金属材料的导电性优秀课件
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《金属材料》PPT优质课件
在常温下，大多数非金属元素 所组成的单质是气体，也有一些 是固体，溴( Br)是唯一的在常温 下星液体的非金属单质。固体非 金属较脆，用锤子敲击时，它们 中的大多数很容易碎裂甚至变成 粉末。
现有一种单质，要分辨它是金属还是非金属，你可以用到哪些方法?
金属具有良好的导电性、导热性和延展性，而非金 属的导电、导热性能均较差，也没有延展性。
第一节
金属材料
金属材料在日常生活用品、房屋建筑、交通工具以及工农业 生产中都有广泛的用途。
金属可以拉成细丝，做成导线用于导电;金属 很容易根据外观来辨认。金属还具有哪些不同 于其他物质的性质呢?
金属都有特殊的光泽。大多数金属的颜色为银白色或灰色，但金(Au) 呈金黄色，铜(Cu)为紫红色。除汞(俗称水银)外，所有金属在室温下都是 固体。大多数非金属没有光泽，外表暗淡。
请添加标题
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请添加标题
以发现，日常生活中有许多物品是由金属材料制成的。
把一种金属跟其他- -种或几种金属(或非金属) 一起熔合而成的具有金属特性的物质，就称为合 金(alloy)合金往往比纯金属具有更好的性能。
钢是一种由碳和铁等元素形成 的合金，质地坚硬，有弹性和延 展性，机械性能好，可用来制作 坚硬的汽车车身及刀具、量具和 模具等，是最常见、应用较广的 一种合金材料。
记忆合金
一些特定成分的合金(如镍钛合金)，在外力作用下会发生变形， 当把外力去掉后，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。这种 合金具有百万次以上的回复功能，人们形象地称之为“记忆合金”。 记忆合金在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着重要的用途， 从而使得金属的应用又向前跨进了一步。例如，在做牙齿矫形时， 人们就是利用记忆合金在一定温度下做成矫形弓丝，矫形弓丝为了 恢复原来的形状，便对牙齿施力，于是牙齿在记忆合金的作用下变 得整齐好看。而用记忆合金制作的眼镜架，如图2-4所示，则具有良 好的弹性、强度和抗拉性能。
《材料的电学》课件
磁化过程
铁磁性物质在外部磁场的 作用下，磁畴的排列方向 逐渐趋于一致，最终达到 磁饱和状态。
磁性材料的应用
软磁材料
具有较高的磁导率和较小 的矫顽力，常用于制造变 压器、电机和电磁铁等。
硬磁材料
具有较高的矫顽力和永久 的剩磁，常用于制造各种 永磁体和扬声器等。
功能磁性材料
包括磁记录材料、磁电阻 材料、磁泡材料和磁光材 料等，广泛应用于信息存 储、检测和显示等领域。
PART 03
材料的电介质性质
电介质的极化现象
总结词
描述电介质在电场作用下的电荷位移和排列现象。
详细描述
当电介质置于电场中时，其内部原子或分子的正负电荷中心会发生相对位移， 形成电偶极子。这些电偶极子会沿着电场方向有序排列，导致电介质两端出现 束缚电荷，形成宏观的电偶极矩。
电介质的电导和损耗
总结词
电阻率受到多种因素的影响，包括材料 的种类、纯度、晶体结构、温度和压力 等。
VS
详细描述
不同材料的电阻率各不相同，这主要取决 于材料本身的性质，如金属的导电性能优 于绝缘体。此外，材料的纯度、晶体结构 和缺陷等也会影响其电阻率。温度和压力 的变化也会对电阻率产生影响，例如温度 升高会使金属的电阻率增大，而压力的增 加则可能导致半导体电阻率的减小。
电磁波折射
当电磁波从一种介质传播到另一种介 质时，会发生折射现象，折射角与入 射角和介质参数有关。
电磁波的应用
通信
加热与医疗
利用电磁波传递信息，如无线通信、 卫星通信等。
利用电磁波的能量进行加热或治疗， 如微波炉、微波治疗等。
雷达
利用电磁波探测目标，如雷达测距、 雷达制导等。
