引起变形和脱落，影响容量和寿命）板栅：格子体，由铅基合金浇铸或拉网而成（支撑活性物质，传导电流）
具体作用：
1、作为活性物质的载体，支撑骨架，粘附活性物质
2、传导电流
3、使电流均匀分布到活性物质中 性能要求：
1、构造应有利于与活性物质的牢固结合2、电阻小
3、不妨碍活性物质的膨胀或收缩
4、抗蚀性
5、易于加工铸造
6、足够的硬度和机械强度
7、成本低廉 两种具体的板栅合金 铅锑板栅合金
优点：
1、机械强度优于纯铅
2、熔点和收缩率低于纯铅
3、膨胀系数低于纯铅
4、伸缩变形小
5、腐蚀较纯铅更均匀 缺点：
1、电阻比纯铅大
2、锑溶于电解液加速自放电
3、锑引起氢析出电位降低，增加氢的析出，加速水分解损失
4、抗电化学腐蚀不如纯铅 铅钙板栅合金
优点：
1、析氢过电位接近纯铅，抑制自放电和析氢量
2、机械强度更大
3、导电能力更强
4、无锑转移问题，水损缓慢，利于电池密封
缺点：
1、钙易氧化，高温易烧损，制作复杂
2、不适合做深放电循环蓄电池（形成硫酸钙膜，阻碍腐蚀发展）
3、合金硬度过大，影响铸造
4、废料存在安全隐患 Cap4液流电池
液流电池：正极和负极的电解液分别装在两个储罐中，利用送液泵使电解液通过电池循环。在电堆内部，正负极电解液用离子交换膜分隔开，电池外接负载和电源。全钒液流电池（VRB）
正极： 负极：总反应：
特点：
1、额定容量和额定功率相互独立，可调整
2、活性物质以离子型态存在，避免活性物质的脱落和短路
3、正负活性物质均为钒离子，不会发生电解液交叉污染
4、电池工作时电解液处于流动状态，浓差极化小，可无损伤深度放电
5、钒离子电化学可逆性高，电化学极化小，功率密度高，适合大电流快速充放电
6、启动快，更换电解液瞬间充电；自放电小，充放电转化效率高
7、结构简单，材料低廉，维修便宜 锌-溴液流电池（ZBB）正极：负极：总反应：特点：
1、电解液循环流动，允许热管理和反应物高均匀性
2、较高的能量密度
3、成本低，原料易得
4、零部件可循环，环境影响小
5、电池系统设计灵活
6、常温运行
7、深度放电不损伤，反而提高电池性能
8、充电时，锌金属沉积在负极表面，正极生成油状溴络合物
锌-铈液流电池（ZCB）
正极：
负极：
总反应：Cap5锂离子电池
锂离子电池工作原理：锂离子电池是锂离子在正负极之间反复进行脱出和嵌入的一种高能二次电池。充电时，正极中的锂离子从钴酸锂等孤独金属氧化物的晶格中脱出，经过电解液这一桥梁嵌入碳材料负极的层状结构中。正极材料的体积因锂离子的移出而发生改变，但本身的骨架结构维持不变，负极材料与锂离子发生嵌入反应或合金化反应。放电时，锂离子从碳材料负极层间脱出，经过电解液到达正极并嵌入正极材料的晶格中，使电极材料的结构得以复原，在循环过程中，正极材料是提供锂离子的源泉。正极：负极：总反应：优点：
1、能量密度高
2、平均输出电压高
3、输出功率大
4、自放电小
5、无记忆效应，循环性能好
6、可快速充放电
7、充电效率高
8、工作温度范围广
9、残留容量测试方便
10、无需维修
11、环境友好
12、使用寿命长 缺点：
1、成本高
2、需要特殊保护电路防止过充过放
3、与普通电池兼容性差 锂离子正极材料的特点与性能：
1、较大的吉布斯自由能保持较大的电位差，提供电池工作电压
2、锂离子嵌入反应时，吉布斯自由能改变小，确保锂离子电池工作电压稳定
3、较宽的锂离子嵌入脱嵌范围和相当的锂离子嵌入脱嵌量
4、需要有大孔径的隧道结构，方便锂离子在充放电时的嵌入和脱嵌
5、锂离子在正极材料隧道中有较大的扩散系数和迁移系数，保证良好的电子导电性
6、需要具有大的界面结构和多的表观结构，增加锂离子嵌入的空间位置，提高嵌入容量
7、物理化学性质均一，保证良好的可逆性循环寿命长
8、与电解液不发生物理化学反应
9、与电解质有良好的相容性，热稳定性高，保证工作安全
10、重量轻，方便制作，无毒 四大正极材料 氧化钴锂
结构：比较稳定的层状结构，层间通过范德华力实现Co-O-Co的强健结合。氧原子呈现三方对称性，使得锂离子能在层间进行二维运动，发生嵌入和脱嵌。制备方法：
1、固相反应
2、溶胶-凝胶法
3、喷雾干燥法 改性：
掺杂：硼（降低极化。循环性能）镁（循环性能，提高电导率）铝（便宜，结构类似，提高电压，循环性能）锰（容量，循环性能）硅（循环性能）锌（循环性能）铂（提高锂离子扩散系数）稀土元素（提高锂离子嵌入和脱嵌能力）包覆：氧化镁（降低迁移活化能，提高嵌入和脱嵌）无定形氧化铝（稳定性，抑制活性物质流失）磷酸铝（热稳定性，耐过充电，循环性能）二氧化硅（循环寿命）氧化锌（循环性能，大倍率性）氧化镍锂
结构：层状结构，呈现六方相
制备方法：
1、固相反应
2、溶胶-凝胶法
改性：提高脱嵌相稳定性，抑制相变，降低容量衰减，降低不可逆容量，提高可逆容量 掺杂：铝（热稳定）锰（热稳定）钴（热稳定）
包覆：氧化镁、磷酸铝、二氧化硅、二氧化钛（防止正极与电解液接触发生副反应，减少产热量，抑制相变，提高结构稳定性）氧化锰锂
制备方法：
1、水热合成2、离子交换
3、固相反应
4、溶胶-凝胶法 结构：隧道结构（垃圾）、层状结构（正交和层状）、尖晶石结构
正交氧化锰锂：氧原子分布为扭变的四方密堆结构，交替的锂离子层和锰离子层发生折皱 掺杂：铬（稳定结构）铝（稳定结构）镍（可逆容量，减少相变，结构稳定）锂钴（抑制相变）层状氧化锰锂：阳离子交换层由纯锂离子层和锂锰1：2混合层交替组成 掺杂：铁（电化学性能）铬（循环性能）尖晶石结构氧化锰锂
结构：具有四方对称性，一个晶胞中含有56个原子（8锂16锰32氧）掺杂：锂（循环性能）镁（电导率，循环性能）磷酸铁锂LiFePO4 改性：
加入导电性物质（炭黑、炭、碳纳米管）：提高导电性能，可逆容量提高，循环性能好，快速充放电能力提高 进行掺杂（镁，钛，锰）：提高循环性能和结晶性 负极材料 要求：
1、正负极的电化学位差大，获得高功率电池
2、高度可逆脱嵌反应，锂离子的脱嵌反应自由能变化小
3、锂离子的可逆容量大，保证电池稳定的工作电压
4、热力学稳定，不与电解质发生反应
5、循环性好，循环寿命长
6、电导率好，锂离子在负极有高扩散速率 石墨
质软、有滑腻感，非金属矿物质，耐高温、耐氧化、抗腐蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润滑强度高、导热、导电性能强。
结构：六方晶体，其晶体由碳原子组成的六角网状平面规则堆砌而成，具有层状结构。层与层通过范德华力结合，在每层中，碳原子排成六边形，每个碳原子与相邻三个碳原子通过共价键结合。
优点：电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高、嵌锂电位低
