金属材料的导电性ppt课件.ppt

《金属材料的导电性ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章材料的电学性能..在许多情况下，材料的导电性能比力学性能和热学还重要。导电材料、电阻材料、电热材料、半导体材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料的导电性能为基础的。.长距离传输电力的金属导线应该具有很高的导电性，以减少由于电线发热造成的电力损失。举例：陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电性，以防止产生短路或电弧。作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要求更高，以追求尽可能高的太阳能利用效率。.本章内容金属的导电性合金的导电性半导体的导电性材料的介电性材料的超导电性.什么是材料的导电性？导电电阻电阻率电导率能够携带电荷的粒子称为载流子金属、半导体和绝缘体中载流子——

2、电子离子化合物中的载流子——离子微观机理：材料中带有电荷的粒子响应电场作用发生定向移动的结果。欧姆定律.一些材料在室温下的电阻率.材料按电性能分类:导体、半导体、绝缘体.导体纯金属的电阻率在108～107m金属合金的电阻率为107~105m半导体电阻率为103~10+5m绝缘体电阻率为10+9~10+17m电阻率的大小取决于材料的结构。.第一节金属的导电性晶体的能带理论金属的导电机制马基申定则影响因素.1.晶体的能带理论晶体的能带理论是在量子力学研究金属导电理论的基础上发展起来的，它的成功之处是在于定性地阐明了晶体中电子运动的规律。特征：不

3、连续能量分布的价电子在周期性势场中的运动。原子核电子内层电子外层电子离子实价电子构成等效势场.能带理论的出发点是固体中的电子不再束缚于个别的原子，而是在整个固体内运动，称为共有化电子。在讨论共有化电子的运动状态时，假定原子实处在平衡位置，而把原子实偏离平衡位置的影响看成微扰。能带理论的基本思想.晶体的能带价电子的共有化使单个原子的价电子能级分裂，形成了能带。.能量能带能带禁带平衡间距原子间距能级能级孤立原子的能级.电子的填充规则电子填充在一系列准连续分布的能级上，服从泡利不相容原理，即依次从低向上填充，每一个能级上最多可填充2个电子；电子的分布服从费米-狄拉克分布：

4、电子占据几率为1/2的能级位置称为费米能级，它反映了电子的填充水平。电子的某一能级上的分布几率：.费米分布函数0K时为一折线，在能量高于费米能量的区域几率为零温度的升高将使得少量能量较高的电子跃迁到高能级。费米能级..金属、半导体及绝缘体的比较导带和价带重叠绝缘体的禁带一般大于5eV半导体的禁带一般小于3eV.金属绝缘体半导体特征：最高占有带仅部分充满，即除了满带外，存在不满带。特征：电子恰好填满了最低的一系列能带，能量更高的能带都是空的，而且禁带很宽（大于5eV）。特征：禁带宽度较窄（低于2.0eV）。.常用术语导带：最低的不满带价带：最高的满带禁带：价带最高能级

5、与导带最低能级之间的能量间隙满带：所有能级全被2N个电子所充满的能带空带：无电子填充的能带允带：允许电子能量存在的范围.为什么金属能够导电？无外电场时满带不满带E(k)v(k)kkE(k)kv(k)k在无外电场作用时，无论是满带还是非满带电子对电流的贡献均为零，故晶体中无宏观电流。.E(k)v(k)kk有外电场时满带不满带E(k)kv(k)k在外电场作用下：满带电子没有导电作用；而在非满带中的电子运动可以产生电流。为什么金属能够导电？.第一节金属的导电性晶体的能带理论金属的导电机制马基申定则影响因素.2.金属的导电机制金属纯金属、合金晶态、非晶态纯金属：易于从理论上

6、探讨其物性的共同规律。合金或金属间化合物：可从工程上突出其使用性能。金属电学性能的研究对象.Mg金属电子能带3s3pNa金属电子能带3s3pAl金属电子能带3p3s满电子能带半满带满电子能带空带存在导带满带和空带重叠满电子能带允带满带和允带重叠几种典型金属的能带.实际晶体总会有杂质，存在缺陷。传导电子在输运过程中的散射：电子—电子(电子散射)电子—声子(声子散射)电子与杂质原子电子与晶体点阵静态缺陷的相互作用金属中的电阻基本电阻0K下为零理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关。残余电阻.电子-声子~与T成正比电子-缺陷~与T无关.第一节金属的导电性晶体的能

7、带理论金属的导电机制马基申定则影响因素.3.马基申定则为金属的基本电阻率，与温度有关；为化学缺陷和物理缺陷引起的残余电阻率，与温度无关。声子散射和电子散射杂质和缺陷上的散射反映了金属的纯度和完整性.常常采用相对电阻率晶体越纯，越完善，相对电阻率越大，许多完整的金属单晶可得到高达2×l04的相对电阻率。对理想的金属（没有缺陷和杂质），其电阻率在绝对零度时为零；金属的电阻率随温度升高而增大；高温时金属的电阻率取决于，低温时取决于。.金属中的电导与热导魏德曼-弗兰兹定律传导方式：自由电子运动热阻或电阻的起因：电子–电子之间的碰撞低温下的电阻或热阻：都与电子–声子之间的