第2章 材料電性能

1、 （Electrical Properties of MaterialsElectrical Properties of Materials） 第一部分第一部分主要內(nèi)容主要內(nèi)容 電導(dǎo)功能材料電導(dǎo)功能材料 電性能測量及其應(yīng)用電性能測量及其應(yīng)用 歐姆定律歐姆定律 I = V / RI = V / R 電阻電阻 R = R = L / S R L / S R ：與材料性質(zhì)和尺寸有關(guān)與材料性質(zhì)和尺寸有關(guān) 電阻率電阻率 = = R S / LR S / L ：與材料性質(zhì)有關(guān)、與尺寸無關(guān)與材料性質(zhì)有關(guān)、與尺寸無關(guān) 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 = 1 / = 1 / ： S/mS/m（西門子每米）、西門子每米）、S/cm

2、S/cm 2-1 2-1 概述概述 電導(dǎo)的宏觀參數(shù)電導(dǎo)的宏觀參數(shù)AreaAreaLengthLengthi i 對一截均勻?qū)щ婓w，存對一截均勻?qū)щ婓w，存在如下關(guān)系：在如下關(guān)系： 工程上工程上：相對電導(dǎo)率表征導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能，即相對電導(dǎo)率表征導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能，即 IACS % = IACS % = / / CuCu % % 國際標(biāo)準(zhǔn)軟純銅（國際標(biāo)準(zhǔn)軟純銅（ 20 20 時時 = 0.01724 = 0.01724 mmmm2 2/m )/m )電導(dǎo)率作電導(dǎo)率作為為100%100%，其它導(dǎo)體材料電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù)，其它導(dǎo)體材料電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù) 相對電導(dǎo)率相對電導(dǎo)率 例：例：Fe IACS

3、 % Fe IACS % 17%17%； Al IACS% Al IACS% 65%65% 根據(jù)材料導(dǎo)電性好壞，也即按根據(jù)材料導(dǎo)電性好壞，也即按 值大小對材料分類值大小對材料分類 導(dǎo)體材料導(dǎo)體材料 10 10 109 9 m m 金剛石金剛石二、載流子二、載流子 電流是電荷在空間的定向運動。電流是電荷在空間的定向運動。 任何一種物質(zhì)，存在帶電荷的自由粒子，在電場下產(chǎn)生導(dǎo)電電流。任何一種物質(zhì)，存在帶電荷的自由粒子，在電場下產(chǎn)生導(dǎo)電電流。 電荷的載體電荷的載體：載流子載流子 載流子載流子：電子、空穴、正離子、負(fù)離子電子、空穴、正離子、負(fù)離子 遷移數(shù)遷移數(shù)：表征材料導(dǎo)電載流子種類對導(dǎo)電貢獻(xiàn)的參數(shù)，也

4、稱表征材料導(dǎo)電載流子種類對導(dǎo)電貢獻(xiàn)的參數(shù)，也稱輸運數(shù)（輸運數(shù)（transference number)transference number)，即即 t t x x = x x / / T T 式中：式中： x x 某種某種載流子輸運電荷形成的載流子輸運電荷形成的電導(dǎo)率；電導(dǎo)率； T T 各種各種載流子輸運電荷形成的總載流子輸運電荷形成的總電導(dǎo)率電導(dǎo)率 t ti i+ + 表示表示正離子的遷移數(shù)正離子的遷移數(shù) t ti i- - 表示表示負(fù)離子的遷移數(shù)負(fù)離子的遷移數(shù) t te e- - 表示表示電子的遷移數(shù)電子的遷移數(shù) t th h+ + 表示表示空穴的遷移數(shù)空穴的遷移數(shù) 當(dāng)當(dāng) t i 0.9

