材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)__第四章第三節(jié)2013

1、電力電力機(jī)械、交通機(jī)械、交通電子、微電子電子、微電子日常生活日常生活Electrical Properties of Materials交變電場(chǎng)交變電場(chǎng)介電性質(zhì)弱電場(chǎng)弱電場(chǎng) 導(dǎo)電性質(zhì)強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng) 擊穿現(xiàn)象 材料表面材料表面靜電現(xiàn)象4.3 材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能 不同材料電學(xué)性能的差異及其與組成和結(jié)構(gòu)不同材料電學(xué)性能的差異及其與組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系的關(guān)系 電導(dǎo)率和電阻率的定義、電導(dǎo)率和電阻率的定義、電導(dǎo)機(jī)制、電導(dǎo)率電導(dǎo)機(jī)制、電導(dǎo)率的基本參數(shù)及影響因素的基本參數(shù)及影響因素 材料的電子能帶結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)性、光導(dǎo)性和材料的電子能帶結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)性、光導(dǎo)性和半導(dǎo)電性半導(dǎo)電性 超導(dǎo)電性的定義、超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性的

2、定義、超導(dǎo)體的2 2種特性、種特性、3 3個(gè)個(gè)性能指標(biāo)性能指標(biāo) 介電常數(shù)的定義、介質(zhì)極化的三種機(jī)制，介電常數(shù)的定義、介質(zhì)極化的三種機(jī)制， 交變電場(chǎng)中的介電損耗的成因及影響因素交變電場(chǎng)中的介電損耗的成因及影響因素 擊穿強(qiáng)度的定義擊穿強(qiáng)度的定義 材料電性能與溫度的關(guān)系材料電性能與溫度的關(guān)系電導(dǎo)率電導(dǎo)率(electrical conductivity)和和電阻率電阻率 4.3.1 電導(dǎo)率和電阻率電導(dǎo)率和電阻率測(cè)定電阻率的裝置示意圖測(cè)定電阻率的裝置示意圖電阻率分電阻率分： 體積電阻率：體積電阻率： V , m表面電阻率表面電阻率： S , 電阻率電阻率S：西門(mén)子：西門(mén)子電導(dǎo)率電導(dǎo)率電導(dǎo)率電導(dǎo)率(ele

3、ctrical conductivity) (1) 表征表征材料導(dǎo)電性的大小材料導(dǎo)電性的大小。 單位：S/m, （.m）-1 根據(jù)電導(dǎo)率對(duì)材料根據(jù)電導(dǎo)率對(duì)材料分類(lèi)分類(lèi)表表4-19 材料的分類(lèi)及其電導(dǎo)率、電阻率材料的分類(lèi)及其電導(dǎo)率、電阻率材料材料電阻率電阻率 m電導(dǎo)率電導(dǎo)率S/m超導(dǎo)體超導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體010-8-10-510-5-107107-1018105-10810-7-10510-18-10-7 不同材料的電導(dǎo)率不同材料的電導(dǎo)率 金屬金屬 自由電子自由電子 電導(dǎo)率高電導(dǎo)率高 導(dǎo)電性好導(dǎo)電性好 硅、鍺硅、鍺 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 離子固體（無(wú)機(jī)非金屬）離子固體（無(wú)機(jī)非金屬） 室

4、溫絕緣體室溫絕緣體 T ， 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 高分子高分子 絕緣體，絕緣體，雜質(zhì)致有導(dǎo)電性雜質(zhì)致有導(dǎo)電性 各種材料在室溫的電導(dǎo)率各種材料在室溫的電導(dǎo)率決定電導(dǎo)率的基本參數(shù)決定電導(dǎo)率的基本參數(shù) parameters 載流子類(lèi)型載流子類(lèi)型 charge carrier 電子、空穴、正 離子、負(fù)離子 載流子數(shù)載流子數(shù) charge carrier density-n, 個(gè)個(gè)/m3 載流子遷移率載流子遷移率 electron mobility ( 物理意義為載流子在單位電場(chǎng)中的遷移速度) 平均漂移速度（平均漂移速度（drift velocity），m/s電流密度電流密度 單位時(shí)間（單位時(shí)間（1s）通過(guò)單位

