文档介绍：※材料的导电性能
霍尔效应
电子电导的特征是具有霍尔效应。
置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差,这种现象称霍尔效应。
形成的电场EH,称为霍尔场。表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数,定义为:
霍尔系数RH有如下表达式: 表示霍尔效应的强弱。霍尔系数只与金属中自由电子密度有关
金属的导电机制
只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。
利用能带理论严格导出电导率表达式:
式中: nef表示单位体积内实际参加传导过程的电子数;
m *为电子的有效质量,它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。
此式不仅适用于金属,也适用于非金属。能完整地反映晶体导电的物理本质。
量子力学可以证明,当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时,它将不受散射而无阻碍的传播,这时电阻为零。只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才受到散射(不相干散射),这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示),以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样,电子波在这些地方发生散射而产生电阻,降低导电性。
马西森定律
(P94题11) 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷(冷加工或高温淬火)时威慑年电阻测量要在低温下进行。
马西森(Matthissen)和沃格特(Vogt)早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小,以致于可以略去它们之间的相互影响,把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρʹ组成,这就是马西森定律( Matthissen Rule),用下式表示:
ρʹ是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。
ρL(T)是与温度有关的电阻率。
电阻率与温度的关系
金属的温度愈高,电阻也愈大。
若以ρ0和ρt表示金属在0 ℃和T℃温度下的电阻率,则电阻与温度关系为:
在t 温度下金属的电阻温度系数:
电阻率与压力的关系
在流体静压压缩时,大多数金属的电阻率降低。
在流体静压下金属的电阻率可用下式计算
式中:ρ0表示在真空条件下的电阻率;p表示压力;φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。
正常金属(铁、钴、镍、钯、铂等),压力增大,金属电阻率下降;反常金属(碱土金属和稀土金属的大部分)
缺陷对电阻率的影响:不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同,空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属杂质原子的影响相似。点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。
固溶体的电阻率
形成固溶体时电阻率的变化:
当形成固溶体时,合金导电性能降低。因为在溶剂晶格中溶入溶质原于时,溶剂的晶格发生扭曲畸变,破坏了晶格势场的周期性,从而增加了电子散射几率,电阻率增高。所当然的,且原于半径差越大,固溶体电阻也越大。但是,点阵畸变不是固溶体电阻增大的唯一原因。
有序合金电阻率(会分析电阻率的变化)两个因素:
固溶体有序化合金组元化学作用加强电子结合更强导电电子数减少电阻率增加
固溶体有序化离子势场更为对称电子散射几率大幅降低电阻率减小
通常,第二个因素的作用占优势,故当合金有序化时,电阻率降低。
晶体离子电导
离子电导是带电荷的离子载流子在电场作用下的定向运动。
离子电导分两种情况:本征电导(固有离子电导)、杂质电导。
本征电导:组成晶体点阵的基本离子由于热运动而离开晶格,形成热缺陷,这种热缺陷无论是离子或空位都可以在电场作用下成为导电的载流子,参与导电。
杂质电导:由固定相对较弱的离子运动引起的,主要是杂质离子。
一般情况下,由于杂质离子与晶格联系弱,所以,在较低温度下杂质电导表现显著,而本征电导在高温下才成为导电主要表现。
热缺陷的浓度取决于温度和缺陷的形成能。
离子导电的影响因素:
温度的影响:
温度以指数形式影响其电导率。随着温度从低温向高温增加,其电
阻率的对数的斜率会发生变化,即出现拐点。注意,在分析右曲线时,拐
点并不一定是离子导电机制变化,也可能是导电载流子种类发生变化。
离子性质、晶体结构的影响(会判断):
晶体熔点高,原子之间的结合力大,导电激活能高,电导率降低。
半导体(用能带结构理论解释n、p型半导体的区别)
特点:(p型)靠近价带顶部形成受主能级。(n型)靠近倒带底部形成施主能级。
10、超导体
超导体的两个物理特性:完全导电性、完全抗磁性。
两类超导体的基本特征:
(1)第一类超导体:Hc 和Ic 很低,由于其临界电流密度和临界磁场较低,几乎没有实用的可能性。
(2)第二类超导体:除金属元素钒、锝和铌外,第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。
库柏(Cooper)电子对