材料性能学 10.电学性能

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。

第二章材料电学性能内容概要：本章介绍金属的导电机理，以及影响金属导电的因素，导电率的测量方法及其它材料的电学性质。

具体内容和学时安排如下：第一节导电性能及本质要求学生掌握导电的三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。

这三大理论的成功或不足点。

理解自由电子、能级和能带、周期性势场、能带密度、K空间的概念。

第二节金属导电性能影响因素理解温度、相变、应力和热处理（淬火和退火）对材料导电性能的影响。

第三节合金的导电性能理解固溶体和化合物的导电性第四节电阻率的测量电阻率的测量方法有单电桥法；双电桥法；电子四探针法。

重点要求掌握单电桥法。

第五节电阻分析应用根据电阻率与温度的线性关系，可来研究材料的相变，材料的组织结构变化。

第六节超导电性掌握超导的两大性能：完全导电性和完全抗磁性。

掌握超导态转变为正常态的三个条件：临界温度；临界电流；临界磁场。

超导的本质－BCS理论。

第七节材料的热电性能了解三大热电现象：第一热导效应、第二热电效应、第三热电效应。

第八节半导体导电性的敏感效应了解半导体能带结构特点；半导体导电有本征导电和杂质导电;实现导电的条件。

第九节介电极化与介电性能掌握电介质极化机理和介电常数的本质第十节电介质的介电损耗了解电介质的能量损耗。

（共12个学时）第一节导电性能及本质材料的电学性能是指材料的导电性能，与材料的结构、组织、成分等因素有关。

一、电阻与导电的概念Ｒ＝Ｕ/I R 不仅与材料的性质有关，还与材料的几何形状有关 。

SL R ρ= L 与材料的长度，ｓ与材料的横截面积，ρ为电阻率，单位为 m Ω∙ρσ1=值越小，a 值越大。

ρ 值愈小，σ值愈大。

纯金属：e 为10-8～10-7合金： 10-7～10-5半导体：10-3～109 绝缘体：﹥109 导电性能最好的金属是银、铜、金，其电阻率分别为1.5×10-8Ω⋅m 、1.73×10-8Ω⋅m 、等二、导电机理及能带理论关于材料的导电机理有三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。

第二章材料电学性能内容概要：本章介绍金属的导电机理，以及影响金属导电的因素，导电率的测量方法及其它材料的电学性质。

具体内容和学时安排如下：第一节导电性能及本质要求学生掌握导电的三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。

这三大理论的成功或不足点。

理解自由电子、能级和能带、周期性势场、能带密度、K空间的概念。

第二节金属导电性能影响因素理解温度、相变、应力和热处理（淬火和退火）对材料导电性能的影响。

第三节合金的导电性能理解固溶体和化合物的导电性第四节电阻率的测量电阻率的测量方法有单电桥法；双电桥法；电子四探针法。

重点要求掌握单电桥法。

第五节电阻分析应用根据电阻率与温度的线性关系，可来研究材料的相变，材料的组织结构变化。

第六节超导电性掌握超导的两大性能：完全导电性和完全抗磁性。

掌握超导态转变为正常态的三个条件：临界温度；临界电流；临界磁场。

超导的本质－BCS理论。

第七节材料的热电性能了解三大热电现象：第一热导效应、第二热电效应、第三热电效应。

第八节半导体导电性的敏感效应了解半导体能带结构特点；半导体导电有本征导电和杂质导电;实现导电的条件。

第九节介电极化与介电性能掌握电介质极化机理和介电常数的本质第十节电介质的介电损耗了解电介质的能量损耗。

（共12个学时）第一节 导电性能及本质材料的电学性能是指材料的导电性能，与材料的结构、组织、成分等因素有关。

一、电阻与导电的概念Ｒ＝Ｕ/I R 不仅与材料的性质有关，还与材料的几何形状有关 。

SL R ρ=L 与材料的长度，ｓ与材料的横截面积，ρ为电阻率，单位为 m Ω∙ρσ1=值越小，a 值越大。

ρ 值愈小，σ值愈大。

纯金属：e 为10-8～10-7合金： 10-7～10-5半导体：10-3～109绝缘体：﹥109导电性能最好的金属是银、铜、金，其电阻率分别为1.5×10-8Ω⋅m 、1.73×10-8Ω⋅m 、等 二、导电机理及能带理论关于材料的导电机理有三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。

