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第五章 材料的电导 第一节 电导的物理现象 一.电导的宏观参数 ——板状样品厚度（cm）， ——板状样品电极面积（cm2） ——体积电阻率（Ω?cm），它是描写材料电阻 性能 的参数，只与材料有关。 ?对于管状试样： l为电极间的距离，b为电极的长度，ρs为样品的表面电阻率。（图5.4） 圆片试样，环形电极的内 外径分别为r1，r2 4.直流四端电极法 如图5.6 二.电导的物理特性 1.载流子（电荷的自由粒子） 无机材料中的载流子可以是电子（负电子，空穴），离子（正、负离子，空位）。载流子为离子的电导为离子电导，载流子为电子的电导为电子电导。 1）霍尔效应 电子电导的特性是具有霍尔效应。 沿试样x轴方向通入电流I（电流密度Jx），Z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向上将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。所产生电场为： 根据电导率公式 ，则 2）电解效应（离子电导特征） 离子电导的特征是存在电解效应。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，产生新的物质，这就是电解现象。 可以检验陶瓷材料是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子还是负离子。 法拉第电解定律： ——电解物质的量 ——通过的电量 ——电化当量 ——法拉第常数 第二节 离子电导 ? 离子晶体中的电导主要为离子电导。晶体的离子电导主要有两类： 第一类，固有离子电导（本征电导），源于晶体点阵的基本离子的运动。离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。（高温下显著） 第二类，杂质电导，由固定较弱的离子运动造成的。（较低温度下杂质电导显著）? －－－－－填隙杂质或置换杂质（溶质） 弗仑克尔缺陷的填隙离子和空位的浓度相等。都可表示为： 热缺陷的浓度决定于温度T和离解能 。常温下 ： 比起 来很小，因而只有在高温下，热缺陷浓度才显著大起来，即固有电导在高温下显著。 杂质离子载流子的浓度决定于杂质的数量和种类。因为杂质离子的存在，不仅增加了电流载体数，而且使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小。和固有电导不同，低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定。 下面讨论间隙离子在晶格间隙的扩散现象。间隙离子处于间隙位置时，受周围离子的作用，处于一定的平衡位置（半稳定位置）。它从一个间隙位置跃入相邻原子的间隙位置，需克服一个高度为 的“势垒”。完成一次跃迁，又处于新的平衡位置上。 无外加电场时，间隙离子在晶体中各方向的迁移次数都相同，宏观上无电荷定向运动，故介质中无电导现象。加上电场后，由于电场力作用，晶体中间隙离子势垒不再对称。对于正离子顺电场方向“迁移”容易，反电场方向迁移困难。 随着温度的升高，离子电导按指数规律增加。 低温下杂质电导占主要地位。（图5.12曲线1）。这是由于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故。高温下（曲线2），固有电导起主要作用。 因为热运动能量的增高，使本征电导的载流子数显著增多。这两种不同的导电机构，使曲线出现了转折点A。 电导率随活化能按指数规律变化，而活化能反映离子的固定程度，它与晶体结构有关。熔点高的晶体，晶体结合力大，相应活化能也高，电导率就低。 一价正离子尺寸小，电荷少，活化能小；高价正离子，价键强，所以活化能大，故迁移率较低。 除了离子的状态以外，晶体的结构状态对离子 活化能也有影响。显然，结构紧密的离子晶体，由于可供移动的间隙小，则间隙离子迁移困难，即活化能高，因而可获得较低的电导率。 离子晶体要具有离子电导的特性，必须具备以下条件： 1）电子载流子的浓度小； 2）离子晶格缺陷浓度大并参与电导。 因此离子型晶格缺陷的生成及其浓度大小是决定离子电导的关键。 影响晶格缺陷生成和浓度的主要原因是： 1）由于热激励生成晶格缺陷。 2）不等价固溶掺杂形成晶格缺陷 3）离子晶体中正负离子计量比随气氛的变化发生偏离，形成非计量比化合物，因而产生晶格缺陷。 总结： 有效质量已将晶格场对电子的作用包括在内了，使得外力（电场力）与电子加速度之间的关系可以简单地表示为 的形式，这