2023 WORK SUMMARY
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
《金属材料》PPT优秀课件
第2章 物质转化与材料利用
第一节 金属材料
日常生活用品
房屋建筑
交通工具
工农业生产
二、金属与非金属
下面是一些常见的金属和非金属的样品，请仔细观察和记录这些样品 的外观，想想它们之间有什么不同。
观察记录：
名称
外观
名称
外观
铝 银白色的固体
汞 银白色的液体
铜 金黄色的固体
溴 红棕色的液体
铁 银白色的固体
3.金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。 下列性质属于金属共性的是( D ) A.硬度很大、熔点很高 B.是银白色的固体 C.密度都很大 D.能够导电、能够导热
3.一种新型金属由于其密度小、延展性好、耐腐蚀性
强,在航空、航海和化学工业中正逐步取代铝和铝合
金而被广泛应用。该金属是( B)
A.锌
1．银是最佳的导热体，为什么银不宜用 来制造煮食器皿？试说出2种原因。
答：（1）易发生重金属中毒。 （2）价格较贵。 （3）会和空气中的H2S反应生成黑色的Ag2S。
2．为什么装食品的罐头一般用镀锡的铁制 造，而不用纯锡制造？
答：防锈，由于铁和水及空气接触以后很容易 发生锈蚀，而锡不易与空气及水发生化学反应 ，故金属食品罐头内壁要涂上一层金属锡。
新型材料
记忆合金
根据记忆合金的特点，你认为记忆合金材料可以有哪 些用途？
三、金属的污染和回收利用
1、金属的污染来源 （1）日常生活废弃的金属垃圾； （2）大量工业废弃的金属垃圾； （3）工厂排出含重金属的污水。
思考与讨论
金属污染可能引发哪些问题？ 我国是如 何解决这些问题的？
2、金属污染的危害
B.钛
C.镁
D.锰
4.保护金属资源的有效途径是( D ) ①防止金属腐蚀 ②回收利用废旧金属 ③禁止生产易造成金属腐蚀的化工产品 ④合理有效地开采矿物 ⑤寻找金属的代用品 A.①②③ B.①②③④⑤ C.②④⑤
第一节 金属材料
日常生活用品
房屋建筑
交通工具
工农业生产
二、金属与非金属
下面是一些常见的金属和非金属的样品，请仔细观察和记录这些样品 的外观，想想它们之间有什么不同。
观察记录：
名称
外观
名称
外观
铝 银白色的固体
汞 银白色的液体
铜 金黄色的固体
溴 红棕色的液体
铁 银白色的固体
3.金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。 下列性质属于金属共性的是( D ) A.硬度很大、熔点很高 B.是银白色的固体 C.密度都很大 D.能够导电、能够导热
3.一种新型金属由于其密度小、延展性好、耐腐蚀性
强,在航空、航海和化学工业中正逐步取代铝和铝合
金而被广泛应用。该金属是( B)
A.锌
1．银是最佳的导热体，为什么银不宜用 来制造煮食器皿？试说出2种原因。
答：（1）易发生重金属中毒。 （2）价格较贵。 （3）会和空气中的H2S反应生成黑色的Ag2S。
2．为什么装食品的罐头一般用镀锡的铁制 造，而不用纯锡制造？
答：防锈，由于铁和水及空气接触以后很容易 发生锈蚀，而锡不易与空气及水发生化学反应 ，故金属食品罐头内壁要涂上一层金属锡。
新型材料
记忆合金
根据记忆合金的特点，你认为记忆合金材料可以有哪 些用途？
三、金属的污染和回收利用
1、金属的污染来源 （1）日常生活废弃的金属垃圾； （2）大量工业废弃的金属垃圾； （3）工厂排出含重金属的污水。
思考与讨论
金属污染可能引发哪些问题？ 我国是如 何解决这些问题的？
2、金属污染的危害
B.钛
C.镁
D.锰
4.保护金属资源的有效途径是( D ) ①防止金属腐蚀 ②回收利用废旧金属 ③禁止生产易造成金属腐蚀的化工产品 ④合理有效地开采矿物 ⑤寻找金属的代用品 A.①②③ B.①②③④⑤ C.②④⑤
《金属材料的物理特性》金属PPT
