《材料性能學(xué)》PPT電子課件

《材料性能學(xué)》PPT電子課件,材料性能學(xué),材料,性能,PPT,電子,課件 電學(xué)性能電學(xué)性能包括：導(dǎo)電性、超導(dǎo)性、介電性、包括：導(dǎo)電性、超導(dǎo)性、介電性、磁電性、熱電性、壓電性和光電性等。磁電性、熱電性、壓電性和光電性等。材料的導(dǎo)電性能是材料的重要物理性能之一。材料的導(dǎo)電性能是材料的重要物理性能之一。工程技術(shù)領(lǐng)域工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)Σ牧想娦阅艿囊螅苽涑鼍哂袑?duì)材料電性能的要求，制備出具有特殊電學(xué)性能的合金材料。如：導(dǎo)體合金，精密特殊電學(xué)性能的合金材料。如：導(dǎo)體合金，精密電阻合金，電熱合金，超導(dǎo)材料等。具體的如：電阻合金，電熱合金，超導(dǎo)材料等。具體的如：電線，電爐，熱電偶等。電線，電爐，熱電偶等。第十章第十章材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能2一、導(dǎo)電材料一、導(dǎo)電材料白川英樹(shù)白川英樹(shù)黑格黑格麥克迪爾米德麥克迪爾米德導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子材料1977年，年，Heeger、MacDiarmid和白和白川英樹(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔薄膜用川英樹(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔薄膜用Cl2、Br2或或I2蒸氣氧化后，其電導(dǎo)率可提高幾個(gè)數(shù)蒸氣氧化后，其電導(dǎo)率可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)改變催化劑的制備方法和取量級(jí)。通過(guò)改變催化劑的制備方法和取向，電導(dǎo)率可達(dá)向，電導(dǎo)率可達(dá)105Scm1。（。（Cu為為108Scm1）。）。2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。3二、絕緣材料二、絕緣材料導(dǎo)熱絕緣材料導(dǎo)熱絕緣材料陶瓷系列插座陶瓷系列插座電工絕緣膠帶電工絕緣膠帶4三、半導(dǎo)體材料三、半導(dǎo)體材料CPU CPU(Central Processing Unit)(Central Processing Unit)第十章第十章 材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能 本章主要本章主要討論材料的導(dǎo)電、介電機(jī)討論材料的導(dǎo)電、介電機(jī)理，影響材料導(dǎo)電、介電性能的因素，理，影響材料導(dǎo)電、介電性能的因素，以及導(dǎo)電、介電性能參數(shù)的測(cè)量和應(yīng)用。以及導(dǎo)電、介電性能參數(shù)的測(cè)量和應(yīng)用。還對(duì)材料的熱電性能、半導(dǎo)體的導(dǎo)電敏還對(duì)材料的熱電性能、半導(dǎo)體的導(dǎo)電敏感性、材料的絕緣性能等作簡(jiǎn)要介紹。感性、材料的絕緣性能等作簡(jiǎn)要介紹。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能一、電阻與導(dǎo)電的基本概念一、電阻與導(dǎo)電的基本概念歐姆定律：當(dāng)在材料的兩端施歐姆定律：當(dāng)在材料的兩端施加電壓時(shí)，材料中有電流流過(guò)加電壓時(shí)，材料中有電流流過(guò)電阻與材料的性質(zhì)有關(guān)，還電阻與材料的性質(zhì)有關(guān)，還與材料的長(zhǎng)度及截面積有關(guān)與材料的長(zhǎng)度及截面積有關(guān)電阻率只與材料本性有關(guān)，而電阻率只與材料本性有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何尺寸是無(wú)關(guān)，作與導(dǎo)體的幾何尺寸是無(wú)關(guān)，作為評(píng)定導(dǎo)電性的基本參數(shù)為評(píng)定導(dǎo)電性的基本參數(shù)第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能一、電阻與導(dǎo)電的基本概念電導(dǎo)率：電導(dǎo)率：導(dǎo)體材料：導(dǎo)體材料：10-2.m,純金屬為純金屬為10-810-7.m合金為：合金為：10-710-5.m半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體材料：=10-2-109.m絕緣體材料：絕緣體材料：1010.m 各種材料在室溫的電導(dǎo)率各種材料在室溫的電導(dǎo)率金屬和合金金屬和合金(-1.m-1)非金屬非金屬（-1.m-1）銀銀銅銅，工業(yè)純，工業(yè)純金金鋁鋁,工業(yè)純工業(yè)純 Al-1.2%,Mn 合金合金鈉鈉鎢，鎢，工業(yè)純工業(yè)純黃黃 銅銅（70%Cu-30%Zn鎳鎳,工業(yè)純工業(yè)純純鐵純鐵,工業(yè)純工業(yè)純鈦鈦,工業(yè)純工業(yè)純不銹鋼，不銹鋼，301型型鎳鎳鉻鉻合合金金(80%Ni-20%Cr）6.3*1075.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*1071.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.14*1070.093*107石墨石墨SiC鍺，純鍺，純硅硅，純，純苯酚甲醛（電木）苯酚甲醛（電木）窗玻璃窗玻璃 氧化鋁（氧化鋁（Al2O3）云母云母甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯氧化鈹（氧化鈹（BeO）聚乙烯聚乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯金剛石金剛石石英玻璃石英玻璃聚四氟乙烯聚四氟乙烯105(平均平均)10 2.24.3*10-410-7-10-1110-1010-10-10-1210-11-10-1510-1210-12-10-1510-1410-1410-1410-1610-16 對(duì)材料導(dǎo)電性物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是對(duì)材料導(dǎo)電性物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是從從金屬金屬開(kāi)始的，首先提出了開(kāi)始的，首先提出了經(jīng)典自由經(jīng)典自由電子導(dǎo)電理論電子導(dǎo)電理論，后來(lái)隨著量子力學(xué)的，后來(lái)隨著量子力學(xué)的發(fā)展，又提出了發(fā)展，又提出了量子自由電子理論量子自由電子理論和和能帶理論能帶理論。