5、9 離子（電）導(dǎo)體離子（電）導(dǎo)體 t i T （2/32/3） D D ， T T T T 電子電子- -聲子散射是電阻產(chǎn)生主要機制聲子散射是電阻產(chǎn)生主要機制 T T D D ， T T5 5 電子電子- -聲子散射是電阻產(chǎn)生主要機制聲子散射是電阻產(chǎn)生主要機制 T T 2K 2K ， T T2 2 電子電子- -電子散射是電阻產(chǎn)生主要機制電子散射是電阻產(chǎn)生主要機制 D D 德拜溫度或特征溫度德拜溫度或特征溫度 注：注： 金屬熔化時電阻增加金屬熔化時電阻增加 1.5-2 1.5-2 倍倍，熔化時金屬原子規(guī)則排，熔化時金屬原子規(guī)則排列遭到破壞，增強對電子散射。列遭到破壞，增強對電子散射。 反常：銻

6、隨溫度增加，電阻增加，融化時下降，共價結(jié)反常：銻隨溫度增加，電阻增加，融化時下降，共價結(jié)合合 金屬鍵合金屬鍵合 具有鐵磁性的金屬發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變時，電阻率出現(xiàn)反常。具有鐵磁性的金屬發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變時，電阻率出現(xiàn)反常。 2. 2. 電阻率與壓力的關(guān)系電阻率與壓力的關(guān)系 流體靜壓壓縮流體靜壓壓縮：對多數(shù)金屬，在壓力下：對多數(shù)金屬，在壓力下 降低降低 = = 0 0（1 + 1 + p p ） 0 0 - - 真空下電阻率；真空下電阻率； - - 壓力系數(shù)（壓力系數(shù)（1010-5 -5 -10-10-6-6）；）；p - p - 壓力壓力 原子間距縮小，內(nèi)部缺陷形態(tài)、電子結(jié)構(gòu)、費米能和能帶結(jié)構(gòu)變化。原子間距

7、縮小，內(nèi)部缺陷形態(tài)、電子結(jié)構(gòu)、費米能和能帶結(jié)構(gòu)變化。 按壓力對金屬導(dǎo)電性的影響特性，把金屬分為：按壓力對金屬導(dǎo)電性的影響特性，把金屬分為： 正常金屬正常金屬：壓力增大，壓力增大， 下降；下降； 例：例：FeFe、CoCo、NiNi、PdPd、IrIr、PtPt、CuCu、AgAg、ZrZr、HfHf 等等 反常金屬反常金屬：壓力增大，壓力增大， 增大；增大； 例：堿金屬、堿土金屬、稀土金屬等。例：堿金屬、堿土金屬、稀土金屬等。 3. 3. 冷加工對金屬電阻的影響冷加工對金屬電阻的影響 純金屬冷加工變形：純金屬冷加工變形： FeFe、CuCu、AgAg、AlAl 增加增加 2% - 6% 2%

8、- 6% W W 增加增加 30% - 50% 30% - 50% Mo Mo 增加增加 15% - 20% 15% - 20% SnSn 增加增加 90% 90% 單相固溶體單相固溶體冷加工變形冷加工變形： 增加增加 10% - 20% 10% - 20% 有序固溶體有序固溶體冷加工變形冷加工變形： 增加增加 100% 100% 甚至更高甚至更高 原因原因：冷加工使晶體點陣發(fā)生畸變和缺陷，增加電子散射幾率，冷加工使晶體點陣發(fā)生畸變和缺陷，增加電子散射幾率，也引起金屬晶體原子間結(jié)合鍵變化，導(dǎo)致原子間距改變。也引起金屬晶體原子間結(jié)合鍵變化，導(dǎo)致原子間距改變。 相反情況：相反情況：Ni-CrNi-

9、Cr、Ni-Cu-ZnNi-Cu-Zn、Fe-Cr-AlFe-Cr-Al等合金中形成等合金中形成 K K 狀態(tài)，狀態(tài)，冷加工變形使冷加工變形使 降低。降低。4. 4. 晶體缺陷對電阻的影響晶體缺陷對電阻的影響 空位、間隙原子及它們組合、位錯等晶體缺陷使金屬電阻率增加?？瘴?、間隙原子及它們組合、位錯等晶體缺陷使金屬電阻率增加。 根據(jù)根據(jù)馬西森定律，極低溫度下，純金屬電阻率主要由內(nèi)部缺陷決馬西森定律，極低溫度下，純金屬電阻率主要由內(nèi)部缺陷決定，即剩余電阻率定，即剩余電阻率 決定。決定。 晶體缺陷類型對電阻率影響程度晶體缺陷類型對電阻率影響程度：通常：通常 點缺陷點缺陷：用：用 1% 1% 原子空位

