《材料科学与工程基础》教案.docVIP

四 川 大 学 教 案 【理、工科】 周 次 第 12 周， 第 12 次课 备 注 章 节 名 称 第四章 材料的性能； 第三节 材料的电学性能 Chapter 12 Fig12.1 图4-61 授 课 方 式 理论课（√）；实践课（ ）；实习（ ） 教 学 时 数 3 教学 目的 及 要求 了解不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关系电导率和电阻率的定义、电导机制、电导率的基本参数及影响因素材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电性超导电性的定义、超导体的2种特性3个性能指标介电常数的定义、介质极化的三种机制交变电场中的介电损耗的成因及影响因素、击穿强度 材料电性能与温度的关系 电力 弱电场 ——导电性质 机械、交通 强电场 ——击穿现象 电子、微电子 材料表面——静电现象 日常生活 信息时代 4-3-1 电导率和电阻率 电导率与电阻率等都是表征材料导电性能的参数。 1 电阻率： 体积电阻率(V 只与材料有关 表面电阻率(S 不反映材料的性质，决定于样品的表面状态。 单位：（Ω·m）或Ω·Cm 5分 5分 2 电导率 ⑴ 概念 电导率——表征材料导电性的大小。 单位：（Ω．Cm）-1 数值——欧姆定律电阻率的倒数。 ⑵根据电导率对材料的分类 ⑶ 不同材料的电导率举例 ①金属 自由电子 电导率高 导电性好 ②硅 半导体 ③离子固体 室温绝缘体 T高 电导率大 （无机非金属） ④高分子 杂质致有导电性 3 决定电导率的基本参数 载流子 —— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子迁移率： σ=J/E=nqv／E =nqμ 材料导电的微观本质； 物理意义：载流子在电场作用下的定向迁移速度。 如何理解材料的电导现象，必须明确几个问体： ?参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别的问题 ?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 ?载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问题 4 影响电导率的因素： ①影响离子电导率的因素 温度 离子电导随温度的升高按指数规律增加。 晶体结构 晶体熔点高——结合力大——活化能高——电导率低 离子电荷和离子半径对离子电导率的影响。(图) C． 晶格缺陷 固体电解质 概念 离子晶体成为固体电解质的两个条件： 电子载流子浓度小； 晶格缺陷浓度大并参与电导（关键因素）。 影响电子电导的因素 温度 温度变化不大时，电子电导率与温度关系符合指数式 杂质及缺陷的影响 电导率的计算例题。 5分 15分 15分 电导率是重点，计算和影响因素是难点 表4-19 表4-20 图4-62 图4-63 图4-64 图4-65 教材例题 4-9讲解 学时2 4-3-2材料的结构与导电性 4.3.2.1 材料的电子结构与导电性 固体理论基础： * 无外场作用时，绝缘体、半导体或导体都无电流； * 在外场作用下，不满带导电而满带不导电。 区别导体和绝缘体的原则 （1）导体的能带 碱金属：①每个原子都有一个S电子，不满带，钠（1S22S22P63S1） ②碱土金属：3S能带（满）与较高能带有交叠 交叠程度大——良导体，镁（1S22S22P63S2） 3S与3P重迭 交叠程度小——不良导体 ③贵金属； 有一个S价态电子，且d壳层填满；面心立方结构。铜（1S22S22P63S23P63d104S1） ④过渡金属：具有未满的d壳层，能夺取较高的S能带中的电子使能量降低，导电性能下降。铁（1S22S22P63S23P63d74S2）重迭 影响金属导电性的因素：电阻率 温度: thermal vibration 杂质: solid solution 塑性形变: dislocation （2）绝缘体的能带 惰性气体——各能级均满，晶体能带也为电子填满； 离子晶体——正负离子各外层轨道被电子充满，晶体中相应能带填满； 绝缘体能带结构特征：禁带宽度较大。 离子固体的电导性 离子性晶格缺陷的浓度 温度 晶体结构 聚合物的电导性 添加型 结构型 30分 图4-66 Figure 12.3 Figure 12.4 能带是重点和难点 图4-67 Figure 12.5 Figure 12.6 图4-68, 69, 70 Figure 12.7 Figure 12.8 Figure 12.6 Table 12.3 图4-71 表4-21 导电聚