143电解质和掺杂半导体.PDF

143 电解质和掺杂半导体 主题 我们知道，电解质是这样一种物质，当有电流通过这种物质时，这种物质会 离解。 “电解质是这样一种物质，它至少会部分地电离，从而导电和离解。” “象盐酸这样会导电和离解的溶液叫电解质。” “液体会导电，也不会导电，即会离解，也不会离解。会导电的液体叫电解 质。它们被电流所离解。” 缺点 当物质被用电解方式离解时（这个过程叫做电解），电流通过这种物质，物 质处于溶液或熔解状态。这种物质叫做电解质。在这种情况下，这一名称是合理 的（溶液的希腊文是λύσις，拉丁文是lysis ）。 如果这一名称指原电池的电极间的介质，这一名称就不合理了。这是因为， 在这种情况中，其目的不是离解物质。在电极之间的溶液的作用是作为一种“选 择性导体”：电解质对某种离子必定是导体，对电子必定是绝缘体。这个不好的 名称也许是学生很难理解原电池的工作原理的原因之一。 下面我们来简要说一下原电池的工作原理。 为了产生电势差，我们将利用两种反应物反应时产生的化学势差。我们把反 应方程写为 A + B → AB. 原电池中的这两种反应物是部分分离的，因此刚开始时没有发生反应。A 只 有被分解为A 离子和电子这两部分时，即发生以下反应时才能到达B ： + - A → A + e . + 这两种物质分两条不同的路径从A 到达B 。A 离子通过离子导体（电解质） 到达B ，电子通过外电路（通常是铜导线）到达B 。在外电路接有能量负载。 + 对于电解质，它是A 离子的导体，是电子的绝缘体。 太阳能电池的工作原理也是这样的。半导体的n 型掺杂部分是电子的导体， 是空穴的绝缘体；p 型掺杂部分是空穴的导体，是电子的绝缘体。在光的作用下 产生高浓度的自由电子和空穴。这样，它们有从高化学势向低化学势流动的趋势， 1 即有离开所产生的地方的趋势。电子只有通过n 型掺杂材料才能流动，空穴只有 通过p 型掺杂材料才能流动。这样，我们就可以利用材料的选择性导电率。由于 n 型和p 型掺杂材料的作用与原电池中的电解质的作用是相同的，因此，电解质 这一名称是可以省的。 历史 由于电化学这门学科有着自己独特的原理，因而就产生了自己独特的术语。 这些术语对于这方面的专家来说是很有用的，但对于初学者来说却是一个不必要 的学习障碍。 建议 把两个电极之间的物质作为离子的导体和电子的绝缘体来介绍。这正象外电 路中的铜导线是电子的导体和离子的绝缘体一样。相应地，我们可以把n 型掺杂 半导体作为电子的导体和空穴的绝缘体来介绍，类似地，把p 型掺杂半导体作为 空穴的导体和电子的绝缘体来介绍。这样，电解这一术语就不用提及了，电解质 这个词也没用了。 F. Herrmann （陈敏华，2016 年3 月31 日译于浙江省绍兴市柯桥区碧水金柯） 2