10、濃度或原子空位濃度或 1% 1% 原子間隙原子引起電阻率原子間隙原子引起電阻率變化表征變化表征 線缺陷線缺陷：單位體積中位錯線單位長度引起的電阻率變化來表征：單位體積中位錯線單位長度引起的電阻率變化來表征； 面缺陷面缺陷：單位體積中晶界單位面積引起的電阻率變化來表征：單位體積中晶界單位面積引起的電阻率變化來表征5. 5. 熱處理對金屬電阻的影響熱處理對金屬電阻的影響 金屬經(jīng)冷加工變形后，再進(jìn)行退火，可使電阻降低。金屬經(jīng)冷加工變形后，再進(jìn)行退火，可使電阻降低。6. 6. 幾何尺寸效應(yīng)對電阻的影響幾何尺寸效應(yīng)對電阻的影響 當(dāng)導(dǎo)電電子自由程與試樣尺寸是同一數(shù)量級，導(dǎo)電性與試當(dāng)導(dǎo)電電子自由程與試樣尺寸

11、是同一數(shù)量級，導(dǎo)電性與試樣尺寸有關(guān)。樣尺寸有關(guān)。 研究和測試金屬研究和測試金屬薄摸和細(xì)絲材料薄摸和細(xì)絲材料（厚度（厚度 1-10 1-10nmnm）的電阻非的電阻非常重要。常重要。三、合金的導(dǎo)電性三、合金的導(dǎo)電性 1. 1. 固溶體的電阻固溶體的電阻 結(jié)論結(jié)論：固溶體電阻總是大于各組元純金屬電阻，且原子半徑差固溶體電阻總是大于各組元純金屬電阻，且原子半徑差越大，固溶體電阻越大。越大，固溶體電阻越大。 原因原因：純組元間原子半徑差引起點陣畸變，增加電子散射，但純組元間原子半徑差引起點陣畸變，增加電子散射，但不是惟一因素。不是惟一因素。 固溶體加熱時電阻通常要增大，但電阻溫度系數(shù)比純金屬低。固溶體

12、加熱時電阻通常要增大，但電阻溫度系數(shù)比純金屬低。 2 .2 .有序固溶體（超結(jié)構(gòu)）的電阻有序固溶體（超結(jié)構(gòu)）的電阻 有序化有序化：電阻率受兩種相反作用影響：電阻率受兩種相反作用影響 合金組元化學(xué)作用加強，電子結(jié)合比無序合金組元化學(xué)作用加強，電子結(jié)合比無序狀態(tài)更強，導(dǎo)電電子數(shù)減少，電阻率增加；狀態(tài)更強，導(dǎo)電電子數(shù)減少，電阻率增加； 晶體離子勢場更為對稱，電子散射概率降低，剩余電阻率減小晶體離子勢場更為對稱，電子散射概率降低，剩余電阻率減小3. 3. 不均勻固溶體（不均勻固溶體（K K 狀態(tài)）的電阻狀態(tài)）的電阻 X X 射線和電鏡分析：射線和電鏡分析：合金元素中含過渡族金屬，如合金元素中含過渡族金

13、屬，如 Ni-Cr、Ni-Cu-Zn、Fe-Cr-Al 等合金等合金 單相單相 回火過程中回火過程中： 電阻增加電阻增加 反常反常 冷加工時冷加工時： 電阻率明顯降低電阻率明顯降低 這種組織狀態(tài)這種組織狀態(tài) K K 狀態(tài)狀態(tài) X X 射線分析：固溶體中原子間距大小波動顯著，是組元原子射線分析：固溶體中原子間距大小波動顯著，是組元原子在晶體中不均勻分布結(jié)果在晶體中不均勻分布結(jié)果 K K 狀態(tài)狀態(tài)( (也稱不均勻固溶體）也稱不均勻固溶體）4. 4. 金屬化合物的導(dǎo)電性（自學(xué)金屬化合物的導(dǎo)電性（自學(xué)) )2-3 2-3 離子類載流子導(dǎo)電離子類載流子導(dǎo)電 離子導(dǎo)電是帶電荷的離子載流子在電場作用下定向運