嵌锂机理：石墨的高导电性和高结晶度以及它的层状结构使得非常适合锂离子的嵌入和脱嵌。锂离子嵌入石墨层间后，形成嵌锂化合LixC6，使得石墨层与层之间的堆积方式由ABABAB变为AAAAAA。
石墨类碳负极材料：（导电性好，结晶度高，层状结构，充放电比容量和效率高，良好的充放电电位平台）人造石墨（MCBC中间相碳微球、石墨化碳纤维）、天然石墨 MCBC中间相碳微球
优点：
1、球状颗粒，紧密堆积，可制高密度电极
2、低比表面积。可逆容量高
3、球形片层结构，锂离子自由迁移，可大倍率充放电 缺点：
1、加工复杂
2、价格高
3、容量限制
4、PC在MCBC表面易发生分解
5、存在缓慢的锂脱插，导致自放电 石墨化碳纤维
优点：
1、表面和电解质浸润度高
2、径向结构利于锂离子快速扩散，实现大功率充放电
3、放电容量大，充放电效率高
天然石墨的改性：
球形化：克服天然缺陷，提高振实密度 机械研磨：提高比容量和循环性能
氧化处理：出去缺陷，增加锂离子进出通道，形成氧化物致密层防止溶剂分子共嵌，提高循环性能
炭包覆：减缓电极表面的不均匀反应性质，在碳电极表面生成SEI膜的溶剂与电解质均匀反应，从而在电极表面生成均匀致密不易脱落的SEI膜
掺杂：B、N、P、Si（可逆容量）金属元素（循环性能）非石墨类碳负极材料：软碳、硬碳
缺点：
1、锂离子脱嵌存在电压滞后现象（锂离子→石墨微晶→微孔）
2、没有高温处理，锂离子与缺陷结构反应
3、缺陷结构循环不稳定，容量衰减 合金负极材料：硅基、锡基
硅基：体积变化大，引起合金粉化，使容量降低 锡基：容量有限，循环性能好 氧化物负极材料：尖晶石钛酸锂 特点:
1、锂离子嵌入脱嵌时晶体结构保持稳定性，循环性能好和放电电压稳定
2、电极电压高，避免电解液
3、比容量高
4、可以大倍率充放电
5、原料来源丰富 Cap6锂离子电池非水液体电解质 条件：
1、锂离子电导率高
2、热稳定性好
3、电化学窗口宽
4、化学稳定性好
5、较宽的温度范围内为液体
6、对离子具有较好的溶剂化能力
7、无毒，安全，蒸汽压低
8、促进电极可逆反应的进行
9、制备容易，成本低 ex1、熔点低，沸点高 ex2、介电常数高，粘度低 四类常用有机溶剂
1、碳酸酯类溶剂：电化学稳定性，高闪点，低熔点（环状、链状）
2、羧酸酯类溶剂：使SEI膜致密，高介电常数，高电导率，低温工作，电化学稳定性好（缺点：极性强，活性高→循环性能差，高界面电阻）
3、醚类溶剂：介电常数低，粘度小，性质活泼，抗氧化性差（一般作为碳酸酯的共溶剂或添加剂来提高电导率）
4、含硫溶液溶剂：一般使用砜类，与其他溶剂混合使用，稳定性好，库伦效率高，提高电池安全性和循环性能 电解质锂盐：LiPF6、LiBOB（双-草酸硼酸酯锂）
LiPF6主要目标：避免分解及引起电解质聚合。对阴离子的电荷进行离域化，降低晶格能，减少离子间的作用力，调高溶解性和电导率
LiBOB特点：溶解性好，稳定性好，循环性能好。但形成的SEI膜厚，界面电阻高。电化学窗口：发生氧化的电位和还原的电位之间的差。要求：还原电位低于金属锂的氧化电位，氧化电位高于正极材料锂的嵌入电位，并且在较宽的电位范围内不发生氧化还原反应。
电解液添加剂类型：防止过充电、阻燃性电解液、改善SEI膜、减少酸含量、增加电导率、改善低温性能 SEI膜：在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液发生反应，在电极材料表面形成钝化层，阻止溶剂分子与电极接触，但允许锂离子的经过该钝化膜自由嵌入和脱嵌，该层膜称为SEI膜。Cap7锂离子电池聚合物电解质
聚合物电解质：含有聚合物材料且能发生离子迁移的电解质。
聚合物电解质的离子导电模型：阿伦尼乌斯理论、VTF方程、WLF方程、自由体积模型、动态键渗透模型、MN法则、有效介质理论
聚氧化乙烯电解质导电行为：由于MX盐溶于聚合物中也可以发生电离，形成阳离子和阴离子，中性离子对，三合离子。其中中性离子对和三合离子降低了电导率。锂离子和氧基团在热运动和电场作用下不断发生配位-解离，最终以离子和离子簇形式在链内部和链之间发生迁移。Cap8锂离子电池无机固体电解质
无机固体电解质：是一种离子导体，具有较好的离子电导率，较低电子电导率，低活化能的固体物质。晶体电解质 设计理论基础：
1、迁移离子大小适合，便于晶格结构中的迁移
2、迁移离子的亚晶格应该无序
3、迁移离子应该易于极化，优选为阴离子易发生极化 玻璃态电解质：氧化物、硫化物 优点（相较于晶体电解质）：
1、组成变化宽
2、玻璃态材料基本上各向同性，离子扩散通道也具各向同性，使得粒子区间扩散通道的连接易于晶态材料
集邮夏令营 为青少年储存正能量 篇三
集邮夏令营 为青少年储存正能量
------记临沂市第四届“红色沂蒙”青少年集邮夏令营
前 言
沂蒙，这块被鲜血染红的土地，从1928年起，这里就成立了党的组织，1938年至1949年，这里先后是山东华东的战略指挥中心，在长达12年的抗日战争、解放战争的革命斗争中，华东山东党政军领导机关长期驻扎在这里，刘少奇罗荣桓徐向前陈毅粟裕等老一辈革命家在这里转战，在党中央的正确领导下，山东华东的党政军领导民和勤劳纯朴的沂蒙人民共同缔造了伟大的沂蒙精神。
今天的临沂， 依据独具自身和区位优势，作为我国四个1000万人口的地级市之一，如今已经成为著名的物流之都。综合发展的“大临沂，新临沂”正在迅猛崛起，令人骄傲和尤为可贵的是，沂蒙精神品牌不断衍生文艺精品，正在续写沂蒙新传奇……“水之城、商之都、文之邦”的城市特色，共同演绎着“大美临沂”的内涵与价值。
沂蒙精神，光照千秋。照耀着无数的沂蒙后代，作为沂蒙地区青少年，有责任去了解沂蒙历史，让青少年深刻了解感受在这片红色热土上的可敬的人民和在中国共产党带领下塑造的这块不朽的丰碑。近年来，临沂市沂蒙青少年集邮协会以青少年集邮活动为载体，深化“集邮育人”的教育内涵，明确了走遍“红色沂蒙”接受传统教育的活动主题，提出了“红色沂蒙红色情”活动口号，借以加强对青少年素质教育的培养。利用集邮这个载体，充分发挥集邮德育功能，对青少年进行革命传统教育，热爱沂蒙，热爱齐鲁，热爱祖国，为增强历史责任感，培养健康、文明、向上的一代青少年所作出了积极努力。
临沂第四实验小学沂蒙少年邮局承载了临沂市乃至山东省的重大青少年集邮课题，他们把集邮贯穿于特色教育，承办了临沂市第四届“红色沂蒙”青少年集邮夏令营。这是继2005年7
月31日在沂水县王庄沂蒙山根据地、2008年7月21日在费县大青山革命根据地、2011年4月15日在沂南县马牧池《沂蒙》外景地连续举办的前三届夏令营（文化行）后举办的又一次青少年集邮盛会，历时五天，涉及活动内容多而丰富多彩。.。.。.我们开营了
