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第十章材料的电学性能

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材料的电学性能与测试方法

材料的电学性能与测试方法

材料的电学性能与测试方法引言：材料的电学性能是指材料在电场或电流作用下的响应和性质。

了解材料的电学性能对于材料的研究和应用具有重要意义。

本文将介绍几种常用的测试材料电学性能的方法。

一、电导率测试方法电导率是衡量材料导电性能的重要指标，其测试方法如下：1. 电导率测量仪器：使用四探针测试仪或电导率仪进行测量。

2. 测量步骤：将待测试材料切割成适当的样品尺寸，保持样品的几何形状和尺寸稳定。

然后将四个电极按照规定的间距连接到材料上，并确保电极与材料之间的良好接触。

最后，通过测试仪器施加电流并测量电压，根据欧姆定律计算得出材料的电导率。

二、介电常数测试方法介电常数是材料在电场中对电场强度的响应能力，测试方法如下：1. 介电常数测量仪器：使用恒流恒压法或绝缘材料测试仪进行测量。

2. 测量步骤：将待测试材料加工成平板状或柱形状样品，保证样品的几何形状和尺寸稳定。

然后将测试仪器中的电极引线与样品连接，确保电极与材料的良好接触。

接下来，在测试仪器中施加电流和电压，测量得到材料的介电常数。

三、热释电测试方法热释电是指材料在电场作用下产生的热能释放，其测试方法如下：1. 热释电测量仪器：使用热释电测试仪进行测量。

2. 测量步骤：将待测试材料切割成适当的样品尺寸，保持样品的几何形状和尺寸稳定。

然后将样品放置在测试仪器中，施加电场。

测试仪器会测量样品在电场下产生的温升，根据温升和已知的电场强度计算得出材料的热释电性能。

四、电阻温度系数测试方法电阻温度系数是指材料电阻随温度变化的程度，其测试方法如下：1. 电阻温度系数测量仪器：使用四探针测试仪或电阻测量仪进行测量。

2. 测量步骤：将待测试材料切割成细丝或片状样品，保持样品的几何形状和尺寸稳定。

然后将四个电极按照规定的间距连接到样品上，并确保电极与材料之间的良好接触。

接下来，在测试仪器中施加电流并测量电阻，随后在不同温度下重复测量电阻值。

最后，根据电阻值和温度变化计算得出材料的电阻温度系数。

材料物理性能学之材料的电性能

材料物理性能学之材料的电性能

材料物理性能学之材料的电性能引言材料的电性能是材料物理性能学的一个重要研究分支，它研究的是材料在电场、电流和电磁波等电学环境下的行为和性能。

材料的电性能对于材料的应用具有关键影响，比方在电子学、能源转换和传感器等领域中起着重要作用。

本文将探讨材料的电性能的根本概念、测试方法和常见的应用。

1. 电导率电导率是材料的一个根本电学性能参数，表示材料导电能力的强弱。

它常用符号σ表示，单位为S/m〔西门子/米〕。

电导率的量值越大，材料越好的导电性能。

电导率可以通过测量材料的电阻率来计算。

2. 电阻率电阻率是材料对电流流动的阻碍能力的度量，常用符号ρ表示，单位为Ω·m。

电阻率和电导率是一对相互关联的物理量，它们之间的关系可以用以下公式表示：ρ = 1/σ。

电阻率可以通过测量材料的电阻来得到。

3. 介电性能除了导电性能，材料还具有介电性能。

介电性能是材料对电场的响应能力的度量。

具有良好介电性能的材料可以阻止电流的流动，并被广泛应用于电容器、绝缘材料和电子设备等领域。

介电性能可以通过测量材料的介电常数来评估。

4. 介电常数介电常数是材料在电场中响应的能力的度量，常用符号ε表示。

介电常数可分为静电介电常数和动态介电常数。

静电介电常数表示在静电场中材料的响应能力，而动态介电常数那么表示在交变电场中材料的响应能力。

介电常数越大，材料对电场的响应能力越强。

5. 半导体材料的特性半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，它具有特殊的电性能。

