1.2.2 層狀結(jié)構(gòu)材料

將金屬/陶瓷，陶瓷/高分子或者不同的陶瓷/陶瓷在空間按照一定的成分和尺寸分布，主要目的是提高材料強(qiáng)度和韌性、可連接性以及使用溫度區(qū)間。最初的梯度材料概念和研發(fā)計(jì)劃的提出是基于航天發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

航天發(fā)動(dòng)機(jī)是在超高溫、高溫度梯度落差及高溫燃?xì)飧咚贈(zèng)_刷等工作條件下服役的，因此對(duì)材料有很高的要求。為了獲得一定的服役壽命，科學(xué)家提出了梯度結(jié)構(gòu)的概念，如圖1-9所示。

圖1-9 航天發(fā)動(dòng)機(jī)殼體結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于功能微結(jié)構(gòu)材料，也可利用不同材料層的界面，控制電子和離子的運(yùn)動(dòng)，從而使材料具有光電、能量轉(zhuǎn)換等功能。

半導(dǎo)體技術(shù)就是將不同的薄層材料交疊在一起，利用薄層之間的能壘等介電性質(zhì)的差別，以及界面之間的位錯(cuò)畸變等特異結(jié)構(gòu)達(dá)到所要求的電學(xué)性質(zhì)。

如GaInAsN半導(dǎo)體材料常用作太陽(yáng)能電池材料，由于層狀分布的結(jié)構(gòu)，其能量轉(zhuǎn)換效率很高，電池結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。電池由4個(gè)疊加的PN結(jié)組成。第一個(gè)結(jié)的材料為Ga0.51In0.49P，禁帶寬度Eg=1.85 eV，光子能量大于1.85 eV的太陽(yáng)能均可被其吸收；而光子能量小于1.85 eV的太陽(yáng)能則穿越第一個(gè)隧道結(jié)進(jìn)入電池第二結(jié)，可吸收1.85 eV>E>1.4 eV的太陽(yáng)能。依此類推，4個(gè)結(jié)可對(duì)不同波段的陽(yáng)光充分吸收，從而使電池效率獲得提高[21]。