第六讲 金属材料的导电性
金属导电性原理及应用范围总结
金属导电性原理及应用范围总结概述:金属导电性是金属特有的电导特性，是金属与电流传导之间的关系。
金属具有很高的导电性能，使其成为电子工业、电力工业、通讯工业等领域中最重要的基础材料之一。
本文将介绍金属导电性的基本原理和其在各个领域中的应用范围。
金属导电性原理:金属导电性的基本原理是由金属的晶格结构和其原子组成决定的。
金属的晶格结构为三维立方晶格，在这个晶格结构中存在自由电子，也就是可自由移动的电子。
这些自由电子在金属内部运动时可以很容易地传递电流，从而形成导电现象。
金属中的自由电子是由于金属原子的共享电子特性而产生的。
金属原子中的价电子轨道与相邻原子的价电子轨道之间存在重叠，并形成共价键。
然而，在金属中，这些共价键是连续的，形成电子云层，使得金属成为导电材料。
这些共享的电子自由移动并在金属中传播电荷。
由于金属导电性的特性，金属通常在制造电路和电子设备时被广泛应用。
金属导电性的应用范围:1. 电子工业：金属导电性的优异特性使其成为电子工业的基础材料之一。
电子元件和电路板中常使用的导线和电缆通常采用铜、银和铝等金属制成，以确保电子信号的快速传输和稳定性。
此外，金属制成的线材和连接件也能为电子设备提供良好的电连接和导电性能。
2. 电力工业：金属导电性在电力工业中有广泛的应用。
电力传输和分配系统中的输电线路多采用铝或铜导线，这些导线能够有效地传输电能，并保持较低的电阻和电损耗。
金属导电性还使得金属电缆能够承受高电流和高温，从而保证电力系统的稳定运行。
3. 通讯工业：金属导电性的优势在通讯工业中得到了广泛应用。
例如，电话线路和光纤电缆通常由金属和金属合金材料制成，以确保信号传输的质量和速度。
无线通信中的天线和接收器也使用金属材料，利用其导电性和导磁性来增强信号接收和传输效果。
4. 汽车工业：金属导电性在汽车工业中也具有重要的应用。
汽车的电气系统和电子设备使用大量的金属导线和连接器。
金属导电性使得电能能够快速传输，从而为汽车的照明、点火、充电和电动装置等提供了稳定和高效的电力。
金属材料的热传导与导电性研究
金属材料的热传导与导电性研究热传导和导电性是金属材料重要的物性参数，对于金属的性能和应用具有关键影响。
研究金属材料的热传导和导电性，可以帮助我们深入了解其热动力学和电动力学性质，从而指导材料设计和工艺优化，更好地满足各种应用需求。
一、热传导热传导是指热量在物质中的传播过程。
热传导是金属材料的重要性质，它决定了金属材料的散热能力、温度稳定性和热工性能。
热传导与金属材料中的电子热传导和晶格热传导密切相关。
1.1 电子热传导金属是最好的导电材料之一，其电子在固体中自由流动，具有良好的导电性。
在金属材料中，电子热导率主要由电子的散射和互相碰撞来决定。
电子热传导的强度取决于电子的尺寸、电子的浓度和与杂质等缺陷的相互作用。
1.2 晶格热传导金属材料的晶格热传导是通过晶格振动实现的。
在晶体结构中，金属原子之间通过键结合在一起，振动时会使周围原子振动传递能量。
晶格热传导随着温度的升高而增加，因为原子振动的频率增加，传导能力也会增加。
晶格结构的缺陷和杂质对晶格热导率有显著影响。
二、导电性导电性是金属材料的一种基本特性，它决定了金属材料的电导率和电阻率。
导电性与金属中的自由电子密度、电子流动度以及电子与缺陷之间的相互作用有关。
2.1 自由电子密度金属中的自由电子密度与导电性密切相关。
金属的导电性较好，主要是因为其原子中的外层电子能够自由地流动。
自由电子密度的大小取决于金属中的电子数。
在金属晶格中，每个原子对于金属的导电性贡献是相同的，因此自由电子数与导电性成正比。
2.2 电子流动度金属中自由电子的流动性是导电性的关键因素。
金属中的自由电子可以在电场作用下进行运动，形成电流。
电子流动度与自由电子的散射有关，如金属晶格缺陷、杂质、晶界等会影响电子的流动度，进而影响金属的导电性能。
2.3 电子与缺陷的相互作用金属材料中的缺陷会影响导电性能。
缺陷的存在会扰动电子的运动轨迹，降低导电性能。
但有时，引入掺杂剂或添加杂质可以调节金属材料的导电性能。
金属的传导性与导电性
金属的传导性与导电性金属是一类具有良好导电性和传导性能的材料，其特殊的电子结构和晶体结构使其具有优异的导电和传热性能。
本文将从金属的电子结构、晶体结构以及影响金属导电性和传导性的因素等方面进行论述。
一、金属的电子结构金属的导电性与其特殊的电子结构密切相关。
金属中的原子通常以共价键或离子键相互连接，但其外层电子呈自由电子状态，形成了电子海。