5、截面積的電荷量）通過(guò)單位截面積的電荷量 Jnqv 單位：庫(kù)倫單位：庫(kù)倫/(m 2s) , J=I/A 根據(jù)歐姆定律，及根據(jù)歐姆定律，及R=L/A電導(dǎo)率電導(dǎo)率 =J/E=nqv/E =nq載流子的遷移率載流子的遷移率 =v/Eiiiinq影響電導(dǎo)率的因素影響電導(dǎo)率的因素（1）影響）影響離子電導(dǎo)率離子電導(dǎo)率的因素的因素 溫度溫度 T， 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 結(jié)合力大結(jié)合力大 ，小小 晶格缺陷晶格缺陷 固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)雜質(zhì)離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系雜質(zhì)離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系（2）影響影響電子電導(dǎo)率電子電導(dǎo)率的因素的因素u 溫度溫度 單質(zhì)金屬：?jiǎn)钨|(zhì)金屬：電導(dǎo)率的溫度關(guān)系為 半導(dǎo)體和絕緣體：半導(dǎo)體和絕緣體：電導(dǎo)

6、率隨溫度變化以指數(shù)函數(shù)增大 =0exp(-Ec/kT) u雜質(zhì)及缺陷雜質(zhì)及缺陷 半導(dǎo)體摻雜使電導(dǎo)率增大。T-1Structures and Conductivity 材料的材料的電子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性電子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性 能帶能帶 electron energy band4.3.2 材料的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性材料的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性N個(gè)原子，個(gè)原子，N個(gè)能級(jí)個(gè)能級(jí)能帶間存在能隙（禁帶）能帶間存在能隙（禁帶）Section 12.5(a) (b)金屬，金屬，(c)絕緣體，絕緣體，(d)半導(dǎo)體半導(dǎo)體固體在固體在0K時(shí)各種可能的電子能帶結(jié)構(gòu)時(shí)各種可能的電子能帶結(jié)構(gòu)（1）導(dǎo)體導(dǎo)體 conductor 堿金屬堿金屬 鋰、鈉、鉀

7、鋰、鈉、鉀 鈉鈉（1S1S2 22S2S2 22P2P6 63S3S1 1） 堿土金屬堿土金屬 鈹、鎂、鈣鈹、鎂、鈣 鎂（鎂（1S1S2 22S2S2 22P2P6 63S3S2 2） 3S與與3P重迭重迭 貴金屬貴金屬 銅、銀、金銅、銀、金 銅（銅（1S1S2 22S2S2 22P2P6 63S3S2 23P3P6 63d3d10104S4S1 1） 過(guò)渡金屬過(guò)渡金屬 鐵、鎳、鈷鐵、鎳、鈷 鐵鐵（1S1S2 22S2S2 22P2P6 63S3S2 23P3P6 63d3d7 74S4S2 2）重迭重迭金屬中的自由電子都能導(dǎo)電嗎？金屬中的自由電子都能導(dǎo)電嗎？費(fèi)米能級(jí)理論費(fèi)米能級(jí)理論激發(fā)前激發(fā)

8、前激發(fā)后激發(fā)后影響金屬導(dǎo)電性的因素影響金屬導(dǎo)電性的因素電阻率電阻率 溫度溫度: thermal vibration雜質(zhì)雜質(zhì): solid solution塑性形變塑性形變: dislocation散射散射（2）絕緣體絕緣體 insulator13種典型非金屬材料的室溫電導(dǎo)率種典型非金屬材料的室溫電導(dǎo)率離子固體的電導(dǎo)性離子固體的電導(dǎo)性離子性晶格缺陷的濃度離子性晶格缺陷的濃度溫度溫度晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)聚合物的電導(dǎo)性聚合物的電導(dǎo)性添加型添加型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型 Alan J. HeegerUSAUniversity of Californiaanta Barbara, CA, USAb. 1936發(fā)現(xiàn)并發(fā)展

