第二章 导电材料.pptVIP

其它金属 一、导电材料的分类 导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料 两大类。 电子导电材料包括导体、超导体和半导体。 导体的电导率≥105 S/m ， 超导体的电导率为无限大（在温度小于临界温度时） 半导体的电导率为10-7~104 S/m 当材料的电导率小于10-7S/m时，就认为该材料基本上不 能导电，而称为绝缘体。 能带(energy band) 有关能带被占据情况的几个名词： 固体的导电性 绝缘体 一、导体的能带结构 导体的能带结构如图1所示，有三种结构：（a）有未充满的能带，能带间相互重叠，无禁带；（b）价电子充满下面的能带，上面紧接着另一个空能带，无禁带；（c）有未充满的能带，该能带与上面的空带间有禁带。但是，不论何种结构，导体中均存在电子运动的通道即导带。 （a）类的导带由未满带、重带和空带构成，（b）类的导带由空带组成，（c）类的导带由未满带构成。电子进入导带运动均不需要能带间跃迁。 导体 二、导体的导电机理 经典理论是自由电子理论，认为电子在金属导体中运动时不受任何外力作用，相互之间也无作用，即金属导体中电子的势能是个常数。但实际上，电子势能是个周期函数，不是常数，因此，它不是自由电子，这就是能带理论。 导体电阻率公式 三、导体材料的种类 导体材料按照化学成分主要有以下三种： （1）金属材料。这是主要的导体材料，电导率在107~108S/m之间，常用的有银、铜和铝等。 （2）合金材料。电导率在105~107S/m之间，如黄铜（铜锌），镍铬合金等。 （3）无机非金属材料。电导率在105~108S/m之间。如石墨在基晶方向为2.5×106S/m。 四、导体材料的应用 导体材料在电力、电器、电子、信息、航空、航天、兵器、汽车、仪表仪器、核工业和船舶等行业中有着广泛的应用。 金属导体材料主要用作：电缆材料、电机材料、导电引线材料、导体布线材料、辐射屏蔽材料、电池材料、开关材料、传感器材料、信息传输材料、释放静电材料和接点材料等，还可以作成各种金属填充材料和金属复合材料。 合金导体材料主要用作电阻材料和热电偶材料，如铂-铑热电偶等。 非金属导体材料主要用作耐腐蚀导体和导电填料。 常用热电偶材料 特性三：即使在低于临界温度以下，若进入超导体内的电流强度以及周围磁场的强度超过某一临界值时，超导状态被破坏，而成为普通的常导状态，电流和磁场的这种临界值分别称为临界电流Ic和临界磁场Hc临界。 临界温度（Tc）、临界磁场（Hc）、临界电流Ic是约束超导现象的三大临界条件。当温度超过临界温度时，超导态就消失；同时，当超过临界电流或者临界磁场时，超导态也会消失，三者具有明显的相关性。只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时，才能发生超导现象。 3、有机高分子超导体 有机超导体主要有掺碱金属的C60，其中K3C60的Tc为18K，Cs-Rb-C60的Tc为33K。高分子超导体主要是非碳高分子（SN）x。 4、超导材料的应用 超导的应用，基本上可以分为强电强磁和弱电弱磁两大类。 （1）超导强电强磁应用 主要基于超导体的零电阻特性和完全抗磁性以及非理想第二类超导体所特有的高临界电流密度和高临界磁场。 主要应用在电力方面如超导电缆，超导磁体如超导磁悬浮列车，巨大环形超导磁体、超导磁分离等。 4、超导材料的应用 （2）超导弱电弱磁的应用 基于Josephson效应为基础，建立极灵敏的电子测量装置为目标的超导电子学，发展了低温电子学。如超导量子干涉器件是一种高灵敏度的测量装置，主要功能是测量磁场。它可以在电工仪表、医学、生物、资源开发、环境保护、固体材料、地球物理等领域应用。 4、超导材料的应用 利用Josephson结的交流伏安特性可以进行微波检测。可做成视频检测器、混频器、变频器以及高频电磁波发生器等，这些都是在无线电技术上的重要应用。 超导计算机将是第五代计算机的“种子选手” ， Josephson结具有极高的开关速度和极低的功耗，从而为制造亚纳秒级的电子计算机提供了途径。 我国的超导研究，在世界先进行列占有一席之地。 高分子导电材料 导电高分子 导电高分子是指其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。 导电高分子的发展 1862年Lethebi——聚苯胺 1977年白川和MacDiarmid——掺杂聚乙炔（电导率达104s/m） 1986年，Elsenbau