材料物理材料的电学性能.pptx

 材料的电学性能;主要内容;6.1 导电性;6.1.1 自由电子近似下的导电;所以有;（2）量子自由电子理论; 实际晶体的电子是以布洛赫波传导，电子的能量分布服从费米—狄拉克统计。;在有限温度下，热激发引起球面混乱，即电子的占有几率服从费米—狄拉克统计分布：;如果不施加电场，电子作各向同性运动，没有电流流动； 如果在某个方向上施加一个电压，电子的速度分布应该偏向该方向，有净电流流动。;自由电子近似对碱金属等纯金属成立，但对过镀金属等具有复杂电子结构的金属不成立，这类金属的导电性必须根据能带理论处理。;有效电子数n*;6.1.2 能带理论下的导电性;(1)一价元素;(2)二价元素;(3)三价元素;(5)五价元素;(6)离子晶体;6.1.3 导电性与温度的关系;弛豫时间τF： 平均自由程λF：有点缺陷、位错和晶界等晶体缺陷决定。;电阻与温度的关系;6.1.2 导电性与温度的关系—高温时的电阻; 对于热平衡状态下的谐振子，能量KT/2分别被分配到平均动能和势能中。 设振幅为x，势能的平均值为2π2ν2DMx2 （M 为原子质量）,温度为T时振幅的均方值x2 为;6.1.2 导电性与温度的关系—低温时的电阻;6.1.2 导电性与温度的关系—低温时的电阻;6.1.3 电阻率与杂质的关系—马西森定律;纯金属的中的值称为剩余电阻，是金属纯度的标准。;低温下杂质、缺陷对金属电阻的影响 1、理想金属晶体 2、含有杂质金属 3、含有晶体缺陷; 金属电阻的其他影响因素—磁性转变 ; 金属电阻的其他影响因素—压力;压力可引起绝缘体－金属转变！; 金属电阻的其他影响因素—冷加工;点缺陷引起的剩余电阻率变化远大于线缺陷引起的变化。; 金属电阻的其他影响因素—位错;6.1.4 霍尔效应;霍尔效应产生的原因：磁与电的相互作用;由于Jx=-nevx， 霍尔系数： Ey/Hx;其中;应用 A. 证明了金属中有自由电子，是电荷的载体。 B. 对自由电子的情形，可以用测量RH计算电子密度。 C. 可用测量RH判断半导体载流子的类型。 RH＜0 自由电子导电 RH＞0 空穴导电 实验表明金属中也有RH＞0的情形，如Zn, Fe等，即不是简单的自由电子导电，因其能带结构复杂，可能由空穴控制传导。;???常RH，即R0 推动了金属中电子状态的研究;6.1.5 电导功能材料;(2)电阻材料 A. 精密电阻合金：小电阻温度系数的特殊合金。如Cu-Mn-Ni, Mn-Cu, Cu-Ni-Mn, Cu-Mn-Fe, Ag-Mn-Sn等。 B. 电热合金：在900－1350oC工作的电热体，如Ni-Cr, Fe-Cr-Al 等合金。 C. 高温加热元件和电极： 1500oC以上工作的电热体，用陶瓷，如SiC（硅碳棒）,MoSi2，LaCrO3，SnO2等。;(3)电触点材料 开关、继电器等涉及两接触导体的导电。 电流流经接触部分会由于接触面不平、异物形成薄膜产生接触电阻。 作为触点的材料一般要求接触电阻小, 接触状态稳定, 不易磨损, 不易扩散。 常用的触点材料：Cu, Cu-Ag, Cu-Be, Ag, Cu-Ag-Pt, W-Ag, Pt-Ir, Ir-Os, Ir-Os-Pt 等金属和合金。;6.2 超导性;6.2 超导性;（1）输电 目前输电损耗10％。普通导线：电流1-2A/mm2； 而超导导线，电流可达1000A/mm2 （2）电磁转化 回旋加速器，受控热核反应，磁悬浮列车等都需要超强磁场。 （3）超导隧道效益 利用它可以做成世界上最灵敏的磁场探测元件。可以测量地球磁场的几十亿分之一的变化，从而可以预测地震。另外还可用于脑磁图，心磁图，探测潜水艇，矿产资源普查，核磁共振分析等。 （4）约瑟夫森效益 超导体的约瑟夫森结的电压－电流曲线会出现一些陡变的台阶，台阶高度为固定电压的整数倍。采用这种效益可以探测雷达，用于电磁战。 （5）通讯技术 利用超导体较低的表面电阻和较高的工作温度，可将超导体用在滤波器，谐振器，延迟线等。 外空间温度在80-120K左右，而目前超导体的温度可以达到这一工作温度，因此超导体用在外空间不需要专门的低温装置。美国的勇气号、机遇号火星探测器成功的根本之一，是美国建立了一个有效的深空探测网。 （6）储能 目前采用飞轮储能，飞轮采用磁悬浮轴承，可保证转速快，质量大，无磨损。;6.2.1 超导现象;液氦 (4He：4.2K， 3He：3.2K)液氢 (20.4K) 液氖 (27.1K) 液氮 (77.3K) 液氧 (90.2K);1