半导体材料的电导率较低，但随着温度的升高会逐渐增大。

半导体材料的导电性能可以通过添加杂质来调控，从而实现半导体器件的制造。

6. 材料的应用材料的电性能对于众多领域的应用至关重要。

在电子学领域中，导电性能好的材料可以用于制造电路和导线等电子元器件。

在能源转换领域中，材料的电性能对太阳能电池和燃料电池等能源转换器件的效率和稳定性有重要影响。

在传感器领域中，材料的电性能可以用于制造压力传感器、温度传感器和湿度传感器等。

材料的电学性能分析课件

材料的电学性能分析课件

电容和电感的应用
1. 电容的应用
电容在各种电子设备和系统中都有应用，如滤波器、耦合器、去耦电路、调谐器等。电容还可以用于储能和缓冲 ，例如在闪光灯中用于提供瞬时大电流。此外，电容传感器在测量位移、压力、温度等方面也有广泛应用。
电感的应用
电感在变压器、扼流圈、振荡器等电子设备和系统中有着广泛的应用。电感还可以用于信号筛选和抑制电磁干扰 。例如，在音频设备中，电感常用于低音提升电路来调整低频信号的幅度。此外，电感在电机控制、电磁阀等工 业控制领域也有着重要的应用。
金属的导电能力与其纯度、温 度、金属的种类等因素有关。
绝缘体的导电性
绝缘体通常具有较高的电阻，其导电 能力非常有限。
在特定条件下，绝缘体也可以转变为 导体，这种现象称为“导电性转变” 。
绝缘体的导电性能与其内部结构、分 子排列、电子亲和力等因素有关。
半导体的导电性
半导体的导电能力介于金属和绝 缘体之间，其电阻率可在较大范
电容和电感测量实验
总结词
电容和电感是表征材料存储电荷和传来自 磁场的能力的参数，通过电容和电感测 量实验可以深入了解材料的电磁性能和 物理性质。
VS
详细描述
在电容和电感测量实验中，通常采用电桥 法或交流阻抗谱法来测量材料的电容和电 感。该实验可以在不同温度、不同频率等 条件下进行，以研究材料电磁性能的变化 规律。此外，通过对比不同材料之间的电 容和电感差异，可以深入了解材料的物理 性质和潜在应用价值。
绝缘强度
衡量电介质在一定电场强度下保持绝 缘性能的能力，主要包括耐压强度、 漏电流和电气间隙等参数。
电介质的应用
电容器
利用电介质的介电常数来 储存电能，广泛用于电子 设备和电力系统中的滤波 、耦合和去耦等场合。

材料的电学性能

材料的电学性能
实质： －研究金属中电子在周期势场中的能量分布 结果：
• 允许的能级是固体中相邻原子间距的函数。 • 孤立原子中的分立能级，在固体中展宽成能带。 • 最外层电子，或者价电子，不再处于一个特定原子的周围空间中。
能带结构与原子间距的关系
当原子间距较大 （x1）时，任何 一个原子的电子 都与其它原子的 电子相互独立 。
导电条件：
能带中需要存在空能级，并且空能级的能量值与电子已经占有的能级的 能量之间不能相差太多。这是必要条件。其原因可浅显解释如下：考虑一个 处于E0能级上的电子，受外加电场作用被加速，其能量会少量地增加ΔE， 对于要移动的电子，必须在E0＋ΔE的能量位置上存在一个未被占据的能级。
（2）三种典型材料的能带结构
J nqv
E
则有： J nqv
EE
定义： v
E
μ为载流子的迁移率（Mobility），其含义为单位电场下载流子的平
均漂移速度。
（3）电导率与载流子浓度和迁移率的关系
nq
若材料中对电导率有贡献的载流子有多种种，则总电导率为
i niqii
i
i
由此式可见，决定材料导电性好坏的本质因素有两个：
材料的电学性能
• 导电性 • 介电性 • 热电性 • 压电性 • 铁电性 • 热释电性 • 光电性
重点介绍
简单介绍
8.1 导电性
8.1.1 概述
8.1.1.1 导电性的表征
导电现象：在材料两端施加电压时，材料中有电流通过。
规律：欧姆定律 电阻： R L
S
I V R
电阻率： R S
L
1μ·cm＝10-9·m＝10-6·cm＝10-2·mm2/m
实质：自由电子之间以及它们与正离子之间的相互作用类似于 机械碰撞。