14、動。離子導(dǎo)電是帶電荷的離子載流子在電場作用下定向運動。 離子導(dǎo)電主要發(fā)生在離子固體中。離子導(dǎo)電主要發(fā)生在離子固體中。一、一、 離子電導(dǎo)理論離子電導(dǎo)理論 離子導(dǎo)電分為兩類：離子導(dǎo)電分為兩類： 1 1 離子導(dǎo)電源于晶體點陣基本離子運動離子導(dǎo)電源于晶體點陣基本離子運動 固有離子電導(dǎo)或固有離子電導(dǎo)或本征電導(dǎo)本征電導(dǎo) 離子自身隨熱振動離開晶格形成熱缺陷（肖、弗缺陷）。這離子自身隨熱振動離開晶格形成熱缺陷（肖、弗缺陷）。這種熱缺陷無論是離子或者空位都是帶電的，電場作用下成為導(dǎo)電載種熱缺陷無論是離子或者空位都是帶電的，電場作用下成為導(dǎo)電載流子，參與導(dǎo)電。流子，參與導(dǎo)電。 2 2 離子導(dǎo)電源于雜質(zhì)離子運動離子

15、導(dǎo)電源于雜質(zhì)離子運動 雜質(zhì)電導(dǎo)雜質(zhì)電導(dǎo) 雜質(zhì)離子與晶格聯(lián)系弱，在較低溫度下，雜質(zhì)電導(dǎo)顯著。雜質(zhì)離子與晶格聯(lián)系弱，在較低溫度下，雜質(zhì)電導(dǎo)顯著。 晶體中缺陷既提供較正常躍遷更為容易的高能態(tài)離子，又提供晶體中缺陷既提供較正常躍遷更為容易的高能態(tài)離子，又提供更多可為遷移離子占據(jù)的空位。更多可為遷移離子占據(jù)的空位。 某些離子晶體能夠?qū)щ娭饕怯捎陔x子擴(kuò)散運動引起。離子擴(kuò)某些離子晶體能夠?qū)щ娭饕怯捎陔x子擴(kuò)散運動引起。離子擴(kuò)散主要有空位擴(kuò)散、間隙擴(kuò)散等。散主要有空位擴(kuò)散、間隙擴(kuò)散等。 無外電場時，缺陷作無規(guī)則運動，不產(chǎn)生宏觀電流；無外電場時，缺陷作無規(guī)則運動，不產(chǎn)生宏觀電流； 有外電場存在，外電場對它們所

16、帶的電荷作用，有外電場存在，外電場對它們所帶的電荷作用，離子取代空位離子取代空位沿電場方向運動概率大增，產(chǎn)生沿電場方向宏觀離子電流。沿電場方向運動概率大增，產(chǎn)生沿電場方向宏觀離子電流。 3. 3. 離子電導(dǎo)率一般表達(dá)式離子電導(dǎo)率一般表達(dá)式 若本征電導(dǎo)主要由若本征電導(dǎo)主要由 schottkyschottky 缺陷引起，本征電導(dǎo)率為缺陷引起，本征電導(dǎo)率為 = A exp = A exp （- W / - W / kTkT） 式中式中 W W：本征電導(dǎo)活化能，包括缺陷形成能和遷移能：本征電導(dǎo)活化能，包括缺陷形成能和遷移能 一般表達(dá)式一般表達(dá)式： = A = A1 1 exp exp （- B- B1

