《材料的电性能》PPT课件

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1、第四节材料的电性能主講：陳敦君華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY材料电性能定义施加电场响应行为导电性介电性铁电性压电性材料的电性能就是材料被施加电场时所产生的响应行为，主要包括导电性、介电性、铁电性和压电性。華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6一、导电性能1、能带（energyband）的定义和形成2N6N2N2N3S2P2S1S1个原子2个原子N个原子在金属晶体中，金属原子靠的很近，可以通过原子轨道组合成分子轨

2、道以使能量降低。金属晶体中通常包含数目极多的原子，这些原子的轨道可组成极多的分子轨道。由于数目巨大，各相邻分子轨道间的能级非常接近，实际上连成一片，构成一个具有能量的宽带，称为能带。这是能带理论的基础。華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/62、能带的分类满带（fullband）：已充满电子的能带。空带（导带）（conductionband）：与满带相比能量较高的能带，可以是部分充填电子或全空的能带。空带获得电子后可以参与导电过程，故又称为导带。价带（val

3、enceband）：由价电子填充的能带。禁带（forbiddenband）：半导体和绝缘体中，存在于满带和空带之间的一段空隙。華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/63、能带理论的运用Na：价带填充了一个电子，价带是未满带，能导电未充满的价带Mg：价带填充了两个电子，价带是满带，但禁带是零，价带与空带相交叠，满带中的电子能占据空带，也能导电空带充满的价带交叠部分華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6半导体

4、：价带为满带，价带与空带间存在禁带，禁带宽度较小（0.1~3eV），施以一定条件，满带中的电子有可能越过禁带到达空带，从而是使满带中出现空穴，空带中出现电子，进而使它们都能导电。充满的价带较小宽度的禁带空带華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6绝缘体：价带为满带，价带与空带间存在禁带，禁带宽度较大（>5eV），常温下满带中的电子几乎不能越过禁带到达空带，宏观上表现为导电性能差。空带充满的价带较大宽度的禁带華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORM

5、ALUNIVERSITY2021/9/6未充满的价带空带充满的价带交叠部分充满的价带较小宽度的禁带空带空带充满的价带较大宽度的禁带NaMg半导体绝缘体華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/64.规律总结根据能带理论，不同材料的导电性能的差异性主要取决于其价带中的电子是否有足够的空间进行自由流动、跃迁。如果价带未填满、价带中的电子能比较容易跃迁到空带中，则该材料导电性能较好，反之较差。華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY

6、2021/9/6二、介电性能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真空为介质时的电容量增加若干倍。物体的这一性质称为介电性1.介电性能（dielectricity）概念εCC華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6（1）介电常数（dielectricconstant）又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值

7、，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数愈小绝缘性愈好。2.介电性能的指标CεC華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6（2）介电强度（dielectricstrength）介电强度是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。它定义为试样被击穿时,单位厚度承受的最大电压,表示为伏特每单位厚度。介电强度越大,绝缘材料的质量越好。（3）介电损耗（dielectricloss）电损耗是指电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电解质本身发热的现象。原因是电介质

8、中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转为热能。介电损耗越小，绝缘材料的质量越好。3.介电性能的指标華中師範大學化學學院CENTRALCHINANORMALUNIVERSITY2021/9/6三、铁电性与压电性1、相关概念在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体自发极化，晶体的这种性质叫铁电性（ferroel