工程材料的物化性能及对比

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1、§2.2材料的物理化学性能了解哪些物理化学性能？化工学院高分子材料的物理性能材料的物理性质电学性质磁学性质光学性质热学性质•导电性•光反射•导热性•抗磁性•光折射•热膨胀•绝缘性•顺磁性•光学损耗•热容•介电性•铁磁性•光透性•燃烧化工学院高分子2电学性能n工业应用q导电材料——导体、超导体q电阻材料——变阻器、电阻q电热材料——电水壶q热电偶材料——传感器n科学理论研究q电阻测量——测定组织结构化工学院高分子3导电性的表征电导—真实电荷在电场作用下在介质中的移动表征材料导电性质的物理量有：n电阻Rn电阻率n电导率σn电阻温度系数αt化工学院高分子4电阻率和电

2、导率n电阻率：微观水平上阻碍电流流动的度量。q体积电阻率nV,Ω·mq表面电阻率n平行于通过材料表面上电流方向的电位梯度与表面单位宽度上的电流之比nS,Ω化工学院高分子5电阻与电阻率的区别？lRn电阻AAn电阻率Rln电阻是材料形状和尺寸的函数n电阻率是材料的固有性质，只与材料的结构有关。化工学院高分子6电导率n表征材料导电性的大小。-1-1q单位：S·m，(Ω·m)n根据电导率对材料的分类材料电阻率电导率超导体0∞导体10-8-10-5105-108半导体10-5-10710-7-105绝缘体107-101810-18-10-7化工学院高分子7理解

3、材料的电导现象，必须明确几个问体：q载流子——带电荷的自由粒子q参与迁移的是哪种——有关载流子类别的问题q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q载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问题化工学院高分子8不同材料的载流子n载流子的种类q电子、空穴q正、负离子n金属自由电子—电导率高n无机非金属两者兼有,离子导电为主—室温绝缘体，T高—电导率大n高分子两者兼有—杂质致有导电性q添加型q结构型化工学院高分子9各种材料在室温的电导率金属和合金σ(Ω·m)-1非金属σ(Ω·m)-1银6.3*107石墨105(平均)铜，工业纯5.85*107Si

4、C10金4.25*107纯锗，2.2铝,工业纯3.45*107纯硅，4.3*10-47苯酚甲醛（电木）10-7-10-11Al-1.2%,Mn合金2.96*10窗玻璃<10-10钠2.1*107氧化铝（AlO）10-10-10-12钨，工业纯1.77*10723云母10-11-10-15黄铜(70Cu30Zn)1.66*107-12甲基丙烯酸甲酯<10镍,工业纯1.46*10710-12-10-15氧化铍（BeO）纯铁,工业纯1.03*107聚乙烯<10-14钛,工业纯0.24*107聚苯乙烯<10-14TiC0.17*107金刚石<10-14不锈钢，301型0

5、.14*107石英玻璃<10-16镍铬合金(80Ni20Cr)0.093*107聚四氟乙烯<10-16化工学院高分子10电导率的影响因素n单质金属中主要的散射机制是电子相互作用,电导率的温度关系为σ∝T-1n半导体和绝缘体的电导率随温度变化以指数函数增大σ=σ0exp(-Eg/2kT)化工学院高分子11金属材料导电性的主要因素n温度n塑性形变n杂质铜和三种铜镍合金（其中一种经过冷加工）的电阻率与温度的关系曲线化工学院高分子12温度的影响n温度的升高n离子振动加剧n热振动振幅加大n原子的无序度加大n改变原子长程排列q电子运动自由程减少，散射几率增加q特例—原子结构

6、变化化工学院高分子13塑性变形的影响n塑性变形n晶体点阵畸变n晶体缺陷增加q点阵电场不均匀，加剧电磁波的影响q再结晶退火可恢复电导率化工学院高分子14杂质的影响q异类原子引起点阵畸变q组元间的相互作用，使有效电子数减少化工学院高分子15导电聚合物麦克白黑迪川格尔英米树德AlanJ.HeegerAlanG.MacDiarmidHidekiShirakawa1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUSAUSAJapan加利福尼亚大学宾夕法尼亚大学日本筑波大学物理学家化学家化学家1936~1927~1936~补充介绍发现并发展了导

7、电聚合物诺贝尔化学奖获得者2000年化工学院高分子16聚合物的电导性n添加型(复合型)q复合加入导电材料粒子，形成复合材料成本稍低，可以满足各种成型要求，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料n结构型q掺杂在聚合物上去掉或增加电子氧化掺杂:用卤素掺杂还原掺杂:用碱金属进行结构型材料合成工艺较复杂，成本较高，目前价格相当昂贵，是一种真正意义的导电塑料补充介绍化工学院高分子171974年，白川英树等人用Ziegler-Natta催化剂制备聚乙炔薄膜银色（trans-，电导率10－3～10－2S·cm－1）铜色（cis-，电导率10－8～10－7S·cm－1）v1977

8、年，Heeger、Mac