9、了導(dǎo)電聚合物發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了導(dǎo)電聚合物 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 2000年年白白川川英英樹(shù)樹(shù)Hideki Shirakawa Japan University of Tsukuba Tokyo, Japan b. 1936Alan G. MacDiarmidUSAUniversity of PennsylvaniaPhiladelphia, PA, USAb. 19271974年，白川英樹(shù)等年，白川英樹(shù)等聚乙炔薄膜聚乙炔薄膜銅色（銅色（cis-，電導(dǎo)率，電導(dǎo)率108107 Scm1）銀色（銀色（trans-，電導(dǎo)率，電導(dǎo)率103102 Scm1）1977年，年， Heeger 、Ma

10、cDiarmid 和白和白川英樹(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔薄膜用川英樹(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔薄膜用Cl2、Br2或或I2蒸氣氧化后，其電導(dǎo)率可提高幾個(gè)蒸氣氧化后，其電導(dǎo)率可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)改變催化劑的制備方法數(shù)量級(jí)。通過(guò)改變催化劑的制備方法和取向，和取向，電導(dǎo)率可達(dá)電導(dǎo)率可達(dá)105 Scm1。圖 3 三維、二維和一維碳化合物材料共軛共軛能帶間隙隨聚合能帶間隙隨聚合物長(zhǎng)度的增加而物長(zhǎng)度的增加而減小減小摻雜摻雜：在聚合物上在聚合物上去掉或增加去掉或增加電子。電子。 氧化摻雜氧化摻雜（也稱(chēng)（也稱(chēng)P型摻雜）用鹵素?fù)诫s型摻雜）用鹵素?fù)诫s 還原摻雜還原摻雜（也稱(chēng)（也稱(chēng)n型摻雜）用堿金屬進(jìn)行型摻雜）用堿金屬進(jìn)行載流子載流子

11、在共軛聚合物材料中的在共軛聚合物材料中的躍遷躍遷包含：包含： 沿單一共軛體系沿單一共軛體系的運(yùn)動(dòng)：阻力小或無(wú)的運(yùn)動(dòng)：阻力小或無(wú) 在在共軛體系之間共軛體系之間的躍遷：阻力大的躍遷：阻力大聚乙炔，其聚乙炔，其摻雜摻雜的電導(dǎo)率大幅度提高，的電導(dǎo)率大幅度提高，摻雜到摻雜到6.67%時(shí)，能隙將消失。時(shí)，能隙將消失。導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系v 導(dǎo)電聚合物具有金屬導(dǎo)電性，且重量輕、易加工、導(dǎo)電聚合物具有金屬導(dǎo)電性，且重量輕、易加工、材料來(lái)源廣等特點(diǎn)材料來(lái)源廣等特點(diǎn)v 用作用作電極、電磁波屏蔽、抗靜電電極、電磁波屏蔽、抗靜電材料等材料等v 半導(dǎo)體器件和發(fā)光器件方面的應(yīng)用半導(dǎo)體器

12、件和發(fā)光器件方面的應(yīng)用 聚合物電池（高分子鋰電池）、聚合物電池（高分子鋰電池）、 電致變色顯示器、電致變色顯示器、 電化學(xué)傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管、電化學(xué)傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管、 聚合物發(fā)光二極管聚合物發(fā)光二極管（LED） 導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用（3）半導(dǎo)體）半導(dǎo)體 Semiconductors 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 Intrinsic semiconductors室溫下幾種半導(dǎo)體材料的能隙、電導(dǎo)率、遷移率室溫下幾種半導(dǎo)體材料的能隙、電導(dǎo)率、遷移率載流子載流子：自由電子，自由電子，n, 負(fù)電荷負(fù)電荷 空穴，空穴，hole p, 正電正電荷荷carrierhe雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 extrinsic

13、 semiconductorn n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在在SiSi、GeGe等四價(jià)元素等四價(jià)元素中摻入少量中摻入少量五價(jià)元素五價(jià)元素P P、SbSb、BiBi、AsAs 在導(dǎo)帶附近形成摻雜的能級(jí)在導(dǎo)帶附近形成摻雜的能級(jí) 電子型導(dǎo)電電子型導(dǎo)電 p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在SiSi、GeGe等四價(jià)元素等四價(jià)元素中摻入中摻入B B、AlAl等三價(jià)元素等三價(jià)元素，在四價(jià)帶附近形成摻雜的能級(jí) 空穴型導(dǎo)電空穴型導(dǎo)電 半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率電導(dǎo)率與與溫度溫度的關(guān)系的關(guān)系T本征本征T-1分子軌道理論分子軌道理論受激態(tài)受激態(tài)可能的形式 ，* 狀態(tài) n，* 狀態(tài)， 含有N N、O O或或S S CT 狀態(tài)電荷轉(zhuǎn)移受激態(tài)電