（g·cm-3） （大） 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70 （小）
熔点(℃)
钨铁铜金银铝锡
（高）3410 1535 1083 1064 962 660 232 （低）
硬度（以金刚
铬铁
石的硬度为10作 标准）
（大） 9
4~5
银
2.5~4
铜金
2.5~3 2.5~3
铝铅
学以致用
用来铸造硬币的金属材料需要具有什么性质？
资源丰富 无毒轻便 耐磨耐腐蚀 美观、易加工
4、金属之最
地壳中含量最高的金属
铝
人体中含量最高的金属
钙
世界年产量最高的金属
铁
导电导热性最好的金属
银
熔点最大的金属
钨
熔点最低
汞
制造飞机的材料中为什么大 量使用铝合金而不用纯铝？
二、合金
先阅读P166—168然后讨论
是( A )
A．青铜属于纯净物 B．青铜属于金属材料 C．青铜的硬度比铜大 D．青铜耐腐蚀，易铸造成型
6．焊锡是锡铅合金，把铅加入锡中制成合金的主要目的是
(B)
A．增加强度
B．降低熔点
C．增加延展性
D．增强抗腐蚀性
Thyoaunk
End
知识小结
一、金属
1、金属的通性： 大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔点
高、密度较大、有延展性 2、金属的特性 密度、熔点、硬度等差异较大
3、用途 考虑物质用途时考虑多种因素
二、合金 1、定义：一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属 特征的物质。
2、合金一般跟组成它们的金属相比：硬度增大、熔点降低， 有的合金还有强度大、耐腐蚀、强磁性等特性。
《导电材料》PPT课件
31
铝箔制备工艺 高纯铝铸锭经600℃ 左右均匀化处理后
在540 ℃ 热轧, 热轧板分别经450℃ 左右 中间退火后 ，直接冷轧至0.1mm厚度， 最后经成品退火获软态箔材。
32
铝箔制造车间
铝箔
33
2 晶粒大小 影响机械性能，晶粒粗大，强度下降 研究方向——晶粒细化
34
2 铝膜 铝金属化膜作为电极具有的特性： ①化学性能稳定。铝金属化膜在大气中虽易 氧化，但氧化后生成一层胶薄的氧化铝， 成为大然保护层，防止继续氧化，另外对 潮湿气氛不敏感。因此介质蒸上铝膜后可 以在大气环境中储存；
16
17
➢由于纯金属的抗拉强度都比较低，所以在 对抗拉 强度要求高的场合，应采用热处理 的金属或合金. 为什么合金比纯金属的强度、硬度大？
1 形成固溶体产生晶格畸变，阻碍外力对材料引起的形变 2 金属间化合物形成
18
铜合金和纯铜相比：具有更好机械性能； 其电导率比纯铜稍低； 铜合金更加常用。
19
68
2．合金浆料
将两种或更多的金属按一定配方加在一起，制成 一种合金浆料，改善性能，降低成本，是一种非 常好的浆料制造技术。
22
为了解决纯铝抗拉强度低的缺点，加入硅、铜、镁等 热处理后获得相应合金。
铝锌镁合金 铝镁硅合金
23
2.2 电极和电刷材料
2.2.1 电容器电极材料 2.2.2 引出线 2.2.3 电刷材料
2.2.1 电容器电极材料
电容器：由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成,
主要原理充、放电。
ห้องสมุดไป่ตู้
金属极板
金属极板
(1)电阻与电阻率
R L
A
:导体的电阻率 L：材料与长度 A：断面积成反比
铝箔制备工艺 高纯铝铸锭经600℃ 左右均匀化处理后
在540 ℃ 热轧, 热轧板分别经450℃ 左右 中间退火后 ，直接冷轧至0.1mm厚度， 最后经成品退火获软态箔材。
32
铝箔制造车间
铝箔
33
2 晶粒大小 影响机械性能，晶粒粗大，强度下降 研究方向——晶粒细化
34
2 铝膜 铝金属化膜作为电极具有的特性： ①化学性能稳定。铝金属化膜在大气中虽易 氧化，但氧化后生成一层胶薄的氧化铝， 成为大然保护层，防止继续氧化，另外对 潮湿气氛不敏感。因此介质蒸上铝膜后可 以在大气环境中储存；
