导电材料PPT

电流的导体布线材料、导电涂料、导电黏结剂及透明导电材料。
（1）金属导体

金属导电引线材料具有高的导电性、足够的机械强度、不易氧化、不易腐 蚀易加工和可焊接等特性,它们以铜、铝及其合金为主,重视材料的阻抗损 失。


铜导电材料
当铜料纯度为99.97%~99.98%, 含少量金属杂质和氧,电导率为 98%~99%。铜中含有杂质将
子是共有化的,它们不束缚于某个原子上，可以在整个金属内自由地运动,电子之间没
有相互作用;电子运动服从量子力学原理。

微观粒子的某些物理量不能连续变化，而只能取某些最小的单位跳跃,而不是连续 的,这个最小单位跳跃称为该物理量的一个量子。电子运动的能量变化是不连续的， 是以量子为单位进行变化的,这就是量子自由电子理论的-一个基本观点。
顶层则由导电性好、可焊性好和化
学稳定性高的金属薄膜构成,主要起 导电和焊接作用。
五、导电陶瓷材料
（一）快离子导电陶瓷材料

①银、铜的卤族和硫族化合物,金属原子在化合物中键合位置相对随意; ②具有β-Al2O3结构的高迁移率单价阳离子氧化物; ③具有氟化钙( CaF2)结构的高浓度缺陷的氧化物,如CaO· ZrO2、Y203·ZrO2,
七、导电高分子材料

导电高分子材料是在20世纪70年代中后期快速发展的新型功能材料,世界上 第一个导电有机聚合物是由美国化学家MacDiarmid物理学家Heeger和日 本化学家Shirakawa于1977年发现的,掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性,并 因此获得2000年诺贝尔化学奖。

与金属相比，导电高分子材料具有质量轻、易成形、电阻率可调节、可通 过分子设计合成出具有不同特性的导电性等特点。
降低电导率,为此,人们研制出
性能稳定、抗腐蚀、延展性好、
抗疲劳的高导无氧铜0FHCC， 它可拉成很细的丝,适用于海底 同轴电缆的外部软线、太阳能 电池、高温抗氧化电极等。

导电布材料
电子工业用的导电布线材料具有膜电阻小(导电性好)、附着力强、可焊性 和抗焊熔性好等优点。它们都是Au、Ag、Cu、Al等电导率高的材料,有时也 使用金属粉和石墨粉与非金属材料混合的复合导电材料,其电阻率通常比强电 用材料的电阻率高得多，并有厚膜和薄膜之分。
导电材料
一、导电材料简介

导电材料是指那些具有导电特性的物质,包括电阻材料、 电热与电光材料、导电与超导材料、半导体材料介电材料、
离子导体和导电高分子材料等。

本PPT首先介绍固体导电的基本理论，其次介绍一些新型 电阻材料、导电与超导材料半导体材料和非金属导电材料的
导电机理、性能及应用。
二、导电材料的导电机理
（3）能带理论

求解晶体中电子的容许能态的能带模型称为能带理论( Energy Band Theory) ,能
带理论是讨论晶体(包括金属、绝缘体和半导体的晶体)中电子的状态及其运动的一种
重要的近似理论。

两个能带之间间隔的能量范围称为禁带或能隙。根据禁带宽度的大小，确定出材
料的导电性能的差别而定义出导体、半导体和绝缘体。
生长、化学气相沉积法、氧化减薄石墨片法、乙氧钠裂解、切割碳纳米管法等。
（1）复合型导电高分子材料
复合型早申高分子材料是在通用树脂中加人导电性填料、添加剂,采用一定的 成型方法而制得。通用树脂有聚乙烯与聚丙烯等聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、 聚酰胺、聚苯胺等。
电塑料以聚烯烃或其共聚物为基础,加人导电填料抗氧剂及润滑剂等经混炼 加工而成。导电塑料包括用于电线泡沫塑料塑料成型制品、干电池电极、集成 电路板、印制电路板及电子元件的包装材料等聚烯烃导电塑料,以及用于防静电 和消除静电、以炭黑与碳纤维为填料的导电尼龙。
它们拥有的可迁移离子有H+、H30+、NH4+、Li+、Na+、K+、Rb+、Cu+、
Ag+、Ga+、T等阳离子和02-、F-等阴离子。
氟化钙结构
(二）电热陶瓷

电热合金如果用在1500C以上的工业炉中即使不熔化也会被严重氧化,此 时需使用Pt、Mo、W等贵金属或石墨、陶瓷等电热元件。Mo、W、石 墨、陶瓷等电热元件的温度使用则可在1500C以上。 常见的陶瓷类电热材料有碳化硅、二硅化钼、铬酸镧和锡氧化物等。