14、子給體基團(tuán)（如一電子給體基團(tuán)（如一NHNH2 2，一，一0H0H）及受體）及受體基（基（C=0C=0，一，一N0N02 2）之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移）之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移 材料的電子結(jié)構(gòu)與光電導(dǎo)性材料的電子結(jié)構(gòu)與光電導(dǎo)性 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)（photo-electrical）：由光照而使?jié)M帶中）：由光照而使?jié)M帶中 的電子激發(fā)到導(dǎo)帶的現(xiàn)象。的電子激發(fā)到導(dǎo)帶的現(xiàn)象。(1)分子受激過(guò)程與能量交換分子受激過(guò)程與能量交換光電流激活能光電流激活能 EEJEIhv兩種構(gòu)型構(gòu)型: 單重態(tài)、三重態(tài)2光生載流子機(jī)理光生載流子機(jī)理機(jī)理A：直接帶-帶轉(zhuǎn)變。機(jī)理B：?jiǎn)沃貞B(tài)激子。機(jī)理C：光學(xué)退陷阱。機(jī)理D：光注射電子或空穴4.3.

15、4 材料的超導(dǎo)電性材料的超導(dǎo)電性1、 超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性- (superconductivity)在一定低溫下材料突然失去在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象。電阻的現(xiàn)象。 （小于（小于10-25cm）液氦，超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)液氦，超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者1913年年 Heike Kamerlingh Onnes the Netherlands Leiden University Leiden, the Netherlands b. 1853d. 1926汞，汞，4.2 K J. Georg Bednorz Federal Republic of Germany IBM Rese

16、arch Laboratoryb. 1950在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)研究取得重大突在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)研究取得重大突破破, 諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1987年年K. Alexander Muller Switzerland R chlikon,Switzerland b. 1927超導(dǎo)電性的金屬和合金超導(dǎo)電性的金屬和合金 Tc 30 K 鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鉭、鎢、錸、鉍、鋁、錫、鎘鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鉭、鎢、錸、鉍、鋁、錫、鎘等等28種。種。 二元合金二元合金NbTi，Tc810K； NbZr，Tc1011K。三元系合金有鈮三元系合金有鈮-鈦

17、鈦-鋯，鋯，Tc=10 K；鈮；鈮-鈦鈦-鉭，鉭，Tc=910K。超導(dǎo)化合物超導(dǎo)化合物 Nb3Sn，Tc=1818.5K； Nb3Ge，Tc23.2K， Nb3（AlGe），），Tc20.7K等等 超導(dǎo)電性的金屬氧化物超導(dǎo)電性的金屬氧化物 1960s Ba-Y-Cu-O系，系，35K, 1986, Bednorz, Muller Ba-Y-Cu-O系系, 100 K, 1987, 朱經(jīng)武朱經(jīng)武、我國(guó)我國(guó)趙忠賢趙忠賢等等 Hg-Ba-Cu-O系，系，140 K2 超導(dǎo)體的兩種特性：超導(dǎo)體的兩種特性： 完全導(dǎo)電性完全導(dǎo)電性 完全抗磁性完全抗磁性 磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零三個(gè)性能指標(biāo)三個(gè)

18、性能指標(biāo)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 Tc 愈高愈好愈高愈好 臨界磁場(chǎng)臨界磁場(chǎng)Hc 破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)。破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)。 隨溫度降低，隨溫度降低，Hc將增加；將增加； 當(dāng)當(dāng)TTc時(shí)時(shí), Hc=Hc,01-（T/Tc)2 臨界電流密度臨界電流密度Jc 保持超導(dǎo)狀態(tài)的最大輸入電流保持超導(dǎo)狀態(tài)的最大輸入電流 (與與Hc相關(guān)相關(guān)) 4.3.4 材料的介電性材料的介電性材料極化材料極化 1電容及介電常數(shù)電容及介電常數(shù)真空電容真空電容 C0=Q0/V 0 A/ l 介質(zhì)中電容介質(zhì)中電容 CQ/V=A/l 0真空電容率(或真空介電常數(shù))，8.85xl0-12 Fm 介質(zhì)的電容率（或介電常數(shù)） permi

