离子类载流子导电.pptVIP

* 2.3 离子类载流子导电 关键词：载流子迁移 2.3.1 离子电导理论 （2）杂质导电：杂质离子与晶格联系较弱（较低温） 1、载流子 载流子：材料中最易移动的离子 （1）本征导电：热缺陷、离子、空位（高温） 例如：硅化物玻璃中的SiO2基体中的一价阳离子 多晶陶瓷中晶界碱金属离子 离子电导是带电荷的离子载流子在电场作用下的定向运动，导电机制与电子导电不同 2、导电机制（迁移） 离子导电性可以认为是离子类载流子在电场的作用下，通过材料的长距离迁移，即原子核发生了迁移 离子处于势阱底部，获得能量，跨越位垒，进入相邻势阱，完成迁移。其他结构作为间架 存在电场 不存在电场 一维情况，离子越过位垒V（能量台阶）的几率（量纲S－） 加上电场E，沿电场方向位垒降低Fb/2，向右的跨越几率为 b V 沿电场反方向位垒增高Fb/2，向左的跨越几率为 结果，向右的迁移多于向左的的迁移，载流子向右的平均飘移速度 由于 离子带电量为z 在电场强度不是很大的情况下 一般情况下，电场不会很大 若电场很大，第一项为主 电流密度 n为离子密度，电量q＝ze 令 为直流条件下自由能的变化 （可测） 又 ，则 因此，电阻率 这是理论值，与玻璃的经验电阻公式吻合，表明该理论比较正确的描述了离子电导 由热力学第二定律（把一些不可以直接测量的物理量，通过数学描述表示为可以直接测量的物理量，由此检验理论的正确性） 得到 若存在多种载流子（类似马西森定律） 材料的电导率将是多种载流子迁移的总体表现 2.3.2 离子电导扩散 离子跨越位垒迁移，从另一个角度可以看作离子在电场作用下的扩散现象。表征这一现象的就是能斯特－爱因斯坦（Nernst –Einstein）方程 离子电导率和离子扩散系数两个物理量之间必然存在某种物理联系，用数学形式描述如下 由于离子浓度梯度形成的电流密度 负号表示二者方向相反 存在电场时，其产生的电流密度 在两者相反的时候，总电流密度 由波尔兹曼分布 因此 热平衡的时候，两个电流密度方向相反，达到平衡 离子电导率和离子扩散之间的数学联系为 由电导率 为离子迁移率 说明离子的扩散系数随温度上升而增大 2.3.3 离子导电的影响因素 1、温度 高温区为本征导电，低温区为杂质导电，出现拐点 2、离子性质、晶体结构 （1） 熔点高，结合力大，导电激活能高，则电 导较低（如NaF、 NaCl 、NaI，激活能逐渐降低 （3） 晶体结构间隙大，则激活能低，电导高 （2） 低价离子尺寸小，激活能较低，电导高 3、点缺陷 肖特基缺陷：空位 弗伦克尔缺陷：空位和间隙原子 有的缺陷是个空位，可以吸引离子来填充，可以增大离子迁移率，而有的缺陷是个陷阱，离子填充之后很难再迁移，降低离子迁移率。 *