时间：7月16日 地点：郯城
早已盼望已久的夏令营所有营员都起了个大早，他们今天一大早就急匆匆的赶到夏令营集合的地点—临沂第四实验小学。只见他们穿着清新亮丽的夏令营营服，高兴的偎依在随行的家长和同行的韩红军、王均田、许延博老师中间，开心的蹦蹦跳跳，辅导员田玉祥、高成、李尊华老师也正在忙碌着准备“行囊”。接下来在一个简短的出发仪式上，营员们先是通过了营长刘明璇（沂蒙少年邮局局长）和副营长张懿、尹杰（沂蒙少年邮局副局长）的人选，聆听了该校政务处主任滕殿涛的嘱托后，就奔赴今天的目的地：中国著名的银杏之乡--郯城。在车上，韩红军老师给这群快乐的孩子们出了很多有关集邮知识方面的谜语，孩子们热情参与，一路欢歌一路笑语，顺着美丽的沂河东岸，直奔夏令营第一站 www.gaokaobaba.com --郯城县邮政局。
一下车就受到了早已在这里等候夏令营小客人的郯城县邮政局局长周凤波、副局长汪东升、临沂市集邮协会专职秘书长柴西武、县集邮协会秘书长刘登山、办公室主任陈松山等领导的热烈欢迎。领导们带领我们参加了郯城县邮政局中心局的晨会，营员们第一次看见这么严肃、简单而又高效的晨会，工作人员对今天当日的工作和服务都做出了的认真和庄严的承诺，可谓是落地有声，值得我们好好学习。
随后到了重坊镇，也是山东省最边缘的鲁南重镇，这里因有著名的“千亩银杏园”以著称。在花园式的重坊镇中心小学，临
沂市第四届“红色沂蒙”青少年集邮夏令营开幕式就在这里举行，开幕式由郯城县邮政局副局长、集邮协会副会长汪东升主持。该校校长陈国鸿致欢迎词，市协会和郯城县局领导柴西武、周凤波以及本届夏令营营长、少年邮局局长刘明璇做了动员讲话，该校也派出了学生和集邮爱好者参加了开幕式。应郯城县邮政局和该校邀请，由韩红军老师为该校做集邮讲座，分享了临沂第四实验小学以沂蒙少年邮局为载体的青少年集邮活动对于校园文化建设的成功经验；夏令营还组织了30框的青少年集邮展览；刘明璇、张懿、尹杰代表沂蒙少年邮局赠送该中心小学集邮品和文献书籍。.。.。.再看少年邮局局长刘明璇稳坐主席台，享受了郯城县局、重坊中心小学突出的问候和尊敬，好不气派！
今天的天气多变，时而骤雨连绵，时而阵雨习习，但是天公被我们这群小营员火热的学习热情感染了。雨停了，天公居然露出了笑脸还送来了丝丝凉风。.。.。.就在这么好的天气环境中，营员们参观了著名的万亩银杏园，郯城是被称为“活化石”的孑遗植物银杏的故乡。大家参观了位于鲁南的这片座落在旖旎的沂河岸边的葱郁的银杏林区，感受了心中仰慕已久中国第一银杏园；到了银杏古梅园观赏了 “老神树”，“老神树”历经3000年，仍然枝叶茂盛，耸天矗立，巨影婆娑，系全国银杏雄树之冠。沂蒙美景再次呈现在这片鲁南大地上。
在郯城县邮政局安排了丰盛的午餐后，本届夏令营开营式纪念邮戳的设计者许延博老师带领营员们来到了郯子公园，著名的《二十四孝》的第六则故事《鹿乳奉亲》的图案就栩栩如生的出现在了营员们的邮戳中。许老师给大家讲：《鹿乳奉亲》的孝文化就发生这里，用我们集邮的术语讲，郯子公园就是“原地”。许老师讲述的是孝子郯子冒着生命危险，想方设法得到鹿乳来奉养亲人动人动人故事，孝心感动上天，营员们从思想上受到了一次传统美德的真实教育。
在郯城县局领导的带领下，夏令营营员来到了位于高峰头镇麦坡村的郯城麦坡地震活断层遗址考察，这种平常以“地震断裂带”称呼的地貌十分罕见，特殊的地质结构包括断层陡坎、断头沟等构造地地貌和古地震遗址都是宝贵的自然遗产，营员们在随行的老师的讲解下，认真聆听着并做着笔记，特殊的地貌对于开展构造运动和地震地质研究具有极高的科学价值。苏鲁交界处采风更是别样风情，一脚踏两省，同学们分别在江苏省和山东省内留下了一张张有意义的照片。
在郯城县城东2.5公里处，有一个高五、六米的坟冢，周长八十米，占地近半亩。这就是西汉年间至今保存完好的汉东海孝妇冢，今天，我们才知道，原来著名历史剧作《窦娥冤》故事的原型就在山东郯城，让营员们提前明确了这段历史典故。
一天以来，同学们忘记了劳累，下午六时，大家恋恋不舍的离开了美丽的郯城，沿着绮丽的滨河大道，回来的路上，韩老师做着今天的活动总结，再看营员们，一个个都在期待着，因为明天我们还有更好的“节目”呢！
三届局长话集邮
时间：7月17日 地点：临沂第四实验小学
按照夏令营计划，所有营员于今天8点在沂蒙少年邮局集邮班教室集合，今天上午，他们首先期待着沂蒙少年邮局的三届局长的精彩报告，共话集邮。
因为首任副局长韩东立、王晓桐请假，首先闪亮登场的第一任局长訾越、副局长何青，她们这两位学姐同时来自临沂重点名校—临沂六中，她们现即将就读于九年级，品学兼优，学习等综合素质很高，学习成绩始终名列前茅。两位局长详细地讲述了她们是如何适应初中生活和集邮爱好对她们的启发的，这对于下两届的学弟学妹们尤其是即将升入初中生活的第二届局长们影
响多大呀；再看即将步入初中生活第二任局长全若水、副局长孟欣（副局长盛千一请假）回味了她们在任职一年来的成长经历以及对集邮的感悟；最兴奋的应该是属于第三任局长刘明璇、尹杰、张懿副局长团队，她们接过了第三根少年邮局接力棒，除了分享集邮的乐趣，更高兴的第一次见到早已心仪盼望见到的訾越、何青姐姐。
营员们们都聚精会神的听着记着，看：就连平时调皮的袁成他拿笔的手托着腮，张大的眼眶里，晶亮的眸子缓慢游动着，下巴微微上翘——沉浸在报告之中了。.。.。.。课间，现任局长刘明璇、副局长张懿、尹杰以小主人的身份，陪同訾越姐姐、何青姐姐走进了她离别两年的母校，来到了沂蒙少年邮局。这是有助她们成长的驿站，是她们施展才艺的地方。今天的少年邮局比她们在任时还要气派，设施完备，功能健全，阅览室更加充实。訾越局长、何青副局长望着邮局墙壁上的图片，指点着自己的影子，会心的翻看着少年邮局画册、画报、邮简、杂志，多次露出了灿烂的笑容，这时訾越感慨地说：真没有想到，今天的少年邮局这么好，你们新局长这么优秀！她时而看看全若水，时而看看刘明璇，透过眼神，不难看见这位当年小局长的激动，对新一届局长有很多的期待和祝福。
在张文玲副校长办公室，张校长看见昔日的“小丫头”长成了“大姑娘”，对几位局长的突然到访，张校长特别高兴，不时的寒暄问候，当张校长得知訾越的学习成绩一直在年级名列前茅和一直没有间断的快乐集邮时，张校长非常高兴，代表学校给予了更多的鼓励。
下午2点左右正是一天最热的时刻，但是没有今天授课的是韩红军和李尊华老师。韩红军老师深入浅出的讲解集邮知识、邮政知识，他从票面开始，从邮票开始，详尽的讲解邮政知识和集邮知识；李尊华老师讲解的一页邮集制作过程，并且和孩子们一起制作了一页邮集，尽管孩子们的作品是有点扭扭曲曲，但是实
践了自己的作品，同学们看着自己的作品，再加上老师给予的校“奖品”，都如获至宝，可高兴啦。
