第10章材料的功能特性(已整理张招2017731)+(已核对袁圆201485).pdf

第 10 章 材料的功能特性 10.1 复习笔记 一、功能材料的物理基础概述 1． 能带 单个原子中电子处在分离的能级上，而由 N 个原子组成的固体，不同分离的电子能级 集合形成能量连续的能带，并且每个能带中含有 N 个分裂的能级和 2N 个电子。 2．费米能 定义：绝对温度下自由电子的最高能级。 二、电性能 1．电性能的表述 VA 电阻率： IL 1 电导率：材料传导电流的能力，与电阻率呈倒数关系。即： 2．基于能带理论的传导 电导率是自由电子和空穴数目的函数，只有导带中的电子能导电。 图 10-1 固体在 0K 时可能存在的电子能带结构 3．电子迁移率 散射现象被表示为一种对电流通道的阻力， 几个参数被用来描述散射的程度， 它们包括 漂移速度和电子迁移率。 n e 4．金属的电阻率 金属具有高导电率是因为大量电子可被激发到费米能上面的空态而成为自由电子。 total t i d 大部分金属的电阻率随温度的升高而增加。 5．本征和非本征半导体的电导率 （1）本征半导体：电行为基于高纯材料中的固有电子结构的材料； （2 ）非本征半导体：电行为受杂质原子支配的半导体。 ① p 型半导体：空穴浓度远大于自由电子浓度；主要由空穴导电，掺入三价元素。 ② n 型半导体：自由电子浓度远大于空穴浓度；主要由自由电子导电，掺入五价元素。 6．绝缘体的电导率和介电性 介电性： 如果将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间， 则由于电介质 的极化， 将使电容器的电容量比以真空为介质时的电容量增加若干倍。 物质的这一特性成为 介电性。使电容量增加的倍数即为该物体的介电常数。 P 0 r 1 三、热性能 1．热容 热容：材料从外部环境吸收热的能力性质，表示每升高 1℃温度所需的能量，影响热容 最重要的因素是点阵振动（声子） 。 C dQ/ dT 有 Cv 和 Cp 在低温时： Cv AT 3 德拜温度以上： Cv 3R 2．热膨胀 大多数固体材料是热胀冷缩，固体材料的长度随温度变化的表达式： L -L f 0 T -T f f 0 L0 为线膨胀系数。 α f 从原子尺度看， 热膨胀反映出原子间平均距离的增大， 这种现象最好的理解是从势能与 原子间距之间的关系着手。 热膨胀实际是由该势能曲线