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理二、導(dǎo)電機(jī)理經(jīng)典電子理論經(jīng)典電子理論認(rèn)為，在金屬晶體中，離認(rèn)為，在金屬晶體中，離子構(gòu)成了晶格點(diǎn)陣，并形成一個(gè)均勻的子構(gòu)成了晶格點(diǎn)陣，并形成一個(gè)均勻的電場(chǎng)，價(jià)電子是完全自由的，它們的運(yùn)電場(chǎng)，價(jià)電子是完全自由的，它們的運(yùn)動(dòng)遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，動(dòng)遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在沒(méi)有外加電場(chǎng)作用時(shí)，金屬中的自由在沒(méi)有外加電場(chǎng)作用時(shí)，金屬中的自由電子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相同，因此電子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相同，因此不產(chǎn)生電流。不產(chǎn)生電流。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理洛洛侖侖茲茲當(dāng)對(duì)金屬施加外電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿電場(chǎng)當(dāng)對(duì)金屬施加外電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿電場(chǎng)方向作加速運(yùn)動(dòng)，從而形成了電流。在自方向作加速運(yùn)動(dòng)，從而形成了電流。在自由電子定向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要不斷與正離子由電子定向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要不斷與正離子發(fā)生碰撞，使電子受阻，這就是產(chǎn)生電阻發(fā)生碰撞，使電子受阻，這就是產(chǎn)生電阻的原因。的原因。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 從上式可以看到，金屬的導(dǎo)電性取決于自由從上式可以看到，金屬的導(dǎo)電性取決于自由電子的數(shù)量、平均自由程和平均運(yùn)動(dòng)速度。自電子的數(shù)量、平均自由程和平均運(yùn)動(dòng)速度。自由電子數(shù)量越多導(dǎo)電性應(yīng)當(dāng)越好。由電子數(shù)量越多導(dǎo)電性應(yīng)當(dāng)越好。但事實(shí)卻是但事實(shí)卻是二、三價(jià)金屬的價(jià)電子雖然比一價(jià)金屬的多，二、三價(jià)金屬的價(jià)電子雖然比一價(jià)金屬的多，但導(dǎo)電性反而比一價(jià)金屬還差。但導(dǎo)電性反而比一價(jià)金屬還差。此外，這一理此外，這一理論也不能解釋超導(dǎo)現(xiàn)象的產(chǎn)生。論也不能解釋超導(dǎo)現(xiàn)象的產(chǎn)生。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理量子自由電子理論量子自由電子理論同樣認(rèn)為金屬中正離子形成的同樣認(rèn)為金屬中正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，價(jià)電子與離子間沒(méi)有相互作用，電場(chǎng)是均勻的，價(jià)電子與離子間沒(méi)有相互作用，且為整個(gè)金屬所有，可以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)。且為整個(gè)金屬所有，可以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)。但這一理論認(rèn)為，金屬中每個(gè)原子的內(nèi)層電子基但這一理論認(rèn)為，金屬中每個(gè)原子的內(nèi)層電子基本保持著單個(gè)原子時(shí)的能量狀態(tài)，而本保持著單個(gè)原子時(shí)的能量狀態(tài)，而所有價(jià)電子所有價(jià)電子卻按量子化規(guī)律具有不同的能量狀態(tài)，即具有不卻按量子化規(guī)律具有不同的能量狀態(tài)，即具有不同的能級(jí)。同的能級(jí)。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理“量子理論量子理論”之父之父-普朗克普朗克19181918年獲諾貝爾獎(jiǎng)。年獲諾貝爾獎(jiǎng)。這一理論認(rèn)為，電子具有波粒二象性。運(yùn)這一理論認(rèn)為，電子具有波粒二象性。運(yùn)動(dòng)著的電子作為物質(zhì)波，其頻率和波長(zhǎng)與動(dòng)著的電子作為物質(zhì)波，其頻率和波長(zhǎng)與電子的運(yùn)動(dòng)速度或動(dòng)量之間有如下關(guān)系電子的運(yùn)動(dòng)速度或動(dòng)量之間有如下關(guān)系:第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理波數(shù)波數(shù)k=第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理一價(jià)金屬中自由電子的動(dòng)能一價(jià)金屬中自由電子的動(dòng)能E E，K K為波數(shù)頻率，表征自由電子可為波數(shù)頻率，表征自由電子可能具有的能量狀態(tài)參數(shù)能具有的能量狀態(tài)參數(shù)從粒子的觀點(diǎn)看，曲線表示自由電子從粒子的觀點(diǎn)看，曲線表示自由電子的能量與速度的能量與速度(或動(dòng)量或動(dòng)量)之間的關(guān)系；之間的關(guān)系；從波動(dòng)的觀點(diǎn)看，曲線表示電子從波動(dòng)的觀點(diǎn)看，曲線表示電子的能量和波數(shù)之間的關(guān)系；的能量和波數(shù)之間的關(guān)系；電子的波數(shù)越大，則能量越高電子的波數(shù)越大，則能量越高 沒(méi)有加外加電場(chǎng)時(shí)自由電子沿正、反沒(méi)有加外加電場(chǎng)時(shí)自由電子沿正、反方向運(yùn)動(dòng)著電子數(shù)量相同，沒(méi)有電流方向運(yùn)動(dòng)著電子數(shù)量相同，沒(méi)有電流產(chǎn)生。產(chǎn)生。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 在外加電場(chǎng)的作用下，從而在外加電場(chǎng)的作用下，從而使正反向運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)不等，使使正反向運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)不等，使金屬導(dǎo)電，且只有處于較高能態(tài)金屬導(dǎo)電，且只有處于較高能態(tài)的自由電子參與導(dǎo)電。