17、 1/ T/ T） （1 1） 式中式中 A A1 1（ n n1 1）：系數(shù)）：系數(shù) B B1 1 = W / k= W / k 若存在雜質(zhì)離子，使晶格中可能存在間隙質(zhì)點或空位，若存在雜質(zhì)離子，使晶格中可能存在間隙質(zhì)點或空位， 同理得雜質(zhì)電導(dǎo)率同理得雜質(zhì)電導(dǎo)率一般表達(dá)式：一般表達(dá)式： = A= A2 2 exp exp （- B- B2 2 / T/ T） （2 2） 式中式中 A A2 2（ n n2 2）：系數(shù)）：系數(shù) B B2 2 = W / k= W / k W W：雜質(zhì)電導(dǎo)活化能，只包括缺陷遷移能：雜質(zhì)電導(dǎo)活化能，只包括缺陷遷移能比較（比較（1 1）和（）和（2 2）式）式 一般一

18、般 n n2 2 n n1 1，但，但 B B2 2 B exp exp（-B-B1 1/ T/ T） 因而雜質(zhì)電導(dǎo)率比本征電導(dǎo)率大得多，離子晶體電導(dǎo)主要為因而雜質(zhì)電導(dǎo)率比本征電導(dǎo)率大得多，離子晶體電導(dǎo)主要為雜質(zhì)電導(dǎo)，高溫時才顯示本征電導(dǎo)雜質(zhì)電導(dǎo)，高溫時才顯示本征電導(dǎo) 若僅有一種載流子，電導(dǎo)率用單項式表示為若僅有一種載流子，電導(dǎo)率用單項式表示為 = =0 0 exp exp （- B / T- B / T） （3 3） （3 3）式兩邊取對數(shù)得）式兩邊取對數(shù)得： lnln = A B / T = A B / T 對某一種離子，當(dāng)活化能為定值時，電導(dǎo)率對數(shù)對某一種離子，當(dāng)活化能為定值時，電導(dǎo)率對

19、數(shù)( (lnln) )與溫與溫度倒數(shù)度倒數(shù)(1/T) (1/T) 之間之間 線性關(guān)系線性關(guān)系 活化能值活化能值可由直線斜率得到，即可由直線斜率得到，即 W = W = B B k k 二、離子電導(dǎo)與擴(kuò)散二、離子電導(dǎo)與擴(kuò)散 離子導(dǎo)電是離子在電場作用下的擴(kuò)散現(xiàn)象。離子導(dǎo)電是離子在電場作用下的擴(kuò)散現(xiàn)象。 能斯特能斯特- -愛因斯坦（愛因斯坦（ NernstNernst-Einstein-Einstein）方程：電導(dǎo)率方程：電導(dǎo)率與擴(kuò)與擴(kuò)散系數(shù)間散系數(shù)間 D D 的關(guān)系：的關(guān)系： = n= ni iq qi i2 2 D Di i / / kTkT （1 1） 式中：式中： 電導(dǎo)率；電導(dǎo)率； n ni

20、 i 單位體積離子數(shù)目；單位體積離子數(shù)目； q qi i 離子所帶電荷；離子所帶電荷； k k 玻爾茲曼常數(shù)；玻爾茲曼常數(shù)； T T 絕對溫度；絕對溫度； D Di i 擴(kuò)散系數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)。 可見，離子導(dǎo)電受晶格性質(zhì)影響。可見，離子導(dǎo)電受晶格性質(zhì)影響。三、影響離子電導(dǎo)率的因素三、影響離子電導(dǎo)率的因素 1.1.溫度溫度 電導(dǎo)率隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加。電導(dǎo)率隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加。 由于雜質(zhì)活化能比晶格點陣離子活化能小，在低溫下雜質(zhì)電導(dǎo)由于雜質(zhì)活化能比晶格點陣離子活化能小，在低溫下雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位，高溫下本征電導(dǎo)起主要作用。占主要地位，高溫下本征電導(dǎo)起主要作用。 兩種不同導(dǎo)電機制，使兩種不同

