材料科学与工程基础 教学课件 ppt 作者 顾宜 主编第四章第五讲.ppt

4-3 材料的电学性能(electrical property) 直流电场 交变电场——介电性质 弱电场 ——导电性质 强电场 ——击穿现象 材料表面——静电现象 2、 电导率(electrical conductivity) (1)表征材料导电性的大小。 单位：S. m-1, （Ω.m）-1 ⑵根据电导率对材料的分类 ⑷　决定电导率的基本参数 parameters 载流子 charge carrier—— 电子、空穴、正离子、负离子 载流子数 charge carrier density----n, 个/m3 载流子迁移率 electron mobility ( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度) μ=ν/E m2/(v.s) m/s v/m 电流密度 （单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量） J＝nqv 电导率 σ=J/E=nqv／E =nqμ ⑸ 影响因素 影响离子电导率的因素 温度 晶体结构 晶格缺陷 影响电子电导率的因素 温度、 杂质 缺陷 （2）绝缘体 insulator 2．材料的电子结构与光电导性 photo-electrical (1)分子受激过程与能量交换 光电流激活能 ΔE＝EJ－EI＝hv 两种构型: 单重态\三重态 （2）光生载流子机理 4-3-4 材料的超导电性(superconductivity) 1、 超导电性——在一定低温下材料突然失去电阻的现象 （小于10-25Ω·cm） 4-3-5 材料的介电性(dielectric property) 1．介质极化、电容、介电常数 真空电容 Co=Qo/V ＝ε0 A/ l 介质中电容 C＝Q/V=εA/l ε。真空电容率(或真空介电常数)，8．85xl0-12 F／m Ε 介质的电容率（或介电常数） permittivity 2．介电损耗 dielectric loss. 电介质在交变电场作用下,电能转变成热能而损耗 漏电导电流\极化电流损耗 介电常数?可用复数表示： ? = ?’ - i ?’’ 式中?’为与电容电流相关的介电常数，实数部分； ?’’与电阻电流相关的分量，虚数部分， 介电损耗因子。 滞后相位角 ? ——损耗角 损耗角 ? 的正切： tg? =?’’/?’ 介电损耗 3．介电性的应用 tg? 大，损耗大，材料发热。 电容介质 ? 大，tg? 小 航空航天材料 ? 小，tg? 大，静电小 高频焊接：薄膜封口，tg? 大 高频电缆——用PE，而不用PVC 非极性 极性 杂质半导体 extrinsic semiconductor n型半导体 n-TYPE EXTRINSIC SEMICONDUCTION 在Si、Ge等四价元素中掺入少量五价元素P、Sb、Bi、As 在导带附近形成掺杂的能级 电子型导电 p型半导体 p-TYPE EXTRINSIC SEMICONDUCTION 在四价元素Si、Ge等中掺入少量三价元素B、Al、Sc、Y，在价带附近形成掺杂的能级 空穴型导电 半导体的电导率与温度的关系 热激发 受激态可能的形式 π，π* 状态 n，π* 状态， 含有N、O或S CT 状态——电荷转移受激态 电子给体基团（如一NH2，一0H）及受体基（＞C=0，一N02）之间发生电荷转移 1913年 , 超导现象发现, 诺贝尔物理奖 1987年, 在陶瓷（金属氧化物）中发现超导现象，超导研究取得重大突破, 诺贝尔物理奖 超导电性的金属和合金 Tc ＜30 K 钛、钒、锆、铌、钼、钽、钨、铼、铋、铝、锡、镉等28种。 二元合金NbTi，Tc＝8～10K； NbZr，Tc≈10～11K。三元系合金有铌-钛-锆，Tc=10 K；铌-钛-钽，Tc=9～10K。 超导化合物