殷睿 綿陽中學實驗學校

淺析新型物理材料在電子電路中的運用

殷睿 綿陽中學實驗學校

電子電路是結(jié)構(gòu)復雜，功能強大，對電子元件的物理參數(shù)有較高要求的集成電路，相對于高中普通的物理電路，電子電路具有無可比擬的優(yōu)越性與先進性。電子電路在生活中作為一種集成電路有著廣泛的應用，既能夠承擔電流的流通與各種信號的轉(zhuǎn)換，還能夠儲存數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)為人們所用。作為在多種生產(chǎn)領域廣泛運用的電子電路，所選用的物理材料更新?lián)Q代時間極快，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)合實際生活對新型物理材料在電子電路中規(guī)定運用作一個淺析。

新型物理材料 電子電路 高中生視角 廣泛運用

隨著物理學的深入研究與材料領域的深入發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)物理材料在電子電路中的運用中存在各種難以彌補的缺陷，物理學家不斷探索與實驗新型物理材料，以期在電子電路的設計與使用中起到更好的效果。電子電路是現(xiàn)階段最復雜且功能強大性能穩(wěn)定的電路，電子電路的普及推動了電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 新型物理材料在電子電路中的運用原理

探究新型物理材料在電子電路中的運用，首先要對新型物理材料在其中的運用原理有一個明確清晰的認知，新型物理材料的應用原理相對于力學，光學和熱學顯得比較簡單，大多涉及到物理參數(shù)與電路的穩(wěn)定運行。高中生必須對新型物理材料的運用原理有深刻的認知，才能夠聯(lián)系實際結(jié)合生活中的現(xiàn)象研究分析新型物理材料的應用。盡管新型物理材料在電子電路中的運用原理相對簡單，但涉及的應用原理相對較多，無法一一詳盡，將新型物理材料在電子電路中的運用原理列舉以下三個方面作為參考：

第一，電流在電子電路的穩(wěn)定流通需要導電導熱優(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，都會影響到整個電路的穩(wěn)定運行。一般來說，任何電路的故障絕大多數(shù)都是電阻過大電流過小無法提供充足的電流，或是散熱不夠引起的過熱燒壞電路中的電子原件與用電器。電阻過大電流過小導致能量轉(zhuǎn)化效率極低，電能消耗嚴重，使得電路中的用電器無法正常工作，電路中散熱不夠?qū)⒁鹩秒娖鞴收蠂乐貢a(chǎn)生火災，采用新型物理材料能夠降低電路出現(xiàn)故障的風險，這是運用原理中的一種。

第二，優(yōu)化電子電路的功能。電子電路具有無可比擬的強大功能，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體硅膠，附上一些新材料如晶體管，電容器等，能夠儲存更多的信息，信號的轉(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，因此在整體上對電子電路也起到了優(yōu)化的作用。

第三，實現(xiàn)電子電路中信號的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化。電子電路與一般的物理電路不同，物理電路主要信號是純粹的電流信號間的轉(zhuǎn)換，電子電路中涉及到多種信號的轉(zhuǎn)換方式，如數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，聲信號的轉(zhuǎn)化，這種不需要通過電流轉(zhuǎn)換的方式較為穩(wěn)定，有利于數(shù)據(jù)的儲存與應用，同時也對材料要求較高。新型物理材料的研發(fā)與運用能夠使得電子電路的各種信號間轉(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用的原理。

2 新型物理材料在電子電路中的運用

新型物理材料在電子電路中的運用具有非常重要的意義，既能夠維持電子電路的穩(wěn)定運行，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。物理學的深入研究能夠推動工業(yè)領域的進步，材料領域的發(fā)展也為推動了產(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維持穩(wěn)定，優(yōu)化功能。新型物理材料在電子電路中應用案例有很多，無法一一列舉，以下列舉三個例子作為參考：

2.1 采用半導體或超導體作為導線

傳統(tǒng)人們用鐵作為物理電路中的導線，而這種金屬的電阻較大，導熱性能差，不能及時散熱導致火災或者電路故障的發(fā)生，人們采用銅作為導線后效果相對理想，然而電能的轉(zhuǎn)化率還不夠高。后來人們利用半導體來作為導線，半導體具有良好的物理性質(zhì)，有較強的導熱性并且在電流流進過電路降低，半導體作為新型物理材料運用于電子電路中，提高了能量轉(zhuǎn)化效率，減少了電流在流通過程中的大量損耗，還能夠有效保護電路，將電路故障的可能性降低至最小，另外超導體在少數(shù)情況下也充當導線的作用，效果比半導體更好，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用半導體，而是使用一些金屬，金屬材料在電路集成板中的運用效果并不理想，容易沾水腐蝕或與空氣中的水蒸氣以及氧氣發(fā)生化學反應，物理性質(zhì)發(fā)生變化不易保存影響功能。硅膠屬于半導體的一種，難以跟各種其他物質(zhì)發(fā)生化學反應，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，在電子電路中運用也非常廣泛，這種電容能夠?qū)㈦姾捎行У貎Υ嫫饋?，遇到電路故障電流不足時也能夠被當成電源使用，鋁電解電容比傳統(tǒng)的電容器要穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學反應，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)定一致的電學特，若能將其作用于電子電路，會很很大改變。

綜上所述，新型物理材料在電子電路中的運用原理較多，也極為重要，既能夠保持電子電路的穩(wěn)定運行，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，為人們帶來更多的便利。新型物理材料在電子電路中的應用廣發(fā)，如半導體作為導線，制作含有硅膠的電路集成板，利用鋁電解電容存儲電能等，都為電子電路的穩(wěn)定運作與性能優(yōu)化起到了重要的作用。高中生學習物理知識應該用理論聯(lián)系實際，不斷反思，并在反思中加深自身的認知。

[1]饒克謹，趙伯琳，高正平.電路模擬吸收材料─—原理、特性及設計方法[J]．電子科技大學學報.1995年4月

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