无机材料 电导.docx

PAGE10 / NUMPAGES10 第五章 无机材料的电导 5.2 电导的物理现象 根据材料的电导率可把材料分为： 超导体： ≥1015Ω-1.m-1 导体： 在108～104Ω-1.m-1 半导体： 在106～10-6Ω-1.m-1绝缘体： 在10-8～10-20Ω-1.m-1 欧姆定律的微分形式： E：V/cm 测试方法:1管状试样的体积电阻 2圆片试样的体积电阻和体积电阻率 3、表面电阻和表面电阻率 板状式样： 圆片试样： 4、直流四端电极法 :适用于中高电导率的材料，能消除电极非欧姆接触对测量结果的影响。 5在室温下测量电导率常采用四探针法(该公式在试样尺寸比探针间距近似无限大的情况下成立。 若测量薄膜等试样，其结果必须进行修正。) 电流是电荷的定向移动，有电流就必须有电荷的运输过程。电荷的载体即为载流子。 材料的导电现象，其微观本质就是载流子在电场作用下的定向迁移！ 霍尔效应: 现象：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 原因：源于电子在磁场作用下产生横向移动。 意义：证实了电子的粒子性，是电子电导的特征，利用其检验材料是否存在电子电导。 电解效应 : 离子电导的特征是具有电解效应。 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，产生新物质，这就是电解现象。 法拉第电解定律：电解物质与通过的电量成正比。 g=CQ=Q/F , g为电解物质的量，Q为通过的电量，C为电化当量，F为法拉第常数。 利用电解效应可以检验 材料是否存在离子导电 可以判定载流子是正离子还是负离子 迁移率和电导率的一般表达式: （载流子在单位电场中的迁移速度） 该式反映了电导率的微观本质，即宏观电导率与微观载流子的浓度、每一种载流子的电荷量以及每一种载流子的迁移率的关系。 5.3 离子电导 离子电导是带电荷的离子载流体在电场作用下的定向运动。 晶体的离子电导主要有两类： １．固有离子电导（本征电导）：源于晶体点阵的基本离子的运动，即离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷。（高温下显著） ２．杂质电导：由固定较弱的离子运动造成的，主要是杂质离子。（较低温度下，杂质电导显著）? 一、载流子浓度 1、本征电导：载流子——弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。 （1）、弗仑克尔缺陷 弗仑克尔缺陷浓度： Ef：形成一个弗仑克尔缺陷（即同时生成一个填隙离子和一个空位）所需要的能量。 （2）、肖特基缺陷 肖特基缺陷浓度： Es：离解一个阴离子和一个阳离子并到达表面能量所需要的能量。 热缺陷的浓度取决于温度T和离解能E。 在高温下，热缺陷浓度较为显著，本征电导才显著。 E与结构有关，一般肖特基缺陷较弗仑克尔缺陷形成能低很多，容易形成。在结构较为疏松，离子半径很小的的情况下，才能形成弗仑克尔缺陷。 2、杂质电导 杂质离子的存在，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。 杂质载流子的浓度决定于杂质的数量和种类。 低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定。 二、离子迁移率 离子电导的微观机构为载流子 ── 离子的扩散。 间隙离子的扩散过程就构成了宏观的离子“迁移”。 三、离子电导率 1、离子电导的一般表达式 其中Ws称为电导活化能，它包括缺陷形成能和迁移能。在温度不高时，可以认为As为常数，因而电导率由指数 项决定。 本征离子电导 杂质离子电导： 杂质电导率比本征电导率大得多，因而离子晶体中，主要以杂质电导为主。 若物质存在多种载流子，其总电导率为： 2、扩散与离子电导 （1）、离子扩散机构 空位扩散：较为容易。 间隙扩散：较难进行。 亚晶格扩散：比较容易产生。 （2）、能斯脱-爱因斯坦方程 扩散系数与离子迁移率的关系 D——扩散系数 B——离子绝对迁移率 四、离子电导率的影响因素 1、温度 呈指数关系，随温度升高，电导率迅速增大。 低温下，杂质电导占主要地位(曲线1)；高温下，固有电导起主要作用。 注意：刚玉瓷在低温下，发生杂质离子电导，在高温下主要为电子电导，这种情况下也会出现转折点。 2、晶体结构 活化能大小取决于晶体间各粒子的结合力。而晶粒结合力受如下因素影响： 1离子半径：离子半径小，结合力大 2离子电荷：电价高，结合力大3堆积程度：结合愈紧密，可供移动的离子数目就少，且移动也要困难些，可导致较低的电导率 3、晶格缺陷 离子晶体具有离子电导的必要条件： 电子载流子的浓度小； 缺陷浓度大，并且参与导电。 影响晶格缺陷生成和浓度的主要原因： 热激励形成晶格缺陷； 不等价掺杂形成晶格缺陷； 正负离子计量比随着气氛的变化而发生偏离。