碳化硅
二硅化钼
（三）半导体陶瓷

热敏电阻类半导体陶瓷材料有电阻随温度升高而增大的正电阻温度系数 PTCR型和电阻随温度升高而减小的负电阻温度系数NTCR型两种。它们属 于铁电陶瓷。

如果热敏电阻所处环境改变,将导致其热耗散速度改变，此时,若保持对元 件的电压恒定,那么电流便成为测量消耗热能速度的量度,这就是许多热敏 电阻传感器的原理。
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（2）结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料中,至今只有聚氮化硫( SN)x,它是纯粹的结构型导电高分子材料,其 他许多种导电高分子几乎都采用氧化还原、离子化或电化学方法进行掺杂后才具有较高的
导电性。目前研究较多的结构型导电高分子有聚乙炔、聚苯硫醚等。

掺杂聚乙炔蓄电池具有质量轻、体积小、容量大、能量密度高、加工简便等优点,它比传 统的铅酸电池轻,放电速度快,其最大功率密度为铅酸电池的10 ~ 30倍。聚合物蓄电池可 用作汽车或其他装置的备用电池。
薄膜导体布线材料具有导电性
好、附着力强、化学稳定性高、 可焊性和耐焊性均好、成本低 等特点。薄膜导体布线材料大 体上可分为单元膜和复合膜两 大类。


导电复合膜
复合膜是目前国内应用最广的薄膜导体，它是用不同金属膜所构成的多层薄膜 导体,如Cr- Au膜、Ti-Pd-Au膜、Ti-Cu-Ni-Au膜等。复合薄膜导体的结构- 般包括底层和顶层两部分。 底层又称为黏附层,主要作用是使顶 层导体膜牢固地附着在基片上,它是 易氧化的金属,以便与基片中的氧形 成结合牢固的共价键。
自由电子论能够成功解释欧姆定律，证明在一定温度下各种金属的热导率与电导率 的比值为一常数。然而,经典电子论并不能解释--些低价金属的导电性比高价金属的导电 性好的现象。
（2）量子自由电子论

量子自由电子理论用量子力学观点研究在金属的大量原子集合体中的价电子分布 问题。量子自由电子理论的基本观点是:金属离子所形成的势场各处都是均匀的;价电

高分子导电材料分为结构型和复合型两大类。

石墨烯稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯的电子在轨 道上移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用 力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中的电子受到的干 扰也非常小。 石墨烯的制备方法主要有:机械剥离法、碳化硅表面外延生长、金属表面
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六、导电碳素材料

碳是由单一元素组成,却可形成外观多变、性能各异、应用广泛的物质。它 之所以能够如此,与其原子键键合方式、分子结构类型及其集合形态的多样 性密切相关。
金刚石

根据原子结构理论,碳原子的外层电子可通过3种,即sp3、sp2、SP杂化方式
形成σ键和π键。当碳原子外层电子以sp3杂化时,就构成了具有立体结构的 金刚石;当以sp2杂化时,就构成了平面结构的石墨烯。
经典自由电子论 量子自由电子论
能带理论
（1）经典自由电子论

特鲁德(P. Drude)-洛伦兹(H. A. Lorentz)的经典电子论认为:
金属是由原子构成的点阵,每个原子的价电子是完全自由的,可以在整个金属中自由运
动;完全自由的价电子遵守经典力学理论特别是气体分子的运动规律;它们通常沿所有方 向运动，但在电场作用下,将逆电场方向运动,使金属产生电流. 自由电子论非常成功地导出了欧姆定律,并推导出金属的电导率ρ 和电阻率σ的关系为

但能带理论还是没有解释晶体产生电阻且电阻率是温度的函数的内在原因。
三、导电材料的分类

通常,人们只是简单地根据固体在室温下所具有的不同电阻率或电导率,把导电功能材 料分为导体、半导体和绝缘体 。

其中，导体的电导率σ=106~ 108 s/m,具有良好的导电性能;绝缘体的电导率σ= 10-20
~10 S/m,导电性能极差;而导电性介于上述两者之间的半导体，则其电导率σ= 10-9 ~10S/m。

如果按材料的综合性质、功能与作用则可把导电材料细分为金属导电材料、电阻材 料半导体材料、超导材料、非金属导电材料、高分子导电材料介电与绝缘材料等。
四、金属导电材料

所谓金属导电材料,是指用以传送电流而无或只有很小电能损失的材料，包 括电力工业用的电线、电缆等强电用的导电引线材料和电子工业中传送弱