材料物理：第二章 材料的导电性

材料的导电性目录1、材料的能带结构2、金属中的电阻3、影响导电性的因素1、材料的能带结构能带理论可以看成是多原子分子轨道理论的极限情况，由分子轨道的基本原理可以推知，随着参与组合的原子轨道数目的增多，能级间隔减小，能级过渡到能带。对轨道数量进行统计，得到轨道密度图（态密度图）硅铝用能带结构来理解材料的塑性变形能力材料的所有性能（力学、电学、光学…）都取决于原子和电子的空间排布：如果外界条件打破了原子排列的平衡状态，就会有位错，晶界，裂纹如果外界条件打破了电子排列的平衡状态，就会导电、发光、化学键断裂等现象。……要除开核物理性能，因为核物理性能，和中子、质子的排列相关1、材料的能带结构导电类型材料类型电导率/S·cm-1离子导电离子晶体10-18~10-4固体电解质10-3~101强电解质10-3~101电子导电金属101~105半导体10-5~102绝缘体＜10-121、材料的能带结构电子电导和离子电导1、材料的能带结构电介质溶液中离子电导离子电导的特征是存在电解效应。运动的离子在电极附近发生电子得失而形成新的物质，称为电解。用此可检验材料中是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子还是负离子。1、材料的能带结构固体电解质中的离子电导离子扩散机制1、材料的能带结构对轨道数量进行统计，得到轨道密度图（态密度图）－3π/a－2π/a－π/a0π/a2π/a3π/a1、材料的能带结构1、材料的能带结构金属Na的能带结构3s2p2s1s当外电场ε加上之后，由于K和－K态电子具有大小相同但方向相反的速度，彼此完全抵消。即满带中的电子对导电没有贡献。1、材料的能带结构金属Na的能带结构3s2p2s1s半满带中的电子对导电没有贡献。1、材料的能带结构1、材料的能带结构2、金属中的电阻实际晶体总会有杂质，存在缺陷。传导电子在输运过程中的散射：电子—电子(电子散射)电子—声子(声子散射)电子与杂质原子电子与晶体点阵静态缺陷的相互作用基本电阻0K下为零理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关。残余电阻2、金属中的电阻声子的本质是晶格振动。电子-声子~与T成正比电子-缺陷~与T无关3、影响导电性的因素温度的影响受力情况的影响冷加工的影响（晶体缺陷的影响）热处理的影响（晶体缺陷的影响）合金元素晶粒尺寸1）温度的影响温度越高，晶格振动越剧烈，对电子的散射加强。温度以及固溶原子对导电性的影响1）温度的影响1）温度的影响石墨导电金刚石不导电00温度2）受力情况2）受力情况正常金属元素反常金属元素电阻率随压力升高而下降，如Fe、Co、Ni、Rh、Pd、Cu、Ag等。电阻率随压力升高到一定值后下降，即电阻率有极大值，如碱金属、碱土金属、稀土金属和第Ⅴ族的半金属等。与压力作用下的相变有关2）受力情况应力敏感材料的应用2）受力情况2）受力情况3）冷加工

冷加工使金属的电阻率增大。这是由于冷塑性变形使晶体点阵畸变和晶体缺陷增加，特别是空位浓度的增加，造成点阵电场的不均匀而加剧对电磁波散射的结果。此外，冷塑性变形使原子间距有所改变，也会对电阻率产生一定影响。

4）热处理5）合金元素5）合金元素1）无序固溶体的电阻◆固溶体有序化的影响固溶体有序化后，电阻率降低。固溶体有序化后晶体离子势场在有序化时更为对称，这就使电子散射几率大大降低。Cu3Au

合金l一无序(淬火态)；2一有序(退火态)对于某些特定的体系，高温时，原子振动强烈，足以克服各组元之间的交互作用，而形成无序固溶体。在缓慢降温过程中，可以转变为有序固溶体。5）合金元素a——淬火态b——退火态Cu-Au合金的电阻并不是任意浓度的体系都能顺利地有序化，因为有序化结构有一定成分比例。所以只有特定组分的体系，淬火带来的影响才会特别的明显。5）合金元素利用合金元素与导电性的关系可以测定相图5）合金元素电线电缆主要特性

1、电性能导电性能：大多数产品要求有良好的导电性能，个别产品要求有一定的电阻范围。2、力学性能指抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐振动性、耐磨性以及耐冲击性等。例如：露天矿开采设备用移动橡套软电缆具有优良的抗拉强度、伸长率