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1、材料的電學(xué)性能師體海1導(dǎo)電性2晶體的能帶3金屬、合金的導(dǎo)電性4超導(dǎo)電性5接觸電性6熱電性7壓電性、8鐵電性、9光電性、10磁電性11紡織材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能1導(dǎo)電性描述材料導(dǎo)電性的基本物理量：電阻R、電阻率ρ和電導(dǎo)率σ。電阻的測(cè)量：電阻及電阻率的計(jì)算：電阻率ρ和電導(dǎo)率σ的關(guān)系:根據(jù)電阻率ρ和電導(dǎo)率σ的大小，判定材料導(dǎo)電性能好壞，并進(jìn)行分類。導(dǎo)體：ρ<10-5Ωm半導(dǎo)體：10-3<ρ<109Ωm絕緣體：ρ>109Ωm造成材料導(dǎo)電性差異的主要原因:能帶結(jié)構(gòu)及其被電子填充的性質(zhì)有關(guān)。2晶體的能帶晶體的能帶分為：價(jià)帶、禁帶和導(dǎo)帶。晶體的導(dǎo)電性是其能帶分
2、布的反映。其價(jià)帶是否被填滿，是否存在禁帶，以及禁帶寬度的大小等因素決定其導(dǎo)電性能。2.1導(dǎo)體和非導(dǎo)體的區(qū)別價(jià)帶導(dǎo)帶金屬導(dǎo)體的能帶分布特點(diǎn):無禁帶第一種：價(jià)帶和導(dǎo)帶重疊。第二種：價(jià)帶未被價(jià)電子填滿，價(jià)帶本身就是導(dǎo)帶。價(jià)帶（導(dǎo)帶）這兩種情況下的價(jià)電子就是自由電子，所以金屬即使在溫度較低的情況下仍有大量的自由電子，具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能力。半導(dǎo)體和絕緣體的能帶分布情況:在絕對(duì)零度時(shí)，滿價(jià)帶和空導(dǎo)帶，基本無導(dǎo)電能力。非導(dǎo)體的能帶分布特點(diǎn):有禁帶2.2半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別禁帶寬度的大小。半導(dǎo)體：禁帶寬度小。絕緣體：禁帶寬度大。價(jià)帶導(dǎo)帶價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶ΔE禁帶ΔE金剛石ΔE
3、=6eV硅ΔE=1.1eV絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體:禁帶寬度小。在室溫下，一部分價(jià)電子能獲得大于禁帶寬度的能量ΔE，躍遷到導(dǎo)帶中去，成為自由電子，同時(shí)在價(jià)帶中形成空穴，這樣就使半導(dǎo)體具有一些導(dǎo)電能力。絕緣體:禁帶寬度大。在室溫下，幾乎沒有價(jià)電子能躍遷到導(dǎo)帶中去，故基本無自由電子和空穴，所以絕緣體幾乎沒有導(dǎo)電能力。金屬導(dǎo)電的機(jī)制：3金屬、合金的導(dǎo)電性在外電場(chǎng)的作用下，自由電子以波動(dòng)的形式在晶體點(diǎn)陣中定向傳播。在外電場(chǎng)的作用下，自由電子在導(dǎo)體中定向移動(dòng)。經(jīng)典理論量子理論3.1金屬導(dǎo)電的機(jī)制與馬基申定律根據(jù)量子電子論和能帶理論得出電導(dǎo)率計(jì)算公式：e電子的電荷量，n