的自由電子參與導(dǎo)電。量子力學(xué)證明，對(duì)于一個(gè)絕對(duì)純的理想的完整量子力學(xué)證明，對(duì)于一個(gè)絕對(duì)純的理想的完整晶體，晶體，0 K時(shí)，電子波的傳播不受阻礙，形成時(shí)，電子波的傳播不受阻礙，形成無(wú)阻傳播，電阻為零，導(dǎo)致所謂的超導(dǎo)現(xiàn)象。無(wú)阻傳播，電阻為零，導(dǎo)致所謂的超導(dǎo)現(xiàn)象。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理實(shí)際金屬內(nèi)部存在著缺陷和雜質(zhì)。缺陷和雜實(shí)際金屬內(nèi)部存在著缺陷和雜質(zhì)。缺陷和雜質(zhì)產(chǎn)生的靜態(tài)點(diǎn)陣畸變和熱振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)質(zhì)產(chǎn)生的靜態(tài)點(diǎn)陣畸變和熱振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)點(diǎn)陣畸變，對(duì)電磁波造成散射，這是金屬產(chǎn)點(diǎn)陣畸變，對(duì)電磁波造成散射，這是金屬產(chǎn)生電阻的原因。由此導(dǎo)出的電導(dǎo)率為：生電阻的原因。由此導(dǎo)出的電導(dǎo)率為：第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 nef為單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的電子數(shù)，稱為有為單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的電子數(shù)，稱為有效自由電子數(shù)，不同材料效自由電子數(shù)，不同材料nef不同。一價(jià)金屬的不同。一價(jià)金屬的nef比二、三價(jià)金屬多，因此它們的導(dǎo)電性較好。比二、三價(jià)金屬多，因此它們的導(dǎo)電性較好。量子自由電子理論較好地解釋了金屬導(dǎo)電的本量子自由電子理論較好地解釋了金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，但它假定金屬中的離子所產(chǎn)生的勢(shì)場(chǎng)是均質(zhì)，但它假定金屬中的離子所產(chǎn)生的勢(shì)場(chǎng)是均勻的，顯然這與實(shí)際情況有一定差異。勻的，顯然這與實(shí)際情況有一定差異。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理能帶理論能帶理論：晶體中電子能級(jí)間的間隙很小，能：晶體中電子能級(jí)間的間隙很小，能級(jí)的分布可看成是準(zhǔn)連續(xù)級(jí)的分布可看成是準(zhǔn)連續(xù)的，或稱為能帶的，或稱為能帶。能。能帶理論也認(rèn)為金屬中的價(jià)電子是公有化和能量帶理論也認(rèn)為金屬中的價(jià)電子是公有化和能量是量子化的，所不同的是，它認(rèn)為是量子化的，所不同的是，它認(rèn)為金屬中由離金屬中由離子所造成的勢(shì)場(chǎng)不是均勻的，而是呈周期變化子所造成的勢(shì)場(chǎng)不是均勻的，而是呈周期變化的的。能帶理論就是研究金屬中的價(jià)電子在周期能帶理論就是研究金屬中的價(jià)電子在周期勢(shì)場(chǎng)作用下的能量分布問(wèn)題。勢(shì)場(chǎng)作用下的能量分布問(wèn)題。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 價(jià)電子在金屬中的運(yùn)動(dòng)就價(jià)電子在金屬中的運(yùn)動(dòng)就不能看成是完全自由的，而不能看成是完全自由的，而是要受到周期場(chǎng)的作用，由是要受到周期場(chǎng)的作用，由于周期場(chǎng)的影響，使得價(jià)電于周期場(chǎng)的影響，使得價(jià)電子在金屬中以不同能量狀態(tài)子在金屬中以不同能量狀態(tài)分布的能帶發(fā)生分裂，即有分布的能帶發(fā)生分裂，即有某些能態(tài)是電子不能取值的，某些能態(tài)是電子不能取值的，如圖如圖所示：所示：第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 能隙所對(duì)應(yīng)的能帶稱為能隙所對(duì)應(yīng)的能帶稱為禁帶禁帶，而將電，而將電子可以具有的能級(jí)所組成的能帶稱為子可以具有的能級(jí)所組成的能帶稱為允帶允帶，允帶與禁帶相互交替，形成了材料的允帶與禁帶相互交替，形成了材料的能帶能帶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)?？漳芗?jí)是指允帶中未被填滿電子的?？漳芗?jí)是指允帶中未被填滿電子的能級(jí)，具有空能級(jí)允帶中的電子是自由的，能級(jí)，具有空能級(jí)允帶中的電子是自由的，在外電場(chǎng)的作用下參與導(dǎo)電，所以這樣的在外電場(chǎng)的作用下參與導(dǎo)電，所以這樣的允帶稱為允帶稱為導(dǎo)帶導(dǎo)帶。固體中若有N個(gè)原子，每個(gè)原子內(nèi)的電子有相同的分立的能級(jí)，當(dāng)這N個(gè)原子逐漸靠近時(shí)，原來(lái)束縛在單原子中的電子，不能在一個(gè)能級(jí)上存在，從而只能分裂成N個(gè)非?？拷哪芗?jí)，因?yàn)槟芰坎钌跣?，可看成能量連續(xù)的區(qū)域，稱為能帶。1s2s2p3s鈉鈉(1 s22s22p63s1)晶體能帶晶體能帶滿滿 帶帶半滿帶半滿帶空空 帶帶3p圖圖 導(dǎo)體內(nèi)的能帶導(dǎo)體內(nèi)的能帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空帶空帶禁帶禁帶滿帶滿帶允帶允帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)體導(dǎo)體允帶內(nèi)的能級(jí)未被填滿，允帶之間沒(méi)有禁帶或允允帶內(nèi)的能級(jí)未被填滿，允帶之間沒(méi)有禁帶或允帶相互重疊，在外電場(chǎng)的作用下電子很容易從一帶相互重疊，在外電場(chǎng)的作用下電子很容易從一個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)到另一個(gè)能級(jí)上去而產(chǎn)生電流。個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)到另一個(gè)能級(jí)上去而產(chǎn)生電流?？