第十章 材料的电学性能

第十章 材料的电学性能

第四节
介质极化与介电性能
一 极化的基本概念
1 介质极化的基本概念 （1）电介质 （2 ）介质极化
2 电介质分类 （1）非极性介质 无外电场作用时．正负电荷中 心重合 电偶极矩 外电性能
（2）极性介质 分子存在固有电偶极矩 电偶极矩转向外电场方向 外电场越强，电极化的程度越高 3 极化率 表征材料的极化能力 只与材料的性质有关 4 极化强度 线性极化 表征介质在电场作用下极化程度
第一节
在外加电场的作用下，从 而使正反向运动的电子数 不等，使金属导电 只有处于较高能态的自由 电子参与导电 缺陷和杂质产生的静态点 阵畸变和热振动引起的动 态点阵畸变，对电磁波造 成散射，形成电阻 超导现象 一价金属比二、三价金属 导电性较好
导电性能
第一节
导电性能
(3)能带理论 能带 金属中的价电子是公有化和 能量是量子化 金属中由离子所造成的势场 不是均匀的 价电子在金属中的运动要受 到周期场的作用 能带发生分裂，即有某些能 态是电子不能取值的 禁带 允带
第十章 材料的电学性能
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 导电性能 热电性能 半导体导电性的敏感效应 介质极化与介电性能 电介质的介质损耗 绝缘材料的抗电强度
第一节
一
导电性能
电阻与导电的基本概念
1 导电 当在材料的两端施加电压时，材料中 有电流流过 欧姆定律 2 电阻 与材料的性质有关，还与材料的长度 及截面积有关 3 电阻率 只与材料本性有关，而与导体的几何 尺寸无关 评定导电性的基本参数
2 热击穿 （1）热击穿的过程 损耗→部分电能转变成热能→ 热量的不平衡状态→击穿 （2）影响热击穿的因素 材料性质 绝缘结构 电压种类 环境温度
电子和空穴导电 B表示材料的电导活化能 应用 热敏温度计、电路温度补偿器

材料的电学性能ppt课件

材料的电学性能ppt课件
• a)离子半径：一般负离子半径小，结合力大，因而活化能 也大；
• b)阳离子电荷，电价高，结合力大，因而活化能也大； • c)堆积程度，结合愈紧密，可供移动的离子数目就少，且
移动也要困难些，可导致较低的电导率。
整理ppt
29
整理ppt
30
• (3)晶体缺陷
• 具有离子电导的固体物质称为固体电解质，必须具备的条件： • a)电子载流子的浓度小。 • b)离子晶格缺陷浓度大并参与电导。故离子性晶格缺陷的生
单位时间内每一间隙离子沿电场方向的剩余跃迁次数为：
- P60exp (U0U)/kT 60exp(U0U)/kT
整理ppt
20
• 载流子沿电场方向的迁移速度V VP
•
• δ－相邻半稳定位置间的距离
• U－无外电场时的间隙离子的势垒（eＶ）
• 故载流子沿电流方向的迁移率为：
• •
E v62k0T qexpU0/kT
整理ppt
35
• • 氧敏感陶瓷
•
• 工 艺 上 ， 在 ZrO2 加 入 10 ～ 20%mol 比 的 CaO ， 在 1600℃以上烧结， 即可获得稳定化ZrO2。若加入了 15%mol比的CaO，其分子式为：Ca0.15Zr0.85O1.85， 这是不完整化学成分的晶体(相对于ZrO2而言)，氧离子 少了0.15个。结果，在晶体中，氧离子就很容易活动，
霍尔系数RH有如下表达式：
1
RH nie
对于半导体材料：
n型：
RH
1 nie
,
ni
电子浓度
p型：
RH
1 nie
,
ni
空穴浓度
整理ppt
8
②电解效应

