无机材料的电导课件.ppt

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1、5.无机材料的电导5.1概述5.2电导的物理现象5.3离子电导5.4电子电导5.5玻璃态电导5.6无机材料的电导5.7半导体陶瓷的物理效应5.8超导体19/17/20211无机材料的电导本章的关键：理解并掌握如下公式的含义理解材料的电导现象，必须明确几个问题：1、参与迁移的是那种载流子——有关载流子类别的问题。2、载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产生过程的问题。3、载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问题。9/17/20212无机材料的电导5.1概述材料电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部的带电粒子（载流子）发生相应的定向运动或者空间分布状

2、态发生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷计划的现象电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电性、热释电性、接触电性、压电性和光电性等。材料导电性：是指在电场作用下，材料中的带电粒子发生定向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特性。9/17/20213无机材料的电导材料电学性能的应用9/17/20214无机材料的电导5.2电导的物理现象一、电导的宏观参数欧姆定律示意图1、电导率和电阻率电导率：E：V/cm电阻率：欧姆定律的微分形式：9/17/20215无机材料的电导电导率和电阻率的意义意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从而可以用来评价比

3、较材料自身的导电性。根据材料的电导率可把材料分为：超导体：≥1015Ω-1.m-1导体：在108～104Ω-1.m-1半导体：在106～10-6Ω-1.m-1绝缘体：在10-8～10-20Ω-1.m-1注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不同资料中给出的界线也不完全一致。9/17/20216无机材料的电导2、体积电阻和体积电阻率电流:电阻:9/17/20217无机材料的电导体积电阻Rv与材料性质及样品几何尺寸的关系:h－板状样品的厚度(cm)；S－板状样品的电极面积(cm2)；ρv－体积电阻率，为描写材料电阻性能的参数。9/17/20218无机材料的电导管状试

4、样的体积电阻9/17/20219无机材料的电导圆片试样的体积电阻和体积电阻率圆片式样体积电阻率的测量g精确测定结果:9/17/202110无机材料的电导板状式样：3、表面电阻和表面电阻率9/17/202111无机材料的电导圆片试样：VIabgr1r29/17/202112无机材料的电导4、直流四端电极法适用于中高电导率的材料，能消除电极非欧姆接触对测量结果的影响。9/17/202113无机材料的电导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大的情况下成立。若测量薄膜等试样，其结果必须进行修正。9/17/202114无机材料的电导二、电导的物理特性电

5、流是电荷的定向移动，有电流就必须有电荷的运输过程。电荷的载体即为载流子。1、载流子任何一种物质，只要存在带电荷的自由粒子——载流子，就可以在电场下产生导电电流。金属中：自由电子无机材料中：电子（负电子/空穴）——电子电导离子（正、负离子/空位）——离子电导材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作用下的定向迁移！9/17/202115无机材料的电导（1）、霍尔效应（1879年G.Hall发现）现象：置于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面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。原因：源于电子在磁场作用下产生横向移

6、动。意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的特征，利用其检验材料是否存在电子电导。IVHZXYJXZ霍尔系数电导率霍尔迁移率9/17/202116无机材料的电导（2）、电解效应离子电导的特征是具有电解效应。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，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。利用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9/17/202117无机材料的电导2、迁移率和电导率的一般表达式该式反映了电导率的微观

7、本质，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。（载流子在单位电场中的迁移速度）9/17/202118无机材料的电导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：１．固有离子电导（本征电导）：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：由固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）9/17/202119无机材料的电导1、本征电导：载流子——弗仑克尔缺陷和肖特基缺