諑Э諑Ы麕Ы麕M帶滿帶允帶允帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理絕緣體絕緣體一個(gè)滿帶上面相鄰的是一個(gè)較寬的禁帶，由于一個(gè)滿帶上面相鄰的是一個(gè)較寬的禁帶，由于滿帶中的電子沒(méi)有活動(dòng)的余地，即使禁帶上面的滿帶中的電子沒(méi)有活動(dòng)的余地，即使禁帶上面的能帶完全是空的，在外電場(chǎng)的作用下電子也很難能帶完全是空的，在外電場(chǎng)的作用下電子也很難跳過(guò)禁帶，即不能產(chǎn)生電流。跳過(guò)禁帶，即不能產(chǎn)生電流。空帶空帶禁帶禁帶滿帶滿帶允帶允帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，不同的是它的半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，不同的是它的禁帶比較窄；禁帶比較窄；半導(dǎo)體的能帶在外界（熱、光輻射等）作用下，半導(dǎo)體的能帶在外界（熱、光輻射等）作用下，價(jià)帶中的電子就有能量可能躍遷到導(dǎo)帶中去。價(jià)帶中的電子就有能量可能躍遷到導(dǎo)帶中去。空帶空帶禁帶禁帶滿帶滿帶允帶允帶第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體半導(dǎo)體在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。分為：空穴導(dǎo)電與電子導(dǎo)電分為：空穴導(dǎo)電與電子導(dǎo)電本征導(dǎo)電：電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電本征導(dǎo)電：電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。GeSi硅、鍺原子的結(jié)構(gòu)硅、鍺原子的結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子可以認(rèn)為空穴是一種帶正電荷的可以認(rèn)為空穴是一種帶正電荷的粒子。空穴運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是共有電粒子。空穴運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是共有電子依次填補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)。子依次填補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)。電子和空穴在外電場(chǎng)的作電子和空穴在外電場(chǎng)的作用下都將作定向運(yùn)動(dòng)，這用下都將作定向運(yùn)動(dòng)，這種作定向運(yùn)動(dòng)電子和空穴種作定向運(yùn)動(dòng)電子和空穴（載流子）參與導(dǎo)電，形（載流子）參與導(dǎo)電，形成本征半導(dǎo)體中的電流。成本征半導(dǎo)體中的電流。本征半導(dǎo)體中存在本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等數(shù)量相等的兩種載流子，即的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。+4+4+4+4當(dāng)當(dāng)溫溫度度升升高高時(shí)時(shí)，有有更更多多的的電電子子能能夠夠跳跳到到下下一一個(gè)個(gè)能能帶帶去去。這這有有兩兩個(gè)個(gè)結(jié)結(jié)果果：在在上上面面的的導(dǎo)導(dǎo)帶帶中中少少數(shù)數(shù)電電子子所所起起的的作作用用和和它它們們?cè)谠诮鸾饘賹僦兄兴鹌鸬牡淖髯饔糜孟嘞嗤欢鴥r(jià)價(jià)帶帶中中留留下下的的空空態(tài)態(tài)即即空空穴穴起起著著類類似似的的作作用用，不不過(guò)過(guò)它它們們好好象象是是正正的的電電子子，因因此此，它它們們有有來(lái)來(lái)自自導(dǎo)導(dǎo)帶帶中中的的激激發(fā)發(fā)電電子子和和來(lái)來(lái)自自價(jià)價(jià)帶帶中中的的空空穴穴的的導(dǎo)導(dǎo)電電性性；溫溫度度升升高高時(shí)時(shí)，由由于于有有更更多多的的電電子子被被激激發(fā)發(fā)到到導(dǎo)導(dǎo)帶帶，所所以以電電導(dǎo)導(dǎo)率隨溫度而迅速增加。率隨溫度而迅速增加。例例如如，在在硅硅中中，當(dāng)當(dāng)溫溫度度從從250 250 K K 增增加加到到450 450 K K 時(shí)時(shí)，激激發(fā)發(fā)電電子子的的數(shù)數(shù)目目增增加加10106 6 倍倍。因因此此，半半導(dǎo)導(dǎo)體體是是這這樣樣一一些些絕絕緣緣體體，它它們們的的價(jià)價(jià)帶帶和和導(dǎo)導(dǎo)帶帶之之間間的的能能隙隙約約為為 1 1 eV eV 或或更更小小，因因而而比比較容易用加熱方法把電子從價(jià)帶中激發(fā)到導(dǎo)帶中。較容易用加熱方法把電子從價(jià)帶中激發(fā)到導(dǎo)帶中。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理1、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理、金屬及半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體半導(dǎo)體雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大。雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大。例如在單晶硅中摻人十萬(wàn)分之一的硼原子例如在單晶硅中摻人十萬(wàn)分之一的硼原子時(shí)，可使其導(dǎo)電能力增加一千倍。時(shí)，可使其導(dǎo)電能力增加一千倍。按雜質(zhì)的性質(zhì)不同，摻雜半導(dǎo)體可分為按雜質(zhì)的性質(zhì)不同，摻雜半導(dǎo)體可分為n型和型和P型兩種，型兩種，n型半導(dǎo)體的載流子主要型半導(dǎo)體的載流子主要是導(dǎo)帶中的電子，而是導(dǎo)帶中的電子，而p型半導(dǎo)體的載流子型半導(dǎo)體的載流子主要是空穴。主要是空穴。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理2、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理 自由電子導(dǎo)電的能帶理論可以解釋金屬和自由電子導(dǎo)電的能帶理論可以解釋金屬和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電現(xiàn)象，卻難以解釋如陶瓷、半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電現(xiàn)象，卻難以解釋如陶瓷、玻璃及高分子材料等非金屬材料的導(dǎo)電機(jī)理。