21、導(dǎo)電機制，使 lnln -T -T-1 -1 曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點。曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點。注：轉(zhuǎn)折點不一定由兩種不同離子導(dǎo)電機制變化引起，注：轉(zhuǎn)折點不一定由兩種不同離子導(dǎo)電機制變化引起，也可能是也可能是導(dǎo)電載流子種類發(fā)生變化。導(dǎo)電載流子種類發(fā)生變化。 T T-1-1 2. 2. 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 熔點高晶體熔點高晶體：結(jié)合力大，活化能高，電導(dǎo)率低；：結(jié)合力大，活化能高，電導(dǎo)率低； 離子電荷高低對活化能有影響離子電荷高低對活化能有影響： 一價正離子，電荷少，活化能低，電導(dǎo)率高；一價正離子，電荷少，活化能低，電導(dǎo)率高； 高價正離子，價鍵強，活化能高，電導(dǎo)率低；高價正離子，價鍵強，活化能高，電導(dǎo)率低； 結(jié)構(gòu)緊密

22、離子晶體結(jié)構(gòu)緊密離子晶體：可供離子移動的間隙小，間隙離子遷：可供離子移動的間隙小，間隙離子遷移困難，即活化能高，電導(dǎo)率低；移困難，即活化能高，電導(dǎo)率低；3. 3. 晶格缺陷晶格缺陷 熱激勵、不等價固溶摻雜、氣氛變化等熱激勵、不等價固溶摻雜、氣氛變化等 晶格缺陷晶格缺陷 離子性晶格缺陷的生成及濃度是決定離子電導(dǎo)的關(guān)鍵。離子性晶格缺陷的生成及濃度是決定離子電導(dǎo)的關(guān)鍵。四、快離子導(dǎo)體四、快離子導(dǎo)體 固體電解質(zhì)：具有離子導(dǎo)電的固體物質(zhì)固體電解質(zhì)：具有離子導(dǎo)電的固體物質(zhì) 。 快離子導(dǎo)體（快離子導(dǎo)體（FIC = fast ionic conductor FIC = fast ionic conductor

23、 ）：）： 具有與熔融強電解質(zhì)或強電解質(zhì)水溶液相比擬的離子電導(dǎo)率具有與熔融強電解質(zhì)或強電解質(zhì)水溶液相比擬的離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)。 遷移離子遷移離子 陽離子或陽離子集團(tuán)：陽離子或陽離子集團(tuán)： H H+ +、H H3 3O O+ +、NHNH4 4+ +、LiLi+ +、NaNa+ +、K K+ +、RbRb+ +、CuCu+ +、AgAg+ +、GaGa+ + 等，等， 遷移離子遷移離子 陰離子：陰離子： O O2-2-、F F- - 等。等。五、快離子導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)及離子導(dǎo)電機理五、快離子導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)及離子導(dǎo)電機理 離子遷移變成快離子導(dǎo)體一般具有下列條件：離子遷移變成快離子導(dǎo)體一般

24、具有下列條件： 1 1固體結(jié)構(gòu)中存在固體結(jié)構(gòu)中存在大量晶格缺陷大量晶格缺陷 2 2遷移離子附近應(yīng)存在可能被占據(jù)的遷移離子附近應(yīng)存在可能被占據(jù)的空位空位，空位數(shù)目應(yīng)較遷移離空位數(shù)目應(yīng)較遷移離子本身數(shù)目為多，遷移離子具有在其空位上統(tǒng)計分布的結(jié)構(gòu)。子本身數(shù)目為多，遷移離子具有在其空位上統(tǒng)計分布的結(jié)構(gòu)。 3 3固體有固體有層狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 應(yīng)存在提供離子遷移所需通道。在單晶或多晶體中，離子遷移應(yīng)存在提供離子遷移所需通道。在單晶或多晶體中，離子遷移有特殊通道。有特殊通道。 通道類型可分為通道類型可分為 一維傳導(dǎo)；一維傳導(dǎo)； 二維傳導(dǎo)；二維傳導(dǎo)； 三維傳導(dǎo)三維傳導(dǎo)： 離子導(dǎo)電機理離子導(dǎo)電機理：