这些自由电子在金属晶体中可以自由移动，形成导电电子。
相比其他材料，金属的导电电子密度较高，能够在外加电场的作用下迅速移动，并将电能有效传递。
二、金属的晶体结构金属的晶体结构也对其传导性产生重要影响。
常见的金属结构有体心立方(BCC)、面心立方(FCC)和密堆积等，其中面心立方结构最为常见。
这种晶体结构中，金属原子的排列密度较高，原子之间的间隙较小，使得电子在晶体中更容易传导。
三、影响金属导电性和传导性的因素1. 温度：金属导电性随着温度的升高而降低。
原因在于高温下，金属晶体中原子振动加剧，导致自由电子碰撞增加，阻碍了电子的传导。
2. 杂质：金属材料中存在的杂质会影响金属的导电性。
杂质原子的加入可能改变金属晶体的电子结构，降低导电性能。
3. 结晶缺陷：金属晶体中的结晶缺陷如晶界、位错等会阻碍电子在金属材料中的传导，从而降低导电性能。
4. 外界应力：外加应力对金属的导电性和传导性也有影响。
较大的应力会导致晶体中的位错增加，阻碍电子传导。
由于金属的导电性和传导性普遍良好，金属被广泛应用于电子器件、电线、散热器等领域。
与其他材料相比，金属具有优异的導電性和传导性，以及良好的机械性能和耐热性能，使其在工业生产中得到广泛应用。
总结：金属的传导性与导电性源于其特殊的电子结构和晶体结构。
金属中的自由电子能够在电场作用下自由移动，形成有效的电能传导。
金属的导电性和传导性受到多种因素的影响，包括温度、杂质、结晶缺陷和外界应力等。
金属优异的导电和传热性能使其成为众多领域不可或缺的材料。
2-3_金属材料的导电性
系电速义 数阻度： 。合来降
金获低
，取电
降高阻
低温率
电度随
阻稳温
率定度
温性上
温度对金属导电性的影响
热振动及格波图象
思考：温度如何影响非晶 态合金的导电性？
• 原子振动通过原子结合力传播， 形成格波，又叫声子（phonon)
• 温度升高，原子振动加剧。声子 数量增多（可以定量计算）
•声子的存在减小导电电子自由 程，使电阻率升高
?传导电子始终处于晶体的周期性势场中运动?晶体中原子的周期排列使得晶格势场具有周期性相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均距离就是平均自由程距离就是平均自由程距离就是平均自由程距离就是平均自由程导电电子的运动环境类似于运动员的跨栏运动栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏的绝对高度栏的绝对高度不是所有离子实都干扰导电电子的运动固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者散射中心散射中心散射中心散射中心固体材料中的晶格势场固体材料中的晶格势场一维晶体中离子实的库仑势场的变化曲线源于固体材料中的离子实与电子之间的库仑作用势能源于固体材料中的离子实与电子之间的库仑作用势能单个离子实的库仑势场在一个方向上随位置的变化曲线晶体中离子实的周期排列产生周期性晶格库仑势场金属导电性金属导电性与晶体缺陷的关系与晶体缺陷的关系零维缺陷三维缺陷理想晶体结构一维缺陷二维缺陷晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金属的导电性降低属的导电性降低属的导电性降低属的导电性降低fe中加入少量ag导电性如何变
金属的导电性与热导性
金属的导电性与热导性金属作为一种重要的材料，具有优异的导电性和热导性，广泛应用于电子、能源、建筑等领域。
本文将介绍金属的导电性与热导性的原理和特点，并探讨其应用。
一、导电性原理和特点1.1 导电性原理金属的导电性是由其晶体结构和电子结构决定的。
金属晶体由正离子核和自由电子云组成，自由电子能在晶体中自由运动，形成电子气。
当外加电场作用于金属中时，电子气会在导电体内形成电流，从而实现电能的传导。
1.2 导电性特点金属的导电性具有以下特点：首先，金属的导电性较好，能够传导电流，并且电阻较低。
这是因为金属中存在大量自由电子，电子之间的相互作用较弱，电子能够自由运动，形成连续的电流。
其次，金属的导电性具有良好的稳定性。
金属导体在通电时不易发生电子散射、热扩散等现象，能够稳定地传导电流。
最后，金属的导电性随着温度的升高而略有下降。
这是由于温度升高会导致金属晶格振动增大，影响了电子的自由运动。
二、热导性原理和特点2.1 热导性原理金属的热导性是由其分子及电子的传导贡献决定的。
金属中的自由电子能够在外加温度梯度作用下传递热能，实现热量的导热。
