淺析新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用

殷睿 綿陽(yáng)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校

淺析新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用

殷睿 綿陽(yáng)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校

電子電路是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，對(duì)電子元件的物理參數(shù)有較高要求的集成電路，相對(duì)于高中普通的物理電路，電子電路具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性與先進(jìn)性。電子電路在生活中作為一種集成電路有著廣泛的應(yīng)用，既能夠承擔(dān)電流的流通與各種信號(hào)的轉(zhuǎn)換，還能夠儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)為人們所用。作為在多種生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的電子電路，所選用的物理材料更新?lián)Q代時(shí)間極快，文章基于高中生的視角，以理性化全面化的角度思考問題，結(jié)合實(shí)際生活對(duì)新型物理材料在電子電路中規(guī)定運(yùn)用作一個(gè)淺析。

新型物理材料 電子電路 高中生視角 廣泛運(yùn)用

隨著物理學(xué)的深入研究與材料領(lǐng)域的深入發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)物理材料在電子電路中的運(yùn)用中存在各種難以彌補(bǔ)的缺陷，物理學(xué)家不斷探索與實(shí)驗(yàn)新型物理材料，以期在電子電路的設(shè)計(jì)與使用中起到更好的效果。電子電路是現(xiàn)階段最復(fù)雜且功能強(qiáng)大性能穩(wěn)定的電路，電子電路的普及推動(dòng)了電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用原理

探究新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用，首先要對(duì)新型物理材料在其中的運(yùn)用原理有一個(gè)明確清晰的認(rèn)知，新型物理材料的應(yīng)用原理相對(duì)于力學(xué)，光學(xué)和熱學(xué)顯得比較簡(jiǎn)單，大多涉及到物理參數(shù)與電路的穩(wěn)定運(yùn)行。高中生必須對(duì)新型物理材料的運(yùn)用原理有深刻的認(rèn)知，才能夠聯(lián)系實(shí)際結(jié)合生活中的現(xiàn)象研究分析新型物理材料的應(yīng)用。盡管新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但涉及的應(yīng)用原理相對(duì)較多，無(wú)法一一詳盡，將新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用原理列舉以下三個(gè)方面作為參考：

第一，電流在電子電路的穩(wěn)定流通需要導(dǎo)電導(dǎo)熱優(yōu)良的物理材料。電子電路屬于集成電路，是大量單元電路用串聯(lián)與并聯(lián)等多種連接方式的集合，電子電路同樣也是回路，任一單元電路發(fā)生故障，都會(huì)影響到整個(gè)電路的穩(wěn)定運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，任何電路的故障絕大多數(shù)都是電阻過(guò)大電流過(guò)小無(wú)法提供充足的電流，或是散熱不夠引起的過(guò)熱燒壞電路中的電子原件與用電器。電阻過(guò)大電流過(guò)小導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化效率極低，電能消耗嚴(yán)重，使得電路中的用電器無(wú)法正常工作，電路中散熱不夠?qū)⒁鹩秒娖鞴收蠂?yán)重會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)，采用新型物理材料能夠降低電路出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，這是運(yùn)用原理中的一種。

第二，優(yōu)化電子電路的功能。電子電路具有無(wú)可比擬的強(qiáng)大功能，而這些功能建立在電子元件與各種構(gòu)成材料的基礎(chǔ)之上，因此用新型物理材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)物理原件材料能夠提高電子元件性能，從而優(yōu)化電子電路的功能。舉個(gè)例子，如傳統(tǒng)的集成電路板采用銅鐵等重金屬制作，而新型集成電路板采用半導(dǎo)體硅膠，附上一些新材料如晶體管，電容器等，能夠儲(chǔ)存更多的信息，信號(hào)的轉(zhuǎn)化效率更高。各種電子元件被新型物理材料代替后，性能被優(yōu)化，因此在整體上對(duì)電子電路也起到了優(yōu)化的作用。

第三，實(shí)現(xiàn)電子電路中信號(hào)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。電子電路與一般的物理電路不同，物理電路主要信號(hào)是純粹的電流信號(hào)間的轉(zhuǎn)換，電子電路中涉及到多種信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式，如數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，聲信號(hào)的轉(zhuǎn)化，這種不需要通過(guò)電流轉(zhuǎn)換的方式較為穩(wěn)定，有利于數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)材料要求較高。新型物理材料的研發(fā)與運(yùn)用能夠使得電子電路的各種信號(hào)間轉(zhuǎn)換更為穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率更高，這也是新型物理材料在電子電路中運(yùn)用的原理。