16
17
➢由于纯金属的抗拉强度都比较低，所以在 对抗拉 强度要求高的场合，应采用热处理 的金属或合金. 为什么合金比纯金属的强度、硬度大？
1 形成固溶体产生晶格畸变，阻碍外力对材料引起的形变 2 金属间化合物形成
18
铜合金和纯铜相比：具有更好机械性能； 其电导率比纯铜稍低； 铜合金更加常用。
19
68
2．合金浆料
将两种或更多的金属按一定配方加在一起，制成 一种合金浆料，改善性能，降低成本，是一种非 常好的浆料制造技术。
22
为了解决纯铝抗拉强度低的缺点，加入硅、铜、镁等 热处理后获得相应合金。
铝锌镁合金 铝镁硅合金
23
2.2 电极和电刷材料
2.2.1 电容器电极材料 2.2.2 引出线 2.2.3 电刷材料
2.2.1 电容器电极材料
电容器：由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成,
主要原理充、放电。
ห้องสมุดไป่ตู้
金属极板
金属极板
(1)电阻与电阻率
R L
A
:导体的电阻率 L：材料与长度 A：断面积成反比
材料的导电性PPT课件
价带上的电子只有获得能量Ea，才能跃迁上去填充受 主的空穴而在价带上产生空穴。价带上的空穴可以移 动，传导电流。
材料的导电性
P型半导体结构
材料的导电性
P型半导体载流子浓度及电导率
材料的导电性
(3)本征半导体和非本征半导体的主要区别
•本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的 数量相等，而非本征半导体中的电子载流子和 空穴载流子的数量是不相等的。
材料的导电性
材料的导电性
材料的导电性
N型半导体结构
材料的导电性
N型半导体载流子浓度及电导率
材料的导电性
(2)P型半导体
如果在硅或锗中添加的杂质是像镓（Ga）一样的3价 元素，没有足够的电子参与共价键的结合。如果价带 上的其他电子过来填充这个空穴，在价带上就会产生 一个新的空穴，参加导电。向本征半导体提供空穴作 为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非 本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为p （positive，表示正电荷的意思）型半导体。
材料的导电性
施主的富余价电子所处的杂质原子的电子能级低 于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主 原子束缚得很紧，只要有一个很小的能量Ed就可 以使这个电子进入导带。施主的这个价电子进入 导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升 高，越来越多的施主电子越过禁带Ed进入导带， 最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施 主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个 常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产 生的导电性。
4.2材料的导电性能
二、电子导电（金属的导电性；半导体的电学性能 ）
1. 本征半导体电学性能 2. 杂质半导体电学性能 3. PN结的形成及特性
材料的导电性
1.本征半导体电学性能
材料的导电性
P型半导体结构
材料的导电性
P型半导体载流子浓度及电导率
材料的导电性
(3)本征半导体和非本征半导体的主要区别
•本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的 数量相等，而非本征半导体中的电子载流子和 空穴载流子的数量是不相等的。
材料的导电性
材料的导电性
材料的导电性
N型半导体结构
材料的导电性
N型半导体载流子浓度及电导率
