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阐述在电子电路中应用新型物理材料的影响

2020-02-26 246 上传者：管理员

摘要：在日新月异的21世纪，随着经济的飞速发展，人民的生活水平得到了整体提高，互联网信息化的高度覆盖，极大地方便了人们生活和生产，各种电子设备逐渐成为了人们生活娱乐必不可少的基本配置。电子电路是一种新型的、功能强大的、运用广泛的集成电路，其最重要的基础组成部分就是电子元器件。近年来，为了更好地适应时代的发展和进步，电子电路的性能优化与提高一直在进行中，而新型物理材料的导电导热性相对更好，电流的传输更加稳定高效，因此选用新型的物理材料是适应时代发展需要和提高电子电路质量的重要手段。

关键词：
应用
新型物理材料
电子电路
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在高科技不断发展的新时代，传统的物理电路不再适用于人们传播信息与接收信息，作为功能强大的新型电路而言，电子电路的运用已经涉及到方方面面，其强大的功能和多种应用方式为人们的生活带来了许多的便利，为科学技术的持续发展提供了有利的网络与电路支持，电子电路已经具有无法替代的绝对优势，人们的生活方式也随之被改变。新型物理材料的使用必将促进电子领域和材料科学领域的新发展，并将对全世界的科学与经济产生重大影响。本文就电子电路的优劣势，以及各种新型物理材料在电子电路中的运用作出简要阐述。

1、电子电路的应用优势

电子电路具有强大的信号转换，存储以及读取功能，在信息化新时代，信号存储和读取功能为人们反馈和提供许多有用信息，通过这些资料信息的反馈收集，能够及时地获取设备的故障信息并做出相应的故障排除，同时通过将不稳定的信号转化为稳定信号的方式实现数据的良性存储，这种功能为人们带来了巨大的便利，催生了更多方便快捷的电子产品设备的稳定，使工作时间大大的提高。电子电路还具备供电稳定与安全的特点，通常情况下电子电路会配置自动化调节电流的变阻器，防止电流过大或过小。调节系统将在电流过大时增大变阻器电阻减少总电流，电流过小时减少电阻器电路增强总电流，从而实现供电的稳定与安全，充分保障电流的稳定运输，保证电子设备的稳定运行。

2、电子电路功能方面存在的不足

电子电路的大规模运用在带给人们巨大便利的同时也还存在着一定的功能不足。

1) 部分电子电路仪器和电路元件不够精密，材料不够先进，存在一定的故障隐患，一旦发生故障要花费一定的时间来排查、检修，无形中限制了整体功能的提升；

2) 部分电子电路热损耗大，由于个别电子电路的导线不适合安全稳定的运输电流，过高的电阻会使大部分电能转化为热能被挥发而造成较大的热损耗，导致电子电路的整体工作效率达不到理想水平；

3) 信号转换方式单一，过于单一的转换形式无法实现信息的有效传递与存储，一旦遇到干扰，很容易造成信息失真，因此应用新型材料改进电子电路功能的不足具有重要的现实意义。

3、碳纳米管在电子电路中的运用

3.1 碳纳米管的特性及优势

碳纳米管作为一维纳米材料，是一种具有特殊结构的一维量子材料，其重量轻，六边形结构连接完美，层与层之间保持固定的距离，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其在各个领域广阔的应用前景也不断地展现出来。

3.2 碳纳管作为电极材料在电子电路中的应用

碳纳米管比表面积大，孔径大小可控制，作为电极材料使用时，其优良的导电性能可以很好地促进电活性物质的电子传递，具有灵敏度高、重现性好、制作简单等优点，并且在测定特定的物质时具有很大优越性。比如：可通过多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为的测试发现电极测定戊酸雌二醇，以及通过观察土霉素在多壁碳纳米管薄膜包覆的电极上的伏安行为及电流值准确测定土霉素的含量。

3.3 碳纳米管作为存储器在电子电路中的应用

用碳纳米管生产的集成芯片存储器能更好地控制数据，使数据运算变得安全稳定，即使在计算机电源被切断的情况下，存储器中的数据也不会丢失，切换时间快，而且功耗低，读取速度比闪存快了近百倍，但体积却比闪存小。并且相比于传统存储器繁复的生产步骤，碳纳米管存储器不会造成成本增加，在保证耐用性、数据存储可靠的同时还具有良好的经济效益。

