第四章第五讲材料科学与工程基础顾宜.pptx

ElectricalPropertiesofMaterials

Theelectricalbehaviorsofthevariousmaterial

Describetherelationshipofelectricalconductiandfourpossibleelectronbandstructuresforsolimaterials.

Howtocalculatetheelectricalconductivities

Definedielectricconstantofadielectricmatertermsofpermittivities.

4-3材料的电学性能

直流电场

交变电场——介电性质弱电场——导电性质强电场——击穿现象

材料表面——静电现象

信息时代

电力

机械、交通

电子、微电子日常生活

4-3材料的电学性能(electricalproperty)

1、电阻率：体积电阻率

Ω·m

表面电阻率

S,Ω

4-3-1电导率(electricalconductivity)和电阻率

V,

2、电导率(electricalconductivity)

(1)表征材料导电性的大小。

单位：S.m-1,(Ω.m）-1西门子

⑵根据电导率对材料的分类

表4-19材料的分类及其电导率

材料电阻率电导率

∞

105-108

10-7-105

10-18-10-7

→0

10-8-10-510-5-107107-1018

超导体导体半导体绝缘体

⑶不同材料的电导率举例

①金属自由电子电导率高导电性好②硅半导体

③离子固体室温绝缘体T高电导率大（无机非金属）

④高分子杂质致有导电性

金属和合金

银

铜，工业纯

金

铝,工业纯

Al-1.2%,Mn合金钠

钨，工业纯

黄铜（70%Cu-30%Zn

镍,工业纯

纯铁,工业纯

钛,工业纯

TiC

不锈钢，301型

镍铬合金(80%Ni-20%Cr）

非金属

石墨

SiC

锗，纯

硅，纯

苯酚甲醛（电木）窗玻璃

氧化铝（Al2O3）云母

甲基丙烯酸甲酯氧化铍（BeO）

聚乙烯

聚苯乙烯

金刚石

石英玻璃

聚四氟乙烯

σ(Ω-1.m-1）

105(平均)10

2.2

4.3*10-4

10-7-10-11

10-10

10-10-10-1210-11-10-15

〈10-12

10-12-10-15〈10-14

〈10-14

〈10-14

〈10-16

〈10-16

σ(Ω-1.m-1)

6.3*107

5.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*107

1.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.17*1070.14*1070.093*107

各种材料在室温的电导率

•参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别的问题

•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

•载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过程的问题

·如何理解材料的电导现象，必须明确几个问体：

载流子chargecarrier——电子、空穴、正离子、负离子

载流子数chargecarrierdensity----n,个/m3载流子迁移率electronmobility

(物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度)μ=ν/Em2/(v.s)m/sv/m

电流密度

（单位时间（1s）通过单位截面积的电荷量）J＝nqv

电导率6=J/E=nqv／E=nqμ

⑷决定电导率的基本参数parameters

⑸影响因素

影响离子电导率的因素温度

晶体结构晶格缺陷

影响电子电导率的因素温度、

杂质缺陷

(A)声子对迁移率的影响,可写成

μL=aT-3/2

(B)杂质离子对迁移率的影响,可写成

μI=bT3/2

.单质金属中主要