2.2 热导性特点金属的热导性具有以下特点：首先，金属的热导性较好，能够迅速传递热量。
金属中的自由电子具有高速度，能够迅速传递热能，使热量快速传导。
其次，金属的热导性具有较高的热传导率。
热传导率是衡量物质导热能力的重要指标，金属的热传导率较高，能够迅速传递热量。
最后，金属的热导性受到材料的晶格结构和温度的影响。
晶格结构的不完整、缺陷会影响金属的热导性能力，而温度的升高会影响金属颗粒振动，从而影响热量的传导。
三、导电性与热导性的应用3.1 电子领域金属的导电性使其成为电子器件制造中重要的材料。
电子器件中的导线、电极通常采用金属材料，以实现电流的传导和电能的转换。
此外，金属材料在集成电路、电子元件等领域也有广泛的应用。
3.2 能源领域金属的导电性和热导性在能源领域具有重要应用。
金属材料的导电性和热传导性
金属材料的导电性和热传导性导电性和热传导性是金属材料的两个重要属性，它们在现代科技和工业中起到了至关重要的作用。
导电性指的是金属材料导电电流的能力，而热传导性则是指金属材料传递热量的能力。
本文将详细介绍金属材料的导电性和热传导性如何产生以及影响因素等内容。
首先，金属材料的导电性是由其特殊的电子结构决定的。
在金属中，原子之间通过共用电子构成了一个自由电子气体，这些自由电子可以在金属中自由运动。
当外加电场存在时，这些自由电子会被加速并形成电流。
所以，金属材料中导电的能力非常好。
相比之下，非金属材料因为没有自由电子，其导电性较差。
其次，金属材料的热传导性也与其电子结构有关。
在金属中，自由电子的运动不仅可以传导电流，还能够传递热量。
自由电子在受到高温区域的热激发后，会以高速度传递给周围的原子，使其也处于激动状态。
这种由自由电子传递给原子的能量迅速传播，从而实现了金属材料的高热传导性。
金属材料的导电性和热传导性受多种因素的影响。
首先是金属的种类。
不同的金属具有不同的电子结构，因此其导电性和热传导性也不同。
常见的导电性较好的金属有铜、银和铝等，而热传导性较好的有铜、铝和铁等。
其次，金属的纯度也对其导电性和热传导性有影响。
纯度越高的金属材料，自由电子的数量越多，导电性和热传导性就越好。
此外，金属材料的晶体结构和晶界的存在都会对导电性和热传导性产生影响。
晶体结构的完整性和晶界的存在程度会影响自由电子的传输以及热量的传递。
在实际应用中，金属材料的导电性和热传导性的强弱是需要根据具体需求来选择的。
如果需要良好的导电性，例如在电线、电路板等电气设备中，选择导电性较好的金属材料是必要的。
而在需要优秀的热传导性能的场合，比如散热片、导热板等热管理领域，则需选用具有良好热传导性能的金属材料。
由于金属材料导电性和热传导性的特殊性质，它们在众多领域中都得到了广泛的应用。
在电子工业中，金属材料被广泛应用于电路板、导线和电子器件等领域。
金属材料的导电性与实验测定
金属材料的导电性与实验测定导电性是金属材料的一个重要物理性质，它决定了金属在电子传导方面的能力。
本文将探讨金属材料的导电性及其实验测定方法，以及一些相关应用。
一、导电性原理金属的导电性源于其晶体结构和电子能带结构的特点。
金属中存在着大量的自由电子，它们能够在金属晶格中自由移动。
这些自由电子负责金属的导电行为。
金属晶体的结构具有高度的对称性，这使得电子在金属中容易传导。
此外，金属中的电子能带结构使得电子能够在外加电场的作用下容易发生跃迁，从而实现电流的传输。
二、导电性的实验测定方法为了准确测定金属材料的导电性，通常采用以下几种实验方法：1. 电阻率测定法电阻率是衡量材料导电性能的重要参数。
通过测量导体的电阻(R)和尺寸(长度L、截面积A)，可以计算得到材料的电阻率(ρ)。
电阻率的计算公式为ρ = R * (A / L)。
电阻率越小，导体的导电性能越好。
2. 四探针法四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法。
它利用四个电极分别作为电流源和电压测量点，通过测量电流和电压的关系，可以计算出材料的电阻率。
这种方法具有精度高、测量范围广的优点，适用于各种材料的导电性测定。
3. 哈尔效应测定法哈尔效应是磁场作用下导体内产生的电压差，与材料的导电性能密切相关。
通过在导体中施加磁场，测量导体两侧产生的电势差，可以得到材料的电导率。
哈尔效应测定法适用于金属材料、半导体材料等导电性能测量。
三、导电性的应用金属材料的导电性在众多领域得到广泛应用。
1. 电子器件金属作为导电材料，在电子器件中扮演着重要角色。