3.4 碳纳米管作为新型导线在电子电路中的应用

碳纳米管导电性好、耐腐蚀、能屏蔽无线电波、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强，可通过在其内部填充金属和氧化物等物质作为模具制作新型导线；先灌满碳纳米管，再把碳层腐蚀掉，制备出最细的纳米尺度的导线，利用碳纳米管以及相关技术制备出来的新型材料导线代替原先导线，可用来置于硅芯片上，减少整体电路电阻，用在更高精度和更复杂的电路上；通过导线的更新，获得总电阻更小、电流运输更为稳定、电压波动更小、热损耗更少的电子电路，保证电路的正常稳定运行。

3.5 碳纳米管作为单电子晶体管在电子电路中的应用

通过可控方式将高质量的碳纳米管排列建造成有用的结构，使碳纳米管具有低电压操作和高电电流的稳定性，同时具有电子场发射特性，所有相关部件有机组合形成具有一定逻辑功能的电路，成为可以替代传统微电子元件应用于未来更高质量微电子技术的单电子晶体管，通过连接相应的反向器实现电路的静态随机存取储功能，并保持在比较稳定的工作状态，利用交错排列的悬空碳纳米管结构，产生双稳的、可调的开关状态，并利用这个结构实现功能进一步优化的电子电路的制造，促进碳纳米管装置的发展。

4、石墨烯在电子电路中的运用

4.1 石墨烯的特性及优势

石墨烯比表面积大，是一种拥有蜂窝状六边形周期结构的单层碳原子层，具有良好的导电导热性能、较好的兼容性以及高度稳定性、较高的电子迁移性，不容易受到外部环境的影响；可分为单原子层、少数碳层石墨烯以及石墨烯微片，石墨烯是目前人类已知的强度最高和导电性能最出色的材料，其独特的二维晶体结构和优异的物理性可代替硅、锗等材料，用来制成电容、晶体管、集成电路，能有效地缩小集成板的体积，提高器件的集成密度，优化器件品质，提升大规模集成电路的整体处理能力，成为引发电子工业革命的新一代电子元件，被广泛运用于超级计算机、超级容器、太阳能电池、晶体管、雷达、通信设备等未来新型军用电子装备及其他领域中。

4.2 石墨烯有机场效应在晶体管中的应用

石墨烯材料拥有金和铝的优点，其性质比铝的化学性质更稳定，却没有铝的不足之处，它具有较高的载流子迁移率，以及导热率高、导电性能高、透明度高、制作成本低等特点，同时它与相邻层的材料之间接触的电阻很小，反应灵活、透光性好、容易弯曲、随着石墨烯的制作方法日渐成熟，已经成为有机场效应晶体管中最为合适的电极材料之一。

4.3 石墨烯在双层电容器中的应用

由于石墨烯具有优异的柔韧性、导电性和机械性能以及比表面积大的优点，将其制成双层电容器应用在电子电路中可以提高存储效率和传递能量，并且耗能低、充电时间短、使用时间长、绿色环保，是理想的双层电容电极材料。

4.4 石墨烯在高速电子器件中的应用

作为一种新型的电子器件，石墨烯的载流子密度和电子迁移率都与电子器件实际的需求相符，且具有较高的与硅基半导体竞争能力，有效促进了信息、通信和电子等多个领域的发展。通过石墨烯材料制成射频FET，与传统射频相比运行速度更快、体积更小，增强了主电路开关的时效性，缩短了开关的时间，加快了响应的速度，有利于进一步探索和开发高速电子器件。

5、结束语

新世纪是依靠电路和网络来实现信息高速传递的时代，电子电路强大的功能性与优越性是传统电路无法比拟的。随着人们生活需求的多样化，电子电路功能的不足也日益显现出来。在此需求下，通过引进先进技术，更新和采用新型物理材料，拓宽电子器件的使用领域，从而使电子电路智能化、人性化，实现信息更完整、更安全、更高效和稳定的传输和储存，进一步影响和改变人们的生活方式，为人们的生产生活带来更大的便利。

参考文献：

[1]大面积石墨烯薄膜的制备及其在电子器件中的应用[D].天津:河北工业大学,2017.

赵仲睿.新型物理材料在电子电路中的运用[J].化工设计通讯,2019,45(10):66-66,98.