功能材料及其应用复习资料

绪论

功能材料的定义：具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料

结合键：原子(离子或分子)间的作用力。

结合键分类：

化学键：离子键、共价键、金属键物理键：分子键、氢键。

晶胞的定义：在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体，反映晶格特

征的最小几何单元。

整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成。

晶胞三条棱边的边长a、b、c及晶轴之间的夹角a、B、丫称为晶胞参数

晶系：根据晶胞的外形，即棱边长度之间的关系和晶轴夹角的情况，将晶体分为七大晶系。

1848年，法国晶体学家布拉菲(A. Bravais )用数学方法证明只能有14种空间点阵。a.简单晶胞：7个只有在每个角上含有阵点

b.复合晶胞：7个除了每个角外，晶胞内部或面上还含有阵点

第一章导电材料复习

导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大

类。

电子导电材料的导电起源于电子的运动。电子导电材料包括导_

体、超导体和半导体。导体的电导率》105 S/m,超导体的电导率为无限大（在温度小于临界温度时）,半导体的电导率为10 -7-

104S/m 。当材料的电导率 <10 -7S/m 时，就认为该材料基本上不能导电，而称为绝缘体。

离子导电材料的导电机理则主要是起源于离子的运动，由于离

子的运动速度远小于电子的运动速度，因此其电导率也远小于电子导电材料的电导率，目前最高不超过102S/m,大多都在100S/m 以下。

导体的能带结构所示有三种结构：（a）类有未充满的能带，能

带间相互重叠，无禁带；（b）类价电子充满下面的能带，上面紧接着另一个空能带，无禁带；（c）类有未充满的能带，该能带与上面的空带间有禁带。但是不论何种结构，导体中均存在电子运动的通

道即导带。（a）类的导带由未满带、重带和空带构成，（b）类的导

带由空带构成，（c）类的导带由未满带构成。电子进入导带运动均不需能带间跃迁。

导体中的散射中心有两类：一类是晶格原子的热振动,与温度

T有关；另一类是晶格缺陷,无相变时，一般与温度无关。不论何

种温度，电阻率P均随温度升高而升高。相反，电导率。随温度升高而降低，这也是导体的一个特征。

1911年Onnes HK在研究极低温度下金属导电性时发现，当温度降到4.20 K 时，汞的电阻率突然降到接近于零。这种现象称为汞的超导现象。某些金属，金属化合物及合金，当温度低到一定程度时，电阻突然消失，把这种处于零电阻的状态叫做超导态，

有超导态存在的导体叫做超导体。超导体从正常态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变叫做正常-超导转变，转变时的温度Tc称为这种超导体的临界温度。

揭示出超导电性的微观本质的理论是由巴丁、库柏和施里弗三

人建立的BCS理论（Bardeen、Cooper 和Schrieffer）。BCS 理论认为，在绝对零度下，对于超导态、低能量的电子（在费米球内部深处的电子）仍与在正常态中的一样。但在费米面附近的电子，

则在吸引力的作用下，按相反的动量和自旋全部两两结合成库柏

对、这些库柏对可以理解为凝聚的超导电子。从动量角度看，在超

导基态中，各库柏对单个电子的动量可以不同，但每个库柏对总是

涉及各个总动量为零的对态，因此，所有库柏对都凝聚在零动量上。

当正常的金属载流时，将会出现电阻，因为电子会受到散射而改变动量，使载流子沿电场方向的自由加速受到阻碍。而在超导体情况下，组成库柏对的电子虽然会受到不断地散射，但是，由于

在散射过程中，库柏对的总动量维持不变，所以电流没有变化，

呈无阻状态

本征半导体能带结构：下面是价带，由于纯半导体的原子在绝

，其价带是充满电子的，因此是一个满价带。上面是导带，

对零度时

运动而传导正电荷。因此，半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。激发既可以是热激发,也可以是非热激发，通过激发，半导体中产生载流子，从而导电。

可分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体又可分为本征半导体和杂质半导体。化合物半导体又可分为合金、化合物、陶瓷和有机高分子四种半导体。

按掺杂原子的价电子数分可分为施主型（又叫电子型或n型）和受主型（又叫空穴型或p型）。前者掺杂原子的价电子多于纯元素的价电子，后者正好相反。

按晶态分可分为结晶、微晶和非晶半导体。

半导体中价带上的电子借助于热、电、磁等方式激发到导带叫本_

征激发。满足本征激发的半导体叫本征半导体。本征半导体是高纯度无缺陷的元素半导体，其杂质小于十亿分之一个。

利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级（带）激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫非本征激发或杂质激发。这种半导体叫杂质半导体。

杂质半导体本身也都存在本征激发，因此杂质半导体有杂质激

发，又有本征激发。一般杂质半导体中掺杂杂质的浓度很小，如十

亿分之一即可达到目的

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图1-3杂质半导体的能带结构