材料的导电性
(2)P型半导体
如果在硅或锗中添加的杂质是像镓（Ga）一样的3价 元素，没有足够的电子参与共价键的结合。如果价带 上的其他电子过来填充这个空穴，在价带上就会产生 一个新的空穴，参加导电。向本征半导体提供空穴作 为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非 本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为p （positive，表示正电荷的意思）型半导体。
材料的导电性
施主的富余价电子所处的杂质原子的电子能级低 于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主 原子束缚得很紧，只要有一个很小的能量Ed就可 以使这个电子进入导带。施主的这个价电子进入 导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升 高，越来越多的施主电子越过禁带Ed进入导带， 最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施 主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个 常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产 生的导电性。
4.2材料的导电性能
二、电子导电（金属的导电性；半导体的电学性能 ）
1. 本征半导体电学性能 2. 杂质半导体电学性能 3. PN结的形成及特性
材料的导电性
1.本征半导体电学性能
《材料的导电性》课件
导电性的物理意义
总结词
导电性在电子器件、能源转换与传输、电磁屏蔽等领域具有重要应用价值。
详细描述
导电性在电子器件中扮演着关键角色，如导线的导电性决定了电流传输的效率，电极材料的导电性决定了电池 的充放电性能等。在能源转换与传输领域，如太阳能电池和燃料电池等，导电性能的高低直接影响到能源转换 效率和传输稳定性。此外，在电磁屏蔽领域，导电材料的导电性能决定了其电磁屏蔽效果的好坏。
磁悬浮列车
超导体材料在磁悬浮列车中起到产生 强磁场的作用，实现列车与轨道之间 的无接触悬浮和推进。
电力储存
医学成像
超导材料在核磁共振成像技术中起到 产生强磁场的作用，用于医学诊断。
超导线圈可以用来储存大电流，实现 高效能的电力储存和输电。
导电材料的发展趋势和前景
新材料研发
随着科技的发展，导电材料的研 究和开发不断涌现出新材料，如 石墨烯、碳纳米管等新型导电材
载流子类型与浓度
半导体的载流子包括电子和空穴，其浓度受温度 、光照等因素影响。
半导体掺杂
通过掺杂工艺可以改变半导体的导电性能，实现N 型或P型导电。
超导体的导电性原理
超导态与正常态的转变
超导体在某一温度以下进入超导态，此时电 阻为零，电流无穷大。
库珀对的形成
在超导体中，电子通过交换声子而配对，形 成库珀对。
02
半导体材料的导电性能对压力变 化较为敏感，压力增大时，半导 体中的载流子数量减少，导电性 降低。
杂质和缺陷的影响
杂质和缺陷可以影响材料的导电性。在金属中加入少量的杂质元素，可以显著改变金属的导电性能。例如，向 铜中加入少量的锌可以制成优良的导线材料。
缺陷的存在也会影响材料的导电性。在晶体材料中，缺陷可以改变电子的散射方式，从而影响电子的运动速度 和自由程，进而影响材料的导电性能。
金属材料的物理特性金属PPT课件精选.pptx
自我小结
你知道了…
你还知道了…
课题一、金属材料
一、金属
1、金属的一些物理性质：大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔沸点高、有延展性
二、合金
2、考虑物质用途时考虑多种因素
1、在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金
