功能器件

功能器件把二進制碼按一定的規律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個數或控制信號）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個輸入，在某一時刻只有一個輸入信號被轉換為二進制碼。

基本介紹

• 中文名：功能器件
• 外文名：Functional devices
• 作用：轉換代碼
• 常見方式：轉換二進制

解碼器

解碼是編碼的逆過程，它的功能是將具有特定含義的二進制碼進行辨別，並轉換成控制信號，具有解碼功能的邏輯電路稱為解碼器。解碼器可分為兩種類型，地址解碼器和代碼變換器。

七段顯示解碼器

在數字測量儀表和各種數字系統中，都需要將數字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結果；另一方面用於監視數字系統的工作情況。因此，數字顯示電路是許多數字設備不可缺少的部分。數字顯示電路通常由解碼器、驅動器和顯示器等部分組成。

數值比較器

在數字系統中，特別是在計算機中都具有運算功能，一種簡單的運算就是比較兩個數A和B的大小。數值比較器就是對兩數A、B進行比較，以判斷其大小的邏輯電路。比較結果有A>B、A<B以及A=B三種情況。

固態表面的分子納米構築與功能器件

分子納米構築與功能器件研製是極有意義的研究課題。總結了利用分子自組裝構築多層異質納米結構、有機金屬卟啉絡合物的隧道電子誘導分子發光和軌道媒介分離作用、生物分子DNA的創造設計和微觀結構、光電材料的本徵性集成與功能器件研製。

光電材料的本徵性集成與功能器件

銦錫氧化物Ind ium -Tin-Oxide(ITO )具有優良的光電性能而得到廣泛套用。由於ITO 具有導電和透光雙重特性，已經發現它在光電子器件研製中的廣泛用途，如太陽能電池、光二極體、圖象感測器、液晶顯示器、電偶器件。根據不同的用途，往往需要採用相應的薄膜製備方法。有多種成膜方法製備ITO薄膜，如化學氣相沉積、電子束蒸發、反應熱蒸發、噴霧熱解法、直流 (DC )和交頻(RF)磁控濺射。

發現ITO的一個非常重要的套用是將其沉積到經化學刻蝕的光導纖維尖端用作掃描隧道顯微鏡 (STM )的探針 。傳統的STM針尖是用金屬鎢 (W )絲經化學刻蝕或鉑 -銥 (Pt- Ir)絲經直接剪下而成，金屬針尖只導電不導光；光導纖維本身只導光不導電，因此它不能直接用於製作STM針尖。將ITO薄膜沉積到光導纖維尖端製作的針尖既可傳輸電子又可同時收集光子，這種針尖廣泛用於光子掃描隧道顯微鏡 (P - STM )和掃描近場光學顯微鏡 (SNOM )實驗。利用 ITO薄膜研製光子STM針尖，該針尖用於STM實驗觀察單個分子在固態表面的形貌結構和物理化學行為，又可將該針尖用於隧道電子誘導分子發光的STM實驗作收集光子的光子探測器探頭。

光導纖維和 ITO製作的掃描探針的SEM

根據光導纖維和ITO材料的本徵性能，選擇光導纖維和銦錫氧化物 (ITO )為基本構 造材料，採用化學刻蝕處理光纖尖端、熱蒸發沉積金屬導電膜、酸溶解定域腐蝕光纖尖端金屬膜、磁控濺射沉積ITO薄膜等技術製造多功能器件掃描探針， 從光導纖維和ITO材料的本徵性能出發，通過微納化方法進行處理，達到功能特性集成，在微納化過程中，用掃描電子顯微鏡觀察監控探針製造的各個技術環節，分析探針尖端的對稱性和ITO鍍層的結構緻密性，通過測試探針的電阻率和導光率評估其導電性和導光性能。

將製造的探針用在掃描隧道顯微鏡 (STM )、光子掃描隧道顯微鏡 (PSTM )、掃描近場光學 顯微鏡(SNOM )等實驗觀察物質的表面和界面的微觀結構，進行多種圖象掃描和電子隧道譜以及光子隧道譜測試，通過這些顯微實驗初步檢驗探針的多功能用途；與此同時利用掃描探針的橋樑連線作用發展多種儀器分析的聯用技術，通過掃描探針利用隧道電子誘導分子納米結構產生激發光子，又通過探針使得激發光子到達光子計數器和光譜記錄儀而檢測光子和記錄光譜。根據探針掃描圖象時的解析度以及檢測激發光子的靈敏度和記錄光子光譜的準確度評估多功能掃描探針的綜合性能。

