《金属电导》PPT课件

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1、5.1概述5.2材料的导电性能5.4半导体物理5.3金属电导5.5超导物理2个学时4个学时4个学时第5章导电物理2个学时10个学时5.3金属电导5.3.1金属导电机制5.3.2金属导电的外界影响因素5.3.3金属导电的内在影响因素5.3.4固溶体的导电性5.3.5金属间化合物5.3.4固溶体的导电性5.3.5金属间化合物的导电性5.3.1金属导电机制金属键与金属结构组成晶体时每个原子最外层电子为所有原子所共有金属键——自由电子和正离子组成的晶体格子之间的相互作用，无方向性和饱和性，金属正离子应按最紧密方式排列，势能最低，结合最稳定正离子（金属原子）——围绕着电子云价电子—

2、—电子云立方密堆积——面心立方结构，ABC堆积六方密堆积——面心立方晶格和六角晶格，AB堆积5.3.1金属导电机制金属键与金属结构面心立方晶格——Cu、Ag、Au、Al(配位数12)六角晶格——Be、Mg、Zn、Cd(配位数12)体心立方——Li、Na、K、Rb、Cs、Mo(配位数8)次密堆积——体心立方晶格，配位数为81826年欧姆定律(德国)电路的实验定律5.3.1金属导电机制电阻大小和性质实验定律电阻提出后，物理学家一直试图寻找合理的物理模型和理论对此进行解释5.3.1金属导电机制20世纪初，荷兰物理学家洛仑兹首先用金属电子论对电阻的微观机制进行了经典解释。量子力学

3、——微观规律的根本性认识微观粒子——具有波粒二象性运动状态描述——概率波的波函数或量子态运动规律——薛定谔方程索末菲和布洛赫用量子理论对电阻的微观机制进行了全面解释，获得极大成功。5.3.1金属导电机制关于电阻的经典认识及缺陷特鲁特—洛伦兹金属电子论——不考虑电子与电子、电子与离子之间的相互作用——电子气体服从麦克斯韦—玻尔兹曼统计分布规律——平衡态下电子具有确定平均速度和平均自由程自由电子气体模型5.3.1金属导电机制经典解释及局限性电阻率的经典表达式——半定量解释电阻与温度的关系，无法定量解释电阻与温度的线性关系5.3.1金属导电机制经典解释及局限性按照经典能量均分定

4、理，N个电子的能量经典电子论的困难——大多数金属对热容量的贡献经典解释及局限性——按照导电率σ与n成正比，由此可得出二价金属的导电性应比一价金属好，但实际情况相反。电导率的经典表达式为电子的平均自由程电子无规运动的总平均速度两次碰撞的时间间隔v单位体积电子数n5.3.1金属导电机制经典解释及局限性成功之处症结所在——提出电子在整个金属中运动，等于找到理解金属态的钥匙。成功解释金属的导电（热）性！——晶格离子固定，无热振动。——自由电子纯粒子性运动，无波动性，服从经典的统计规律。5.3.1金属导电机制关于电阻的量子论认识——量子论模型的建立自由电子的费米分布——自由电子能

5、量的量子化，存在于分立的能级上。1s1s能带——T=0K时金属中自由电子自低能级排起，直到全部价电子均占据了相应的能级为止。全部填满电子的能级与全空能级分开的这个能级叫费米能级。与该能级相对应的能量叫费米能，用EF（0）表示。自由电子的费米分布——金属中的电子，按量子统计学的原理，服从费米——狄拉克分布。f为费米—狄拉克分布函数，它表示在热平衡时，电子处于能量为E的状态的几率；EF为TK时费米能；k为波耳兹曼常数。自由电子的费米分布费米—狄拉克分布函数f的性质：——T=0K，若E>EF，f=0；若E0K，若E=EF，f=0.5；若E>EF

6、，f>0；若E

7、热或有外电场作用时，能量分布在费米面附近的电子才有机会跳到费米面以外的高层空能级上去，参与导电或热，那些离费米面较远的深层电子被冻结起来，不参与任何活动。5.3.1金属导电机制关于电阻的量子论认识——量子论模型的建立电子的共有化运动和电子波形成——晶体中离子呈有序排列，电子感受到周期势场的作用。——周期势场：势垒、势阱，势垒上窄下宽。——由于电子的波动性，相邻势陷中的电子都有一定的概率穿透势垒，在晶体中形成电子的共有化运动，即形成电子波。5.3.1金属导电机制关于电阻的量子论认识——量子论模型的建立声子——晶格振动：晶格离