玻璃及高分子材料等非金屬材料的導(dǎo)電機(jī)理。金屬材料導(dǎo)電的載流子是自由電子，金屬材料導(dǎo)電的載流子是自由電子，而無(wú)而無(wú)機(jī)非金屬材料導(dǎo)電的載流子可以是電子、電機(jī)非金屬材料導(dǎo)電的載流子可以是電子、電子空穴，或離子、離子空位子空穴，或離子、離子空位。載流子是電子。載流子是電子或電子空穴的電導(dǎo)稱為或電子空穴的電導(dǎo)稱為電子式電導(dǎo)電子式電導(dǎo)，載流子，載流子是離子或離子空位的稱為是離子或離子空位的稱為離子式電導(dǎo)離子式電導(dǎo)。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理2、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理(1)離子晶體的導(dǎo)電機(jī)理離子晶體的導(dǎo)電機(jī)理離子晶體中空位的遷移，涉及離子運(yùn)動(dòng)離子晶體中空位的遷移，涉及離子運(yùn)動(dòng)晶體的離子電導(dǎo)可以分為兩類：晶體的離子電導(dǎo)可以分為兩類：第一類離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)（第一類離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)（熱缺陷）熱缺陷）第二類雜質(zhì)電導(dǎo)（雜質(zhì)的數(shù)量和種類）第二類雜質(zhì)電導(dǎo)（雜質(zhì)的數(shù)量和種類）低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定。存在的多種載流子時(shí)，材料的總電導(dǎo)率是各種定。存在的多種載流子時(shí)，材料的總電導(dǎo)率是各種電導(dǎo)率的總和電導(dǎo)率的總和。（1）源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動(dòng)，稱為離子源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動(dòng)，稱為離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)。固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)。v這種離子自身隨著熱振動(dòng)的加劇而離開(kāi)晶格振點(diǎn)，這種離子自身隨著熱振動(dòng)的加劇而離開(kāi)晶格振點(diǎn)，形成熱缺陷。形成熱缺陷。熱熱缺缺陷陷弗侖克爾缺陷弗侖克爾缺陷肖特基缺陷肖特基缺陷能量大的離子離開(kāi)平衡能量大的離子離開(kāi)平衡位置擠到晶格點(diǎn)的間隙位置擠到晶格點(diǎn)的間隙中形成間隙原子，原來(lái)中形成間隙原子，原來(lái)位置形成空位。位置形成空位。正常格點(diǎn)上的原子獲得正常格點(diǎn)上的原子獲得能量離開(kāi)平衡位置遷移能量離開(kāi)平衡位置遷移到晶體表面，在晶體內(nèi)到晶體表面，在晶體內(nèi)正常格點(diǎn)上留下空位。正常格點(diǎn)上留下空位。39（2）雜質(zhì)電導(dǎo)）雜質(zhì)電導(dǎo)v此類電導(dǎo)是結(jié)合力較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些離此類電導(dǎo)是結(jié)合力較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些離子主要是雜質(zhì)離子，故稱為雜質(zhì)電導(dǎo)。子主要是雜質(zhì)離子，故稱為雜質(zhì)電導(dǎo)。置換雜質(zhì)原子置換雜質(zhì)原子間隙雜質(zhì)原子間隙雜質(zhì)原子v因雜質(zhì)離子的存在，不僅增加電流載體數(shù)量，而且因雜質(zhì)離子的存在，不僅增加電流載體數(shù)量，而且使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，雜質(zhì)離子離解活化能變小。使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，雜質(zhì)離子離解活化能變小。40v低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子低溫下，離子晶體的電導(dǎo)主要由雜質(zhì)載流子濃度決定。濃度決定。v由雜質(zhì)引起的電導(dǎo)率可用下式表示：由雜質(zhì)引起的電導(dǎo)率可用下式表示：41熱缺陷的濃度隨溫度的升高而增大，因此本征電導(dǎo)率熱缺陷的濃度隨溫度的升高而增大，因此本征電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為：與溫度的關(guān)系為：vAs取決于可遷移的離子數(shù)，即離子從一個(gè)空位到另一個(gè)空位取決于可遷移的離子數(shù)，即離子從一個(gè)空位到另一個(gè)空位的距離以及有效的空位數(shù)目；的距離以及有效的空位數(shù)目；vEs與可遷移的離子從一個(gè)空位跳到另一個(gè)空位的難易程度有與可遷移的離子從一個(gè)空位跳到另一個(gè)空位的難易程度有關(guān)，通常稱為離子激活能。關(guān)，通常稱為離子激活能。一般情況下本征離子電導(dǎo)率可以簡(jiǎn)化為：一般情況下本征離子電導(dǎo)率可以簡(jiǎn)化為：第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能二、導(dǎo)電機(jī)理2、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理（2）玻璃的導(dǎo)電機(jī)理玻璃的導(dǎo)電機(jī)理 離子在結(jié)構(gòu)中的可動(dòng)性所導(dǎo)致，如在鈉離子在結(jié)構(gòu)中的可動(dòng)性所導(dǎo)致，如在鈉玻璃中，鈉離子在二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中從一個(gè)間玻璃中，鈉離子在二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中從一個(gè)間隙跳到另一個(gè)間隙，造成電流流動(dòng)隙跳到另一個(gè)間隙，造成電流流動(dòng)。這。這與離與離子晶體中的間隙離子導(dǎo)電類似子晶體中的間隙離子導(dǎo)電類似。玻璃的組成對(duì)玻璃的電阻影響很大，玻璃的組成對(duì)玻璃的電阻影響很大，影影響方式也很復(fù)雜。響方式也很復(fù)雜。玻璃導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電 卡茂林卡茂林-昂內(nèi)斯昂內(nèi)斯19111911年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):在在4.2K4.2K溫度附近，水銀的電阻突然下降到無(wú)法溫度附近，水銀的電阻突然下降到無(wú)法測(cè)量的程度，或者說(shuō)電阻為零，這種在一定測(cè)量的程度，或者說(shuō)電阻為零，這種在一定的低溫條件下材料突然失去電阻的現(xiàn)象稱為的低溫條件下材料突然失去電阻的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。