金屬導電性理論

金屬導電性理論第一頁，共十四頁，2022年，8月28日金屬導電性的物理本質(zhì)研究的三個理

論階段

（1）經(jīng)典自由電子理論（2）量子自由電子理論（3）能帶理論第二頁，共十四頁，2022年，8月28日1.經(jīng)典電子理論

經(jīng)典電子理論認為：正離子形成的電場是均勻的，自由電子運動的規(guī)律遵循經(jīng)典力學氣體分子的運動規(guī)律。

在沒有外電場作用時，金屬中的自由電子沿各方向運動的幾率相同，不產(chǎn)生電流；施加外電場后，自由電子獲得附加速度，沿外電場方向發(fā)生定向的移動，形成電流。自由電子在定向移動的過程不斷與正離子發(fā)生碰撞，使電子移動受阻，因而產(chǎn)生電阻。第三頁，共十四頁，2022年，8月28日++++++++++++++++++++++++++++++金屬中的離子與自由電子示意圖第四頁，共十四頁，2022年，8月28日

量子自由電子理論的主要內(nèi)容：金屬中正離子形成的電場是均勻的，價電子不被原子所束縛，可以在整個金屬中自由地運動。

它與經(jīng)典電子理論的根本區(qū)別是自由電子的運動必須服從量子力學的規(guī)律。第五頁，共十四頁，2022年，8月28日第六頁，共十四頁，2022年，8月28日3.固體能帶理論

孤立原子的外層電子處于能級分立的軌道上。但當原子彼此靠近時，外層電子就不再僅受原來所屬原子的作用，還要受到其他原子的作用，原子間距減小時，電子云重疊，能級發(fā)生分裂，孤立原子的每個能級將演化成由密集能級組成的準連續(xù)能帶。若晶體由N個原子（或原胞）組成，則每個能帶包括N個能級，其中每個能級可被兩個自旋相反的電子所占有，故每個能帶最多可容納2N個電子（見泡利不相容原理）。第七頁，共十四頁，2022年，8月28日

把電子可以具有的能級所組成的能帶稱為允帶。能帶與能帶間的不連續(xù)區(qū)域稱為禁帶，禁帶與允帶相互交替。具有空能級允帶中的電子是自由的，在外電場的作用下參與導電，所以這樣的允帶稱為導帶。允帶中所有的能級都被電子占滿，這種能帶稱為滿帶。沒有電子的能帶，稱為空帶（見圖）。滿帶中的電子對于導電是沒有貢獻的，只有在導帶中的電子（稱為自由電子）才對導電有貢獻，這些電子來自原子結(jié)構(gòu)中外層軌道上的價電子。

第八頁，共十四頁，2022年，8月28日

導體、半導體、絕緣體的能帶中電子分布的情況各具有明顯的特征，導體中存在未滿帶(由于電子未充滿或能帶重疊)。絕緣體的特征是價電子所處的能帶都是滿帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個較寬的禁帶。半導體的能帶與絕緣體的相似，但半導體的禁帶要狹窄得多(一般在1eV左右)。第九頁，共十四頁，2022年，8月28日導體、半導體、絕緣體的區(qū)別。

（a）導體

（b)半導體(c)絕緣體圖1.1.1導體、半導體和絕緣體的能帶模型示意圖第十頁，共十四頁，2022年，8月28日4.影響金屬導電的因素

（1）溫度溫度對金屬電阻的影響是由于溫度引起離子晶格熱振動造成對電子波的散射，溫度升高會使離子振動加劇、熱振動振幅加大，原子的無序度增加，周期勢場的漲落也加大，而使電阻率隨溫度的升高而增加。第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日（5）熱處理對金屬電阻的影響

金屬冷加工變形后，若再進行退火，則可使電阻降低，尤其當溫度接近再結(jié)晶溫度時，電阻可恢復到接近冷加工前的水平。但當退火溫