武汉理工-材料物理学课件7

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1、5.1概述5.2材料的导电性能5.4半导体物理5.3金属电导5.5超导物理2个学时4个学时4个学时第5章导电物理2个学时10个学时5.3金属电导II5.3.3压力对材料电阻的影响5.3.4固溶体的导电性5.3.5金属间化合物压力对材料的性能表现出强烈的影响。由于压力改变着系统的热力学平衡条件，因而也就能够使金属出现新的变体。一般认为在几百千巴(1巴=1.02大气压=105帕斯卡(Pa))压力下不发生某种相变的物质几乎是没有的。5.3.3压力对材料电阻的影响在压力的作用下，由于传导电子和声子之间相互作用的变化，电子结构以及电子间相互作用发生改变，金属的费米面和能带结构发生变化；在压力的作用下

2、，金属的声子谱照样也要变化.这些因素都导致了出现具有新性能的元素变体，而这些性能是常压下所没有的。5.3.3压力对材料电阻的影响压力对过渡族金属的影响最显著，这些金属的特点是存在着具有能量差别不大的未填满电子的壳层。因此在压力作用下，过渡族金属电子结构的变化可能容易导致填充程度的其他序列，有可能位外壳层电子转移到未填满的内壳层。这就要表现出性能的变化，即存在类似于温度影响下很容易发生的多晶形现象。在不同温度下，几乎对所有纯元素都研究过压力对电阻的影响，并确定了电阻的压力系数(定义为)。实验表明，随着温度的变化电阻压力系数几乎不变，这也说明了电阻温度系数与压力无关。根据压力对电阻的影响可以把

3、元素分为正常元素和反常元素。属于前者的有Fe，Co，Ni，Rh，Pd，Ir，Pt，Cu，Ag，Au，Zr，Hf，Th，Nb，Ta，M，W，U等。对于它们可以观察到随压力增高电阻单调降低；属于后者的有碱金属、碱土金属、稀土金属和第v族的半金属，它们有正的电阻压力系数．且随压力升高系数变号，即在曲线上存在极大值，这一现象和压力作用下的相变有关。图5.3-7压力对金属电阻的影响(a)和(b)正常元素；(c)反常元素有趣的是，高的压力往往导致物质的金属化，引起导电类型的变化，而且有助于从绝缘体→半导体→金属→超导体的某种转变。表5—1某些半导体和电介质转变为金属态所要的临界压力众所周知，许多金属在

4、高压下都能观察到多晶形现象。比较一下温度和压力的影响可以看到，压力对于相变来说是更为有利的。实验表明，当温度变化时大约30种金属有多晶形转变；然而，在压力影响下却有40种金属发现了多晶形现象。对于Bi，Sb，Cd，Li，Cs，Rb，He，Ba，Ga，Zn等等，压力将导致出现新的多晶形变体，而它们在常压下则是单晶形的。必须指出，压力照例使较为致密的金属相趋于稳定。例如铁在压力作用下的转变被遏制，而转变被加速。压力作用下的多晶形转变导致出现各种结构变体的电学性能。5.3.4.1电阻与组元浓度的关系与纯组元相比，金属固溶体的形成总是伴随着电阻的增大和电阻温度系数的减小，即使是在低导电性溶剂中加人

5、高导电性溶质也是如此，但电阻随成分平稳地连续变化而不发生突变。在连续固溶体的情况下，当组元A添加于组元B时电阻逐渐增大，通过一个慢坡的极大值后减小到B组元的电阻值。5.3.4固溶体的导电性图5—8Ag-Cu合金电阻率与成分的关系考虑到纯组元原子半径差所引起的晶体点阵畸变增加着电子的散射，固溶体电阻总是大于纯金属电阻这一事实是理所当然的，且原子半径差越大，固溶体电阻也越大。但是，点畸阵变不是固溶体电阻增大的唯一原因。第三，合金化常常影响弹性常数，因而点阵振动的声子谱也要改变，这些因素都要反映到电阻上来。合金化对电阻的影响：首先，杂质是对除声子扰动外所有其他方面部完善的理想晶体局部的破坏；其次

6、，合金化对能带结构起作用，移动费米面并且改变电子能态的密度和导电电子的有效数，其影响往往是金属电阻的参数；简单金属固溶体电阻的极大值通常位于二元系的50(at)％浓度处，但铁磁金属和强顺磁金属固溶体的最大电阻可能不在50(at)％浓度处。贵金属(Cu，Ag，Au)与过渡族金属组成固溶体时电阻非常的高。这是因为价电子转移到过渡族金属内较深而末填满的d-或f-壳层中，造成导电电子数目减少的缘故。电子的这种转移应看成固溶体组元化学作用的加强，固溶体电阻随成分急剧增大可以作为—个证明。图5—9Cu—Pd、Ag—Pd和Au—Pd合金电组率与成分的关系1914年H．c．库尔纳科夫等人研究在高温形成连续

7、固溶体的Cu—Au合金时注意到成分相当于Cu3Au和CuAu的合金经高温淬火及退火处理电阻变化很大．退火后的电阻只有原来淬火态的1／2或1／3。当时无法确定合金中这种转变的性质.5.3.4.2有序固溶体(超结构)固5.3-10Cu-Ag合金的电阻a淬火态；b退火态X射线结构分析指出，对于退火的Cu3Au和CuAu合金，除了代表具有面心立方点阵无序固溶体的X射线谱外，还出现另外一些线谱，称为超结构线诺。假设成分为Cu3Au