超導(dǎo)電性。超導(dǎo)體中有電流而沒(méi)有電阻，說(shuō)明超導(dǎo)超導(dǎo)體中有電流而沒(méi)有電阻，說(shuō)明超導(dǎo)體是等電位的，超導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)。材料由體是等電位的，超導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)。材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度稱為臨界溫正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度稱為臨界溫度，并以度，并以T Tc c表示。表示。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性三、超導(dǎo)電性超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征：超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征：一個(gè)基本特性是它的完全導(dǎo)電性一個(gè)基本特性是它的完全導(dǎo)電性 另一基本特性是它的完全抗磁性（邁斯納另一基本特性是它的完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）效應(yīng)）屏蔽磁場(chǎng)和排除磁通屏蔽磁場(chǎng)和排除磁通第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性常導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)體的超導(dǎo)體的3 3個(gè)重要性能指標(biāo)個(gè)重要性能指標(biāo)（1 1）臨界轉(zhuǎn)變溫度臨界轉(zhuǎn)變溫度TcTc 正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度 臨界轉(zhuǎn)變溫度越高越好，越有利于應(yīng)用臨界轉(zhuǎn)變溫度越高越好，越有利于應(yīng)用（2 2）臨界磁場(chǎng)臨界磁場(chǎng)HcHc 能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)能破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng) HcHc值隨溫度降低而增加值隨溫度降低而增加 (3)(3)臨界電流密度臨界電流密度JcJc 材料保持超導(dǎo)態(tài)狀態(tài)的最大輸入電流密度材料保持超導(dǎo)態(tài)狀態(tài)的最大輸入電流密度 第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性超導(dǎo)理論模型：超導(dǎo)理論模型：庫(kù)柏電子對(duì)庫(kù)柏電子對(duì)(BCS)(BCS)電子電子-聲子相互作用所產(chǎn)生電子對(duì)，雜聲子相互作用所產(chǎn)生電子對(duì)，雜質(zhì)原子和缺陷對(duì)電子對(duì)不能進(jìn)行有效的散質(zhì)原子和缺陷對(duì)電子對(duì)不能進(jìn)行有效的散射。射。物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計(jì)算物理學(xué)家麥克米蘭根據(jù)傳統(tǒng)理論計(jì)算推斷，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度不能超過(guò)推斷，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度不能超過(guò)40K40K（約（約-233-233），這個(gè)溫度也被稱為麥克米），這個(gè)溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。蘭極限溫度。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性 19601960年代開(kāi)始研究氧化物超導(dǎo)體；年代開(kāi)始研究氧化物超導(dǎo)體；19861986年，年，J JG GBednoreBednore和和K KA AMullerMuller發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了TcTc為為35K35K的的Ba-Ba-La-CuLa-Cu系氧化物超導(dǎo)體，獲得諾貝爾獎(jiǎng)。系氧化物超導(dǎo)體，獲得諾貝爾獎(jiǎng)。19871987年年2 2月我國(guó)科學(xué)家趙忠賢等人得到了月我國(guó)科學(xué)家趙忠賢等人得到了TcTc在液氮以上溫度在液氮以上溫度(63K-78K)(63K-78K)的的Y YBaBaCuCuO O系超導(dǎo)體，屬銅氧化物一個(gè)高溫超導(dǎo)系超導(dǎo)體，屬銅氧化物一個(gè)高溫超導(dǎo)體家族，即所謂的體家族，即所謂的123123材料，目前已發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)溫度達(dá)材料，目前已發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)溫度達(dá)133K133K以上以上的此類超導(dǎo)氧化物。但這種材料易脆，屬于金屬陶瓷材料，其加的此類超導(dǎo)氧化物。但這種材料易脆，屬于金屬陶瓷材料，其加工工藝嚴(yán)苛，綜合成本相當(dāng)高，影響了它的廣泛應(yīng)用；此外，關(guān)工工藝嚴(yán)苛，綜合成本相當(dāng)高，影響了它的廣泛應(yīng)用；此外，關(guān)于這一家族的高溫超導(dǎo)電性的機(jī)理一直也沒(méi)有解決。于這一家族的高溫超導(dǎo)電性的機(jī)理一直也沒(méi)有解決。20082008年年2 2月月1818日，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授與合作日，日本東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授與合作者在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上發(fā)表了一篇兩頁(yè)的文章，指出氟摻雜鑭者在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上發(fā)表了一篇兩頁(yè)的文章，指出氟摻雜鑭氧鐵砷氧鐵砷(LaOFeAs)(LaOFeAs)化合物在化合物在26K26K（247.15247.15）時(shí)具有超導(dǎo)電性。）