材料性能学第十章 材料的导电性能

材料性能第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
和禁带。

材料性能第十章材料的导电性能。

当外电场ε加上之后，各电第十章材料的导电性能
材料性能第十章材料的导电性能
1
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能
的加强使有效电子数减少，也会造成电阻率的增长。

材料性能第十章材料的导电性能
Cu
3Au合金
l一无序(淬火态)；2一有序(退火态)
第十章材料的导电性能
(a)连续固溶体；(b)多相合金；(c)正常价化合物；(d)间隙相
电阻率与状态图关系示意图
材料性能第十章材料的导电性能
4
2213
211R I R I R I R I R R N X －－=分别为标准电阻与待
，
测量原理如图所示。

各样品内侧两电极间的电压为，电极间距离为l，样品截面为Ｓ
过的电流为Ｉ。

则其电导率为
σ=
在室温下测量电导率通常采用简单的四探针法
线排列，并以一定的载荷压附于样品表面。

若流经１，４探针间的电流为
电阻法测定Mg—Mn合金的溶解极限
材料性能第十章材料的导电性能
第十章
第十章材料的导电性能
第十章材料的导电性能。

材料性能学第十章--材料的电学性能


+4
+4
+4
+4
电子和空穴在外电场的作用下都将作 定向运动，这种作定向运动电子和空 穴（载流子）参与导电，形成本征半 导体中的电流。
当温度升高时，有更多的电子能够跳到下一个能带去。这有两个结果：在上面的导带 中少数电子所起的作用和它们在金属中所起的作用相同；而价带中留下的空态即空穴 起着类似的作用，不过它们好象是正的电子，因此，它们有来自导带中的激发电子和 来自价带中的空穴的导电性；温度升高时，由于有更多的电子被激发到导带， 所以 电导率随温度而迅速增加。
第一节 导电性能
量子力学证明，对于一个绝对纯的理想的完整晶体，0 K时，电子波 的传播不受阻碍，形成无阻传播，电阻为零，导致所谓的超导现象。
二、导电机理
1、金属及半导体的导电机理
第一节 导电性能
实际金属内部存在着缺陷和杂质。缺陷和杂质产生的静态点阵畸 变和热振动引起的动态点阵畸变，对电磁波造成散射，这是金属 产生电阻的原因。由此导出的电导率为：
合金为：
10-7－
-5 10 Ω.m
半导体材料：ρ=10-2-109Ω.m
绝缘体材料：ρ＞1010Ω.m
各种材料在室温的电导率
金属和合金
-1 -1 (Ω .m )
银 铜，工业纯 金 铝, 工业纯 Al-1.2%,Mn 合金 钠 钨， 工业纯 黄铜（70%Cu-30%Zn 镍,工业纯 纯铁,工业纯 钛,工业纯 不锈钢，301型 镍铬合金 (80%Ni-20%Cr）
第一节 导电性能
一、电阻与导电的基本概念
欧姆定律：当在材料的两端施加电压时，材料 中有电流流过
电阻与材料的性质有关，还与材料的长度 及截面积有关
电阻率只与材料本性有关，而与导体的几何 尺寸是无关，作为评定导电性的基本参数

