前言
當前，世界正在經(jīng)歷一場更大范圍、更深層次的新工業(yè)革命，信息技術(shù)、制造技術(shù)、能源技術(shù)、材料技術(shù)交叉融合、深度滲透、群體性突破、協(xié)同應用，新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)層出不窮，一批標志性通用技術(shù)（如數(shù)字化制造、5G、人工智能等）涌現(xiàn)并向各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域滲透。
一代材料、一代器件，一代技術(shù)、一代裝備。新興功能材料導致顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，推動了產(chǎn)業(yè)變革。我國“十四五”規(guī)劃指出：聚焦新一代信息技術(shù)、生物技術(shù)、新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車、綠色環(huán)保以及航空航天、海洋裝備等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新應用，增強要素保障能力，培育壯大產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動能。這些戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技與新材料的發(fā)展高度融合，創(chuàng)新步伐持續(xù)加快，推動了功能材料器件的不斷推陳出新和產(chǎn)業(yè)化進程，對功能材料制作成的處理器、存儲器、傳感器等都提出了新的需求，對超小尺寸、超高速、超高效率、超低功耗功能器件技術(shù)的需求日益迫切，這為功能材料器件的大發(fā)展提供了難得的歷史機遇。
同時，不斷涌現(xiàn)的功能材料器件制備、加工、應用技術(shù)為信息、制造、能源、空間、海洋、生命等領(lǐng)域的開拓發(fā)展提供了更廣泛的創(chuàng)新基礎(chǔ)。電子信息功能材料是實現(xiàn)信息感知、計算、發(fā)送、傳輸、接收和存儲的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人工智能、智能傳感、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實、區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展與進步的先導條件。能源清潔低碳化趨勢已經(jīng)成為全球共識，變革性能源材料技術(shù)是未來發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，新能源汽車的大規(guī)模發(fā)展大幅度降低了燃油的消耗，汽車電動化和智能化變革為大勢所趨，光伏發(fā)電和儲能技術(shù)是主要的解決方案，“光—儲—配—用”綠色電力全鏈條一體化是“雙碳”目標實現(xiàn)的關(guān)鍵。隨著新型感知技術(shù)和自動化技術(shù)的應用，先進制造技術(shù)正在向智能化的方向發(fā)展，在數(shù)控裝備的基礎(chǔ)上集成若干智能控制軟件和模塊，使制造工藝能適應制造環(huán)境和制造過程的變化以達到優(yōu)化。具有感知、分析、推理、決策、控制功能，實現(xiàn)高效、高品質(zhì)、節(jié)能環(huán)保和安全可靠生產(chǎn)的下一代制造裝備的支撐材料，是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急需。
功能材料及其器件多學科交叉融合，應用各種新技術(shù)和新工藝，涉及領(lǐng)域非常廣泛。高校材料科學與工程、功能材料、新能源材料與器件、光電信息、金屬材料、無機非金屬材料、材料物理、材料化學等相關(guān)專業(yè)，均結(jié)合國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)開設了功能材料器件教學課程，然而真正結(jié)合當前時代背景、具有“新工科”特色的有關(guān)功能材料器件方面的教材卻較少。本書是編者在本科高校多年授課的基礎(chǔ)上，借鑒各種圖書的優(yōu)點編寫的一本新工科特色教材。本書以材料—器件—應用為主線，強調(diào)功能材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間的關(guān)系，著重通過具體案例介紹，使讀者掌握材料和器件性能特征及實際應用，如器件應用背景、工作原理、結(jié)構(gòu)組成、核心材料選用、材料及器件制備工藝等，提升相關(guān)專業(yè)的器件設計與應用研究能力。
本書從系統(tǒng)性和相對獨立性考慮，在內(nèi)容的選取和編排上力求實用。第1章總述功能材料的特點、分類及器件發(fā)展歷程。第2章在介紹PN結(jié)機理與特性的基礎(chǔ)上，拓展介紹了PIN二極管、雙極型晶體管、MOSFET、IGBT和晶閘管，闡述了這些器件的基本工作原理、特性和主要參數(shù)。第3章介紹了光電轉(zhuǎn)換材料與器件，包括光電倍增管、光敏電阻、太陽能電池和發(fā)光二極管。第4章、第5章主要介紹了功能電介質(zhì)、熱電轉(zhuǎn)換材料與器件。第6章介紹了敏感材料與傳感器，選取了幾種常見的傳感器，如電阻式應變傳感器、霍爾傳感器、紅外溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器和光纖傳感器。第7章介紹了幾種化學電源材料與器件，包括鋰離子電池、超級電容器和燃料電池。本書本著突出重點、通俗易懂的原則，敘述的重點放在了基本概念、基本工作原理、結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)上，著重闡述功能器件在各種不同應用場景下的特征，盡可能地用淺顯易懂的語言表述復雜的道理，而又不失其精髓。同時，省略了煩瑣的數(shù)學推導，從而使內(nèi)容更精練、重點更突出。本書各章內(nèi)容可以單獨選擇或任意組合使用。
本書的編寫離不開所有編者的努力。桂林電子科技大學的周建華設計和統(tǒng)籌全書，編寫了第1章、第4章、第6章、第7章。廣西大學的苗蕾和桂林電子科技大學的陳俊良編寫了第2章。廣西科學院的賴華俊編寫了第3章。桂林電子科技大學的袁昌來參與編寫了第4章。桂林電子科技大學的劉呈燕和高杰編寫了第5章。廣西大學的穆曉江和桂林電子科技大學的劉靜參與編寫了第6章。廣西大學的王瀟漾和桂林電子科技大學的王鳳參與編寫了第7章。周建華擔任主編，負責全書統(tǒng)稿。苗蕾和劉呈燕擔任副主編。此外，桂林電子科技大學材料科學與工程學院的領(lǐng)導在本書編寫過程中給予了大力支持和幫助，在此一并表示感謝。
在本書的編寫過程中，參閱了許多文獻，從中汲取了不少有益的內(nèi)容和敘述方法，在此向作者們深表謝意。
由于編者水平有限，書中難免存在一些不足、不妥或疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。
編者
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