无机材料的电导ppt课件.ppt

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1、第五章材料的电导第一节电导的物理现象第二节离子电导第三节电子电导第四节玻璃态电导第五节无机材料的电导第六节半导体陶瓷的物理效应固体电解质既保持固态特点，又具有与熔融强电解质或强电解质水溶液相比拟的离子电导率。结构特点不同于正常态离子固体，介于正常态与熔融态的中间相------固体的离子导电相。导电相在一定的温度范围内保持稳定的性能。为区分正常离子固体，将具有这种性能的材料称为快离子导体。良好的固体电解质材料应具有非常低的电子电导率。应用领域：能源工业、电子工业、机电一体化等领域。材料的

2、电导－－－－－固体电解质低能密度------电池在低电流条件下应用。特点:重量轻、体积小、电压稳定、储存寿命长、产生微安级电流。主要应用：手表、心脏起搏器、精密电子仪器的基准电源。可用的固体电解质：含Ag+的固体电解质。固体电解质的应用1.低能密度电池2.钠－硫电池应用于高放电电流密度的高能蓄电池。钠硫电池Na阳极S阴极－Al2O3电解质不锈钢外壳电池的结构式：Na

3、Na+－－Al2O3

4、Na2SxSC电池反应：2Na+xS=Na2Sx3.Na离子传感探头－－－－－－－－－－－－－－－－－－

5、－－－－－－－－Al－Si熔体－Al2O3－Al2O3V4.高温氢燃料电池O2O2H2ZrO2ZrO2工作温度：800－10000C燃料电池的开路电压:V0=(RT/nF)ln[PO2(c)/PO2(a)]高温燃料电池的阴极反应：O2(c)+4e-2O2-阳极反应:2O2-O2(a)+4e-温度0C70010002000电导率S/m11021045.测氧计（氧浓差电池）空气O2(c)被检测气体O2(a)6.高温加热器（ZrO2熔点为26000C）～第一节电导的物理现象一.电导的宏观参数长

6、L，横截面S的均匀导电体，两端加电压V根据欧姆定律（5.1）在这样一个形状规则的均匀材料，电流是均匀的，电流密度J在各处是一样的，总电流强度（5.2）1.电导率和电阻率为材料的电阻率，电阻率倒数为电导率，即，上式可写为同样电场强度也是均匀的（5.3）把（5.2）（5.3）代入（5.1）则：除以S得：这是欧姆定律的微分形式，适用于非均匀导体。微分式说明导体中某点的电流密度正比于该点的电场，比例系数为电导率σ。2.体积电阻与体积电阻率图5.1中电流由两部分组成因而定义体积电阻表面电阻代入上式得：——

7、板状样品厚度（cm），——板状样品电极面积（cm2）——体积电阻率（Ω·cm），它是描写材料电阻性能的参数，只与材料有关。表示了总绝缘电阻、体积电阻、表面电阻之间的关系。由于表面电阻与样品表面环境有关，因而只有体积电阻反映材料的导电能力。通常主要研究材料的体积电阻。体积电阻RV与材料性质及样品几何尺寸有关对于管状试样：对于圆片试样：两环形电极、间为等电位，其表面电阻可以忽略。设主电阻的有效面积为如果要得到更精确的测定结果，可采用下面的经验公式：则体积电阻l为电极间的距离，b为电极的长度，ρs为样

8、品的表面电阻率。（图5.4）圆片试样，环形电极的内外径分别为r1，r2(板状试样)3.表面电阻与表面电阻率4.直流四端电极法如图5.6室温下测量电导率通常采用四探针法，测得电导率为：如果，则二.电导的物理特性1.载流子（电荷的自由粒子）无机材料中的载流子可以是电子（负电子，空穴），离子（正、负离子，空位）。载流子为离子的电导为离子电导，载流子为电子的电导为电子电导。1）霍尔效应电子电导的特性是具有霍尔效应。沿试样x轴方向通入电流I（电流密度Jx），Z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向上将产生一电

9、场Ey，这一现象称为霍尔效应。所产生电场为：根据电导率公式，则RH为霍尔系数。若载流子浓度为ni，则（称为霍尔迁移率）2）电解效应（离子电导特征）离子电导的特征是存在电解效应。离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。可以检验陶瓷材料是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子还是负离子。霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离子的质量比电子大得多，磁场作用力不足以使它产生横向位移，因而纯离子电导不呈现霍尔效应。利用霍尔效应可检

10、验材料是否存在电子电导。法拉第电解定律：——电解物质的量——通过的电量——电化当量——法拉第常数2.迁移率和电导率的一般表达式物体的导电现象，其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。设单位截面积为，在单位体积内载流子数为，每一载流子的电荷量为，则单位体积内参加导电的自由电荷为。如果介质处在外电场中，则作用于每一个载流子的力等于。在这个力的作用下，每一载流子在方向发生漂移，其平均速度为。容易看出，单位时间（1s）通过单位截面的电荷量为J——电流密度根据欧姆定律该式为欧姆定律最一般的形式。因为、只