材料性能学课件第十章 材料的电学性能 - 2

松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一 定的时间，属于非弹性极化，极化过程需要消 耗一定的能量，电子松弛极化和离子松弛极化 属于这种类型。
1、位移极化 电子位移极化：在外电场作用下原子外围电子云 相对于原子核发生位移，电子极化率依赖于频率、 与温度无关。 离子位移极化：离子在电场作用下偏移平衡位置
第四节 介质极化与介电性能
一、极化的基本概念
介质在电场作用下产生感应电荷的现象 称为介质的极化，这类材料称为电介质。
无极分子：无极分子在没有外电场时，分子正、负电荷中心重合。
但在外电场作用下，分子正、负电荷中心产生位移，形成取向外电 场方向的分子电偶极矩，使介质表面出现极化电荷（束缚电荷）。 极化电荷产生的附加电场方向与外电场方向相反。
二、介质的损耗形式
1、电导(或漏导)损耗 弱联系带电粒子(或空位)引起。
2、极化损耗 松弛极化所造成的介质损耗比较大。 造成损耗原因：松弛极化建立的时间较长，电 矩滞后于外加电场引起。 低频率，不产生极化损耗；高频率， 产生极化 损耗。
二、介质的损耗形式
3、电离损耗 由气体电离吸收能量所引起。 在正常条件下气体的耐受电压能力一般比固态 绝缘物的低。气体电离产生电介质损耗发热膨 胀，可能导致整个固态绝缘物的热破坏和造成 老化，尽量减少介质中的气孔。 4、结构损耗 与温度关系不大，随频率升高而增大（杂质） 5、宏观结构不均匀的介质损耗 工程介质材料大多数是不均匀介质。
三、影响抗电强度的因素
材料的组成与结构 1、温度的影响 （1）对电击穿影响不大 （2）对热击穿影响较大 （3）对化学击穿加快 2、频率的影响
频率影响介质损耗，进而对热击穿影响很大， 击穿场强与频率的平方根成反比。 另外，器件的大小和形状、散热条件都 对击穿有很大的影响。

材料的电学性能课件


电介质的损耗
电介质损耗
电介质在电场作用下，由于电导和极化的原因，将电能转换为热 能的现象。
损耗与电介质性能的关系
损耗的大小反映了电介质的导电和极化能力，是评估电介质性能的 重要参数。
损耗的测量方法
通过测量电介质在交流电场下的功率损耗或相位角来计算。
电介质的击穿
01
02
03
击穿
当电场强度足够高时，电 介质丧失其绝缘性能的现 象。
热电材料的应用
温差发电
利用热电材料将热能转 化为电能。
温度传感器
利用热电材料对温度的 敏感性，检测温度变化
。
热电制冷
利用热电材料的皮尔兹 效应实现制冷效果。
航天器热控
利用热电材料调节航天 器内部温度。
热电材料的发展趋势
高性能热电材料研究
提高热电材料的转换效率，降 低成本。
多功能化
开发具有多种功能的热电材料 ，如导热、导电、发光等。
材料的电学性能研究历史与现状
材料的电学性能研究始于19世纪初， 随着电子学的兴起和发展，逐渐成为 一门独立的学科。
随着新材料和新技术的发展，材料的 电学性能研究将不断深入，为电子器 件和集成电路的发展提供更多的理论 和技术支持。
目前，材料的电学性能研究已经取得 了长足的进展，涉及的研究领域不断 扩大，研究手段和方法也日益丰富和 先进。
材料的电学性能课件
目录
CONTENTS
• 引言 • 材料的导电性能 • 材料的介电性能 • 材料的磁学性能 • 材料的铁电性能 • 材料的热电性能
01 引言
材料的电学性能定义
