第 05-1 講材料物理性能與測試PPT

1、第五章第五章 電導(dǎo)的物理現(xiàn)象電導(dǎo)的物理現(xiàn)象 離子電導(dǎo)離子電導(dǎo) 電子電導(dǎo)電子電導(dǎo) 無機(jī)非金屬材料電導(dǎo)無機(jī)非金屬材料電導(dǎo) 電導(dǎo)的應(yīng)用電導(dǎo)的應(yīng)用歐姆定律示意圖歐姆定律示意圖一一.電導(dǎo)的宏觀參數(shù)電導(dǎo)的宏觀參數(shù)1.電導(dǎo)率和電阻率電導(dǎo)率和電阻率長L，橫截面S的均勻?qū)щ婓w，兩端加電壓V， 根據(jù)歐姆定律： （5.1）在這樣一個(gè)形狀規(guī)則的均勻材料，電流是均勻的，電流密度J在各處是一樣的，總電流強(qiáng)度： （5.2）RVI SJI 同樣電場強(qiáng)度也是均勻的 （5.3）把（5.2）和（5.3）代入（5.1）則：RLESJ EESRLJ1除以S得：其中， 為材料的電阻率，電阻率倒數(shù)為電導(dǎo)率，即 ，上式可寫為：LEV LSR

2、12A/cm EJ11 1cmcmLSR u載流子遷移率：V) (S/ cm 2Ev 這是歐姆定律的微分形式，適用于非均勻?qū)w。微分式說明導(dǎo)體中某點(diǎn)的電流密度正比于該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，比例系數(shù)為電導(dǎo)率。SVRRR111VVIVR SSIVR 2.體積電阻與體積電阻率表面電流體積電流sVIII 圖5.1中電流由兩部分組成：代入上式得：代入上式得：因而定義電阻因而定義電阻:ShRvv體積電阻體積電阻Rv與材料性質(zhì)及樣品幾何尺寸的關(guān)系與材料性質(zhì)及樣品幾何尺寸的關(guān)系:h板狀樣品的厚度板狀樣品的厚度(cm)S板狀樣品的電極面積板狀樣品的電極面積(cm2)v體積電阻率為描寫材料電阻性能的參數(shù)體積電阻率為描寫材

3、料電阻性能的參數(shù)表示了總絕緣電阻、體積電阻、表面電阻之間的關(guān)系。由于表面電阻與樣品表面環(huán)境有關(guān)，因而只有體積電阻反映材料的導(dǎo)電能力。通常主要研究材料的體積電阻。管狀式樣管狀式樣12ln21221rrlxldxRvrrvv圓片式樣體積電阻率的測量圓片式樣體積電阻率的測量g圓片試樣圓片試樣21rhShIVRvvvIVhrv21如上圖，兩環(huán)形電極a、g間為等電位，其表面電阻可以忽略。設(shè)主電極的a有效面積為：21rS則體積電阻：221)(4rrSIVhrrv4)(2212214rrhRvv如果要得到更精確的測定結(jié)果，可采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式：板狀式樣板狀式樣blRss圓片試樣圓片試樣VIabgr1r22)

4、ln(21221rrxdxRsrrssVIsl在室溫下測量電導(dǎo)率常采用簡單的四探針法：在室溫下測量電導(dǎo)率常采用簡單的四探針法：llllllVI32213111112llll321測得電導(dǎo)率為：如果 ，則：lVI2具有電荷的自由粒子，在電場作用下可產(chǎn)生電流。無機(jī)材料中的載流子可以是電子（負(fù)電子，空穴），離子（正、負(fù)離子，空位）。載流子為離子的電導(dǎo)為離子電導(dǎo)，載流子為電子的電導(dǎo)為電子電導(dǎo)。：現(xiàn)象現(xiàn)象：沿：沿x x軸通入電流，軸通入電流，z z方向上加磁場，方向上加磁場，y y方向上將產(chǎn)生電場。方向上將產(chǎn)生電場。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力所致，但此處：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力所致，但此處的運(yùn)動(dòng)電荷只

5、能是電子，因其質(zhì)量小、的運(yùn)動(dòng)電荷只能是電子，因其質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)容易，故此現(xiàn)象只出現(xiàn)于電子電運(yùn)動(dòng)容易，故此現(xiàn)象只出現(xiàn)于電子電導(dǎo)時(shí)，即可用霍爾效應(yīng)的存在與否檢導(dǎo)時(shí)，即可用霍爾效應(yīng)的存在與否檢驗(yàn)材料是否存在電子電導(dǎo)。驗(yàn)材料是否存在電子電導(dǎo)。zxHyHJRE enRiH1霍爾系數(shù)霍爾系數(shù):載流子濃度XZYFQCQgiienHHR電導(dǎo)率電導(dǎo)率:霍爾遷移率霍爾遷移率:霍爾效應(yīng)可檢驗(yàn)材料是否存在電子電導(dǎo)霍爾效應(yīng)可檢驗(yàn)材料是否存在電子電導(dǎo).用此可檢驗(yàn)材料中是否存在離子電導(dǎo)。用此可檢驗(yàn)材料中是否存在離子電導(dǎo)。 gQCF電解物質(zhì)的量電化當(dāng)量通過的電量法拉第常數(shù)運(yùn)動(dòng)的離子在電極附近發(fā)生電子得失而形成新的物質(zhì)。運(yùn)動(dòng)的離

6、子在電極附近發(fā)生電子得失而形成新的物質(zhì)。2.遷移率和電導(dǎo)率的一般表達(dá)式遷移率和電導(dǎo)率的一般表達(dá)式 物體的導(dǎo)電現(xiàn)象，其微觀本質(zhì)是載流子在電場作用下的定向遷移。V=1cm321cmS設(shè)單位截面積為 ，在單位體積 內(nèi)載流子數(shù)為 ，每一載流子的電荷量為 ，則單位體積內(nèi)參加導(dǎo)電的自由電荷為 。31cm3cmnqnq如果介質(zhì)處在外電場中，則作用于每一個(gè)載流子的力等于 。在這個(gè)力的作用下，每一載流子在 方向發(fā)生漂移，其平均速度為 。容易看出，單位時(shí)間（1s）通過單位截面 的電荷量為：qEscmvSnqvJ ESIJ ( )根據(jù)歐姆定律及 ，shREEJ因?yàn)?、 只決定于材料的性質(zhì)，所以電流密度與幾何因子無關(guān)，這就給討論電導(dǎo)的物理本質(zhì)帶來了方便?？赏茖?dǎo)：歐姆定律最一般的形式：由一般式可得到電導(dǎo)率為：EnqvEJ令 （載流子的遷移率）。其物理意義為載