电阻率（电导率）.PPT

第五章、材料的电导 一、电导的物理现象 二、金属的导电性 三、离子电导 四、电子电导 五、无机非金属材料电导 六、电导的应用 七、超导体 功能材料已广泛应用于以下领域： 电子技术、敏感技术、高温技术、能源技术、自动控制和信息处理等。 陶瓷材料已经突破了传统陶瓷的概念和范畴形成一们崭新的材料科学—精细陶瓷。 精细陶瓷分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。 功能陶瓷是以电、磁、光、声、热和力学等性能及其相互转换为主要特征。它已经成为电子材料中的重要组成部分。 陶瓷材料的电学功能可分为绝缘陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、铁电陶瓷、半导陶瓷、超导陶瓷等。 1. 电导的物理现象1.1 电导的宏观参数 2.四端电极法测量试样 1. 电导的物理现象1.1 电导的宏观参数 4。四探针法（4-Probe Conductivity Measurements） 在室温下测量电导率通常采用的四探针法 当l1=l2=l3=l 则 2.2电阻率与温度的关系 金属的温度越高，电阻也越大。若以?0和?t表示金属在0℃和T℃温度下的电阻率，则电阻与温度关系为： ?t＝ ?0（1＋ αT）一般在温度高于室温情况下，此式对大多数金属是适用 α ＝（ ?t－ ?0）/ ?0T (1/℃） T→0时αt＝d ?/dT ? (1/℃） 除过渡族金属外。所有纯金属的电阻温度系数近似＝4×10－3，过渡族铁为6.0×10－3，钴为6.6×10－3，镍为6.2×10－3。过渡族金属的电阻与温度的关系经常出现反常。 2.3电阻率与压力的关系 在流体静压压缩时（高达1.2GPa），大多数金属的电阻下降。这是因为在巨大的流体静压条件下，金属原子间距缩小，内部缺陷形态、电子结构、费米能和能带结构都将发生变化，显然会影响金属的导电性能。 在流体静压下金属的电阻率可用下式计算： ?P＝ ?0（1+ψ P); ?0表示在真空条件下的电阻率，P表示压力， ψ是压力系数（负值10－5－10－6） 按压力对金属导电的影响特性，把金属分为二种：正常金属和反常金属。 正常金属——是指随压力增大，金属的电阻率下降。如：铁、钴镍、鈀、铂、铱、铜、银、金、锆等 反常金属——是指随压力增大，金属的电阻率增加。如钙、锶、锑、铋 很大的压力可使许多物质由半导体和绝缘体变为导体，甚至超导体。 2.4冷加工和缺陷对电阻率的影响 2.4.1冷加工对电阻率的影响 室温下测得经过相当大的冷加工变形后纯金属（如铁、铜、银、铝)的电阻率，比未经变形的总共只增加2％—6％。 只有金属钨、钼例外，当冷变形量很大时，钨电阻可增加30%---50%，钼增加15％—20％。 一般单相固溶体经加工后，电阻可增加10％—20％。而有序固溶体电阻增加100％，甚至更高。也有相反的情况，镍—鉻，镍—铜—锌等中形成K状态，则冷加工变形将会使合金电阻率降低。 冷加工引起金属电阻率增加，这同晶格畸变（空位、位错）有关。冷加工引起金属晶格畸变也像原子热振动一样，增加电子散射几率；同时也会引起金属晶体原子间距键合的改变，导致原子间距的改变。 2.4.2缺陷对电阻率的影响 空位、间隙原子以及它们组成、位错等晶体缺陷使金属电阻率增加。 根据马西森定律，在极低温度下，纯金属电阻率主要由其内部缺陷（包括杂质原子）决定，即由剩余电阻率?′决定。因此，研究晶体缺陷对估价单晶体结构完整性由重要意义。 掌握这些缺陷对电阻的影响，可以研制具有一定电阻的金属。半导体单晶体的电阻值就是根据这个原则进行人为控制的 。 2.5电阻率的尺寸效应 从金属导电的机制可知，当金属导电电子的自由程同试样尺寸是同一数量级时，这种影响就显得十分突出。这一现象对研究和测试金属薄膜和细丝材料（厚度约(10~100）×10－10m）的电阻很重要。 1/L有效=1/L＋1/Ld L有效为样品表面受到散射的电阻平均自由程。假定d≈Ld，则薄样品的电阻率ρd可用下式表述: ρd=ρ∞ (1+L/d） ρ∞为大块样品的电阻率 2.6电阻率的各向异性 一般在立方系晶体中金属的电阻表现为各向同性；但在对称性较差的六方晶系、四方晶系、斜方晶系和菱面体中，导电性表现为各向异性。 电阻各向异性系数?⊥/ ?∥ ?⊥为垂直六方晶轴方向测得的电阻率，?∥为平行六方晶轴方向的电阻率，不同金属和不同温度下是不相等的。常温下是定值。 多晶试样的电阻可通过晶体不同方向的电阻率表达： ?多晶＝1/3(2 ?⊥+ ?∥) 2.7固溶体的电阻率2.7.1形成固溶体时电阻率的变化 当形成固溶体时，合金导电性能降低。即使是在导电性好的金属溶剂中溶入导电性很高的溶质金属时，也是如此。 这是因为在溶剂晶格中溶入溶质原子时，溶剂的晶格发生扭曲畸变，破坏了晶格势场的周期性，从而增加了电子散射几率，电阻率增高。但晶格畸变不是电阻