导电性

《材料物理学》: 第 3 章 材料的导电性能
问题308：固体中离子是如何实现导电的？什么样的 固体才能成为离子导体？ 固体中离子导电的物理图像：固体中离子导电是离子 或空位通过跳跃运动方式在格点间移动而实现的。 固体成为离子导体的基本条件：
●要有可移动的离子 ● 要有离子穿得过去的通道，（特殊的晶体结构，金属大都 是密堆积，没有大的通道，不能成为）。 ● 离子跳跃前进时前方一定要有空位（该种离子晶格缺陷）。 ●还必须使离子获得足够的定向驱动力，就定向而言，要加一 定向电场或存在定向离子浓度梯度。
低价掺杂的另一重要作用，产生氧空位。
2 2 Ca O xV 掺CaO:反应式：(1 x)ZrO2 xCaO Zr14 x x 2x 0
缺陷平衡式：
' CaO Ca 'Zr O0 V0
掺一个Ca,产生一个
V
0
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三、材料基本导电类型 1、电子导电（包括空穴导电、极化子导电）： 问题307：电子导电、空穴导电、极化子导电分别在 什么类型材料中出现？这些导电类型各有何特点？ 2、离子导电（包括空位导电）：
离子导指输运电荷中的载流子是离子，电解质溶 液(如KCl溶液)的导电就是离子导电。 具有离子导电性的固态物质常被称为固体电解质。 这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而 为离子提供快速迁移的通道,在某些温度下具有高的 电导率(1～106西门子/厘米),故又称为快离子导体。
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例：ZrO2基氧离子导体
ZrO2具有立方、四方、单斜三种相。立方相具有最大的通道，可 供氧离子这种大离子通过。但纯ZrO2的立方相只在很高温存在， 为了实现较低温度下的氧离子导电，把立方相稳定到较低温度是重 要的。在ZrO2中添加适量的二价或三价立方对称性氧化物，如： CaO.MgO.Y2O3 或其他三价稀土氧化物时，就可以使其立方相稳定 到较低温度直至室温
3、电子-离子混合导电
● La(Ba)Co(Fe)O3-δ系列透氧膜材料 ● (Ba ,Ca) (Co ,Fe)O3 -δ系列材料 ,具有较高的透氧量
和透氧稳定性 ● Bi-Sr-Fe-O系列透氧膜材料具有良好的化学稳定性
● La_(0.2)Sr_(0.8)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-z)钙钛矿型
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第3章 材料的导电性能
《材料物理学》: 第 3 章 材料的导电性能
本章要点： ● 基本定义：电流密度、电阻率、电导率； ● 载流子的基本类型及材料基本导电类型； ● 材料的导电性能与材料自身组成、结构 、缺陷的关系； ● 外场（温度、电压、磁场、光、表面气 氛）对材料导电性能的影响
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§1
一、基本概念 1、wk.baidu.com关定义：
基本概念及基本规律
电流：定向移动的电荷。电荷一般由载流子携带。 问题301：形成电流的基本条件是什么？
电流强度：单位时间内流过某一截面的电荷量
dq I , I 电流强度、 q 电量、 t 时间 dt
电流密度：单位时间内流过材料单位横截面的电量
i
i-第i种载流子，n-载流子密度， q-载流子带电量， v-载流子漂移速度。注意q的正负和v的方向。
问题305：金属中有些什么东西会阻碍载流子流动？ 它们以什么方式阻碍载流子流动？ 问题306：半导体中有些什么因素会影响材料的电导 率？ 它们是怎么影响的？
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§2
金属材料的导电性能
一、金属的电阻率
1、金属电阻率的马基申定则
T
（0） 残
（T）
（0） 其中， 残 是T=0时的残余电阻，决定于化学缺陷（偶
然存在的杂质原子和人工加入的合金元素原子）和物 （0） 理缺陷（空位、间隙原子、位错等）。 残 的大小可 （0） 用来评定金属的电学纯度，由于 残不能测出，通常用 ρT/ρ4。2K的大小评定金属的电学纯度，比值越大，表 示晶体越纯。
积分形式：
微分形式：
V I R
j E
问题304：欧姆定律在任何情况下都适用吗？ 2、电导率与迁移率的关系：
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3、电流密度与载流子的漂移运动速度的关系：
j E nqv
4、有多种载流子参与导电时的电导率与电流密度
j ni qivi
i
ni qi i
超导体：物质在某个温度下电阻为零的现象为超导，一般称 具有超导性质的材料为超导体。
问题309：材料的导电能力能够转变吗（如不导电变 成导电，半导型导电变成导体型导电）？在什么情 况下可以转变？
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五．电阻率的测量方法：
伏安法、电桥、电位差计、四探针
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混合导电体透氧性能
● 混合导电材料YBa_2Cu_3O_(7-δ)的透氧性能
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四、材料按导电性能分类
导电性是评价材料所具有的传导电流的性质，通常按物体在室温情况下 的电阻率大小分为导体、半导体、绝缘体。
绝缘体：室温情况下的电阻率一般在108Ωּm以上
半导体：室温情况下的电阻率一般在10-5—108Ωּm 范围 导体：室温情况下的电阻率一般在10-5Ωּm以下
j S
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电阻：物体对电流的阻碍特性，实验上其值由加 在物体两端的电压与通过这段物体电流的比值表示， 即R＝U/I。物体的电阻由其本身的物理条件决定。
L R S
电阻率：单位横截面积、单位长度的材料的电阻值。 电导：物体对电流的导通特性，其值为电阻的倒数。 电导率σ：电导率是电阻率的倒数，表征材料导电 能力的物理量。

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迁移率：单位电场作用下载流子的漂移运动速度
2、载流子的基本类型 电子，空穴，正、负离子，（带电空位，极化子） 问题302：各种载流子分别出现在什么材料中？ 问题303：实验上如何判断载流子的类型？
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二、基本规律及关系式 1、欧姆定律：