2 新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用

新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用具有非常重要的意義，既能夠維持電子電路的穩(wěn)定運(yùn)行，將故障發(fā)生的可能性減少，還能給優(yōu)化電子電路的功能，為人們的生活提供更多的便利。物理學(xué)的深入研究能夠推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)步，材料領(lǐng)域的發(fā)展也為推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子信息產(chǎn)業(yè)需要更新電子電路的硬件配置來(lái)維持穩(wěn)定，優(yōu)化功能。新型物理材料在電子電路中應(yīng)用案例有很多，無(wú)法一一列舉，以下列舉三個(gè)例子作為參考：

2.1 采用半導(dǎo)體或超導(dǎo)體作為導(dǎo)線

傳統(tǒng)人們用鐵作為物理電路中的導(dǎo)線，而這種金屬的電阻較大，導(dǎo)熱性能差，不能及時(shí)散熱導(dǎo)致火災(zāi)或者電路故障的發(fā)生，人們采用銅作為導(dǎo)線后效果相對(duì)理想，然而電能的轉(zhuǎn)化率還不夠高。后來(lái)人們利用半導(dǎo)體來(lái)作為導(dǎo)線，半導(dǎo)體具有良好的物理性質(zhì)，有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性并且在電流流進(jìn)過(guò)電路降低，半導(dǎo)體作為新型物理材料運(yùn)用于電子電路中，提高了能量轉(zhuǎn)化效率，減少了電流在流通過(guò)程中的大量損耗，還能夠有效保護(hù)電路，將電路故障的可能性降低至最小，另外超導(dǎo)體在少數(shù)情況下也充當(dāng)導(dǎo)線的作用，效果比半導(dǎo)體更好，由于制作成本高，目前仍未大量投入使用。

2.2 采用硅膠電路集成板

傳統(tǒng)的電路集成板沒有運(yùn)用半導(dǎo)體，而是使用一些金屬，金屬材料在電路集成板中的運(yùn)用效果并不理想，容易沾水腐蝕或與空氣中的水蒸氣以及氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，物理性質(zhì)發(fā)生變化不易保存影響功能。硅膠屬于半導(dǎo)體的一種，難以跟各種其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這一性質(zhì)決定了含有硅膠的電路集成板性能穩(wěn)定。

2.3 采用鋁電解電容

鋁電解電容是一種新型的物理電容，在電子電路中運(yùn)用也非常廣泛，這種電容能夠?qū)㈦姾捎行У貎?chǔ)存起來(lái)，遇到電路故障電流不足時(shí)也能夠被當(dāng)成電源使用，鋁電解電容比傳統(tǒng)的電容器要穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此能夠保正電子電路中的穩(wěn)定供電。

2.4 采用新型的納米級(jí)材料

中科院物理所研究發(fā)現(xiàn)新型納米電子材料氮化硼(BN)作為寬帶隙材料具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和良好的化學(xué)惰性，是制作高可靠性器件與電路的理想電子材之一，與碳納米管的電子結(jié)構(gòu)明顯依賴于管徑與螺旋度等因素不同,BN納米管通常表現(xiàn)出穩(wěn)定一致的電學(xué)特，若能將其作用于電子電路，會(huì)很很大改變。

綜上所述，新型物理材料在電子電路中的運(yùn)用原理較多，也極為重要，既能夠保持電子電路的穩(wěn)定運(yùn)行，減少電路故障發(fā)生的可能，也能夠優(yōu)化電子電路的功能，為人們帶來(lái)更多的便利。新型物理材料在電子電路中的應(yīng)用廣發(fā)，如半導(dǎo)體作為導(dǎo)線，制作含有硅膠的電路集成板，利用鋁電解電容存儲(chǔ)電能等，都為電子電路的穩(wěn)定運(yùn)作與性能優(yōu)化起到了重要的作用。高中生學(xué)習(xí)物理知識(shí)應(yīng)該用理論聯(lián)系實(shí)際，不斷反思，并在反思中加深自身的認(rèn)知。

[1]饒克謹(jǐn)，趙伯琳，高正平.電路模擬吸收材料─—原理、特性及設(shè)計(jì)方法[J]．電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).1995年4月

[2]莊表微.有機(jī)材料與印刷電子電路技術(shù)——智能繃帶[J].2009年5月