【学习课件】第1章材料的电子理论

电子陶瓷材料1 绪论.
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西1、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

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第一节、导体、 第一节、导体、半导体和绝缘体材料 1 电阻率， Ω·cm分类 电阻率， 分类 • 导体： 10-5 ~ 10-4 导体： • 半导体： 10-4 ~ 1010 半导体： • 绝缘体： 1010 ~ 1014 绝缘体：
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导体和半导体的导电作用是通过带电 粒子的运动（形成电流） 粒子的运动（形成电流）来实现的 电流的载体称为载流子（ 电流的载体称为载流子（charge carriers） 载流子 ） 导体的载流子： 导体的载流子：自由电子 半导体的载流子： 半导体的载流子：电子和空穴
△V= T2—T1
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S AB
∆V = lim ∆T → 0 ∆ T
塞贝克系数：其符号， 流向B 塞贝克系数：其符号，如果冷端电流由A流向 ，则 流向
材料A对 来说是正的 来说是正的， 材料A和 都有关 都有关， 材料 对B来说是正的，SAB与材料 和B都有关，也 与温度有关。 与温度有关。常用绝对热电动势表示为
低浓度固溶体的电阻率由两部分组成， 低浓度固溶体的电阻率由两部分组成，一部分是溶剂金属的电 阻率，它与温度有关；另一部分是同溶质含量有关的电阻率， 阻率，它与温度有关；另一部分是同溶质含量有关的电阻率， 它与温度无关，而与溶质的浓度成正比。可用马西森定则描述： 它与温度无关，而与溶质的浓度成正比。可用马西森定则描述：
e：电子电荷 ε0：真空介电常数
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采用量子理论分析氢原子的结构 氢原子的能级表示为： 氢原子的能级表示为：
1 me En = − 2 2 2 n 8ε 0 h
h: 为普朗克常数，6.625×10-34 Js （焦耳 秒） 为普朗克常数，6.625× 焦耳·秒 m: 电子的静止质量，9.108×10-31 kg （千克） 电子的静止质量，9.108× 千克） e：电子电荷，1.602×10-19 C （库仑） 电子电荷，1.602× 库仑） ε0：真空介电常数，8.854×10-12 Fm-1 （法·米-1） 真空介电常数，8.854× 米

三、核外电子组态 在多电子的原子中核外电子的排布遵循如下三个原则： （1）能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。电子总是先占据能量最低的壳层，填满后在依次进入能量较高的壳层。 即按照如下顺序：K→L→M→……。在同一壳层中按照 s、p、d、f 的顺序排列。 （2）Pauli不相容原理（Pauli Exclusion Principle）：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即不可能有四个量子数都相同的两个原子。 （3）Hund 规则：在同一亚层中的各个能级中电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同（有例外）。
按照波动力学观点，电子和一切微观粒子都具有二象性，即既具有粒子性，又具有波动性。也就是说对于以一定速度 u（动量为 p）运动的粒子，可与一个波长为 λ 的物质波建立联系，联系二象性的基本方程是： (1-103) 其中，u 是粒子运动的速度，p 是粒子的动量，h 是普朗克常量。
由(1-103)式可以看出，如果通过改变外场而改变电子的动量，电子波的波长也就随之而变该式可以认为是一切有关原子结构和晶体性质的理论的基础。 图1-102 玻尔模型和波动力学模型比较 由于电子具有波动性，谈论电子在某一瞬时的准确位置就没有意义。我们只能问电子出现在某一位置的几率(即可能性），因为电子有可能出现在各个位置，只是出现在不同位置的几率不同。
第一章 原子结构与键合 (Atomic structure and interatomic bonding) 本章要讨论的主要问题是： 为什么原子能结合成固体？ 材料中存在哪几种键合方式？ 决定键合方式的主要因素有哪些？ 材料的哪些性能和其键合方式有密切的关系？
第一节 原子结构 一、经典模型和玻尔（Bohr）理论 经典的原子模型认为，对原子序数为 Z 的原子，是由带正电荷 +Ze 的原子核和 Z 个绕核旋转的电子组成。为了解释原子的稳定性和原子光谱(尖锐的线状光谱），玻尔对此经典模型作了两点重要的修正。

电子进入分子轨道后，假设体系能量降低，即能成键，反之， 那么不能成键。
分子轨道波函数
在组合构成的分子轨道中，比组合前原子轨道能量低的 称为成键分子轨道，用ψ1表示；能量高于组合前原子轨道的 称为反键分子轨道，用ψ2 表示。
成键分子轨道 (bonding)
反键分子轨道(antibonding)
以A+B→AB为例：
在金刚石中，C原子以sp³杂化轨道和相邻C原子一同构成按四面体 向排布的4个C—C单键，共同将C原子结合成无限的三维骨架，可以 说一粒金刚石晶体就是一个大分子。
1.2.2 共价键的极性
共价键极性构成缘由： 分子轨道是由原子前线轨道线性组合而成。假设A原子的电负
性比B原子大，那么其前线轨道能级比B原子前线轨道能级低。在 构成共价键过程中，能量低的成键轨道〔Bonding Orbital〕的能 级与先前的A原子前线轨道能级更接近，故此成键轨道主要由A原 子的前线轨道构成；而能量较高的反键轨道〔Anti-Bonding Orbital〕能级那么与原来的B原子前线轨道能级更接近，那么其 主要由B原子的前线轨道构成。由于电子优先分布于成键轨道，所 以，电负性较大的A原子那么占据了更多的电子，共价键的极性就 这样产生了。 实际推导：利用分子轨道波函数 和 可近似计算AB原子的电 离能，从而推断极性的存在。推导过A 程见b p9-10。
晶体几何构造有关的常数。
波恩-兰德公式的实践运用：当某一离子晶体的构造和离子
间距等参数经过构造分析确定后，可利用该公式计算结合能。
§ 1.2 共价键与分子轨道实际
§ 1.21 共价键的根本性质 共价键本质 两原子相互接近时，由于原 子轨道重叠，两原子共用自 旋相反的电子对，使体系能 量降低，而构成化学键。