《材料科学与工程基础》教案

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1、四川大学教案【理、工科】周次第12周，第12次课备注章节名称第四章材料的性能；第三节材料的电学性能Chapter12Fig12.1图4-61授课方式理论课（√）；实践课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求1、了解不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关系2、掌握电导率和电阻率的定义、电导机制、电导率的基本参数及影响因素3、了解材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电性4、掌握超导电性的定义、了解超导体的2种特性和3个性能指标5、掌握介电常数的定义、介质极化的三种机制6、了解交变电场中的介电损耗的成因及影响因素、以及击穿强度1.了解材料电性能与温度的关系教学内

2、容提要时间分配学时14-3材料的电学性能交变电场——介电性质电力弱电场——导电性质机械、交通强电场——击穿现象电子、微电子材料表面——静电现象日常生活信息时代4-3-1电导率和电阻率电导率与电阻率等都是表征材料导电性能的参数。1电阻率：体积电阻率rV只与材料有关表面电阻率rS不反映材料的性质，决定于样品的表面状态。单位：（Ω·m）或Ω·Cm5分5分92电导率⑴概念电导率——表征材料导电性的大小。单位：（Ω．Cm）-1数值——欧姆定律电阻率的倒数。⑵根据电导率对材料的分类⑶不同材料的电导率举例①金属自由电子电导率高导电性好②硅半导体③离子固体室温绝缘体T高电导率大（

3、无机非金属）④高分子杂质致有导电性3决定电导率的基本参数①载流子——电子、空穴、正离子、负离子②载流子迁移率：σ=J/E=nqv／E=nqμ材料导电的微观本质；物理意义：载流子在电场作用下的定向迁移速度。如何理解材料的电导现象，必须明确几个问体：•参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别的问题•载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产生过程的问题•载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问题4影响电导率的因素：①影响离子电导率的因素A．温度离子电导随温度的升高按指数规律增加。B．晶体结构晶体熔点高——结合力大——活化能高——电导率低离子电荷和离子半径对离

4、子电导率的影响。(图)C．晶格缺陷固体电解质概念离子晶体成为固体电解质的两个条件：电子载流子浓度小；晶格缺陷浓度大并参与电导（关键因素）。①影响电子电导的因素A．温度温度变化不大时，电子电导率与温度关系符合指数式B．杂质及缺陷的影响电导率的计算例题。5分15分15分电导率是重点，计算和影响因素是难点表4-19表4-20图4-62图4-63图4-64图4-65教材例题4-9讲解9学时24-3-2材料的结构与导电性4.3.2.1材料的电子结构与导电性固体理论基础：*无外场作用时，绝缘体、半导体或导体都无电流；*在外场作用下，不满带导电而满带不导电。区别导体和绝缘体的原

5、则（1）导体的能带碱金属：①每个原子都有一个S电子，不满带，钠（1S22S22P63S1）②碱土金属：3S能带（满）与较高能带有交叠交叠程度大——良导体，镁（1S22S22P63S2）3S与3P重迭交叠程度小——不良导体③贵金属；有一个S价态电子，且d壳层填满；面心立方结构。铜（1S22S22P63S23P63d104S1）④过渡金属：具有未满的d壳层，能夺取较高的S能带中的电子使能量降低，导电性能下降。铁（1S22S22P63S23P63d74S2）重迭影响金属导电性的因素：电阻率温度:thermalvibration杂质:solidsolution塑性形变:d

6、islocation（2）绝缘体的能带①惰性气体——各能级均满，晶体能带也为电子填满；②离子晶体——正负离子各外层轨道被电子充满，晶体中相应能带填满；③绝缘体能带结构特征：禁带宽度较大。离子固体的电导性离子性晶格缺陷的浓度温度晶体结构聚合物的电导性添加型结构型30分图4-66Figure12.3Figure12.4能带是重点和难点图4-67Figure12.5Figure12.6图4-68,69,70Figure12.7Figure12.8Figure12.6Table12.3图4-71表4-21导电聚合物——诺贝尔化学奖获得者（2000年）1974年，白川英树等

7、人用Ziegler-Natta催化剂制备聚乙炔薄膜，掺杂后电导率可达105S·cm-1。（Teflon为10-16S·cm-1，Cu为108S·cm-1）9了解科学研究的最新进展图4-72，73,74要点图4-59,Fig12.15,16，17Fig12.12,Tab12.2Example12.1图4-75，76,77,78,79例题4-10难点：相关计算94.3.2.2．材料的电子结构与光导性光导电效应——由光照使满带中的电子激发到导带实质——分子受激及其退化过程平衡的结果。分子受激过程与能量交换光电流激活能ΔE＝EJ－EI＝hv有机固体分子受激态可能的形式包括

8、：①π，π