4、*單位體積內(nèi)的有效電子數(shù)，m*電子的有效質(zhì)量，τ電子兩次相鄰散射的時(shí)間間隔。令：（散射系數(shù)）其中：則電阻率為：電阻的本質(zhì)電子波在晶體點(diǎn)陣中傳播時(shí)，受到散射，從而產(chǎn)生阻礙作用，降低了導(dǎo)電性。電子波在絕對(duì)零度下，通過一個(gè)理想點(diǎn)陣時(shí)，將不會(huì)受到散射，無阻礙傳播，電阻率為0。電阻產(chǎn)生的機(jī)制（3）晶體點(diǎn)陣的完整性被破壞（存在雜質(zhì)原子、晶體缺陷等），對(duì)電子波產(chǎn)生散射。（1）晶體點(diǎn)陣離子的熱振動(dòng)（聲子），對(duì)電子波產(chǎn)生散射。（2）晶體點(diǎn)陣電子的熱振動(dòng)，對(duì)電子波產(chǎn)生散射。原因（1）、（2）產(chǎn)生，0K時(shí)為0。電阻基本電阻：殘余電阻：原因（3）產(chǎn)生，0K時(shí)的電阻。馬基申定律
5、金屬固溶體電阻率：基本電阻率ρ(T)：由熱運(yùn)動(dòng)引起，與溫度有關(guān)。殘余電阻率ρC：決定于化學(xué)缺陷和物理缺陷，與溫度無關(guān)。3.2影響金屬導(dǎo)電性的原因1.溫度對(duì)金屬電阻的影響（1）一般規(guī)律其大小決定于晶體缺陷的類型和數(shù)量。0K時(shí)：極低溫時(shí)：電子散射占主要地位，聲子散射很弱，基本電阻與溫度的平方成正比。(T≤2K)隨著溫度的升高，聲子散射散射作用逐漸增強(qiáng)，并占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)德拜理論，原子熱振動(dòng)存在兩個(gè)規(guī)律性區(qū)域，區(qū)分區(qū)域的溫度被稱為德拜溫度θD。時(shí)：時(shí)：純金屬的電阻溫度系數(shù)大多近似為，過渡族金屬特別是磁性金屬較大，如鐵的值為（2）過渡族金屬和多晶型轉(zhuǎn)變?cè)谶^渡
6、族金屬中電阻與溫度的關(guān)系復(fù)雜，Mott認(rèn)為這是由于過渡族金屬中存在著不同的載體。傳導(dǎo)電子有可能從s-殼層向d-殼層過渡，對(duì)電阻帶來明顯影響。另外，在時(shí)，s態(tài)電子在d態(tài)電子上的散射將變得很可觀。因此，金屬室溫以上的線性關(guān)系被破壞。過渡族金屬金屬多晶型轉(zhuǎn)變多晶型金屬的不同結(jié)構(gòu)具有不同的物理性質(zhì)，電阻溫度系數(shù)也不同，電阻率隨溫度變化將發(fā)生突變。（3）鐵磁金屬的電阻-溫度關(guān)系反常鐵磁材料隨溫度的變化，在一定溫度下發(fā)生鐵磁-順磁的磁相轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致電阻-溫度關(guān)系反常。2.受力情況對(duì)金屬電阻的影響（1）拉力的影響（2）壓力的影響在彈性限度內(nèi)，單向拉伸或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力能提
7、高金屬的電阻率。ρ0為無負(fù)荷電阻率，αγ應(yīng)力系數(shù)，σ為拉應(yīng)力。對(duì)于大多數(shù)金屬，壓力能降低金屬的電阻率。3.冷加工對(duì)金屬電阻的影響冷加工的形變使金屬的電阻率提高。4.晶格缺陷對(duì)金屬電阻的影響晶格缺陷使金屬的電阻率提高。5.熱處理對(duì)金屬電阻的影響冷加工后，再退火，可使電阻降低。當(dāng)退火溫度接近于再結(jié)晶溫度時(shí)，可降低到冷加工前的水平。但當(dāng)退火溫度高于再結(jié)晶溫度時(shí)，電阻反而增大。新晶粒的晶界阻礙了電子的運(yùn)動(dòng)。淬火能夠固定金屬在高溫時(shí)的空位濃度，而產(chǎn)生殘余電阻。淬火溫度越高，殘余電阻越大。6.幾何尺寸效應(yīng)對(duì)金屬電阻的影響當(dāng)試樣的尺寸與導(dǎo)電電子的平均自由程在同一數(shù)量
8、級(jí)時(shí)，電子在表面發(fā)生散射，產(chǎn)生附加電阻。7.電阻率的各向異性一般立方晶系的單晶體電阻表現(xiàn)為各向