2、合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好
锌
铜
铝
铝
铝
铁
钛
3、用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？
资源丰富
无毒轻便
耐磨耐腐蚀
美观、易加工
4、科学家发现了一种新金属，它的一些性质如下：
熔点
2500℃
密度
3g/cm3
强度
与钢相似
导电性
良好
导热性
良好
抗腐蚀性
优异
这种金属的表面有一层氧化物保护层，试设想这种金属的可能用途。
通过本节课学习
纯铁
铁的合金
生铁
钢
（含碳量不同）
（2%~4.3%）硬度比纯铁硬
（0.03%~2%）硬度、抗腐蚀性能增强
1、下列物质中不属于金属材料的是（ ）
A．铝合金 B．铁锈 C．青铜器 D．不锈钢
2、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是（ ）A、硬度很大、熔点很高 B、有良好的导电性、传热性C、是银白色的固体 D、易与酸反应产生氢气
钛金属腕表
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料
低温下
1、以下铁的用途，涉及了那些铁的性质？
你知道了…
你还知道了…
课题一、金属材料
一、金属
1、金属的一些物理性质：大多数金属为银白色、固体、有光泽、能导电导热、熔沸点高、有延展性
二、合金
2、考虑物质用途时考虑多种因素
1、在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得合金
2、合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好
锌
铜
铝
铝
铝
铁
钛
3、用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？
资源丰富
无毒轻便
耐磨耐腐蚀
美观、易加工
4、科学家发现了一种新金属，它的一些性质如下：
熔点
2500℃
密度
3g/cm3
强度
与钢相似
导电性
良好
导热性
良好
抗腐蚀性
优异
这种金属的表面有一层氧化物保护层，试设想这种金属的可能用途。
通过本节课学习
纯铁
铁的合金
生铁
钢
（含碳量不同）
（2%~4.3%）硬度比纯铁硬
（0.03%~2%）硬度、抗腐蚀性能增强
1、下列物质中不属于金属材料的是（ ）
A．铝合金 B．铁锈 C．青铜器 D．不锈钢
2、金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用。下列性质属于金属共性的是（ ）A、硬度很大、熔点很高 B、有良好的导电性、传热性C、是银白色的固体 D、易与酸反应产生氢气
钛金属腕表
用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料
低温下
1、以下铁的用途，涉及了那些铁的性质？
金属电导-PPT课件
5.3.1 金属导电机制
关于电阻的量子论认识——量子解释
电子的平均自由程与散射系数的关系
1/l ,
当T=0K时，ｐ=0：理想金属中晶格离子处于平 衡位置，不发生热振动，因此无格波产生，不会遇到 来自声子的碰撞。
当T>0K时，晶格离子产生热振动，电子的 与晶格振动振幅均方x2成正比， x2随温度线性增加， 故高温下，纯金属的电阻与温度成线性关系。
小评定金属的电学纯度。许多完整的金属单晶得 到的相对电阻高达2xl04。
马基申定则
在超低温下电子平均自由程长度 l 同样可以作为
金属纯度直观的物理特性。晶体越纯、越完善， 自由程长度越长、相对电阻值也越大。反之，金 属中杂质越多，在连续散射之间电于自由程长度 越短，相对电阻也越小。目前可以得到很纯的金 属，在它们当中4.2K时的电子平均自由程长度可 达几个mm。例如，相对电阻为7000，000的超 纯钨，其电子自由程长达12.5mm.