時(shí)具有超導(dǎo)電性。雖然雖然26K26K距距40K40K也還有一段距離，但它立刻引起了中國(guó)科學(xué)家的高也還有一段距離，但它立刻引起了中國(guó)科學(xué)家的高度關(guān)注。度關(guān)注。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性 20132013年年3 3月月2929日，趙忠賢、任治安通過(guò)氟摻雜的鐠氧鐵砷日，趙忠賢、任治安通過(guò)氟摻雜的鐠氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)更高的化合物的超導(dǎo)臨界溫度可達(dá)更高的52K52K（-221.15-221.15）；）；4 4月月初該研究組又發(fā)現(xiàn)無(wú)氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環(huán)境下合初該研究組又發(fā)現(xiàn)無(wú)氟缺氧釤氧鐵砷化合物在壓力環(huán)境下合成超導(dǎo)臨界溫度可進(jìn)一步提升至成超導(dǎo)臨界溫度可進(jìn)一步提升至55K55K（-218.15-218.15），創(chuàng)造了），創(chuàng)造了世界鐵基超導(dǎo)體臨界溫度的最高紀(jì)錄。世界鐵基超導(dǎo)體臨界溫度的最高紀(jì)錄。趙忠賢研究組利用高壓合成技術(shù)高效地制備了一大批不趙忠賢研究組利用高壓合成技術(shù)高效地制備了一大批不同元素構(gòu)成的鐵基超導(dǎo)材料，轉(zhuǎn)變溫度很多都是同元素構(gòu)成的鐵基超導(dǎo)材料，轉(zhuǎn)變溫度很多都是50K50K以上的，以上的，創(chuàng)造了創(chuàng)造了55K55K的鐵基超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度紀(jì)錄并制作了相圖，這被的鐵基超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度紀(jì)錄并制作了相圖，這被國(guó)際物理學(xué)界公認(rèn)為鐵基高溫超導(dǎo)家族基本確立的標(biāo)志。國(guó)際物理學(xué)界公認(rèn)為鐵基高溫超導(dǎo)家族基本確立的標(biāo)志。因此趙忠賢研究組獲得了因此趙忠賢研究組獲得了20132013年度國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。年度國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。自自20002000年起，國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)年起，國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1313年里有年里有9 9次空缺，已經(jīng)次空缺，已經(jīng)連續(xù)空缺連續(xù)空缺3 3年，最近一次頒獎(jiǎng)是在年，最近一次頒獎(jiǎng)是在20092009年。年。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊，明顯改善了通訊如高溫超導(dǎo)濾波器已被應(yīng)用于手機(jī)和衛(wèi)星通訊，明顯改善了通訊信號(hào)和能量損耗；世界上各醫(yī)院使用的磁共振成像儀器中的磁體信號(hào)和能量損耗；世界上各醫(yī)院使用的磁共振成像儀器中的磁體基本上都是由超導(dǎo)材料制成的；使用的超導(dǎo)量子干涉器件裝備在基本上都是由超導(dǎo)材料制成的；使用的超導(dǎo)量子干涉器件裝備在醫(yī)療設(shè)備上使用，大大加強(qiáng)了對(duì)人體心腦探測(cè)檢查的精確度和靈醫(yī)療設(shè)備上使用，大大加強(qiáng)了對(duì)人體心腦探測(cè)檢查的精確度和靈敏度；世界上首個(gè)示范性超導(dǎo)變電站也已經(jīng)在我國(guó)電網(wǎng)投入使用，敏度；世界上首個(gè)示范性超導(dǎo)變電站也已經(jīng)在我國(guó)電網(wǎng)投入使用，它具備體積小、效率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)變電站發(fā)展的趨它具備體積小、效率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)變電站發(fā)展的趨勢(shì)；目前可以量產(chǎn)的高溫超導(dǎo)線材的傳輸能力是傳統(tǒng)銅電纜的勢(shì)；目前可以量產(chǎn)的高溫超導(dǎo)線材的傳輸能力是傳統(tǒng)銅電纜的1010倍之多，可以自動(dòng)抑制電網(wǎng)中的脈沖現(xiàn)象，并且具有體積小的特倍之多，可以自動(dòng)抑制電網(wǎng)中的脈沖現(xiàn)象，并且具有體積小的特點(diǎn)，將成為城市電力的重要組成部分點(diǎn)，將成為城市電力的重要組成部分。專家甚至預(yù)測(cè)，比高鐵快近一倍的超導(dǎo)磁懸浮列車，比現(xiàn)有專家甚至預(yù)測(cè)，比高鐵快近一倍的超導(dǎo)磁懸浮列車，比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)快數(shù)十倍的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，還有基于超導(dǎo)技術(shù)的導(dǎo)彈防御和計(jì)算機(jī)快數(shù)十倍的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，還有基于超導(dǎo)技術(shù)的導(dǎo)彈防御和潛艇探測(cè)系統(tǒng)，都將在不遠(yuǎn)的未來(lái)走進(jìn)我們的生活、生產(chǎn)和國(guó)防。潛艇探測(cè)系統(tǒng)，都將在不遠(yuǎn)的未來(lái)走進(jìn)我們的生活、生產(chǎn)和國(guó)防。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能三、超導(dǎo)電性超導(dǎo)研究史上獲得諾貝爾獎(jiǎng)的十位物理學(xué)家超導(dǎo)研究史上獲得諾貝爾獎(jiǎng)的十位物理學(xué)家 影響材料導(dǎo)電性能的因素主要有溫度、影響材料導(dǎo)電性能的因素主要有溫度、化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)及缺陷的濃度化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)及缺陷的濃度及其遷移率等。但不同種類的材料導(dǎo)電機(jī)及其遷移率等。但不同種類的材料導(dǎo)電機(jī)理各異，影響因素及其影響程度也不盡相理各異，影響因素及其影響程度也不盡相同。同。