局长伯伯接见我们啦
时间：7月18日上午 地点：临沂市邮政局
上午九时，急于赴省里开会的市邮政局局长侯堃、办公室主任苏贻庆协调省局后，推迟了出发时间，接见了全体营员并做了邮政的功能为拓展集邮文化，实现精神文明的重要性的长篇讲话，侯局长从小营员的兴趣与邮政功能谈起，融于集邮文化，深入浅出，提高了营员们的极大兴趣。苏贻庆主任围绕着少年邮局建设也做了探究。最兴奋的应当是沂蒙少年邮局局长刘明璇，今天她是首次向任命她的市局领导兑现她入职的承诺，进行述职演讲。别看刘局长年纪小小，但是挺有范儿，滔滔不绝，绘声绘色，在汇报了少年邮局的建设和日常工作后，刘明璇局长向侯局长保证：绝不不辜负领导和老师的期望，带好头，把少年邮局服务好，经营好，将沂蒙少年邮局做大做强，为临沂邮政争光，为山东邮政添彩！
在接下来的读书会上，侯局长、苏主任和全体营员一起学习了中共山东省委王军民副书记亲自为我们赠送的勤俭节约读本---《与节俭同行》。百忙之中的中共山东省委副书记王军民，一直非常关心教育，关心临沂青少年集邮文化建设，今天7月2日，王书记就通过秘书亲自打电话给韩红军老师，他要求沂蒙少年邮局的孩子们要在集邮中学习更多的文化知识。在读书会上，大家都认为勤俭节约是中华民族的传统美德，是一种伟大的民族精神，存在着丰富的文化内涵。厉行节约有助于培养孩子们的价值取向和较高的人生境界。王书记的赠书是为孩子们提高和打造未来的“绿色生活”提供的最宝贵、最丰富课堂教材，得益于学生，得益于学校，得益于社会。
接下来的环节，又一起观看了大型专题片：《山东战邮，光耀千秋》。一段段精彩的视频把大家带到了战火纷飞的抗战时期，山东战邮诞生于抗日战争最艰难的岁月的沂蒙，她自诞生之日起，山东战邮在中国共产党的领导下，为抗日战争和解放战争的胜利作出了巨大贡献，为新中国邮电事业的创立树立起不朽的丰碑。在革命战争中以血与火铸就的战邮精神，至今仍在激励着我们为建设富强民主的伟大祖国事业的发展而努力奋斗。专题片《沂蒙山区好地方》《中国银杏之乡-郯城》更是彰显了本届夏令营活动的主题。
“一封信的旅程”
时间：7月18日下午 地点：临沂市邮政局
“ 一封信原来是这样到我们的手里啊”“一封信的经历真复杂啊”“邮递员叔叔阿姨工作太辛苦了”“我长大了也要到邮局工作”。.。.。.今天我们的任务是到临沂市邮政枢纽参观。下午，全体营员在市集邮协会柴西武秘书长的带领下老师带领下前往临沂市邮政局邮政枢纽参观。这是今天的夏令营营员的快言快语，在参观了邮局业务后小营员发自内心的语言足以表达了他们的心声！。
这里是临沂邮政枢纽站。临沂地区所有的大小邮件都要经过这里登记、扫描、然后打包分发运输到上面或者下边个支局。所以这里工作量非常大，而对工作人员要求也就非常高，必须认真、迅速、准确才能保证及时处理各种邮件，而这里的一切，都被小营员们用照相机、用笔、用脑袋记了下来……
听说夏令营员要来参观，各个分局、专业局都做了精心安排，安排局长或副局长亲自接待并作全程讲解，从分拣局、投递局、商函局、转运局、甚至运输车队。.。.。.他们为孩子们作讲解又要回答他们随时提出的各种问题。整个过程中，同学么不仅仅
是好奇，更是聆听着认真细致的讲解，尤其是了解许多专业知识，例如在分拣局，看到地上堆积的各种邮件包裹，看起来真是有些乱，这时营员们被告知这些邮邮件正在被处理，可千万不能乱动，否则放错地方导致邮件装错了那可不得了！在投递局，看见阿姨飞一样的处理信件速度都惊呆了，有名营员趁机问道：“邮局工作人员是根据什么分发分发邮件的？”工作人员回答说：“主要是根据邮编分发的，因为邮编分发速度快，准确！”小营员们这才明白原来邮编有这么大的作用，工作人员还说：像一些包裹，特快专递上面都印有条形码，用专用仪器扫描上面的条形码，就把关于这个邮件的所有信息录入记录下来了，全国各地的邮局都是联网的，邮件每到一处，都可以查询到它的确切信息和相关情况，保证各种信息函件准确迅速到达千家万户呢！这次参观活动虽只经历了一个下午，可对我们夏令营们来说，有意义而充实，孩子们 来到了平常根本来不了的地方，了解到了一些有益的课外知识，丰富了他们的小“脑袋”，而且这会在他们幼小的心灵中留下美好的记忆！
我是校园小邮使
时间：7月19日
地点：临沂市金雀山邮政支局 沂蒙路邮政支局 营员们一天比一天兴奋。
今天的任务更艰巨，早在昨天下午的总结会上，田玉祥老师就宣布了分组名单，明确“指示”：明天开始，营员们就要奔赴各个邮政支局，去实习啦！学得好不好，明天去检验！
“校园小邮使”是沂蒙少年邮局的一只“特有品牌”，在非假期只是负责在校内发送信件，今天要去邮局“练一练”，营员们一个比一个兴奋，在同学们的心里，一个共同的声音，那就是：我能行！因为他们很自信，知道通过老师的讲解和我们平时
掌握的邮政知识，再加上昨天在邮政大楼的参观，肯定没问题。许多同学早就来了精神，走，今天去上班！
单就在金雀山邮局来说吧。一开始，阿姨让大家先模拟卖邮票，撕邮票，最早认为这是个最简单的事情；其次是先找个本子练一练“盖日戳”。可不是啊，这么简单，尤其是最简单的可是 “盖日戳”。可是没有想到，意想不到的事情立即发生了，邮票齿孔怎么在阿姨手里这么自如，而到了我就是越撕越烂？盖个邮戳怎么就是不均匀并且老师出双眼皮呢？况且，没有盖几个就手都发麻啦！看来，并不是这么容易啊。
这时候，邮局的阿姨给我们做了一个示范和“比赛”，邮局阿姨要求在50秒之内要盖100个信封上的日戳。这对邮递员动作要求非常快。表演开始了，我们看到工作人员左手边整齐码着信封，全部侧放倒，而他的右手则握戳醮了一下墨，只见他左手刨信，而他右手持戳用力的在信封上盖下去，一个接一个动作非常快，盖的戳很清楚，随着“咔咔咔”一阵有力的声音，100个信封转眼就盖完了简直太快了！这时我们才明白，这个工作看起来很简单，其实不然，我们只有努力学习，掌握要领，右手握戳，大拇指放在戳顶，动作要快要用力，墨要足，手不能抖……
下午，随着邮车的到来，大家随阿姨一起封袋装车，邮车离开了邮局，同学们坐在那里，呵呵，在想什么呢？
我心中有了梦想„„
时间：7月20日 地点：临沂第四实验小学
中国梦，我的梦。今天的任务是全体营员集中学习最具有强烈时代特色的《中国梦》知识竞赛辅导，我们将全员参加由北京市集邮协会和《中国集邮报》组织的全国“小公民”知识竞赛。
透过一张张试卷，我们体会着中华民族的复兴之梦，这是十三亿中华儿女共同拥有的伟大梦想。梦想，是飞向蓝天的翅膀；梦想，是扬帆航行的小船；每个夏令营营员的心灵中，都蕴藏这一个大大的梦想。通过集邮，我们一起长大，我们怀揣梦想，我们怀着祖国，铭记着中国梦，力创美好未来。。.。.。.。就这样，紧张而愉快的夏令营结束了，下午，由临沂市邮政局、集邮协会、郯城县邮政局、临沂第四实验小学的领导和沂蒙少年邮局历任局长参加了闭营式。
