无机材料_电导

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1、第五章无机材料的电导5.2电导的物理现象根据材料的电导率可把材料分为：超导体：^lO^Q^.m1导体：在108—半导体：在诃〜lQ^Q'^m1绝缘体：在IO'8—lO'20^1.^1欧姆定律的微分形式：e：V/cmJ=aE（A/cm2）测试方法:1管状试样的体积电阻2圆片试样的体积电阻和体积电阻率R、=P、xVX——I3、表面电阻和表面电阻率板状式样：R,=p*bdxln（“/G圆片试样：Rs=}PsX—=PsX—-4、直流四端电极法①适川★輪电导率的阀，能消除电极非欧姆接触对测量结果的影响。5在室温下测量电导率常采用四探针法（该公式在试样尺寸比探针间距近似无限

2、人的情况下成立。若测量薄膜等试样，其结果必须进行修正。）（7—（1）图5.7四探针法/]13/）+Z2/2+13电流是电荷的定向移动，有电流就必须冇电荷的运输过程。电荷的载体即为载流子。材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作用下的定向迁移！霍尔效应：•现象：置丁•磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个血Z间产生电动势差，这种现彖称霍尔效应。•原因：源于电子在磁场作用下产生横向移动。•意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的持征，利用其检验材料是否存在电子电导。电解效应:*离子电导的特征是具令电解效应。*

3、离了的迁移伴随着一定的质量变化，离了在电极附近发生电了得失，产生新物质，这就是电解现象。*法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比。g=CQ=Q/F,g为电解物质的量，Q为通过的电量，C为电化当量，F为法拉第常数。*利川电解效应可以检验*材料是否存在离子导电*可以判定载流子是正离子还是负离子“=上迁移率和电导率的一般表达式：（载流子在单位电场中的迁移速度）Eii该式反映了电导率的微观木质，即宏观电导率与微观载流子的浓度、每一种载流子的电荷量以及每一种载流子的迁移率的关系。5.3离子电导离子电导是带电荷的离子载流体在电场作用下的定向运动。晶体的离子电导主要有两类

4、：1.固方离子电导（木征电导）:源于晶体点阵的基本离子的运动，即离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。（高温下显著）2.杂质电导:rhH定较弱的离子运动造成的，主要是杂质离子。（较低温度下，杂质电导显著）一、载流子浓度1、木征电导：载流子一一弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。Nf=Ne^(-Ef/2kT)（1）、弗仑克尔缺陷弗仑克尔缺陷浓度：（即同时牛成一个填隙离子和一个空位）所需要的能量。Ef：形成一个弗仑克尔缺陷（2）、肖特基缺陷/、肖特基缺陷浓度：Ns=NexP（-Es/2kT）Es：离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面能量所需要的能量。•热缺陷的浓度取决于温度T

5、和离解能E。•在高温下，热缺陷浓度较为显著，本征电导才显著。•E与结构有关，一般肖特基缺陷较弗仑克尔缺陷形成能低很多，容易形成。在结构较为疏松，离子半径很小的的情况下，才能形成弗仑克尔缺陷。2、杂质电导•杂质离子的存在，增加了电流载体数，而目•使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小。•杂质载流子的浓度决定于杂质的数量和种类。•低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定。二、离子迁移率•离子电导的微观机构为载流子——离子的扩散。•间隙离子的扩散过程就构成了宏观的离子“迁移〃。三、离子电导率i＞离子电导的一般表达式as=Asexp（-Ws/kT）其中Ws称为电导

6、活化能，它包括缺陷形成能和迁移能。在温度不高时，可以认为As为常数，因而电导率【II指数项决定。a=A{exp(-W/kT)=exp(-B{IkT)本征离子电导杂质离子电导：a=exp（-BJkT）杂质电导率比本征电导「率大得多，因而离子晶体中，主要以杂质电导为主。cr=^A/exp(-i5//T)若物质存在多种载流子，其总电导率为:2、扩散与离子电导（1）、离子扩散机构•空位扩散：较为容易。•间隙扩散：较难进行。•:•亚晶格扩散：比较容易产生。（2）、能斯脱■爱因斯坦方程cr=Dxnq2/kT扩散系数与离了迁移率的关系D=y[qkT=BkTD—一扩散系数B—一

7、离子绝对迁移率四、离子电导率的影响因素1、温度呈指数关系，随温度升高，电导率迅速增大。低温下，杂质电导占主要地位（曲线1）;高温下，固有电导起主要作用。杂质离子电导与温度的关系注意：刚玉瓷在低温下，发生杂质离子电导，在高温下主要为电子电导，这种情况下也会出现转折点。2、晶体结构活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而晶粒结合力受如下因素影响：1离子半径：离子半径小，结合力人2离子电荷：电价高，结合力人3堆积程度：结合愈紧密，可供移动的离子数目就少，且移动也要因难些，可导致较低的电导率3、晶格缺陷离子晶体具有离子电导的必要条件：＞电子载流子的浓度小；＞缺陷浓度大，

8、并且参与导电。影响晶格缺