超磁致功能器件的套用現狀和發展

介紹了超磁致伸縮材料的基本特性，綜述了超磁致功能器件的種類和套用領域，論述了超磁致功能驅動器和感測器的工作原理和套用，並對超磁致伸縮功能器件的未來發展進行了研究。

超磁致功能器件的種類及套用現狀

超磁致伸縮材料在磁場作用下，材料發生尺寸變化，可將電流控制的磁能 (由線圈通過電流產生 )轉換為機械能 (輸出位移或力 )，利用這一特性可製成精密位移驅動器，其特點是精度高、反應速度快、產生的力大；若給超磁致伸縮棒材施加交流磁場，它就會產生振動和聲波，利用該性質可以製作揚聲器、水聲換能器、超聲換能器， 其特點是功率遠遠大於壓電陶瓷換能器，可靠性高；另外，超磁致伸縮材料具有壓磁效應，即在外力作用下材料磁化狀態發生變化，可做成各種力或位移感測器。

由於超磁致伸縮材料應變值高、能量密度大、回響快、精度高、頻頻寬且具有智慧型回響，利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應和壓磁效應可構造各種功能器件，在航空航天、國防軍工、電子、機械、石油、紡織、農業等領域有廣泛的套用。

超磁致功能器件的發展和前景

超磁致伸縮材料是一種至關重要的戰略材料，首先套用在水聲換能器中。利用真空離子濺射或雷射濺射方法獲得的Terfeno-lD薄膜材料套用於微型開關、泵、閥和超聲馬達、共振型感測器以及可磁性調諧的聲表面波器件和微機電系統。我國直徑最大的 (直徑70mm、長度250mm )稀土超磁致伸縮材料，在低磁場下的磁致伸縮應變、機械性能、產品一致性、成品率等主要技術經濟指標均達到國際先進水平。北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室採用新的製造技術，製造出 {110}軸向取向的多晶棒材，直徑在10mm以上的產品的磁致伸縮係數K=( 1200~ 1550) 10^{- 6}，其特性優於國外相同尺寸產品的性能並已申請了國家發明專利。開發出了磁致伸縮式智慧型振動時效裝置、聲(超聲 )換能器、感測器、精密緻動器等套用器件，其中智慧型振動時效裝置現已投放市場。已建成年生產能力為8噸的鋱鏑鐵大磁致伸縮材料生產線，產品最大直徑達50mm。這些都是我國近年來在該領域取得的研究成果，但整體上來講與國外還有很大差距。

( 1) 批量產業化生產能力嚴重不足，我國還只能生產常規的超磁致伸縮材料，材料性能有待進一步提高；超磁致伸縮薄膜材料的製備還處於實驗室研究階段，相應的超磁致伸縮薄膜器件的開發，在微機電系統中的套用研究較為薄弱。

( 2) 器件的研究開發還處於跟蹤研究階段，應進一步加大器件開發的投入，如大功率低頻電 -聲換能器，繼續深入研究薄膜型超磁致伸縮功能器件的研究和開發，使產品微型化、智慧型化。

3) 進行規模化生產，在保證產品性能的前提下，降低材料成本，進一步加強材料基礎理論研究，革新製造工藝、使我國超磁致伸縮材料在保證國家戰略需要的同時參與國際競爭。

( 4) 超磁致伸縮材料作為一種功能材料，同形狀記憶合金、壓電陶瓷材料一樣，在驅動器、感測器等領域有廣泛的套用，開發高精度、高分辨力的驅動器對我國航空航天、超精度加工工具機、精密儀器等領域至關重要。 根據不同要求和材料性能，將它們有機地結合在一起，取長補短，可以提高功能器件的性能和工作能力，例如將超磁致伸縮材料和壓電陶瓷材料結合起來形成一些混合精密驅動器，可以避免因為使用多個線圈而帶來的磁干擾， 從而提高控制精度，簡化控制器，這將成為一個新的熱門研究領域。