闭营式的纪念邮戳主图为“中国结”，本次夏令营闭营式的邮戳还是选择了郯城的乡土文化。郯城县有着良好的中国结艺编制传统，郯城县 “中国结”目前已占据临沂批发市场九成以上份额，成为华东地区最大的中国结生产加工基地。同学们加盖并为自己的亲朋好友实寄闭营式纪念邮戳。就这样，忙碌而充实的夏令营结束了，营员们依然沉浸在幸福之中，回味着，回忆着，珍藏在身，勉励自己，心揣中国结，种下中国梦，创造美好的未来，夏令营孩子的心中有了自己的梦想，这个梦想会在孩子们的心里生根、发芽、结果。.。.。.后 记
临沂市第四届“红色沂蒙”青少年集邮夏令营落下帷幕。沂蒙青少年集邮“以邮促学、提高学生素质教育”又一次付与精心实践。在闭营式上，中华全国集邮联合会原副会长王新中发来贺词，他高兴的说：感谢沂蒙青少年集邮组织为全国青少年集邮又创造了新经验，祝贺夏令营取得圆满成功！王会长鼓励他们再接再厉，真正践行青少年集邮组织把做好素质教育为每个学生的才能、智慧的发挥功能创造的诸多机会和条件，再次肯定了集邮就是一个明显的最佳载体，通过集邮，让孩子们的个性得到充分自由的发展和发扬。
（临沂市沂蒙青少年集邮协会 韩红军）
光电子材料与器件 篇四
光电子材料与器件
绪论 例举信息技术与光电子技术所涵盖的几大方面：
信息技术主要包括信息的产生、传输、获取、存储、显示、处理等六大方面；与之相对应的光电子技术主要包括光的产生与转化、光传输、光探测、光存储、光显示、光信息处理。2 简述光电子技术的定义及其特征： 光电子技术：是电子技术与光子技术相结合而形成的一门新兴的综合性的交叉学科，主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。
光电子技术的特征：光源激光化、传输波导（光纤）化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化。简述信息技术的发展趋势及各阶段的主要特点： 第一阶段——电子信息技术
其特征是：信息的载体是电子；半导体，计算机等
第二阶段——光电子信息技术
其特征是：光子技术和电子技术相结合；激光器，光纤等 第三阶段——光子信息技术
其特征是：以光子作为信息的载体；全光通信，光计算机等 4 简述光子传递信息的特点：
（1）极快的响应时间，可用于超高速、宽带通信（2）传输信息容量大
（3）信息传输过程中失真小（4）高抗干扰、高可靠性
（5）光储存具有储存量大、速度快、密度高、误码率低的优点 总之，超高速、抗干扰、大容量、高可靠性是光子技术的特点。
太阳能电池
1、举例说明太阳能利用的优缺点
优点：普遍（不受地域及技术条件限制，无需开采和运输）
洁净（不产生废渣、废水、废气，无噪声，不影响生态）
巨大（1.68×1024cal/年，相当于20万亿吨标准煤燃烧的热量）
缺点：能流密度低（1kw/m2，需要相当大的采光集热面才能满足使用要求）
不稳定（受时间，天气影响明显）
大规模使用的成本和技术难度均很高（5～15倍）
2、例举太阳能电池发展史中的里程碑事件
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）
1954年美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳电池发展史上起到里程碑的作用
3、光电效应包括哪几类？举出每类的代表性器件
光电效应(photoelectric effect)：物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。根据电子吸收光子能量后的不同行为，光电效应可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。——金属
§其主要应用有光电管和光电倍增管。内光电效应：光照射到半导体材料上激发出电子-空穴对而使半导体产生了电效应。内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。——半导体
光电导效应是指光照射下半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。其应用为光敏电阻。——本征或掺杂半导体
光生伏特效应是指光照射下物体内产生一定方向的电动势的现象。其应用主要有光伏电池（太阳能电池）、光（电)敏二极管、光(电）敏三极管等。——PN结半导体
4、简述太阳能电池的光能-电能转化原理
当光照射p-n结上时，如果入射电子的能量大于半导体材料的禁带宽度(Eg)，就会在半导体内产生大量的自由载流子-空穴和电子。它们在p-n结内建电场的作用下，空穴往p-区移动，使p-区获得附加正电荷；而电子往n-型区移动，n-区获得负电荷，产生一个光生电动势，这就是光伏效应（光生伏打效应）。当用导线连接p-型区和n-型区时，就会形成电流。5、说明太阳能电池结构中金属梳状电极以及SiO2保护薄膜的作用
金属梳状电极：一方面金属收集载流子，要比半导体有效；另一方面梳状不会完全的阻挡阳光，增加了光的入射面积；
SiO2保护膜：硅表面非常光亮，制作者给它涂上了一层反射系数非常小的SiO2保护膜（减反层），将反射损失减小到5％甚至更小；
6、简述发光二极管、太阳能电池以及光电二极管工作原理的异同 太阳能电池和光电二极管都是基于光伏效应的光电器件。其主要区别在于：①光伏电池在零偏置下工作，而光电二极管在反向偏置下工作②光伏电池的掺杂浓度较高1016-19从而具有较强的光伏效应，而光电二极管掺杂浓度较低1012-13③光伏电池的电阻率较低0.1-0.01 Ω/cm，而光电二极管则为1000Ω/cm④光伏电池的光敏面积要比光电二极管大得多，因此光电二极管的光电流小得多，一般在uA级。
发光二极管：Light Emitting Diode，在电场作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，空穴和电子在发光层中相遇、复合形成激子，激子经过驰豫、扩散、迁移等过程复合而产生光子。
7、推导理想光电池最大输出功率公式
8、画出理想太阳电池的等效电路，写出通过负载电阻的电流公式，开路电压及短路电流公式。
9、太阳能电池按材料分分哪几类？例举各类型中有代表性的太阳能电池。
10、简述太阳能电池的应用能够解决人类社会发展在能源和环境方面的三个主要问题，并逐一举例说明。