25、根據(jù)一種模型假設(shè)來討論根據(jù)一種模型假設(shè)來討論 該模型認(rèn)為該模型認(rèn)為：快離子導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)一般由兩種晶格組成，快離子導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)一般由兩種晶格組成， 一種由不運動骨架離子構(gòu)成剛性晶格，為遷移離子運動提供一種由不運動骨架離子構(gòu)成剛性晶格，為遷移離子運動提供通道；通道； 另一種由遷移離子構(gòu)成亞晶格。另一種由遷移離子構(gòu)成亞晶格。 在遷移離子亞晶格中，缺陷濃度可高達(dá)在遷移離子亞晶格中，缺陷濃度可高達(dá) 10 102323/ /cmcm3 3，遷移離子遷移離子亞晶格具有液體結(jié)構(gòu)特征。這種無序狀態(tài)使所有離子都能遷移，亞晶格具有液體結(jié)構(gòu)特征。這種無序狀態(tài)使所有離子都能遷移，增加載流子濃度。增加載流子濃度。注：上述

26、模型假設(shè)不能對已發(fā)現(xiàn)快離子導(dǎo)體傳導(dǎo)過程進(jìn)行圓滿解注：上述模型假設(shè)不能對已發(fā)現(xiàn)快離子導(dǎo)體傳導(dǎo)過程進(jìn)行圓滿解釋，還需進(jìn)一步地深入研究。釋，還需進(jìn)一步地深入研究。六、典型離子導(dǎo)電陶瓷六、典型離子導(dǎo)電陶瓷 氧離子導(dǎo)體：以氧離子（氧離子導(dǎo)體：以氧離子（O O2-2-）為主要載流子的快離子導(dǎo)體為主要載流子的快離子導(dǎo)體 分類分類：熒石型氧離子導(dǎo)體、熒石型氧離子導(dǎo)體、 鈣鈦礦型氧離子導(dǎo)體鈣鈦礦型氧離子導(dǎo)體1. 1. 熒石型氧離子導(dǎo)體熒石型氧離子導(dǎo)體 純純 ZrOZrO2 2：有有 3 3 種同素異形體結(jié)構(gòu)種同素異形體結(jié)構(gòu) m - ZrOm - ZrO2 2 t - ZrO t - ZrO2 2 c - ZrO

27、 c - ZrO2 2 m m 相相 t t 相相 c c 相相 結(jié)構(gòu)：單斜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：單斜結(jié)構(gòu) 四方結(jié)構(gòu)四方結(jié)構(gòu) 立方結(jié)構(gòu)立方結(jié)構(gòu) （具有熒石結(jié)構(gòu)）（具有熒石結(jié)構(gòu)） 密度：密度：5.655.65g/cmg/cm3 3 6.10g/cm 6.10g/cm3 3 6.27g/cm 6.27g/cm3 3 注：注： 單斜結(jié)構(gòu)單斜結(jié)構(gòu) a b ca b c， = = 90 = = 900 0， 90 900 0； 四方結(jié)構(gòu)四方結(jié)構(gòu) a = b ca = b c， = = = 90 = = = 900 0；C - ZrOC - ZrO2 2 中：中：陽離子（陽離子（ZrZr2+2+） FCC FCC陰離

28、子（陰離子（O O2-2-） 位于位于 ZrZr 四面體間隙（四面體間隙（ 8 8個）中心位置，自身構(gòu)成個）中心位置，自身構(gòu)成簡單立方。簡單立方。 c - ZrOc - ZrO2 2 t - ZrO t - ZrO2 2，c c 軸拉長（軸拉長（ a = b c a = b 1500 1500）爐子）爐子 優(yōu)點優(yōu)點：電行為主要是電阻（焦耳熱）：電行為主要是電阻（焦耳熱） 陶瓷電熱元件易于加工成管狀或棒；陶瓷電熱元件易于加工成管狀或棒； 可在空氣中使用，成本低于貴重金屬。可在空氣中使用，成本低于貴重金屬。 陶瓷電熱材料：陶瓷電熱材料： SiCSiC（ 16501650）；）； MoSi MoSi