19、ttivity(dielectric property)原因原因：材料極化極化 極化原因 電子極化電子極化 電子云 偏離中心 離子極化離子極化 取向極化取向極化 介電常數(shù)介電常數(shù) dielectric constant, 電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化程度電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化程度的宏觀物理量。 介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù) r = C / C0 = /0 相對(duì)電容量，無(wú)量綱常數(shù)無(wú)量綱常數(shù)一些材料的一些材料的r 數(shù)值數(shù)值： 石英石英3.8； 絕緣陶瓷絕緣陶瓷6.0； PE2.3； PVC3.8高高分子材料的分子材料的r 由主鏈結(jié)構(gòu)中的鍵的由主鏈結(jié)構(gòu)中的鍵的性能和排列所決定的。性能和排列所決定的。 表

20、表4-24 某些材料的某些材料的相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)r（ T=25, =106Hz） 塑料和有機(jī)物塑料和有機(jī)物 玻玻 璃璃 無(wú)機(jī)晶態(tài)材料無(wú)機(jī)晶態(tài)材料聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（Tefton）2.1石英玻璃石英玻璃 3.8 氧化鋇氧化鋇 3.4聚異丁烯聚異丁烯 2.23 耐熱玻璃耐熱玻璃 3.8-3.9 云母云母 3.6聚乙烯聚乙烯 2.35 派勒克斯玻璃派勒克斯玻璃 4.0-6.0 氯化鉀氯化鉀 4.75聚苯乙烯聚苯乙烯 2.55 堿堿-石灰石灰-硅石玻璃硅石玻璃6.9 溴化鉀溴化鉀 4.9丁基橡膠丁基橡膠 2.56 高鉛玻璃高鉛玻璃 19.0 青石陶瓷青石陶瓷 4.5-5.4有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃

21、 2.63 （2MgO2Al2O3 3SiO4為基）為基）聚氯乙烯聚氯乙烯 3.3 金剛石金剛石 5.5聚酰胺聚酰胺66 3.33 鎂橄欖石鎂橄欖石 6.22 (Mg2SiO4） 聚酯聚酯 3.1-4.0 多鋁紅柱石多鋁紅柱石3Al2O3 2SiO2 6.6 酚甲醛酚甲醛 4.75 氟化鎳氟化鎳 9.0氯丁橡膠氯丁橡膠 6.26 氧化鎂氧化鎂 9.65 紙紙 7.0乙酸乙烯酯的介電常數(shù)乙酸乙烯酯的介電常數(shù)-溫度曲線(xiàn)溫度曲線(xiàn)頻率對(duì)介電常數(shù)和介電損耗的影響頻率對(duì)介電常數(shù)和介電損耗的影響電介質(zhì)電介質(zhì)在在交變電場(chǎng)交變電場(chǎng)作用下作用下,電能轉(zhuǎn)變成熱能電能轉(zhuǎn)變成熱能而而損耗損耗 漏導(dǎo)電電流、極化電流損耗漏

22、導(dǎo)電電流、極化電流損耗 介電常數(shù)介電常數(shù) 可用復(fù)數(shù)表示：可用復(fù)數(shù)表示： = - i 式中式中 為與電容電流相關(guān)的介電常數(shù)，實(shí)數(shù)部分；為與電容電流相關(guān)的介電常數(shù)，實(shí)數(shù)部分； 與電阻電流相關(guān)的分量，虛數(shù)部分，與電阻電流相關(guān)的分量，虛數(shù)部分，2 dielectric loss.介電損耗介電損耗介電損耗因子介電損耗因子 滯后位相角滯后位相角 損耗角損耗角 損耗角損耗角 的正切：的正切： tg = / 介電損耗介電損耗影響影響tg 的因素的因素(1) 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 極性大極性大 tg 大大 基團(tuán)數(shù)目多基團(tuán)數(shù)目多 tg 大大 (2) 小分子及小分子及雜質(zhì)雜質(zhì)(3) 多相多相體系（界面極化）體系（界面極