材料的电学性能是指材料在电场 作用下的各种物理性质，包括导 电性、电阻、电导率、电场效应
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此外,电磁波在传播过程中被离子点阵散射,相 互干涉而形成电阻
实际金属内部存在的缺陷和杂质产生的静态 点阵畸变和热振动引起的动态点阵畸变,对电磁 波产生散射.
材料性能学
Materials Properties
量子自由电子理论较好地解释了金属导电 的本质,但它假定金属中的离子所产生的势 场是均匀的,显然这与实际情况有一定差异.
材料性能学
三个临界参数的关系
Materials Properties
要使超导体处于超导状态，必须将它置于三 个临界值Tc、Hc、Ic之下。三者缺一不可，任 何一个条件遭到破坏，超导状态随即消失
材料性能学
Materials Properties
BCS理论
超导电性来源于电子间通过声子作媒介所产生的 相互吸引作用。当这种作用超过电子间的库仑排 斥作用时，电子会形成束缚对（即库柏对）
材料性能学
Materials Properties
n型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半
导体，也称为（电子半导体）
p 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导
体，也称为（空穴半导体）
本征半导体和杂质半导体的电导率与温 度的关系:
0 exp( Eg / 2kT)
材料性能学
Materials Properties
材料性能学
Materials Properties
第一类超导体:在临界磁场以下显示超导性,超 过临界磁场便立即转变为正常态的超导体
第二类超导体:有两个临界磁场, 下临界磁场Hc1,上临界磁场Hc2. Hc1比Hc2低一个数量级.外磁场 小于Hc1,处于完全抗磁状态.介 于Hc1与Hc2之间时,处于超导态 与正常态的混合状态,磁场部分 地穿透到超导体内部,电流在超 导体内部分流动.等于Hc2,超导 部分消失,转变为正常态.
Materials Properties
材料性能学
Materials Properties
(2)完全抗磁性(迈斯纳效应)
1933 年 迈 斯 纳 和 奥 森 菲 尔 德 把锡单晶球超导体在磁场 (H≤Hc) 中 冷 却 ． 在 达 到 临 界 温度Tc以下，超导体内的磁 通线一下子被排斥出去；或 者先把超导体冷却至Tc以下， 再通以磁场，这时磁通线也 被排斥出去。即在超导状态 下，超导体内磁感应强度B＝
材料性能学
Materials Properties
材料性能学
Materials Properties
材料性能学
Materials Properties
外加电场对金属中自由电子的能量状态的影响
外电场使向着其正向运动的电子能量降低， 反向运动的电子能量升高．
材料性能学
Materials Properties
由于能量的变化,使部分能量较高的电子转向 电场正向运动的能级,从而使正反向运动的电子 数不等,使金属导电.也就是说,不是所有的自由 电子都参与了导电,而是只有处于较高能态的自 由电子参与导电.
单个原子时的能量状态,而所有价电子却按
量子化规律具有不同的能量状态,即具有不
同的能级. 在一价金属中,自由电子的动能
E