5.3.1 金属导电机制
马基申定则
上面所讨论的都是不含杂质又无缺陷的 纯金属理想晶体。实际上金属与合金中不但 含有杂质和合金元素，而且还存在晶体缺陷。 传导电子的散射发生在电子—声子、电子— 杂质原子以及与其他晶体点阵静态缺陷碰撞 的时候。在铁磁体和反铁磁体中还要发生磁 振子的附加碰撞。
5.3.1 金属导电机制
自由电子的费米分布
费米—狄拉克分布函数 f 的性质：
——T = 0K ，若E> EF ，f=0；若E< EF ，f=1 实线所示
——T > 0K ，若E= EF ，f=0.5；若E> EF ，f > 0； 若E< EF ，f < 1 虚线所示
自由电子的费米分布
材料的导电性能课件
晶体按导电性能的高低可以分为
导体
半导体
绝缘体
它们的导电性能不同， 是因为它们的能带结构不同。
材料的导电性能
27
27
金属、半导体和绝缘体的能带结构
材料的导电性能
28
3.2.2 导电材料与电阻材料
导电材料是以传送电流为主要目的的材料。对于像电力工业 这样的强电应用的导电材料，主要有铜、铝及其合金。 而像电子工业这样的弱电应用的导电材料则除了铜、铝之外， 还常用金、银等。
镁晶体的与之相应能带也是全满带
3p:
与之相应能带是空带
Mg 金属电子能带 3p 3s
镁晶体的 3s 与 3p 能带存在交叠
材料的导电性能
12
能带重叠现象
Mg的能带结构
材料的导电性能
13
Mg的能带结构
• 镁原子的核外电子结构为1s22s22p63s2。像镁这样的周期 表ⅡA族元素的最外层3s轨道有2个电子，所以按理说它的 3s能带就会被电子全部占满。
第3章 导电物理
3.2 能带结构及导电材料
材料的导电性能
1
3.2.1 能带结构 3.2.2 导电材料与电阻材料 3.2.3 其他材料的导电性能
材料的导电性能
2
根据原子结构理论，每个电子都占有一个分立的能级。 Pauli不相容原理，每个能级只能容纳2个电子
电子填充能带的原则：
1、泡利不相容原理：不能有两个电子处于完全相同的量子态 2、首先填充能量最小的状态
能级分布取决于原子之间的距离
导带
禁带
材料的导电性能
9
钠的能带结构
•钠只有1个3s电子，在3s价带只有一半的能级被电子所占据。 自然，这些被电子占据的能级应该是能量较低的能级，而3s价 带中能量较高的处于上方的能级很少有电子占据。
合金的导电性PPT课件
中间相分类：正常价化合物、电子化合物、原子尺寸 有关的化合物(间隙相、间隙化合物、TCP相)。
12
常见合金
铁基合金（如Fe-C合金，即钢、铸铁等） 铜基合金（如黄铜、青铜等、白铜等） 钛合金（如钛铝合金等） 镁合金（变形镁合金、铸造镁合金） 铝合金（防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等） 锌合金
13
常见的合金加工工艺
48
研究合金的时效
合金时效的基本过程是固溶体内溶质原子的偏 聚，形成过渡相和析出稳定相。 脱溶过程，电阻显著变化，所以电阻分析是研 究合金时效最有效的方法之一。
49
铝铜合金的时效： 将合金固溶淬火，于20℃下进行低温时效，发现随着时效 时间的变化电阻升高。但如时效温度提高到225 ℃，则电 阻降低。低温时效电阻升高是由于时效初期溶质原子在铝 的晶体中发生聚集，形成不均匀的固溶体。高温时效电阻 降低，则是由于从固溶体中析出了CuAl2相。所以从电阻的 变化可以说明，铝合金内部存在着不同的组织状态变化。
将钢加热到一定温度下，保温一段时间，使之完全奥氏体化， 使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。
将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速 度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
14
合金的应用领域
15
新型合金
储氢合金 形状记忆合金 非晶合金
16
第二节 合金的导电性
合金基础知识 固溶体的导电性 金属化合物的导电性 多相合金的导电性 金属与合金导电性的测量
50
测定固溶体的溶解度
电阻分析法是测定状态图中固溶体溶解度曲线的有效 方法。 纯金属具有较小的电阻率。当纯金属中溶入其它元素而 形成固溶体时，固溶体的电阻率随溶质元素量的增加呈 曲线变化而增大。当合金呈两相机械混合物时，合金的 电阻率随第二组元含量的增多呈直线规律变化。
12
常见合金
铁基合金（如Fe-C合金，即钢、铸铁等） 铜基合金（如黄铜、青铜等、白铜等） 钛合金（如钛铝合金等） 镁合金（变形镁合金、铸造镁合金） 铝合金（防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等） 锌合金
13
常见的合金加工工艺
48
研究合金的时效
合金时效的基本过程是固溶体内溶质原子的偏 聚，形成过渡相和析出稳定相。 脱溶过程，电阻显著变化，所以电阻分析是研 究合金时效最有效的方法之一。
49
铝铜合金的时效： 将合金固溶淬火，于20℃下进行低温时效，发现随着时效 时间的变化电阻升高。但如时效温度提高到225 ℃，则电 阻降低。低温时效电阻升高是由于时效初期溶质原子在铝 的晶体中发生聚集，形成不均匀的固溶体。高温时效电阻 降低，则是由于从固溶体中析出了CuAl2相。所以从电阻的 变化可以说明，铝合金内部存在着不同的组织状态变化。
将钢加热到一定温度下，保温一段时间，使之完全奥氏体化， 使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。
将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速 度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
14
合金的应用领域
15
新型合金
储氢合金 形状记忆合金 非晶合金
16
第二节 合金的导电性
合金基础知识 固溶体的导电性 金属化合物的导电性 多相合金的导电性 金属与合金导电性的测量
50
测定固溶体的溶解度
电阻分析法是测定状态图中固溶体溶解度曲线的有效 方法。 纯金属具有较小的电阻率。当纯金属中溶入其它元素而 形成固溶体时，固溶体的电阻率随溶质元素量的增加呈 曲线变化而增大。当合金呈两相机械混合物时，合金的 电阻率随第二组元含量的增多呈直线规律变化。