23、化）(4) 交變電場(chǎng)交變電場(chǎng)頻率（介電損耗峰）頻率（介電損耗峰）(5) 溫度溫度高聚物的介電性能高聚物的介電性能高聚物v體積電阻率體積電阻率（.m）擊穿強(qiáng)度擊穿強(qiáng)度（MV/m）介電常數(shù)介電常數(shù)（60Hz）介電損耗角正切介電損耗角正切值值（60Hz）聚乙烯（高密度）聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯尼龍6尼龍66滌綸聚甲醛聚碳酸酯聚四氟乙烯聚砜丁苯橡膠1014101410141012-10151012-101510121012-10161012101410161014101326-28302415-252215-1918-617-2225-4016-20202.2-2.4 (1016Hz)2.0-2.6 (

24、1016Hz)2.5 (1016Hz)3.2-3.6 (1016Hz)4.14.03.43.73.02.0-2.22.9-3.12.2 0.05 0.001 0.005 0.04-0.08 (1016 Hz) 0.01 0.014 0.021 0.005 0.006 0.0002 0.01-0.006 0.004陶瓷電介質(zhì)的性能陶瓷電介質(zhì)的性能材料體積電阻率V .m擊穿強(qiáng)度MV/m介電常數(shù)介電損耗角正切值tg60Hz105Hz60Hz105Hz絕緣瓷絕緣瓷塊滑石塊滑石鋯英石鋯英石氧化鋁氧化鋁鈉鈣玻璃鈉鈣玻璃電氣玻璃電氣玻璃熔融石英熔融石英1 01 1-10131012約101310121012

25、1015約101220-8080-150100-1501010-1066669-7-4-689743.8 0.01 0.005 0.035 - 0.1 - 0.001-0.0030.0010.00050.010.00060.0001 tg 大，損耗大，材料發(fā)熱。大，損耗大，材料發(fā)熱。 電容介質(zhì)電容介質(zhì) 大，大，tg 小小 高頻焊接：薄膜封口，高頻焊接：薄膜封口，tg 大大 高頻電纜高頻電纜用用PE，而不用，而不用PVC 非極性非極性 極性極性3 介電性的應(yīng)用介電性的應(yīng)用強(qiáng)電場(chǎng)中材料破壞。強(qiáng)電場(chǎng)中材料破壞。高分子材料，絕緣材料高分子材料，絕緣材料 重要指標(biāo)。重要指標(biāo)。電壓升高，超過(guò)臨界值，電阻率

26、急劇下降，電流升高，電壓升高，超過(guò)臨界值，電阻率急劇下降，電流升高， 材料由絕緣體材料由絕緣體 導(dǎo)體導(dǎo)體擊穿強(qiáng)度擊穿強(qiáng)度 E穿穿=V穿穿/h V穿穿擊穿電壓；擊穿電壓；h 材料厚度。材料厚度。 E穿穿的單位：的單位：MV/m 或或V/cm。介電擊穿分類(lèi)：特征擊穿、熱擊穿、電機(jī)械擊穿、介電擊穿分類(lèi)：特征擊穿、熱擊穿、電機(jī)械擊穿、 放電擊穿放電擊穿4dielectric strength擊穿強(qiáng)度擊穿強(qiáng)度4.5 材料的光學(xué)性能材料的光學(xué)性能4.5.1 電磁輻射及其與原子的相互作用4.5.2 反射、吸收和透射4.5.3 材料的光學(xué)性質(zhì)4.5.4 旋光性及非光學(xué)性4.5.5 光澤4.5.6 發(fā)光4.5.