例如，电路板中的导线和焊点通常采用导电性能优良的金属材料制成，以保证电信号的传输和电路的正常工作。
2. 电力传输金属导线被大量应用于电力输送领域。
由于金属具有优良的导电性能，电能可以高效传输到目标地点。
铜、铝等金属材料被广泛用于输电线路和电缆的制造。
3. 化工行业在化工生产过程中，电解槽等设备要求具备优良的导电性能。
金属材料通常用于这些设备的制造，以确保电流的稳定传输。
金属材料特性
金属材料特性金属材料是一类拥有许多独特特性的材料，主要由金属元素组成，具有导电、导热、高延展性、高强度等特点。
以下是金属材料的主要特性：1. 导电性：金属材料是良好的导电体，电子在金属内部能够自由移动，形成电流。
这使得金属广泛应用于电线、电路板等导电部件的制造。
2. 导热性：金属材料具有良好的导热性能，能够迅速传导热量。
这使得金属成为散热器、发动机等需要快速散热的设备的重要材料。
3. 高延展性：金属材料可以经受较大的拉力而不破裂，能够被拉伸成细丝或薄膜。
这使得金属材料具有良好的延展性和可塑性，可以制造出各种形状的产品。
4. 高强度：金属材料具有较高的强度，能够承受较大的力，不易断裂。
这使得金属材料成为建筑、航空航天等领域常用的结构材料。
5. 良好的韧性：金属材料具有良好的韧性，能够在遭受撞击或挤压等外力时不易断裂。
这使得金属制品具有较高的耐久性和使用寿命。
6. 可融性：金属材料具有良好的可融性，可以在一定温度范围内熔化成液体。
这使得金属可以通过熔融工艺进行铸造、锻造等制造过程。
7. 耐腐蚀性：大多数金属具有一定的耐腐蚀性，能够抵抗氧化、腐蚀和酸碱等介质的侵蚀。
这使得金属在化工设备、海洋工程等恶劣环境中广泛应用。
8. 可回收性：金属材料具有良好的可回收性，可以通过熔炼和再加工等方法，重新制造新的金属制品。
这符合环保意识的提升，减少了资源的浪费。
9. 磁性：部分金属材料具有磁性，能够吸引铁磁物质。
这使得金属广泛用于磁性材料的制造和电磁设备的应用。
综上所述，金属材料具有导电导热、高延展性、高强度、韧性好、耐腐蚀、可融性、可回收等多种特性，使其在各个领域都有广泛的应用。
同时，这些特性也决定了金属材料的独特价值和重要性。
6.1 金属材料的物理特性-科粤版九年级化学下册教案
6.1 金属材料的物理特性-科粤版九年级化学下册教案一、引入金属是常见的物质，我们身边的很多东西都是由金属材料制成的。
比如，我们的门把手、钥匙、电线、汽车、手机等等，都是由金属材料制成的。
为什么金属这么普遍呢？因为它具有很多优良的物理特性，如导电性、导热性、强度大、延展性好等等。
本章节将要学习金属材料的物理特性。
二、知识点1.金属材料的导电性金属材料是导体中的佼佼者。
大多数金属材料具有很好的导电性，在它们内部电子能够自由移动。
因此，当金属材料的两端通上电源时，电子便会从负极（电源的负极）流向正极（电源的正极）。
这种自由电子的存在也造就了金属材料很好的导热性。
因为自由电子能够把热量迅速传递给其他电子，形成一种类似于热传导链式反应的过程。
2.金属材料的延展性和塑性金属材料不仅具有优良的导电性和导热性，还具有延展性和塑性。
这两个性质一般同时存在。
延展性是指材料在外力作用下，能够沿着一个方向变形；而塑性则是指材料在外力作用下，能够在不破裂的情况下发生形变。
金属材料的延展性和塑性经常被用来进行各种形状的加工。
例如，可以通过使用挤压机将铝棒挤压成不同形状的铝型材。
同时，在金属材料破裂之前，其具有很好的韧性。
3.金属材料的硬度和韧性金属材料的硬度和韧性也非常重要。
硬度是材料抵抗刮擦或钻孔等力量的能力；而韧性是指材料在受到冲击、挤压或其他力量作用下不破裂的能力。
不同的金属材料具有不同的硬度和韧性。
例如，铝和铜的韧性非常好，可以轻易地加工成不同的形状。
而钢则很硬，但也具有足够的韧性，可以用来制造耐用的工具。
三、总结金属材料是重要的制造材料，具有优良的物理特性。
本章主要介绍了金属材料的导电性、导热性、延展性和塑性、硬度和韧性等重要特性。
在工业、建筑、交通等领域，金属材料都有很重要的应用价值。
四、作业1.现在一些新型车辆采用轻质金属材料，可以减轻车辆的重量，节省燃油。
请你对此进行简要论述。
2.什么是金属材料的延展性和塑性？请举例说明。
(精品)材料物理龙毅版-2.1材料的导电性概述,金属材料的导电性
导体
半导体
绝缘体
2.能带理论的导电性
能带理论与量子自由电子理论比较
布里渊边界的影响---一价金属Cs
布里渊边界的影响---一价金属Cu
