《无机功能材料》课程教学课件（讲稿）第2章 电性材料

第2章电性材料

第2章 电性材料

主要教学内容 ·2.1导电材料 ·2.2半导体材料* ·2.3超导材料*

主要教学内容 • 2.1 导电材料 • 2.2 半导体材料* • 2.3 超导材料*

电性材料按其电学性能的特点，可分为四大类，即 导体、半导体、超导体和绝缘体。从材料的应用角度来 说，则种类繁多，可分为导电材料、电阻材料、电热材 料、绝缘材料等。 电阻率P和电导率G是材料电性的基本性能参数， 二者互为倒数。对各向同性的材料来说，p和口为标量。 室温下一些材料的电阻率见表2.1。 表2.1室温下一些材料的电阻率 固体 p/2·m 固体 p/2·m 金刚石 1012 纯锗 10 玻璃 1010 镍铬电阻丝 10-6 纯硅 103 铜 10~8

电性材料按其电学性能的特点，可分为四大类，即 导体、半导体、超导体和绝缘体。从材料的应用角度来 说，则种类繁多，可分为导电材料、电阻材料、电热材 料、绝缘材料等。 电阻率 ρ 和电导率 σ 是材料电性的基本性能参数， 二者互为倒数。对各向同性的材料来说，p 和 σ 为标量。 室温下一些材料的电阻率见表2.1

2.1导电材料 按其导电机理可分为电子导电材料和离子导电材 料两大类。 电子导电材料的导电起源于电子的运动。电子导电 材料包括以下三大类： ①导体导体的电导率o≥105S/m(或21m-1); ②半导体半导体的电导率o为108~104S/m; ③超导体超导体的电导率σ在温度小于其临界温度 时，可以认为是无限大。 当材料的σ≤107S/m时，就可以认为该材料基本上 不能导电，而成为绝缘体

按其导电机理可分为电子导电材料和离子导电材 料两大类。 电子导电材料的导电起源于电子的运动。电子导电 材料包括以下三大类： ①导体 导体的电导率σ ≥ 105 S/m ( 或Ω-1·m-1)； ②半导体 半导体的电导率σ为10-8～104 S/ m； ③超导体 超导体的电导率σ在温度小于其临界温度 时，可以认为是无限大。 当材料的σ ≤ 10-7 S/m时，就可以认为该材料基本上 不能导电，而成为绝缘体。 2.1 导电材料

离子导电材料的导电机理则主要是起源于离子的运 动，由于离子的运动速度远小于电子的运动速度，因此， 其电导率也远小于电子导电材料的电导率，目前最高不 超过102S/m,大多都在100S/m以下

离子导电材料的导电机理则主要是起源于离子的运 动，由于离子的运动速度远小于电子的运动速度，因此， 其电导率也远小于电子导电材料的电导率，目前最高不 超过102 S/m ，大多都在100 S/m以下

2.1.1导电材料的种类及应用 导电材料是利用金属及合金优良的导电性能来传输 电流，在性能上的要求为高的电导率，高的力学性能， 良好的抗腐蚀性能，良好的工艺性能，以及低的价格

2.1.1 导电材料的种类及应用 导电材料是利用金属及合金优良的导电性能来传输 电流，在性能上的要求为高的电导率，高的力学性能， 良好的抗腐蚀性能，良好的工艺性能，以及低的价格

2.1.1导电材料的种类及应用 导电材料按化学成分主要有以下两类： (1)纯金属 纯金属是主要的导体材料，电导率o为107~108S/m ,常用的有铜、铝和银等。 表2.2室温下一些纯金属的电导率 材料 /(S·m1 材料 σ/(S·m') 银(Ag) 6.3×10 铁(Fe) 1.03×10 铜(Cu) 5.85×10 铂(P) 0.94×10 金(Au) 4.25×10 钯(Pd) 0.92×10 铝(AI) 3.45×10 锡(Sn) 0.91×10 镁(Mg) 2.2×107 钽(Ta) 0.8×10 锌(Zn) 1.7×10 铬(Cr) 0.78×10 钴(Co) 1.6×107 铅(Ph) 0.48×10 镍(Ni) 1.46×10 锆(Zr) 0.25×10

2.1.1 导电材料的种类及应用 导电材料按化学成分主要有以下两类： (1) 纯金属 纯金属是主要的导体材料，电导率σ为107～108 S/m ，常用的有铜、铝和银等

(2)合金材料 电导率为105~107S/m,如铜合金、铝合金、银合金、 镍合金和不锈钢等。 1)铜合金 由于纯铜在机械强度、耐磨性上尚有欠缺，尤其在 加热到100~200℃时，机械强度剧烈地降低，因此，在 某些场合下，常在铜中加入其他成分，牺牲部分导电能 力，以克服机械强度不足的缺，点。 2)铝合金 铝合金密度小，有足够的强度、塑性和耐蚀性。电 子工业中常用做机械强度要求较高、重量要求轻的导电 材料

(2) 合金材料 电导率为105~107 S/m，如铜合金、铝合金、银合金、 镍合金和不锈钢等。 1) 铜合金 由于纯铜在机械强度、耐磨性上尚有欠缺，尤其在 加热到100～200 ℃时，机械强度剧烈地降低，因此，在 某些场合下，常在铜中加入其他成分，牺牲部分导电能 力，以克服机械强度不足的缺点。 2) 铝合金 铝合金密度小，有足够的强度、塑性和耐蚀性。电 子工业中常用做机械强度要求较高、重量要求轻的导电 材料

银合金、金合金由于具有良好的导电性和化学稳定 性，常用做接，点材料。 镍合金在密封应用方面具有很好的成型加工性、封 装性和电镀性等。 表2.3室温下一些合金的电导率 材料 o/(S·ml) 材料 o/(S·m1) 522釜250 不锈钢，301 0.14×10 黄铜(70%Cu-30%Zn) 1.6×10 镍铬合金(80%Ni-20%Cr) 0.093×10 灰铸铁 0.15×10

银合金、金合金由于具有良好的导电性和化学稳定 性，常用做接点材料。 镍合金在密封应用方面具有很好的成型加工性、封 装性和电镀性等

2.1.2电阻材料的种类及应用 电阻材料是指电阻率较高的一类导电材料，包括精 密电阻材料和电阻敏感材料，主要用来制作标准电阻器、 变阻器及一些敏感电阻（如应变电阻、热敏电阻、光敏电 阻、气敏电阻等)器件，通常为高电阻率的合金

2.1.2 电阻材料的种类及应用 电阻材料是指电阻率较高的一类导电材料，包括精 密电阻材料和电阻敏感材料，主要用来制作标准电阻器、 变阻器及一些敏感电阻(如应变电阻、热敏电阻、光敏电 阻、气敏电阻等)器件，通常为高电阻率的合金