开发宇宙空间所需要的连续不断的能源：太阳电池非常适合空间应用，因为它不消耗燃料，不消耗自身、不排放废物，目前通信卫星、空间探测器、空间站等都广泛采用太阳电池。地面一次能源（天然能源）的获得，解决矿物燃料短缺与环境污染问题：目前最重要的地面应用为并网发电，包括城市与建筑结合得并网光伏发电系统(BIPV)和大型荒漠光伏发电站。目前60%的太阳电池用于并网发电系统，主要用于城市。日益发展的消费电子产业所需要的电力供应：太阳电池也作为小功率电源使用，如太阳路灯、庭院灯、草坪灯、太阳能喷泉、太阳能城市景观、太阳能信号标识、太阳能广告灯箱、太阳能充电器、太阳能钟、太阳能计算器、汽车换气扇、太阳能汽车、太阳能游艇等。
光通信
1、从通信波长、传输速率、中继距离等方面说明各代光纤通信系统的主要特点。光纤通信：以光波作为载波；以光纤作为传输媒介 1.频率高、频带宽、容量大 2.损耗小，中继距离长 3.保密性能好 4.抗干扰能力强
5、原料丰富、成本低、重量轻、寿命长
6、耐高温、耐高压、抗腐蚀、性能稳定、可靠性高
2、光纤通信的主要优点有哪些？
3、光纤通信系统的主要组成部分？
光纤通信系统一般由电端机（收发）、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆等组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。
4、分别计算光信号在衰减系数为0.2dB/km、20dB/km与1000dB/km的光纤通信系统传输1km，5km以及20km距离后输出光功率与输入光功率的比值。
5、分别计算光信号在衰减系数为0.2dB/km、20dB/km与1000dB/km的光纤通信系统中传输时，光功率衰减一半所需要的传输距离。
6、简述光纤通信发展所经历的三次技术飞跃。
20世纪60年代。1962年第一台半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。
20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。
7、光纤通信常用的低损耗窗口有哪些？它们的最低损耗系数分别是多少？ 光纤通信常用的三个低损耗窗口：
0.85 m ：2dB/km、1.31 m：0.5dB/km、1.55 m：0.2dB/km
1、计算n1=1.52，n2=1.51的阶跃光纤在空气（n0=1）中的数值孔径，对于这种光纤来讲，最大入射角是多大？
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2、设光纤的纤芯半径为25um，折射率n1=1.46，n2=1.45，光纤的工作波长为0.85um，求归一化频率及传播模式数。如果工作波长为1.3um，传播模式数为多少？
3、当工作波长λ=1.31μm，某光纤的损耗为0.5dB/km，如果最初射入光纤的光功率是0.5mW，试问经过40km以后，输出光功率？
4、一光信号在光纤中传输，入射光功率为200W，经过1km传输功率变为100W，又传输一段距离后功率变为25W，问后一段距离为多少？
5、影响光纤通信传输损耗的因素主要有哪些？目前有几个通信窗口？为什么光纤通信要向NAnsinnn1.55um的长波方向发展。
包括本征吸收、杂质吸收、原子缺陷三种。
影响较大的是在1.39、1.24、0.95、0.72m，峰之间的低损耗区0.85，1.30，1.55 m构成了光纤通信的三个窗口。
光探测
1、简述光电效应与光热效应的区别。
光电（光子）效应：探测器吸收光子后，直接引起原子或分子内部电子状态的改变，光子能量的大小直接影响内部电子状态的改变。对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快（ns～us）。
光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。一般对光波频率没有选择性，响应速度比较慢（ms）。2.光电探测器中的常见噪声有哪些？简述它们产生的原因。
热噪声：或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。
散粒噪声：也称散弹噪声，穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。光电探测器的研究表明：散粒噪声是主要的噪声来源。
半导体受光照，载流子不断产生—复合。在平衡状态时，在载流子产生和复合的平均数是一定的，但在某一瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，这种起伏导致载流子浓度的起伏，由这种起伏引起的噪声产生—复合噪声。
1/f噪声：或称闪烁噪声或低频噪声。由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲称为1/f噪声。3.根据量子效率的定义推导量子效应与电流响应度之间的关系。4.光电倍增管由哪几部分组成？简述每部分的作用。
光入射窗：光窗分侧窗式和端窗式两种，它是入射光的通道。由于光窗对光的吸收与波长有关，波长越短吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料。
光电阴极：光电阴极由光电发射材料制作。光电发射材料大体可分为：金属材料、半导体材料。
电子光学系统：(1)使光电阴极发射的光电子尽可能全部会聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散电子散射掉，提高信噪比；
（2）使阴极面上各处发射的光电子在电子光学系统中有尽可能相等的渡越时间，以保证光电倍增管的快速响应。二次发射倍增系统：倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力。因此倍增系统是决定整管灵敏度最关键的部分。阳极：阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。
5、某光电倍增管具有5级倍增系统，倍增系数（二次发射系数）δ=100。如果用λ=488nm，光功率p=10-8w的紫光照射倍增管的光电阴极，假设光电阴极的量子效率为10%，试计算收集阳极处短路电流强度。（h=6.63×10-34J·s，e=1.602×10-19C，c=3.0×108m/s）
NN解：
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1、简述PN结的形成过程以及PN型光电二极管的工作原理。