h2
8 2m
K
2
材料性能学
Materials Properties
h2
式中： 8 2m
为常数， K

2
，称为波数频率，
它是表征金属中自由电子可能具有的能量状态的参
数
物质在超低温下,失去电阻的性质称为超导电 性.
具有超导电性的物质称为超导体.
超导体在电阻消失前的状态称为常导状态
电阻消失后的状态称为超导状态。
超导体从常导态转变为超导态的温度就叫做 临界温度，以Tc表示。
材料性能学
超导体的两个基本特性
①完全导电性(零电阻现象) 理想的金属晶体没有电 阻-常导体的零电阻现象, 实际金属由于存在原子 的热运动、晶格缺陷和 杂质,存在剩余电阻率.实 际金属的电阻在某一温 度下突然为零-超导体的 零电阻现象
v
,单位体积内的自由
电子数为n,则电导率为


ne2l

2m v

ne2 2m

t
式中,m为电子质量,e是电子电荷, 为两次碰撞 之间的平均距离
材料性能学
Materials Properties
金属的导电性取决于自由电子的数量、平 均自由程和平均运动速度.
局限性:
• 自由电子数量越多导电性越好,事实是二、 三价金属的价电子虽然比一价金属的多,但 导电性反而比一价金属还差.
材料性能学
2 导电机理
Materials Properties
（1 ）金属及半导体的导电机理
①经典电子理论
在金属晶体中,离子构成晶格点阵,并形成均 匀的电场,价电子是完全自由的(自由电子)
电子的运动遵循经典力学气体分子的运动 规律
无外加电场时,电子向各个方向运动的几率 相同,对外不表现电流
材料性能学
材料性能学
Materials Properties
半导体的能带结构与绝缘体相同,所不同的是 它的禁带比较窄,电子跳过禁带不像绝缘体那 么困难.如果存在外界作用(如热、光辐射等), 则价带中的电子就有能量可能跃迁到导带中 去,在价带中同时出现空穴.在外电场的作用 下,电子和空穴会定向移动而产生电流.
R
式中:R为材料电阻,其值不仅与材料的性 质有关,而且还与试验材料的长度L及截面
积S有关,因此
R L
S
材料性能学
Materials Properties
式中,ρ是比例系数,称为电阻率. 电阻率在数值上等于单位长度和电位面积上导 电体的电阻值,可写为
RS
L
•由于电阻率只与材料本性有关,而与导体的几何 尺寸无关,因此评定导电性的基本参数是ρ而不是 R.
材料性能学
Materials Properties
空带中的电子导电和价带中的空穴导电同时 存在的导电方式称为本征电导.本征电导的特 点是参加导电的电子和空穴的浓度相等.具有 本征电导特性的半导体称为本征半导体(完全 纯净的、结构完整的半导体晶体).
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是 掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。称为 杂质半导体.
• 按照气体动力学的关系,ρ应该与温度T的平 方根成正比,但实验结果ρ与T成正比.
• 不能解释超导现象的产生
材料性能学
②量子自由电子理论
Materials Properties
金属中正离子形成的电场是均匀的,价电 子与离子间没有相互作用,且为整个金属所 有,可以在整个金属中自由运动
金属中每个原子的内层电子基本保持着
(2) 无机非金属的导电机理
无机非金属材料电导的载流子可以是电子、 电子空穴,或离子、离子空穴.
载流子是电子或电子空穴的电导称为电子 式电导,载流子是离子或离子空位的称为离 子式电导.
材料性能学
Materials Properties
①离子晶体的导电机理
离子晶体中能产生离子迁移,称为离子电导 第一类源于晶体点阵中基本离子的运动,称 为离子固有电导或本征电导.这种离子自身随 着热振动的加剧而离开晶格阵点,形成热缺陷. 热缺陷的浓度随温度的升高而增大,因此本征 电导率σs与温度的关系可用下式表示:
当电子对之中的某一个电子被散射时,另一个与其 相关的电子会发生同样反应,电子对将不发损耗能 量,即杂质原子和缺陷不能对其进行有效的散射,从 而表现出超导性.
温度越高，成对的电子数量越少，结合程度越差。 当达到临界温度时，库柏对全部拆散成单个的正 常电子roperties
玻璃的电阻率和温度与组成有关,在通常情 况下是绝缘体
玻璃与晶体的比较，玻璃具有：
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结构疏松
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组成中有碱金属离子
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势垒不是单一的数值，有高有低
导电的粒子：
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离子
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电子
材料性能学
(3) 超导电性
Materials Properties
1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,水银温度 在4.2K以下,电阻为零.
超导材料的种类及性能
1 常规超导体
元素、合金和化合物超导体的超导转变温度较低(Tc ＜30K)，其超导机理基本能用BCS理论解释，因而又 被称为常规超导体或传统超导体。
1）超导元素 在所有金属元素中，约有半数具有超 导电性．超导元素近50种。在常压下已有27种超导元 素，其中临界温度最高的是Nb（9.26K），其次是锝 (8.22K）。超导元素中，除v、Nb、锝是属于第Ⅱ类 超导体外，其余的均为第Ⅰ类超导体。在超导元素中， 常压下唯一可实用的是Nb，可加工成薄膜。
第虑二.进类入超混导合体状，态在后H,超c1以导下体，中超Ic也导按部第分一在类磁超力导线体和考电 流作用下，产生洛伦兹力,使磁通在超导体发生运动， 消耗能量。换言之，等于产生了电阻，临界电流为零。 由于超导体的杂质、缺陷等，其内部总存在着阻碍磁 通运动的力(叫钉扎力)，只有电流继续增加，洛伦兹 力增加至可以克服“钉扎力”时,磁力线才开始运动， 此时的电流即超导体的临界电流。
s As exp( Es / kT)
式中:As与Es均为材料的特性常数;k为波尔兹曼常数;T为绝对 温度. Es与可迁移的离子从一个空位跳到另一个空位的难易 程度有关,通常称为离子激活能,而As取决于可迁移的离子数.
材料性能学
Materials Properties
第二类离子电导是结合力比较弱的离子运 动造成的,这些离子主要是杂质离子,因而称 为杂质电导.
材料性能学
Materials Properties
第十章 材料的电学性能
导电性能 热电性能 半导体导电性的敏感效应