27、7 光敏性4.5.1 電磁輻射及其與原子的相互作用電磁輻射及其與原子的相互作用hhcE光子的能量光子的能量4.5.2 反射、吸收和透射反射、吸收和透射光的折射光的折射由于介質(zhì)的電子極化使光速降低由于介質(zhì)的電子極化使光速降低折射率：折射率：n=c/v相對(duì)折射率：相對(duì)折射率： rnsin/sin21nr：相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)光的反射光的反射鏡反射：光潔表面；漫反射：粗糙表面。反射率反射率R R=IR/I0 212212)/()(nnnnR若介質(zhì)1為空氣，n1=122) 1/() 1(nnR垂直入射光的吸收光的吸收(1) 光吸收的一般規(guī)律光吸收的一般規(guī)律 朗伯特定律朗伯特定律 不同材料對(duì)光的吸收

28、系數(shù)吸收系數(shù)差別很大。 空氣 10-5cm-1 玻璃 10-2cm-1 金屬的很大，不透明。axeII0IdxdI（2）光吸收與光波長(zhǎng)）光吸收與光波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)，金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都很大，但電介質(zhì)材料吸收系數(shù)很小，其在紫外區(qū)、紅外區(qū)出現(xiàn)吸收峰。透明材料的選擇性吸收使其呈現(xiàn)不同的顏色。大多數(shù)金屬的反射率反射率R在0.900.95之間。光的透射光的透射透射率透射率TleRT2)1 (I0=IT+IR+IA和R與入射光的頻率有關(guān)。4.5.3 材料的光學(xué)性質(zhì)材料的光學(xué)性質(zhì)金屬的光學(xué)性質(zhì)金屬的光學(xué)性質(zhì) 不透明、高反射率， 值和R值都很大，反射率與入射光的頻率有關(guān)。非金屬材料的光學(xué)性質(zhì)非金屬材料的光學(xué)

29、性質(zhì)大多數(shù)非金屬對(duì)紅外光線(xiàn)有一定程度的吸收。紅外光譜紅外光譜IR非金屬材料是否具有顏色或透明取決于材料的能帶結(jié)構(gòu)以及光線(xiàn)在材料內(nèi)部的散射。許多半導(dǎo)體吸收可見(jiàn)光輻射，不透明。電介質(zhì)材料一般對(duì)可見(jiàn)輻射是透明的，沒(méi)有顏色。影響透明性的因素：孔洞； 折射率不同產(chǎn)生光散射。 例：已知碲化鋅的Eg=2.26eV，它對(duì)哪一部分 可見(jiàn)光透明？解：Eg=hc/ 其中 h=6.6210-34J s；C=3108m/s； 1eV=1.610-19J mmJsmJsEhcg549. 01049. 5106 . 126. 2/1031062. 6719834碲化鋅不能吸收波長(zhǎng)在0.549m以上的可見(jiàn)光，它對(duì)橙紅光是透明

30、的。4.5.4 旋光性及非線(xiàn)性光學(xué)性旋光性及非線(xiàn)性光學(xué)性旋光性旋光性（optical activity） 偏振光、偏振面偏振光、偏振面 旋光性：旋光性：使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)。 旋光性物質(zhì)旋光性物質(zhì)非線(xiàn)性光學(xué)性質(zhì)非線(xiàn)性光學(xué)性質(zhì)激光對(duì)介質(zhì)的極化作用： 誘導(dǎo)極化強(qiáng)度 極化強(qiáng)度 能產(chǎn)生大的二階或三階非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)稱(chēng)二階或三階非線(xiàn)性光學(xué)材料。應(yīng)用：具有變頻、增幅、開(kāi)關(guān)、記憶等功能，用于調(diào)制器、重現(xiàn)器、放大器、光學(xué)信號(hào)處理等。3203)3(2)2()1(EEEP4.5.5 光澤光澤光澤是物體表面定向選擇反射的性質(zhì)，體現(xiàn)在表面上呈現(xiàn)不同的亮斑或形成重疊于表面的物體的像。光澤度是物體受光照射時(shí)表面對(duì)光的反射能力。光澤與折射率、表面光潔度有關(guān)。 鏡面：玻璃表面的光澤度為90%100% 光面：物體表面的光澤度為70%90%； 半光澤表面：物體表面的光澤度為30%70%； 亞光表面（蛋殼光澤表面）：表面的光澤度為10%30%； 無(wú)光面：表面的光澤度為2%15%。4.5.6 發(fā)光發(fā)光發(fā)光發(fā)光：材料吸收外界能量后，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)以一定頻率向外發(fā)射光子。陶瓷、半導(dǎo)體、共軛聚合物陶瓷、半導(dǎo)體、共軛聚合物可能發(fā)光熒光、磷光。熒光、磷光。應(yīng)用：