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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
18
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）。
19
常用术语
电子的某一能级 上的分布几率：
1
fi
exp
Ei EF k BT
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。
15
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。
费米分布函数
16
17
金属、半导体及绝缘体的比较
金属
纯金属、合金 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。
24
几种典型金属的能带
Na 金属电子能带
3p 3s
Mg 金属电子能带
3p 3s
Al 金属电子能带
3p 3s
1s2 2s2 2 p6 3s1
满
电
半
子
满
能
带
带
存在导带
1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p0 1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p1
k
k
21
为什么金属能够导电？
有外电场时
满带
E(k)
不满带
E(k)
k v(k)
k v(k)
在外电场作用下： 满带电子没有导电作用； 而在非满带中的电子运动 可以产生电流。
k
k
22
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ห้องสมุดไป่ตู้因素
23
2. 金属的导电机制
金属电学性能的研究对象
26
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.
能够携带电荷的粒子称为载流子 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
导电
电阻
电阻率 电导率
J E
R L
S
RS
L
1
欧姆定律
6
一些材料在室温下的电阻率
Compound Resistivity (-cm) Compound Resistivity (-cm)
Ca
3.9 10-6
满
电
空
子
带
能
带
满带和空带重叠
满
电
允
子
带
能
带
满带和允带重叠
25
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)
0 K下为 零
基本电阻
电子与杂质原子 残余电阻 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。
12
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。
13
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
14
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：
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 27
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
28
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；
残 为化学缺陷和物理缺陷引起的残余电阻率，
第二章 材料的电学性能
中国矿业大学 材料科学与工程学院 1
2
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。
3
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。
与温度无关。 反映了金属的纯度和完整性
29
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；
8
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。
9
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
10
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
内层电子 电子
外层电子
离子实 价电子
构成等效势场
11
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。
导带：最低的不满带 价带：最高的满带 禁带：价带最高能级与导带最低能级之间的
能量间隙 满带：所有能级全被2N个电子所充满的能带 空带：无电子填充的能带 允带：允许电子能量存在的范围
20
为什么金属能够导电？
无外电场时
满带
E(k)
不满带
E(k)
k
v(k)
v(k)
在无外电场作用时，无论是 满带还是非满带电子对电流 k 的贡献均为零，故晶体中无 宏观电流。
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。
4
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
5
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。
Si
~ 0.1
Ti
42 10-6
Ge
~ 0.05
Mn
185 10-6
ReO3
36 106
Zn
5.9 10-6
Fe3O4
52 106
Cu
1.7 10-6
TiO2
9 104
Ag
1.6 10-6
ZrO2
1 109
Pb
21 10-6
Al2O3
1 1019
7
材料按电性能分类: 导体、半导体、绝缘体