《材料物理性能》课程教学课件（讲稿）第六章 无机材料的电导

第六章无机材料的电导 ■ 6.1概述 ■6.2电导的物理现象 ■6.3离子电导 ■6.4电子电导 ■6.5玻璃态电导 ■6.6无机材料的电导 ■6.7半导体陶瓷的物理效应 m6.8 超导体 2019/6/3

2019/6/3 1 第六章 无机材料的电导  6.1 概述  6.2 电导的物理现象  6.3 离子电导  6.4 电子电导  6.5 玻璃态电导  6.6 无机材料的电导  6.7 半导体陶瓷的物理效应  6.8 超导体

本章的关键： 理解并掌握如下公式的含义 o=∑o,=∑n,9,4 理解材料的电导现象，必须明确几个问题： 1、参与迁移的是那种载流子一有关载流子类别的问题。 2、载流子的数量有多大一有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题。 3、载流子迁移速度的大小一有关载流子输运过程的问 题。 2019/6/3 2

2019/6/3 2 本章的关键： 理解并掌握如下公式的含义 = ∑ = ∑ i i i i i σ σ i n q µ 理解材料的电导现象，必须明确几个问题： 1、参与迁移的是那种载流子——有关载流子类别的问题。 2、载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载流子产 生过程的问题。 3、载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问 题

6.1概述 材料电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部 的带电粒子（载流子）发生相应的定向运动或者空间分布状态发 生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷极化的现象。 电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电 性、热释电性、接触电性、压电性和光电性等。 材料导电性：是指在电场作用下，材料中的带电粒子发生定 向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特 性。 2019/6/3 3

2019/6/3 3 6.1 概述 材料电学性能：材料受到某种或几种因素作用时，材料内部 的带电粒子(载流子)发生相应的定向运动或者空间分布状态发 生变化，由此导致宏观上出现电荷输运或电荷极化的现象。 电学性能包括：导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电 性、热释电性、接触电性、压电性和光电性等。 材料导电性：是指在电场作用下，材料中的带电粒子发生定 向移动从而形成宏观电流的现象，属于材料的电荷输运的特 性

材料电学性能的应用 a 2019/6/3

2019/6/3 4 材料电学性能的应用

6.2电导的物理现象 一、电导的宏观参数 1、电导率和电阻率 V-LE 电阻率：=R氵 (.cm） 电场E 电流密度」 电导率：。 (2.cm） ◆欧姆定律的微分形式： 欧姆定律示意图 J=0E (A/cm2） E:V/cm 2019/6/3

2019/6/3 5 6.2 电导的物理现象 一、电导的宏观参数 欧姆定律示意图 1、电导率和电阻率 电导率： E：V/cm 电阻率： ( ) 1 1 1 − − = Ω ⋅ cm ρ σ ( cm) L S ρ = R Ω⋅ ( ) 2 J E =σ A/cm 欧姆定律的微分形式：

电导率和电阻率的意义 意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从 而可以用来评价比较材料自身的导电性。 根据材料的电导率可把材料分为： 超导体：02101521.m1 导体：0在10810421.m1 半导体：6在106~10-6Ω1.m1 绝缘体：0在10-810-2021.m1 注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不 同资料中给出的界线也不完全一致。 2019/6/3 6

2019/6/3 6 电导率和电阻率的意义 意义：是材料的本征参数，与材料的形状尺寸无关，从 而可以用来评价比较材料自身的导电性。 σ 根据材料的电导率可把材料分为： 超导体： ≥1015Ω-1.m-1 导体： 在108～104Ω-1.m-1 半导体： 在106～10-6Ω-1.m-1 绝缘体： 在10-8～10-20Ω-1.m-1 σ σ σ 注意：不同类别材料的导电性之间的界线有交叉重叠，不 同资料中给出的界线也不完全一致

2、体积电阻和体积电阻率 电流： I=Iv+Is 电阻： R=V/I 11,1 R Ry R 2019/6/3

2019/6/3 7 2、体积电阻和体积电阻率 V S I = I + I R RV RS 1 1 1 = + 电流: 电阻: V V R = V I S S R = V I

体积电阻R与材料性质及样品几何尺寸的关系： R,=PS h一板状样品的厚度(cm); S一板状样品的电极面积(cm); p一体积电阻率，为描写材料电阻性能的 参数。 2019/6/3 8

2019/6/3 8 S h Rv = ρ v 体积电阻Rv与材料性质及样品几何尺寸的关系: h－板状样品的厚度(cm)； S－板状样品的电极面积(cm2)； ρv－体积电阻率，为描写材料电阻性能的 参数

管状试样的体积电阻 电极 ℃2 dx 1n 2πd r 2019/6/3 9

2019/6/3 9 管状试样的体积电阻 1 2 ln 2 1 2 2 1 r r xl l dx R v r r v v π ρ π = ρ = ∫

圆片试样的体积电阻和体积电阻率 h R== h S 2 V a P: 精确测定结果： s-T(R+n) 4 4h R,=p,xπG+r】 圆片式样体积电阻率的测量 π(G+3)2、V 4h 2019/6/3

2019/6/3 10 圆片试样的体积电阻和体积电阻率 圆片式样体积电阻率的测量 g 2 1 r h S h I V Rv v v π = = ρ = ρ I V h r v = × 2 π 1 ρ 精确测定结果: I V h r r v × + = 4 ( ) 2 π 1 2 ρ 2 1 2 ( ) 4 S = r + r π ( ) 2 1 2 4 r r h R v v + = × π ρ