《材料电学性能》PPT课件

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1、4-3材料的电学性能(electricalproperty)交变电场——介电性质弱电场——导电性质强电场——击穿现象材料表面——静电现象4-3-1电导率(electricalconductivity)和电阻率1、电阻率：体积电阻：Ｒv＝Vh／Ｓh：板状样品厚度，mＳ：板状样品的电极面积，m２体积电阻率V,单位为Ω·mV是描写材料电阻性能的参数，它只与材料有关表面电阻：Ｒs＝ＳＬ／bＬ：电极间的距离b：电极的长度表面电阻率S,单位为ΩS不反映材料的性质，它决定于样品表面状态2、电导率(el

2、ectricalconductivity)(1)电导是指真实电荷在电场作用下在介质中的迁移，它是衡量材料电导能力的表观物理量。单位：S.m-1,即：（Ω.m）-1R=L/S=L/σS⑵根据电导率对材料的分类表4-19材料的分类及其电导率材料电阻率/Ω.m电导率/S.m-1超导体导体半导体绝缘体010-8-10-510-5-107107-1020∞105-10810-7-10510-20-10-7各种材料在室温的电导率金属和合金σ(Ω-1.m-1)非金属σ(Ω-1.m-1)银铜，工业纯金铝,工业纯A

3、l-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TiC不锈钢，301型镍铬合金(80%Ni-20%Cr）6.3*1075.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*1071.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.17*1070.14*1070.093*107石墨SiC锗，纯硅，纯苯酚甲醛（电木）窗玻璃氧化铝（Al2O3）云母甲基丙烯酸甲酯氧化铍（BeO）聚乙烯聚苯乙烯金刚石石英玻璃聚四氟

4、乙烯105(平均)102.24.3*10-410-7-10-11<10-1010-10-10-1210-11-10-15〈10-1210-12-10-15〈10-14〈10-14〈10-14〈10-16〈10-16（３）决定电导率的基本参数parameters电导率与两个基本参数相关，即载流子密度和载流子迁移率载流子chargecarrier——电子、空穴、正离子、负离子载流子数chargecarrierdensity----n,个/m3载流子迁移率electronmobility(其物理意义为载流

5、子在单位电场中的迁移速度)即：μ=ν/E单位为m2/(v.s)电流密度（单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量）J＝nqvn：单位体积内的载流子数；q：每一载流子的荷电量；v：每一载流子在Ｅ方向发生漂移的平均速度（m/s）电导率σ=J/E=nqv／E=nqμ更一般的表达式为：qi是第i种载流子的荷电量，负电子、正空穴、正负离子都可以是诱导电流的载流子。该式反映电导率σ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μ的关系。4-3-2材料的结构与导电性St

6、ructuresandConductivity1、材料的电子结构与导电性能带理论重迭分离外层电子能级N个原子N个能级固体理论指出:（1）在无外场作用时,无论绝缘体、半导体或导体都无电流；（2）在外场作用下，不满带导电而满带不导电。由此可得出一个区别导体和绝缘体的原则，即固体中虽然有很多电子，但是如果一个固体中的电子恰好充填某一能带及其下面的一系列能带，并且在此之上相隔一个较宽禁带的其他能带都是空的，那么它就是绝缘体，相反，如果电子未能填满最高的能带，或者能带之间有重叠，结果就会形成导体。导体（半满带

7、）导体（满带与空带有重叠）绝缘体半导体（1）导体conductor碱金属锂、钠、钾钠（1S22S22P63S1）：它是属于不满带的情况，故为导体，其中每个原子都有一个s价电子，众多原子聚合成固体后，s能级将分裂成很宽的s能带，而且是半充满的。碱土金属铍、镁、钙镁（1S22S22P63S2）：虽然每个原子的３s能带是满的，但它不是绝缘体而是导体，因为它们的３s能带与较高的能带3P有交叠的现象，故能导电。但是重叠程度有差异，例如钙的上、下两个能带重叠的部分很小，因而是不良导体。贵金属铜、银、金铜（1S2

8、2S22P63S23P63d104S1）：它们都有一个s态价电子，因d层填满，原子恰如钢球，不易压缩，贵金属等的价电子数是奇数，本身的能带也没有填满，故为良导体。过渡金属铁、镍、钴铁（3S23P63d74S2）：具有未满的d层，过渡金属的d层能夺取较高的s带中的电子而使能量降低，即d层和s层往往会产生能级交叉现象，故有导电性。（2）绝缘体insulator绝缘体的能带结构具有下列特征：在满带与导带之间存在一个较大的禁带，约大于6.408×10-19J，禁带宽度依物质不