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1、第十章材料的电学性能在材料的许多应用中，电导性能是十分重要的。导电材料、电阻材料、电热材料、半导体材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料的电导性能为基础的。本章在介绍电导率、迁移率、离子的电导、电子的电导本质及其特性的基础上,介绍材料的电导特性、半导体陶瓷的物理效应及超导材料。第一节电导的物理现象4.1.1电导率与电阻率(electricalconductivityandresistivity)在材料两端加电压V时，材料中有电流经I通过，这种现象称为导电，电流I值可用欧姆定律表示，即R(4-1)式屮：R是材料的电阻，其值不仅与材料的性质有关，还与材料的长度L及截面R=p—积S有关，S,p为材料的
2、电阻率，p的量纲为Qm；【二SJ,J为电流密度，J的量纲为Am-2；V=LE,E为电场强度，E的量纲为Vm-k式(4・1)中可写成J=-EP(4-2)由于电阻率p只与材料的本性有关，而与儿何尺寸无关，因此评定材料的导电性常用电阻率p而不用电阻Ro导体的电阻率p<10-2dm,绝缘体的电阻率p>1010dm,半导体的电阻率p=10・2〜1010dm。定义：电阻率的倒数为电导率，用o表示，即1O-—(4-3)(4-4)P式(4-2)可写成J=aE式第十章材料的电学性能在材料的许多应用中，电导性能是十分重要的。导电材料、电阻材料、电热材料、半导体材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料的电导性能为基础的
3、。本章在介绍电导率、迁移率、离子的电导、电子的电导本质及其特性的基础上,介绍材料的电导特性、半导体陶瓷的物理效应及超导材料。第一节电导的物理现象4.1.1电导率与电阻率(electricalconductivityandresistivity)在材料两端加电压V时，材料中有电流经I通过，这种现象称为导电，电流I值可用欧姆定律表示，即R(4-1)式屮：R是材料的电阻，其值不仅与材料的性质有关，还与材料的长度L及截面R=p—积S有关，S,p为材料的电阻率，p的量纲为Qm；【二SJ,J为电流密度，J的量纲为Am-2；V=LE,E为电场强度，E的量纲为Vm-k式(4・1)中可写成J=-EP(4-2)由
4、于电阻率p只与材料的本性有关，而与儿何尺寸无关，因此评定材料的导电性常用电阻率p而不用电阻Ro导体的电阻率p<10-2dm,绝缘体的电阻率p>1010dm,半导体的电阻率p=10・2〜1010dm。定义：电阻率的倒数为电导率，用o表示，即1O-—(4-3)(4-4)P式(4-2)可写成J=aE式（4-4）是欧姆定律的微分形式，它适用于非均匀导体。微分式说明导体中某点的电流密度正比于该点的电场，比例系数为电导率e。的量纲为Sm-1（西门子每米）。电导率o的大小反映物质输送电流的能力。4.1.2电导的物理特性（1）载流子电流是电荷的定向运动。电荷的载体称为载流子。任何一种物质，只要存在载流子，就可
5、以在电场作用下产生导电电流。金属导体中的载流子是自由电子，无机材料中的载流子可以是电子（负电子/、电子空穴/?•）、离子（止离子、负离子、空位）。载流子为离子的电导称为离子电导，载流子为电子的电导称为电子电导。电子电导和离子电导具有不同的物理效应，由此可以确定材料的电导性质。a）霍尔效应…电子电导的特征电子电导的特征是具有霍尔效应（Halleffect）o沿试样x轴方向通入电流I（电流密度Jx）,z轴方向上加一磁场Hz,那么在y轴方向上将产生一电场Ey（图4-1）,这一现象称为霍尔效应。所产生的电场为R/H式中：RH为霍尔系数（Hallcoefficient）,与霍尔迁移pH之间的关系为“丹=
6、Rnao图4-1霍尔效应不意图霍尔效应产生的原因是由于电子在磁场作用下产生横向移动的结果。因电子质量小、运动容易，而离子的质量比电子大得多，磁场作用力不足以使它产生横向位移，因而纯离子的电导不呈现霍尔效应。可利用霍尔效应的存在与否來检验材料是否存在电子电导。b）电解效应…离子电导的特征离子电导的特征是存在电解效应。离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失而形成新的物质，这就是电解现象。利用此效应除了可检验材料中是否存在离子电导外，还可判定载流子是正离子还是负离子。S=7cm图4・2导电现象（2）迁移率和电导率的一般表达式物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移
7、。如图4・2,设横截面为单位面积，在单位体积内载流子数为n,每一载流子的荷电量为q,则单位体积内参加导屯的自由屯荷为nq。如果介质处在外电场屮，则作用于每一个载流子的力等于qE。在这个力作用下，每一载流子在E方向发生漂移，其平均速度为V。则单位时间通过单位截面的电荷量为J=呵（4-6）nqv~E~由欧姆定律的微分形式，得(4-7)v定义:E为载流子的迁移率（mobility）。其物理意义为载流子在