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
布里渊边界的影响---二价金属
二价金属的s能带与p能带发生能带重叠，价电子大部分填充在s能带 中，即第一布里渊区，少量电子填充p能带中，即第二布里渊区。
m mv
l=v为电子的平均自由程。
成功地推导出了导体的电导率，电子导电为主时，还可推出 导体电导率与热导率的关系。
但实际测得的电子平均自由程比理论估计的大得多。无法解 释高价金属导电性不如一价金属等问题。
严重的缺陷：它认为所有的自由电子都参与导电。没有认识 到金属中自由电子的能量、波矢或速度状态的量子化特征。
0 T
温度无影响； 合金元素及缺
陷影响
受温度影响； 合金元素及缺
陷无影响
斜率相同
d
dT
合金
=
d
dT
基体
合金元素以及晶体的缺陷的影响局限于ρ’0项，对ρ 随温度的变化没有影响
第二类合金
斜率不同
偏离马提申规则的合金材 料中，添加的合金元素不 仅影响合金的残余电阻率 ρ’0，同时也使合金的电 阻率随温度的变化率发生 改变。
(2)电离杂质散射
电离杂质的散射：施主杂质在电离后是一个带正电的离子， 而受主杂质电离后则是负离子。在正离子有或负离子周围形成 一个库仑势场，载流子 电离杂质相通而被散射的机会 也就越多。
➢温度:温度越高，载流子运动 速度越大，散射作用越弱。
2.2 金属材料的导电性
约有75种元素的晶体属于金属 他们组合成的合金种类繁多
材料物理性能 2.2 金属材料的导电性
晶格势场周期 性破坏方式
局部点上原子位置偏移：空位、半径不同 的异类原子、间隙原子
局部点上势场强度发生变化：异价原子掺 杂
合金元素
晶体结构不完整性
晶体缺陷
（1）合金元素
向纯金属中加入另一金属形成固溶体，固溶体的电阻率 比纯金属溶剂明显升高。原因是这些固溶原子破坏了纯金属 自身库伦势场的周期性，形成对导电电子的散射中心，在均 匀固溶下，合金的电阻率ρ随化学组成的变化规律为：
α0：溶剂金属的温度系数 αξ：残余电阻率温度系数
2.2.2 金属材料的导电性控制因素
= i (nqe)i
影响材料导电性的因素： 载流子的电荷量 qe 体积密度 n 迁移率 μ
一、金属材料中载流子浓度
➢金属导体能带结构
导带 价带
= i (nqe)i
导带和价带之间没有禁 区，电子进入导带不需 要能量，导电电子的浓 度很大。
➢ 电子运动受阻的原因：电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的 9 散射使电子运动受阻。
二、电子迁移率 1、经典力学理论 ——导体中电子的运动
1）电子定向加速 E
自由电子在外电场E作用下的加速度为： a = eE/me
实际晶体中： 电子运动会被声子、杂质、缺陷散射，使金属有电阻。 电子在前进方向上的平均迁移速度为0，外加电场使电子获得 定向速度。
(2)电离杂质散射
电离杂质的散射：施主杂质在电离后是一个带正电的离子， 而受主杂质电离后则是负离子。在正离子有或负离子周围形成 一个库仑势场，载流子将受到这个库仑场的作用，即散射。
掺杂浓度:掺杂越多，载流子和 电离杂质相遇而被散射的机会 也就越多。
➢温度:温度越高，载流子运动 速度越大，散射作用越弱。
d
金属材料的导电性与导电材料应用
金属材料的导电性与导电材料应用导电性是指材料能够导电的性质，而金属材料是导电性能最好的一类材料。
金属材料的导电性源于其特殊的电子结构。
在金属中，电子呈高度流动性，形成称为“自由电子”的电子云。
这些自由电子可以在金属内部自由移动，从而使得金属具有优异的导电性能。
金属材料的导电性对于人类社会的发展至关重要。
导电性使得金属材料成为了制造各种电子设备和电气设备的重要基础材料。
我们可以将金属材料制成各种形状的导线，通过导线将电能传输到需要的地方。
除了导线，金属材料还被广泛应用于电子元件、电池、传感器等领域。
导电材料的应用范围非常广泛。
在电子领域，导电材料被用于制造电路板、电子元件和导线等。
在能源领域，导电材料被用于制造太阳能电池和燃料电池等。
在通信领域，导电材料被用于制造天线和导波管等。
除此之外，导电材料还可以应用于传感器、医疗设备和光伏设备等领域。
导电材料的一个重要应用是在电子设备中制造电路板。
电路板是电子设备中一个非常重要的组成部分，它的功能是连接各种电子元件和电路，实现电信号的传输和控制。
导电材料被应用于电路板的导线层，通过导线连接电子元件，使得它们能够相互通信和配合工作。
