6-材料物理性能讲义(电导2)
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在材料的许多应用中,电导性是非常重要的。
由于电导性能的差异,材料被应用在不同的领域。
半导体材料已作为电子元件广泛应用于电子领域,成为现代电子学的一个重要部分。
如电阻发热元件,在高温(>1500℃)下能维持其力学性能不变;各种半导体敏感材料,如压敏材料、热敏材料、光敏材料、快离子导电材料、气敏材料等是制作各类传感器的重要材料之一,由于它们与信息和微机等高新技术的发展密切相关,因而获得了迅猛发展和广泛的应用,成为功能材料的一个重要分支。
利用具有零阻电导现象的超导材料制作的新型电子器件也已获得应用。
此外还有性能几乎不受温度和电压影响的欧姆电阻。
这些材料的应用都是利用了材料的电导特性。
无机材料是良好的绝缘材料,是输配电及无线电工业中主要的材料之一,常用于低压和高压绝缘。
因此材料绝缘性能的好坏是非常重要的。
5.1电导的物理现象5.1.1 电导的宏观参量(1)电导率和电阻率电流密度J J=E/ρ=E σ (2.1)式中ρ=R(S/L),为材料的电阻率。
电阻率的倒数定义为电导率σ,即σ=1/ρ。
也可写为J=σE (2.2)这就是欧姆定律的微分形式,它适用于非均匀导体。
微分式说明导体中电流密度正比于该点的电场,比例系数为电导率σ。
(3)迁移率和电导率材料的导电现象,其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。
电流密度定义为单位时间内通过单位面积迁移的电荷量,即J=nqv 。
根据欧姆定律的最一般表达式J=E σ,得到电导率为σ=J/E =nqv/E (2.3)令μ=v/E ,并定义为载流子的迁移率。
其物理意义是载流子在单位电场中的迁移速度。
因此电导率是载流子浓度和迁移率的乘积σ=(nq )μ (2.4)如果载流子为离子,则需要考虑原子价态z ,则上式可以写成σ=(nzq )μ在一种材料中对电导率有贡献的载流子常常不只一种。
在这种情况下,第i 种粒子的电导率为 σi =n i z i q i μi于是总的电导率可由下式给出 (2.5)(2.5)式反映电导率的微观本质,即宏观电导率σ与微观载流子的浓度n ,每一种载流子的电荷量q 以及每种载流子的迁移率的关系。