材料性能学材料性能学第⼀章材料单向静拉伸的⼒学性能1.屈服是材料由弹性变形向弹-塑性变形过度的明显标志。

2.低碳钢单向静拉伸曲线特征及形变过程在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形以及不均匀集中塑性变形4个阶段3.真应⼒/应变与⼯程应⼒/应变的换算4.弹性变形的本质：构成材料的原⼦（离⼦）或分⼦⾃平衡位置产⽣可逆位移的反映。

5.弹性模量的影响因素答：键合⽅式和原⼦结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间6.滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。

7.包申格效应：⾦属材料经预先加载产⽣少量塑性变形，⽽后同向加载，规定残余伸长应⼒增加，反向加载，规定残余拉伸应⼒降低的现象。

（包申格效应可以通过热处理来消除。

）8.弹性滞后环：在⾮理想弹性的情况下，由于应⼒和应变不同步，使加载线与卸载线不重合⽽形成⼀封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。

9.内耗：在⾮理想弹性的情况下，由于应⼒和应变不同步，使加载线与卸载线不重合⽽形成⼀封闭回线，这个封闭回线称为弹性滞后环。

存在弹性滞后环的现象说明加载时材料吸收的变形功⼤于卸载时材料释放的变形功，有⼀部分加载变形功被材料吸收。

这部分在变形过程中被材料吸收的功称为材料的内耗。

10.⽆机⾮⾦属材料的塑性特点论述⼤多数⽆机⾮⾦属材料在常温下不能产⽣塑性形变的原因【答案】⽆机⾮⾦属材料滑移系统少，不易产⽣塑性形变，主要原因有：（1）离⼦键或共价键，具有明显的⽅向性。

（2）同号离⼦相遇，斥⼒极⼤，只有个别滑移系统能满⾜位错运动的⼏何条件和静电作⽤条件。

（3）晶体结构愈复杂，满⾜这种条件就愈困难。

陶瓷材料⼀般呈多晶状态，⽽且还存在⽓孔、微裂纹、玻璃相等。

其晶粒在空间随机分布，不同⽅向的晶粒，其滑移⾯上的剪应⼒差别很⼤。

即使个别晶粒已达到临界剪应⼒⽽发⽣滑移，也会受到周围晶粒的制约，使滑移受到阻碍⽽终⽌，所以多晶材料更不容易产⽣滑移。

材料的电学性能材料的电学性能是指材料在电场作用下的响应特性，包括导电性、介电性、磁电性等。

这些性能对于材料在电子器件、电力设备、通信技术等领域的应用具有重要意义。

本文将就材料的电学性能进行详细介绍，以便更好地理解和应用这些性能。

首先，导电性是材料的一种重要电学性能。

导电性好的材料能够快速传导电流，常见的导电材料包括金属、导电聚合物等。

金属具有良好的导电性，是电子器件中常用的材料。

而导电聚合物则是一种新型的导电材料，具有轻质、柔韧等特点，适用于柔性电子器件的制备。

导电性的大小取决于材料内部自由电子的数量和迁移率，因此在材料设计和制备过程中需要考虑材料的电子结构和晶格结构。

其次，介电性是材料的另一重要电学性能。

介电性好的材料能够在电场作用下产生极化现象，常用于电容器、绝缘材料等领域。

常见的介电材料包括氧化物、聚合物、玻璃等。

这些材料具有不同的介电常数和介质损耗，适用于不同的电子器件和电力设备。

在实际应用中，需要根据具体的工作条件选择合适的介电材料，以确保设备的稳定性和可靠性。

最后，磁电性是材料的另一重要电学性能。

磁电材料能够在外加电场下产生磁化现象，常用于传感器、存储器件等领域。

常见的磁电材料包括铁电体、铁磁体等。

这些材料具有不同的铁电极化和磁化强度，适用于不同的磁电器件和磁存储器件。

磁电性的大小取决于材料内部的磁矩和电偶极矩，因此在材料设计和制备过程中需要考虑材料的晶体结构和磁电耦合效应。

综上所述，材料的电学性能是材料科学和电子技术领域的重要研究内容。

通过对导电性、介电性、磁电性等性能的深入理解，可以更好地设计和制备新型的电子器件和电力设备，推动电子技术的发展和应用。

希望本文能够为相关领域的研究人员和工程师提供一定的参考和帮助，促进材料的电学性能在实际应用中的进一步发展和创新。