在电路板的制造过程中，导电材料通常是以铜箔或银浆的形式涂布在导线层上，然后通过化学腐蚀或机械加工的方法去除不需要的部分，形成所需的导线形状。
另一个重要的导电材料应用在太阳能电池中。
太阳能电池是利用光能直接转换成电能的一种设备，在可再生能源领域具有重要的地位。
太阳能电池的关键是光伏效应，即当光照射到光敏材料表面时，光能被转化为电能。
导电材料主要应用于太阳能电池的电极层，其中一层是作为电子的源头，而另一层则负责收集电荷。
常见的导电材料包括银、铜和导电聚合物等。
导电材料还可以应用于传感器领域。
传感器用于感知环境中的各种物理量和化学变化，并将其转换为电信号进行处理和传输。
导电材料是传感器的重要组成部分，它承担着将所感知的信息转换为电信号的任务。
金属导电材料
金属导电材料金属导电材料是一类能够传导电流的材料，其在电子、电力领域具有重要的应用价值。
金属导电材料具有良好的导电性能、机械性能和热稳定性，被广泛应用于电子元器件、电力设备、通信设备等领域。
本文将从金属导电材料的基本特性、应用领域和发展趋势等方面进行介绍。
首先，金属导电材料具有良好的导电性能。
金属材料中的自由电子能够在外加电场作用下形成电流，因此金属材料是良好的电导体。
金属导电材料的导电性能与其晶体结构、晶格缺陷、杂质等因素密切相关。
金属导电材料的导电性能直接影响着其在电子元器件中的应用效果。
其次，金属导电材料具有良好的机械性能。
金属材料通常具有较高的强度和韧性，能够承受较大的机械载荷而不发生破坏。
这使得金属导电材料在制造电力设备、通信设备等领域的结构部件时能够发挥重要作用。
此外，金属导电材料具有良好的热稳定性。
金属材料的热膨胀系数较小，热传导性能较好，能够在高温环境下保持较好的稳定性。
因此，金属导电材料在高温电子元器件、电力设备等领域具有重要的应用前景。
金属导电材料在电子、电力领域具有广泛的应用。
在电子元器件方面，金属导电材料被用于制造导线、电极、连接器等部件，用于搭建电路和传输电能。
在电力设备方面，金属导电材料被用于制造发电机、变压器、输电线路等关键部件，用于实现电能的生产、传输和分配。
在通信设备方面，金属导电材料被用于制造天线、导波管、微波器件等部件，用于实现无线通信和微波通信。
随着科学技术的不断发展，金属导电材料也在不断创新和进步。
新型金属导电材料的研发，使得其在导电性能、机械性能和热稳定性等方面都得到了提升。
同时，金属导电材料的制备工艺也在不断改进，使得其生产成本得到了有效控制。
未来，金属导电材料将继续在电子、电力领域发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出新的贡献。
综上所述，金属导电材料具有良好的导电性能、机械性能和热稳定性，被广泛应用于电子、电力领域。
随着科学技术的不断发展，金属导电材料也在不断创新和进步。
材料的导电性内含精选动图总结
空带
1s22s22p63s2
——价带被电子填满，成
价带
为满带
晶体结构特点，价带与空 带发生交叠 —— 形成更 宽的能带
1、材料的能带结构
绝缘体
绝缘体具有充满电子的满带和很宽
的禁带，禁带宽△Eg约 3~6 eV； 一般温度下，满带中的电子在外电场 作用下很难激发（越过禁带）到空带 参与导电；
大多数离子晶体是绝缘体。
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 4、研究案例1-微观结构对导电性能的影响 5、研究案例2-能带结构对导电性能的影响
1、材料的能带结构
为什么不同材料导电性能不同？
1、材料的能带结构
●电阻率
导体： ρ＜10-3Ωcm 例如：ρCu~10-6Ωcm 半导体：10-2Ωcm＜ρ＜109Ωcm
导体：能带结构有两种形式
电子与晶体点阵静态缺陷的相互作用
半导体 这样的能带称为空带。
晶体缺陷（空位、位错、间隙原子等）会使金属 长程有序的固溶体，晶体的离子势场更为对称，电子的散射降低，所以电阻减小。
杂质对理想晶体的局部破坏；
4、研究案例-微观结构对导电性能的影响
★禁带中不存在电子的定态；
电压越高辐射越强，会出现电晕及闪电现象，容易引发火灾。
拉拔
4、研究案例-微观结构对导电性能的影响
增加Er 增加Ce
4、研究案例-微观结构对导电性能的影响
增加Er
增加Ce
增加Er和Ce，都有利于第二相的析出。
4、研究案例-微观结构对导电性能的影响
稀上元素与Fe, S i等杂质元素反 应，使固溶于基体中的杂质元素 与稀上元素形成复杂化合物，从 基体中析出。降低了电子的散射， 可以提高导电性能。
金属的导电性与导热性.