当光照射到光电二极管的光敏面上时，能量大于或等于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光子的能量而跃迁到导带上（受激吸收），产生电子-空穴对（称为光生载流子）。电子-空穴对在反向偏置的外电场作用下立即分开并在结区中向两端流动，从而在外电路中形成电流（光电流）。
2、比较PIN型以及APD型光电二极管与PN型光电二极管的异同。
PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，这样可以提高其响应速度和转换效率。
利用PN结在高反向电压下（100-200V，接近反向击穿电压），光生载流子在耗尽层内的碰撞电离效应产生的雪崩效应，实现光电流倍增（电流增益达106）。具有灵敏度高，响应速度快的特点。
3、列出热电器件的种类以及其代表器件。热敏电阻—辐射热计效应 热释电器件—热释电效应 热电偶—温差电效应
4、画出热释电探测器的原理图，并简述其工作原理。
温度恒定时，面束缚电荷被晶体内部或外部的自由电荷所中和，而观察不到它的自发极化现象。因此静态时不能测量自发极化。
当温度变化时，晶体表面的极化电荷则随之变化（驰豫时间约10－12s），而自由电荷中和面束缚电荷所需时间长（一般在1~103秒量级）因此跟不上它的变化，在来不及中和之前，热电体侧表面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，失去电的平衡，这时即显现出晶体的自发极化现象。
5、简述各类热辐射探测器的特点。
热电器件的共同特点是，光谱响应范围宽，从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有相同的响应。而且响应率都很高，但响应速度都较低。
1）由半导体材料制成的温差电堆：响应率很高，但机械强度较差，使用时必须十分当心。它的功耗很小，测量辐射时，应对所测的辐射强度范围有所估计，不要因电流过大烧毁热端的黑化金箔。保存时，输出端不能短路，要防止电磁感应。2）热敏电阻（测辐射热计）：响应率也很高，对灵敏面采取致冷措施后，响应率会进一步提高。但它的机械强度也较差，容易破碎，所以使用时要当心。它要求踉它相接的放大器要有很高的输入阻抗。流过它的偏置电流不能大，免得电流产生的焦耳热影响灵敏面的温度。3）热释电器件：一种比较理想的热探测器，机械强度、响应率、响应速度都很高。但根据它的工作原理，它只能测量变化的辐射，入射辐射的脉冲宽度必须小于自发极化矢量的平均作用时间。辐射恒定时无输出。利用它来测量辐射体温度时，它的直接输出，是背景与热辐PPIeehhc10488100.11001.602106.63103.0103.93A射体的温差，而不是热辐射体的实际温度。另外，因各种热释电材料都存在一个居里温度，所以它只能在低于居里温度的范围内使用。
光显示
1，什么是三基色原理？
自然界中任意一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色[红(700 nm)、绿(546.1 nm)、蓝(435.8nm)]的线性组合。将三基色按一定比例相加混合，就可以模拟出各种颜色。2，光度量有哪些？单位分别是什么？
（1）光通量: 单位时间内所发出的光量；单位：流明(lm)。
（2）发光强度: 在给定方向的单位立体角（）辐射的光通量，单位：坎德拉(cd)。(3)光照度:单位受光面积（S）上所接收的光通量，单位：勒克斯(lx)。(4)亮度:垂直于传播方向单位面积（）上的发光强度，单位cd/m2 3，黑白CRT主要由哪几部分构成？简述其工作原理。CRT显示器的核心部件是CRT显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成：电子枪(Electron Gun)、偏转线圈(Defiection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。
工作时，电子枪中阴极K被灯丝加热发射大量的电子，电子束首先由加在第一控制栅极的视频电信号调制，然后经加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，荧光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光亮度也越高——不同灰度级的实现。
最后通过偏转磁轭控制电子束，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将图像或文字完整地显示在荧光屏上。
4，简述彩色CRT中荫罩的作用。
荫罩的作用——为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内设有选色电极－荫罩。当电子束到达屏幕后部时，还要通过一个非常薄的，大约只有0.1MM厚的荫罩板，只使有用的电子束通过，无用电子束击打在荫罩板上做无用功发热。对于原来孔状的荫罩板，其上每一个孔都与屏幕上的一组三个荧光粉颗粒相对应（一个点有红绿蓝三个荧光粉颗粒组成）。
5，简述CRT显示器件的优缺点。优点：
1、亮度高（可调）
2、对比度高
3、视角大
4、色彩还原度好
5、色度均匀
6、分辨率高（可调）
7、响应时间短 缺点：
1、耗电量大
2、尺寸大，重量大
3、无法制造较大面积的显示屏
技术上的困难：较大真空玻璃外壳容易破裂
显示面积较大时，扫描频率降低，无法显示运动影像
4、受电磁场影响，容易发生线性失真
5、存在辐射，影响使用者身体健康
1，按照液晶分子排列状态分类，液晶可分为哪几类？简述它们的分子排列特征。按液晶分子排列状态，热致液晶相可分为三大类：
近晶相液晶:棒状或条状分子按层状排列，二维有序，层内分子长轴相互平行，其方向可垂直于层面或与层面倾斜。分子质心位置在层内无序，分子可在层内转动或者滑动。
向列相液晶:由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列状态。分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，像液体一样富于流动性。
胆甾相液晶:具有层状结构，分子长轴在层内是相互平行的，而在垂直于层的平面上，每层分子都会旋转一个角度。整体呈螺旋结构，螺距的长度与可见光波长相当。胆甾型液晶具有负的双折射性质。胆甾相和向列相液晶可互相转换。2，何为液晶的电光效应？ 电光效应：
液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。
3，说明TN-LCD的工作原理。
