第二章 材料的电学性能(二).ppt

2.9 绝缘体的电学性能 （1）电介质按其分子中正负电荷的分布状态可分： 中性电介质； 偶极电介质； 离子型电介质； 电介质极化的定义：在电场作用下，其内部的束缚电荷所发生的弹性位移现象和偶极子的取向（正端转向电场负极、负端转向电场正极）现象。 （2）介质极化的基本形式： 电子式极化； 离子式极化； 偶极子极化； 空间电荷极化； 电介质的击穿：当施加电介质上的电场强度或电压增大到一定程度时，电介质就由介电状态变为导电状态。 实际上电介质都不可能是理想的绝缘体，在外电场作用下，介质中都会有一个很小的电流。这个电流是由电介质中的带电质点（正负离子和离子空位、电子和空穴等载流子）在电场作用下做定向迁移形成的，又称为泄漏电流。 载流子种类：一类是电子和空穴，另一类是可移动的正负离子和离子空位。 介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，表明部分电能已转化为热能耗散掉，这种介质内的能量损耗。其损耗原因是电导作用和极化作用引起。 2.13.1 压电效应 定义：在某些晶体（绝缘介电材料）的一定方向上施加压力或拉力，则在晶体的一些对应的表面上分别出现正、负电荷，其电荷密度与施加的外力大小成正比。 力致形变产生电极化。 晶体的非中心对称性是产生压电效应的必要条件。 常见的压电晶体： α石英晶体、钛酸钡、铌酸锂等。 2.13.2 压电效应的应用 压电振荡器(石英振荡器） 超声发射器和接收器 信号处理器 压电发电机、压电马达 2.14.1 热释电性 定义：在某些绝缘体中，由于温度变化而引起电极化状态改变的现象称为热释电效应。这类材料被称为热电体。 热释电效应只发生在非中心对称,并具有极性的晶体中。晶体内部存在自发极化。 2.14.2 热释电性的应用 红外探测器、热成像。 铁电性 原因： 铁电性特征:具有居里点，其自发极化能因外电场而重新取向，铁电体只有在极化之后才能表面出热释电效应。铁电体都具有热释电性，但与非铁电体的热释电性的微观机理不同，热释电系数大很多。好的热电体都是铁电体。 一般材料因微观结构对称性太低，每个晶胞会出现非零的自发极化极强度Ps， 并且所有晶胞的自发电偶 极矩同向排列，使宏观极 化强度P=Ps。 铁电性的晶体分类： 1、以钛酸钡为代表的位移型铁电体（硬铁电体），它们在降温过程中，从顺电到铁电的转变，是由于晶体中正离子Ba2+和Ti4+的亚点阵和负离子O2-的亚点阵发生了相对位移。 2、以磷酸二氢钾为代表的有序-无序型铁电体（软铁电体），它们从顺电到铁电的转变是氢键的“无序-有序”的过程。 2.16 光电性 2.16 光电性 2.17 磁电性 2 . 半导体的霍尔效应 特点：1）效应更显著；2）N型、P型 3. 霍尔效应的应用 材料中存在电位差时会产生电流，存在温度差时会产生热流，故因电位差、温度差、电流、热流之间存在着交叉联系，构成热电效应。 2.12.1 第一热电效应-塞贝克效应 两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电位差及电流产生，称为塞贝克效应。 2.12 热电性 电位差与温度差成正比。 温差电位差形成机制： 热端的高能电子向冷端热扩散，在两端分别形成异号电荷积累区，形成内电场，当扩散和漂移平衡时，形成稳定的电位差。温差越高，电位差越大。不同的导体（或半导体）热电势率不同。 主要原因： 由于同一导体（或半导体）两端处在不同的温度区域，形成了温差电位差。 不同导体（或半导体）接触形成的接触电位差，是影响这一现象另一个原因。（在不同温度下接触电位不同） 5、塞贝克效应的应用 （1）温度的测量（金属） （2）温差发电（半导体） 塞贝克效应在半导体中比在金属中更为显著。 2.12.2 第二热电效应-玻尔帖效应 当有电流通过两个不同导体（或半导体）组成的回路时，除产生不可逆的焦尔热外，还要有两接头处分别出现吸收或放出热量Q的现象，Q称为玻尔帖热，此现象为玻尔帖效应，被认为是塞贝克效应的逆效应。被用于温差制冷。 原因：接触电位区的存在。电子在通过接触区被减速时，动能减少，与原子碰撞后获得能量，吸热。反之放热。 2.12.3 第三热电效应-汤姆逊效应 当电流通过具有一定温度梯度的导体时，会有一横向热流流入或流出导体，其方向视电流的方向和温度梯度的方向而定，此现象为汤姆逊效应。 原因：温差电位区的存在。电子在通过温差电位区被减速时，动能减少，与原子碰撞后获得能量，吸热。反之放热。 2.12.4 热电子效应 固体受热后，出现大量电子逸出固体进入真空，形成电子发射