29、2 2（ 1800 1800 ）；）； LaCrOLaCrO3 3 三、電觸點材料三、電觸點材料 主要為鉑系材料，接觸電阻穩(wěn)定，價格太高，應(yīng)用受限主要為鉑系材料，接觸電阻穩(wěn)定，價格太高，應(yīng)用受限 Pt Pt：熔點：熔點 1764 1764 Pt Pt IrIr 合金合金：熔點、硬度提高，抗氧化增加：熔點、硬度提高，抗氧化增加 高級觸點材料高級觸點材料 IrIr Os Os 合金合金：無熔化現(xiàn)象，性能更優(yōu)：無熔化現(xiàn)象，性能更優(yōu) 自流回路陽極一側(cè)開關(guān)觸點材料自流回路陽極一側(cè)開關(guān)觸點材料 W W：熔點：熔點 3382 3382，硬度高，無擴(kuò)散現(xiàn)象，硬度高，無擴(kuò)散現(xiàn)象 空氣中易氧化，加工困難空氣中易氧

30、化，加工困難 W-Ag W-Ag 合金合金：加工容易些：加工容易些 大電流繼電開關(guān)觸點上大電流繼電開關(guān)觸點上 W-Cu W-Cu 合金合金：加工容易些：加工容易些 油浸斷路開關(guān)油浸斷路開關(guān) AgAg：熔點低（熔點低（960960），易熔化粘結(jié)；），易熔化粘結(jié)；AgAg（99.8%99.8%），小繼電器觸點材料），小繼電器觸點材料 6%Pt-69%Cu-25%Ag6%Pt-69%Cu-25%Ag合金合金：替代：替代 PtPt，作通訊電路中觸點材料，作通訊電路中觸點材料2-4 2-4 電性能測量及其應(yīng)用電性能測量及其應(yīng)用一、電阻的測量方法一、電阻的測量方法 材料導(dǎo)電性能測量實際上是對試樣電阻測量。

31、材料導(dǎo)電性能測量實際上是對試樣電阻測量。 電阻測量方法有很多，一般根據(jù)測量需要和具體測試條件電阻測量方法有很多，一般根據(jù)測量需要和具體測試條件來選擇不同測試方法。來選擇不同測試方法。 通?？紤]測量范圍或測量精度。通?？紤]測量范圍或測量精度。 歸納總結(jié)：歸納總結(jié)： （一）導(dǎo)體電阻測量（一）導(dǎo)體電阻測量 1. 1. 單電橋法單電橋法 2. 2. 雙電橋法雙電橋法 3. 3. 電位差計法電位差計法 單電橋法單電橋法：測量范圍：測量范圍10-1010-106 6，引線電阻和接觸電阻，引線電阻和接觸電阻 無法消除，測低電阻時影響靈敏度；無法消除，測低電阻時影響靈敏度； 雙電橋法雙電橋法：測量范圍可達(dá)：測

32、量范圍可達(dá)1010-1-1-10-10-6-6，應(yīng)用廣泛，應(yīng)用廣泛 電位差計法：電位差計法： 優(yōu)點在于導(dǎo)線或引線電阻不影響電位差計電勢優(yōu)點在于導(dǎo)線或引線電阻不影響電位差計電勢 VxVx 和和 VnVn 測量。測量。 雙電橋法和電位差計法比較：樣品電阻隨溫度發(fā)生變化時，雙電橋法和電位差計法比較：樣品電阻隨溫度發(fā)生變化時， 用電位差計法比雙電橋法精度高。雙電橋法在高溫和低溫電阻用電位差計法比雙電橋法精度高。雙電橋法在高溫和低溫電阻 時，較長引線和接觸電阻很難消除。時，較長引線和接觸電阻很難消除。（二）絕緣體電阻測量（二）絕緣體電阻測量 沖擊檢流計法沖擊檢流計法 （三）半導(dǎo)體電阻測量（三）半導(dǎo)體電阻測量 1 1）直流四探針法）直流四探針法（ 室溫下測量的簡單方法室溫下測量的簡單方法 四根探針直線排列，四根探針直線排列， 以一定荷載壓附于試樣表面。以一定荷載壓附于試樣表面。 若流經(jīng)