纳米材料的电学特性.ppt

纳米材料的电学特性电荷载流子：电子和阴离子，阳离子，以及电子空穴。导电绝缘体（电介质），在外电场作用下内部电场不为零，正负电荷分布的中心分离，产生电偶极矩，即发生电极化。介电0102材料的电学性能载流子的物理特征(1)霍尔效应电子电导的特征是具有霍尔效应。沿试样x轴方向通入电流I（电流效应Jx），Z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。利用霍尔效应可检查材料是否存在电子电导。(2)电解效应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。迁移率和导电率的一般表达式电流密度(J):单位时间（1s）通过单位截面S的电荷量.J=nqv或J=I/S由R=V/IR=ρh/SE=V/h欧姆定律最一般的形式电导率（σ）与迁移率（μ）：σ＝J/E＝nqv/E=nqμJ=E/ρ=EσJ：电流密度：E：电场强度；?：载流子的迁移率；q：一个载流子的电荷n：载流子的浓度.载流子的迁移率的物理意义为：载流子在单位电场中的迁移速度。电导率的一般表达式为该式反映电导率的微观本质，即宏观电导率σ与微观载流子的浓度n，每一种载流子的电荷量q以及每种载流子的迁移率的关系。将主要依据此式来讨论电导的性能。阳离子导体：银离子、铜离子、钠离子、锂离子、氢离子等；0102阴离子导体：氟离子、氧离子。离子导电材料：固体电介质。离子导电快离子相的概念固体从非传导态进入传导态有三种情况：（1）正常熔化态。（2）非传导态经过一级相变进入导电态。相变前后均保持固态特性，仅结构发生变化。称这一特殊导电相为快离子相。其结构从有序向无序转变或亚晶格熔融。如：银离子、铜离子导体。（3）法拉第转变态，没有确切的相变温度，是一个温度范围，在此温度范围电导率缓慢上升。例如Na2S.1/Tlg?（1）（2）（3）以Ag+为例，（2）的物理图象为：1低温时，晶格由阴阳离子共同组成；2当温度升上到相变温度时，所构成的阳离子亚晶格发生熔化；3阴离子亚晶格由于阳离子亚晶格的无序而重新排列构成新相的骨架；4阳离子在这些骨架的间隙上随机分布，可动阳离子在这一新相中的间隙位置间很容易运动。5??????????????????体心立方晶格导电通道面心立方晶格导电通道晶格导电通道概貌固体电解质的离子传导机理六方密堆积的晶格导电通道离子导电的种类本征导电------晶格点阵上的离子定向运动（热缺陷的运动）。弗仑克尔缺陷为填隙离子---空位对。肖特基缺陷为阳离子空位---阴离子空位对。溶质导电------溶质离子的定向运动。填隙离子或置换离子。热缺陷的运动；间隙离子的电导率：?=Asexp[-(E2+Es/2)/kBT]=Asexp[-Ws/kBT]扩散：?=D×nq2/kT纳米材料对离子电导的影响电子导电按导电性能分为：导体（包括超导体），半导体和绝缘体金属的导电性质的理论解释：电流随电压成正比增加（欧姆定律）；纯金属室温电导率为10-5Ω·cm量级；高温（德拜温度以上），电阻随温度成正比上升，低温时大致和T5成正比；含杂质和缺陷的金属的电阻是纯金属电阻加上和温度有关的一个电阻值。经典自由电子理论01量子自由电子理论02能带理论03金属导电的理论的发展状态代表点在k空间中的分布kzkxkyOf(E)—E的关系曲线上世纪30年代初布洛赫和布里渊等人研究了周期场中运动的电子性质，为固体电子的能带理论奠定了基础。能带论是以单电子在周期性场中运动的特征来表述晶体中电子的特征，是一个近似理论，但对固体中电子的状态作出了较为正确的物理描述。两种近似方法——近自由电子近似和紧束缚