金属的导电性与导热性姓名：马丽萍物理教育 Z1101班金属的导电性与导热性物理系Z1101班马丽萍一、导电性物体传导电流的能力叫做导电性。
各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。
固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导电，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。
除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所引起的，例如介电现象和介电材料等。
1.1 导电的概述导电即是让电流通过1.2导电性的解释物体导电的能力。
一般来说金属、半导体、电解质和一些非金属都可以导电。
非电解质物体导电的能力是由其原子外层自由电子数以及其晶体结构决定的，如金属含有大量的自由电子，就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电。
石墨导电，金刚石不导电，这就是晶体结构原因。
电解质导电是因为离子化合物溶解或熔融时产生阴阳离子从而具有了导电性。
1.3理论由来最早的金属导电理论是建立在经典理论基础上的特鲁德一洛伦兹理论。
假定在金属中存在有自由电子，它们和理想气体分子一样，服从经典的玻耳兹曼统计，在平衡条件下，虽然它们在不停地运动，但平均速度为零。
有外电场存在时，电子沿电场力方向得到加速度a,电子产生定向运动，同时电子通过碰撞与组成晶格的离子交换能量，而失去定向运动，从而在一定电场强度下，有一平均漂移速度。
根据经典理论，金属中自由电子对热容量的贡献应与晶格振动的热容量可以相比拟，但是在实验上并没有观察到，这个矛盾在认识到金属中的电子应遵从量子的费米统计规律以后得到了解决。
根据费米统计,只有在费米面附近的很少一部分电子对比热容有贡献。
另一个困难是根据实验上得到的金属电导率数值估算出的电子平均自由程约等于几百个原子间距，而按照经典理论，不能解释电子为什么会有如此长的自由程。
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p×10-8 Pa
正常元素
反常元素
冷加工对金属电阻的影响
冷加工变形使纯金属电阻率增加 冷加工变形使一般固溶体电阻增加10-20 %，使 有序固溶体增加100 %甚至更高
对Ni-Cu，Ni-Cu-Zn，Fe-Cr-Al等合金，冷加工 变形则使电阻降低
T '
低温时用电阻法研究金属的冷加工更为有效
晶体缺陷对电阻的影响
晶体缺陷（空位、位错、间隙原子等）会使金属
电阻率增加
点缺陷引起的残余电阻率变化远比线缺陷的影响大 对多数金属，当形变量不大时，位错引起的电阻率 变化与位错密度变化之间呈线性关系
空位、位错对一些金属电阻率的影响
热处理对金属电阻的变化
一般，淬火使晶格畸变，电阻增加，
退火使畸变回复．电阻降低。
晶体的能带理论 金属的导电机制 马基申定则 影响因素
4. 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
几何尺寸效应的影响
温度对金属电阻的影响
一般规律
过渡族金属和多晶型转变
铁磁金属的电阻-温度关系的反常
一般规律
1——理想金属晶体 2——含有杂质的金属 3——含有晶体缺陷的金属
2. 金属的导电机制
金属电学性能的研究对象 纯金属、合金
金属 晶态、非晶态 纯金属：易于从理论上探讨其物性的共同规律。
合金或金属间化合物：可从工程上突出其使用性能。
几种典型金属的能带
Na 金属电子能带 Mg 金属电子能带
Al 金属电子能带
3p 3s
1s 2s 2 p
满 电 子 能 带
2 2 6
3p
结构、费米面和能带结构以及电子散射机制等都将发生变化。
正常金属元素
电阻率随压力升高而下降，如Fe、Co、Ni、Rh、Pd、Cu、 Ag等。
反常金属元素
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
R/R0
R/R0
p×10-8 Pa
金属、半导体和绝缘体中载流子——电子 离子化合物中的载流子——离子 电阻
L R S
导电
电阻率
S R L
电导率
1
J E
欧姆定律
一些材料在室温下的电阻率
Compound Resistivity (-cm) Compound Resistivity (-cm)
Ca Ti Mn Zn Cu Ag Pb
电子-声子~与T 成正比 电子-缺陷~与T 无关 中国矿业大学 材料科学与工程学院
第一节 金属的导电性
晶体的能带理论 金属的导电机制 马基申定则 影响因素
3. 马基申定则
i T 残
i
杂质和缺陷上的散射
声子散射和电子散射
T 为金属的基本电阻率，与温度有关；
第二章 材料的电学性能
顾修全
中国矿业大学 材料科学与工程学院
在许多情况下，材料的导电性能比力学 性能和热学还重要。
导电材料、电阻材料、电热材料、半导体 材料、超导材料和绝缘材料等都是以材料 的导电性能为基础的。
举例：
长距离传输电力的金属导线应该具有很高的导 电性，以减少由于电线发热造成的电力损失。
残余电阻 0 K下为 零
基本电阻
电子与晶体点阵静态缺陷的相互作用
理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关。
Strained region by impurity exerts a scattering force F = -d (PE) /dx
I
Two different types of scattering processes involving scattering from impurities alone and thermal vibrations alone.