当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在无外电场作用时，由于扭曲向列液晶的旋光特性，线偏光经过扭曲向列液晶时偏振方向跟随扭曲向列液晶旋转90°，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋转了90°的偏振光可以通过，因此呈透光态。
在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片，呈不透光态。
4，何为液晶显示器的“交叉效应”？该效应存在于哪几种液晶显示器中？
若半选择点上的有效电压大于阈值电压时，在屏幕上将出现不应有的显示，使对比度下降，这就是交叉效应。TN、STN-LCD存在所谓的“交叉效应”。由于每个像素相当于一个电容，当一个像素被先通时，相邻像素将处于半选通状态，产生串扰。因此对于多路、视频运动图像的显示很难满足要求。5，简述LCD的优缺点。
优点：低压、低功耗；平板结构；显示信息量大；易于彩色化；长寿命；无辐射、无污染。缺点：显示视角小；响应速度慢；亮度相对较低；对比度低；画面均匀度相对较差、存在点缺陷。
6，PDP如何实现彩色显示？。
PDP显示原理：PDP是利用气体放电发光进行显示的平面显示板。这种屏幕采用等离子管作为发光元件，大量等离子管排列构成屏幕。每个等离子管对应的每个小室内部充满惰性气体（AC： Ne； DC： Ne, Ar, Hg；彩色：Ne:Xe, Ag:Hg）。等离子管电极间加上高压后，封装在两个玻璃之间的气体放电，产生等离子体，等离子体产生紫外光照射三基色荧光粉发出可见光。
新能源材料与器件结课论文 篇五
新能源汽车的发展及应用
--------燃料电池电动汽车
随着煤、石油、天然气等传统化石能源的开采和利用，全球可供使用的资源越来越少；另外，在传统能源的使用过程中，能源的过度使用也引起了温室效应等一系列问题。面临着这些问题，开发新型的、可持续发展的能源技术迫在眉睫，因此，新能源材料技术应运而生。新能源材料的出现带动了工业的进一步发展，比如新能源汽车就是在这一背景下诞生。
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源或者使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。包括增程式电动汽车、混合动力汽车、氢发动机汽车、燃料电池电动汽车、纯电动汽车、其他新能源汽车等。
一、工作原理
普通汽车的工作原理是由发动机将热能转变为机械能的过程，是经过进气、压缩、作功和排气四个连续的过程来实现的，每进行一次这样的过程就叫一个工作循环。而新能源汽车按照动力的不同，其工作原理也各不相同。以燃料电池电动汽车为例，其利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下．在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。
燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
二、燃料电池车的结构
燃料电池城市客车动力系统主要有燃料电池发动机、动力蓄电DC/DC变换器、能量控制单元、电机及其控制系统组成。其控制系统为线传操控系统。
燃料电池电动汽车的布置形式大概分为五种：单一的FC驱动结构（由燃料电池DC/DC、控制器、电动机组成）、FC+B系统结构（DC LINK）、FC+UC系统结构（超级电容器）、FC+B+UC（动力电池）、FC+B+FW（超高速飞轮）等几种情况。但总体而言大部分燃料汽车都具有以下最基本的整体结构设计。
三、发展趋势
燃料电池电动汽车以电动机为动力，用燃料电池作为能源转换装置，利用氢气作为燃料。与传统内燃机汽车相比，FCEV不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高、环境友好等内燃机汽车不可比拟的优点，同时仍然可以保持传统内燃机汽车高速度、长距离行驶和安全、舒适等性能，被认为是21世纪首选的洁净、高效运输工具。国内外专家普遍认为燃料电池技术将成为21世纪汽车工业核心。国家863计划中，明确将燃料电池汽车发展放在了我国的电动汽车发展的首位。
另外，日本目前在研发一种固体氧化物燃料电池汽车。这种汽车将生物乙醇转换为电力为驱动车辆的电池供电。对于当前市场上的电动汽车续航里程最多只有 500 km 左右，而日产声称他们的固体氧化物燃料电池系统可以提供至少 600 km 的行驶里程。这就使得采用日产这种技术的电动汽车在续航方面和汽油车相当了。不仅如此，因为这种车最终还是电力驱动，所以它依然具有纯电动车起步安静、加速强劲和油门反馈良好的特点。
然而，在发展的过程中依旧面临燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高、启动时间长，系统抗震能力还需提高、经济且无污染地获取纯氢燃料还存在技术难点、燃料的供应、加氢站等基础网络设施建设几乎为零等一系列的问题。
四、市场应用
近几年，我国的新能源车市场呈现快速增长态势。但与纯电动车相比，去年我国燃料电池汽车产量仅有10辆。与纯电动车不同的：首先是氢燃料电池汽车技术门槛高，而我国的氢燃料电池技术不完善，产业化能力较弱；其次，燃料电池汽车的研发需要巨额投入，我国在燃料电池方面投入的资金和技术力量较少，未来有较大的发展空间。
从全球来看，海外车企巨头纷纷布局新能源汽车，氢燃料电池车成为研发重点。丰田2014年底推出的一款氢燃料电池车在日本上市，并于去年在欧洲上市，本田的氢燃料电池车将于今年年底上市。另外，奔驰将于2017年推出首款环保氢燃料电池动力车型，预计氢燃料电池的储氢罐充满约用时3分钟，巡航里程可达483公里。未来新能源汽车市场将至少新增17款氢燃料电池车，为氢燃料电池发展起到重要支撑作用。
近日，福田欧辉揽获100辆氢燃料电池电动客车订单的新闻被媒体广泛报道。由于在此之前全球范围内也没有出现过这么大批量的氢燃料电池客车订单，因此，福田这一批量订单，被称为是“实现氢燃料电池电动客车产业化、批量商业化开发运营”的标志性事件。
节能和环保的可持续发展要求决定了电动汽车将在汽车工业中扮演越来越重要的角色。燃料电池潜力很大，应用前景很广，在已有成果基础上正在不断开辟新的领域。目前的关键是提高其功率质量比，优化整个系统，进一步掌握电池和甲醇反应器的动力学，等等。生产方面，在成本上离商业化还有不小的距离，但燃料电池汽车拥有无以比拟的良好性能，必将代表电动汽车的发展方向，汽车未来能源属于燃料电池。
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