《导电功能材料》PPT课件

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1、第三章导电材料一、导电材料的分类导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类。电子导电材料包括导体、超导体和半导体。导体的电导率≥105S/m，超导体的电导率为无限大（在温度小于临界温度时），半导体的电导率为10-7~104S/m。当材料的电导率小于10-7S/m时，就认为该材料基本上不能导电，而称为绝缘体。导体、超导体、半导体和绝缘体的区别不仅是电导率的大小，它们的能带结构和导电机理也有很大的不同。第三章导电材料一、导体的能带结构导体的能带结构如图1所示，有三种结构：（a）有未充满的能带，能带间相互重叠，无禁带；（b）价电子充满下面的能带，上面紧接着另一个空能带

2、，无禁带；（c）有未充满的能带，该能带与上面的空带间有禁带。但是，不论何种结构，导体中均存在电子运动的通道即导带。（a）类的导带由未满带、重带和空带构成，（b）类的导带由空带组成，（c）类的导带由未满带构成。电子进入导带运动均不需要能带间跃迁。导体材料二、导体的导电机理经典理论是自由电子理论，认为电子在金属导体中运动时不受任何外力作用，相互之间也无作用，即金属导体中电子的势能是个常数。但实际上，电子势能是个周期函数，不是常数，因此，它不是自由电子，这就是能带理论。第三章导电材料三、导体材料的种类导体材料按照化学成分主要有以下三种：（1）金属材料。这是主要的导体材料，电导率在1

3、07~108S/m之间，常用的有银、铜和铝等。（2）合金材料。电导率在105~107S/m之间，如黄铜，镍铬合金等。（3）无机非金属材料。电导率在105~108S/m之间。如石墨在基晶方向为2.5×106S/m。第三章导电材料四、导体材料的应用导体材料在电力、电器、电子、信息、航空、航天、兵器、汽车、仪表仪器、核工业和船舶等行业中有着广泛的应用。金属导体材料主要用作：电缆材料、电机材料、导电引线材料、导体布线材料、辐射屏蔽材料、电池材料、开关材料、传感器材料、信息传输材料、释放静电材料和接点材料等，还可以作成各种金属填充材料和金属复合材料。第三章导电材料合金导体材料主要用作电

4、阻材料和热电偶材料，如铂-铑热电偶等。非金属导体材料主要用作耐腐蚀导体和导电填料。六、超导材料及应用超导体superconductivity某些物质在一定温度条件下电阻降为零的性质称为超导电性。低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。从电阻不为零的正常态转变为超导态的温度称为超导临界温度Tc。超导体的电阻率小于目前所能检测的最小电阻率10-26Ω·cm，可以认为电阻为零。特性一：完全导电性，超导体进入超导态时，其电阻率实际上等于零。例如：室温下将超导体放入磁场中，冷却到低温进入超导状态，去掉外加磁场后，线圈产生感生电流，由于没有电阻，此电流将永不衰减。即超导体的“持久电流”

5、，见图特性二：完全抗磁性，不论开始时有无外磁场，只有T＜Tc，超导体变为超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外，这种现象称为迈斯纳效应。见图特性三：即使在低于临界温度以下，若进入超导体内的电流强度以及周围磁场的强度超过某一临界值时，超导状态被破坏，而成为普通的常导状态，电流和磁场的这种临界值分别称为临界电流Ic和临界磁场Hc临界。临界温度（Tc）、临界磁场（Hc）、临界电流Ic是约束超导现象的三大临界条件。当温度超过临界温度时，超导态就消失；同时，当超过临界电流或者临界磁场时，超导态也会消失，三者具有明显的相关性。只有当上述三个条件均满足超导材料本

6、身的临界值时，才能发生超导现象。1、金属超导体目前发现具有超导电性的金属元素有30种，其中过渡族元素19种，如Ti、V、Zr、Nb、Mo、W等，非过渡族元素有11种如Pb、Sn、Al、Ga等。超导金属中，铅（Pb）的临界温度最高，达7.196K，（Rh）的临界温度最低，为0.000325K。超导合金很多，临界温度有所提高，如NbTi二元合金，其临界温度为8～10K；NbTiZr三元合金，其临界温度为10K。2、氧化物超导体氧化物超导材料1986年，Bednorz和Muller发现了具有较宽转变温度范围的超导体，属于LaBaCu系，进入超导态的开始温度为30K，因为该项工作而获

7、得了诺贝尔奖。1987年2月我国科学家赵忠贤等人获得临界温度在93K的YBaCu系超导体，化学计量式为YBa2Cu3O7，即所谓的123材料，通常材料都有氧空位，因此写成YBa2Cu3O7-x。从结构上看，具有以下特征：（1）钙钛矿式的层状结构；（2）同时存在Cu2+和Cu3+；（3）存在氧空位。有机超导体主要有掺碱金属的C60，其中K3C60的Tc为18K，Cs-Rb-C60的Tc为33K。高分子超导体主要是非碳高分子（SN）x。3、有机高分子超导体超导的应用，基本上可以分为强电强磁和弱电弱磁两大类。