晶体的能带
价电子的共有化使单个原子的价电子能级分裂，形成了能带。
能 量 能带 禁带 能带
孤立原子 的能级
能级 能级
平衡间距
原子间距
电子的填充规则
电子填充在一系列准连续分布的能级上，服从
泡利不相容原理，即依次从低向上填充，每一 个能级上最多可填充2个电子； 电子的分布服从费米-狄拉克分布：
小结
基本概念
基本电阻 残余电阻 电阻温度系数 电阻压力系数
金属导电的物理机制 马基申定则 影响金属电阻的因素
习题
2-1 为什么晶体中的电子不是处于孤立的能级上， 而是在准连续的能带上？ 2-2 金属铜线300 K时的电阻率为1.8×10-7 Ω cm，假设铜线的成分为理想纯度，计算800 K 时的电阻率。
多晶型转变
线性关系只保持到350 ℃ 850 ~ 900℃出现了多晶型 转变。
空穴导电
多晶型金属电阻率与温度的关系
线性关系破坏
铁磁金属的电阻 - 温度关系反常
铁磁金属在居里点θ 附近电阻率温度系数存在
着极大值。
原因：与自发磁化有关
M s2
Ni和Pd的 / D 与温度的关系
电子的某一能级 上的分布几率：
fi 1 E EF exp i k T B 1
电子占据几率为1/2的能级位置称为费米能级，
它反映了电子的填充水平。
费米能级
0K 时为一折线， 在能量高于费米 能量的区域几率 为零
温度的升高将使 得少量能量较高 的电子跃迁到高 能级。
金属中的电导与热导
魏德曼 - 弗兰兹定律
LT
传导方式： 自由电子运动
热阻或电阻的起因：电子 – 电子之间的碰撞
低温下的电阻或热阻：都与电子 – 声子之间的碰撞有关
n *e 2 电导率 * l 2m v
热导率
1 c j j l j 3 j
第一节 金属的导电性
费米分布函数
金属、半导体及绝缘体的比较
导带和价带重叠 半导体的禁带一般小 于 3 eV
绝缘体的禁带一般大于 5 eV
金属
特征：最高占有带仅部分充满，即除了满带外，存在 不满带。
绝缘体
特征：电子恰好填满了最低的一系列能带，能量更高的 能带都是空的，而且禁带很宽（大于5 eV）。
半导体
特征：禁带宽度较窄（低于2.0 eV）。
1. 晶体的能带理论
晶体的能带理论是在量子力学研究金属导电理论的
基础上发展起来的，它的成功之处是在于定性地阐明了
晶体中电子运动的规律。
特征：不连续能量分布的价电子在周期性势场中的运动。 原子核 离子实
内层电子
电子 外层电子 价电子
构成等效势场
能带理论的基本思想
能带理论的出发点是固体中的电子不再束缚于个别 的原子，而是在整个固体内运动，称为共有化电子。 在讨论共有化电子的运动状态时，假定原子实处在 平衡位置，而把原子实偏离平衡位置的影响看成微 扰。
材料按电性能分类:
导体、半导体、绝缘体
导 体 纯金属的电阻率在108 ～ 107 m 金属合金的电阻率为107 ~ 105 m 半导体 电阻率为103 ~ 10+5 m 绝缘体 电阻率为10+9 ~ 10+17 m
电阻率的大小取决于材料的结构。
第一节 金属的导电性
晶体的能带理论 金属的导电机制 马基申定则 影响因素
陶瓷和高分子的绝缘材料必须具有不导电性， 以防止产生短路或电弧。
作为太阳能电池的半导体对其导电性能的要求更 高，以追求尽可能高的太阳能利用效率。
本章内容
金属的导电性
合金的导电性 半导体的导电性 材料的介电性 材料的超导电性
什么是材料的导电性？
微观机理：材料中带有电荷的粒子响应电场作用发生 定向移动的结果。 能够携带电荷的粒子称为载流子
残 为化学缺陷和物理缺陷引起的残余电阻率，
与温度无关。
反映了金属的纯度和完整性
对理想的金属（没有缺陷和杂质），其电阻率在绝对 零度时为零；
金属的电阻率随温度升高而增大； 高温时金属的电阻率取决于 T ，低温时取决于 残 。
常常采用相对电阻率
300 k / 4.2k
晶体越纯，越完善，相对电阻率越大，许多完整的 金属单晶可得到高达2×l04的相对电阻率。
T 残
电子-声子散射
在室温和更高温度
下，非过渡金属的
电子-电子散射
电阻率：
T 0 1 T
电阻温度系数 非过渡族金属的电阻—温度曲线
电阻—温度关系在低温条件下较复杂，室温以上则较简单。
电阻温度系数
0 ~ T ℃温区的平均温度系数
T 0 0T
当退火温度接近再结晶温度时，电阻可恢复到接近冷加工 前的水平；但当退火温度高过再结晶温度时，电阻反又增 大，原因是再结晶后新晶粒的晶界阻碍了电子运动。 淬火能够固定金属在高温时空位的浓度，从而产生残余电 阻。淬火温度愈高空位浓度愈高，则残余电阻率就越大。
冷加工变形Fe的电阻在退火时的变化
1—形变量99.8 %
2—形变量97.8 %
R 1 R / %
3—形变量93.5 %
4—形变量80 %
5—形变量44 %
退火温度/℃
几何尺寸的影响
R273 K / R4.2 K
随着钼、钨单晶体厚度变薄，4.2 K时晶体的电阻增大 薄膜试样的电阻率
d 1 L / d
L——电子的散射自由程
d——薄膜厚度
3s
3p 3s