第二章无机材料的电学性能ppt课件.ppt

《第二章无机材料的电学性能ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、了解材料的导电规律性、微观机理及其影响因素，对于控制材料的导电性使其满足各种具体的实际需求，以及对于开发新的材料是非常必要的。2.1电导的物理现象2.2离子电导2.3电子电导2.4玻璃态电导2.5无机材料的电导2.6半导体陶瓷的物理效应2.7超导体第二章无机材料的电学性能2.1电导的物理现象导电现象材料的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导电现象的本质电荷在电场作用下的定向传输过程电子电导(电子、空穴)离子电导(阳离子、阴离子、空位)混合离子导体(离子-电子)载流子电学材料的种类绝缘体、半导体、金属导体、超导体、离子导体、介

2、电材料、压电材料、铁电材料及热电材料等，是无机材料中，种类最多、应用最为广泛的功能材料。电子电导和离子电导电子电导：载流子为电子的电导称为电子电导；离子电导：载流子为离子的电导称为离子电导。电子电导和离子电导导电类型材料类型电导率/S·cm-1离子导电离子晶体10-18~10-4固体电解质10-3~101强电解质10-3~101电子导电金属101~105半导体10-5~102绝缘体＜10-12典型材料的电导率电阻率和电导率一个长L，横截面S的均匀导电体，两端加电压V，根据欧姆定律电导率单位：S·cm-1I=SJV=LE电导的宏观参数电流密度J为单位面积通过的电

3、流量。对于形状规则的均匀材料，各处的电流密度J是相同的。欧姆定律的微分形式说明导体中某点的电流密度正比于该点的电场强度J：电流密度，A/cm2；E：电场强度，V/cm；：电导率，S/cm。欧姆定律微分形式图中的电流由两部分组成，体积电流和表面电流体积电阻(体积电导)：物质的性质参数；表面电阻(表面电导)与样品表面环境有关,因而只有体积电阻反映材料的导电能力。表面电阻和体积电阻体积电阻Rv与材料性质及样品几何尺寸有关：体积电阻和体积电阻率h为板状样品厚度，S为板状样品的电极面积，Rv为体积电阻，ρv为体积电阻率。ρv只与材料有关。对于管状试样，其体积电阻可由下式求

4、出：管状试样的体积电阻对于圆片试样，两环形电极a、g间为等电位，其表面电阻可以忽略。设主电极a的有效面积为S：圆片试样的体积电阻如果要得到更精确的测定结果，可以采用经验公式测量圆片试样的体积电阻：圆片试样的体积电阻在一材料试样表面放置两块长条电极，两电极间的表面电阻Rs由下式决定：l为电极间的距离，b为电极的长度，Rs为表面电阻，ρs为表面电阻率。ρs与Rs单位相同，均为欧姆。表面电阻和表面电阻率对于圆片试样，设环形电极的内外半径分别为r1，r2，则两环形电极间的表面电阻Rs：ρs不反映材料性质，决定于样品表面状态，可由实验得出。圆片试样的表面电阻使标准电阻RN与

5、待测电阻Rx大致同数量级，R1与R2也相近，只需调节R1与R2使检流计指示为零。适用于测量阻值1-10Ω的试样。单电桥法EN和RN为已知，Rx可由仪表刻度读出，Ex即可求得。通常Ex也可以从仪表刻度上直接读出。精密的低电势电位差计可测出10-8~10-7V的微小电势。电位差计法GENExE1RNRxR1用电位差计分别测出被测电阻的电压降Ux、标准电阻的电压降UN。由于Rx与RN串联，其电流均为I，I=UN/RN，I=Ux/Rx。电位差计法对于具有中、高导电率材料，为消除电极非欧姆接触对测量结果的影响，通常采用直流四端电极法测量试件的电导率。若内侧两电极间的电压为V

6、，电极间距离为l，试样截面积为S，则其电导率为：直流四端电极法直流四探针法是目前最常用的电阻率测量方法，测量范围为10-3~104Ωcm。在半无穷大的均匀试样上四根探针直线排列，若流经1、4探针间的电流为I，探针2、3间的测量电压为V，探针间的距离分别为l1、l2、l3：直流四探针法当电流I由探针1流入样品时，若将探针与接触处看成点电源，则等位面是以点电源为中心的一系列半球面。由微分欧姆定律，距离探针r处的电场强度E为：E为r处的电场强度，则电流I由探针1流入样品时，距离探针r处的电位为：同理，电流由探针4流出样品时，在r处的电位为：直流四探针法四根探针位于样品中

7、央，电流从探针1流入，从探针4流出。可将探针1、4看成点电源，根据电位叠加原理，探针2、3处的电位可分别写成：直流四探针法2、3探针的电位差为：可得出样品的电阻率为：当四根探针间距相等均为l时：直流四探针法当试样的厚度及任一探针与试样最近边界的距离至少大于4倍探针间距时，可以认为试样半无穷大，当此条件不满足时就需进行边界条件的修正：电导的微观描述物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。金属：导体中的载流子是自由电子；无机材料：载流子可以是电子(负电子、空穴)，称为电子电导，也可以是离子(正、负离子、空位)，称为离子电导。迁移率和电导率的一般表达式

8、-+S=1