由于金屬材料是常用的導(dǎo)電材料，所由于金屬材料是常用的導(dǎo)電材料，所以下面僅對(duì)影響金屬材料導(dǎo)電性的主要因以下面僅對(duì)影響金屬材料導(dǎo)電性的主要因素進(jìn)行分析。素進(jìn)行分析。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素四、影響材料導(dǎo)電性的因素 金屬電阻率隨溫金屬電阻率隨溫 度升高而增大度升高而增大溫度升高會(huì)使離子振動(dòng)溫度升高會(huì)使離子振動(dòng)加劇，熱振動(dòng)振幅加大，加劇，熱振動(dòng)振幅加大，原子的無(wú)序度增加，使原子的無(wú)序度增加，使電子運(yùn)動(dòng)的自由程減小，電子運(yùn)動(dòng)的自由程減小，散射幾率增加而導(dǎo)致電散射幾率增加而導(dǎo)致電阻率增大。阻率增大。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素1、溫度的影響、溫度的影響 在德拜溫度以上在德拜溫度以上，電子是，電子是完全自由的，完整的晶體中完全自由的，完整的晶體中電子的散射取決于溫度造成電子的散射取決于溫度造成的點(diǎn)陣畸變，金屬的電阻取的點(diǎn)陣畸變，金屬的電阻取決于離子的熱振動(dòng)。決于離子的熱振動(dòng)。純金屬的電阻率與溫度關(guān)系純金屬的電阻率與溫度關(guān)系第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素1、溫度的影響、溫度的影響當(dāng)當(dāng)溫度較低溫度較低(低于德拜溫度低于德拜溫度)時(shí)時(shí)應(yīng)考慮振動(dòng)原子與導(dǎo)電電子之應(yīng)考慮振動(dòng)原子與導(dǎo)電電子之間的相互作用，電阻率與溫度間的相互作用，電阻率與溫度的關(guān)系的關(guān)系當(dāng)溫度接近于當(dāng)溫度接近于0K0K時(shí)時(shí)(T(T2K2K），），電子的散射主要是電子與電子電子的散射主要是電子與電子間的相互作用，點(diǎn)陣畸變?cè)斐砷g的相互作用，點(diǎn)陣畸變?cè)斐?殘留電阻率。殘留電阻率。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素1、溫度的影響、溫度的影響 大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時(shí)，其電阻大多數(shù)金屬在熔化成液態(tài)時(shí)，其電阻率會(huì)突然增大約率會(huì)突然增大約1-21-2倍。這是由于原子長(zhǎng)程倍。這是由于原子長(zhǎng)程排列被破壞，從而加強(qiáng)了對(duì)電子的散射所排列被破壞，從而加強(qiáng)了對(duì)電子的散射所引起的。引起的。但也有些金屬如銻、鉍、鎵等，他們但也有些金屬如銻、鉍、鎵等，他們?cè)谌刍瘯r(shí)電阻率反而下降。主要是熔化時(shí)在熔化時(shí)電阻率反而下降。主要是熔化時(shí)共價(jià)鍵被破壞，轉(zhuǎn)為以金屬鍵結(jié)合為主，共價(jià)鍵被破壞，轉(zhuǎn)為以金屬鍵結(jié)合為主，故使電阻率下降。故使電阻率下降。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素1、溫度的影響、溫度的影響 冷塑性變形使金屬的電阻率增大冷塑性變形使金屬的電阻率增大 晶體點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷增加，特別是晶體點(diǎn)陣畸變和晶體缺陷增加，特別是 空位濃度的增加，點(diǎn)陣電場(chǎng)不均勻加劇空位濃度的增加，點(diǎn)陣電場(chǎng)不均勻加劇 對(duì)電磁波散射。對(duì)電磁波散射。*原子間距改變?cè)娱g距改變 再結(jié)晶退火可使電阻率恢復(fù)到冷變形前再結(jié)晶退火可使電阻率恢復(fù)到冷變形前 的水平。的水平。拉應(yīng)力造成原子間距增大，點(diǎn)陣畸變?cè)隼瓚?yīng)力造成原子間距增大，點(diǎn)陣畸變?cè)?加，電阻率上升，壓應(yīng)力相反。加，電阻率上升，壓應(yīng)力相反。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素2、冷塑性變形和應(yīng)力的影響、冷塑性變形和應(yīng)力的影響（1 1）固溶體的導(dǎo)電性）固溶體的導(dǎo)電性 一般情況下，形成固溶體時(shí)合金的電一般情況下，形成固溶體時(shí)合金的電導(dǎo)率降低，電阻率增高導(dǎo)率降低，電阻率增高。主要原因是溶質(zhì)原子的溶人引起主要原因是溶質(zhì)原子的溶人引起溶劑點(diǎn)陣溶劑點(diǎn)陣的畸變，增加了電子的散射的畸變，增加了電子的散射，使電阻增大，使電阻增大，同時(shí)由于組元間化學(xué)相互作用的加強(qiáng)同時(shí)由于組元間化學(xué)相互作用的加強(qiáng)使有使有效電子數(shù)減少效電子數(shù)減少，也會(huì)造成電阻率的增長(zhǎng)。，也會(huì)造成電阻率的增長(zhǎng)。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素3、合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響、合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響(2)(2)金屬化合物的導(dǎo)電性金屬化合物的導(dǎo)電性金屬化合物的導(dǎo)電能力都比較差金屬化合物的導(dǎo)電能力都比較差原因：導(dǎo)電電子數(shù)減少原因：導(dǎo)電電子數(shù)減少(3)(3)多相合金的電阻率多相合金的電阻率 與組成相的導(dǎo)電性及相對(duì)量、合金的與組成相的導(dǎo)電性及相對(duì)量、合金的組織形態(tài)有關(guān)組織形態(tài)有關(guān)第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能四、影響材料導(dǎo)電性的因素3、合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響、合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響(1)(1)雙電橋法雙電橋法 雙電橋法是測(cè)量小電阻的常用方法，有較雙電橋法是測(cè)量小電阻的常用方法，有較高的精度，電阻值在高的精度，電阻值在0.0001-0.0010.0001-0.001范圍范圍內(nèi)，精度可達(dá)內(nèi)，精度可達(dá)0.2%-0.3%0.2%-0.3%。(2)(2)電位差計(jì)法電位差計(jì)法 測(cè)量小電阻有很高的精度，測(cè)量小電阻有很高的精度，第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能五、導(dǎo)電性的測(cè)量及應(yīng)用五、導(dǎo)電性的測(cè)量及應(yīng)用1 1、電阻測(cè)量方法、電阻測(cè)量方法(3)(3)安培安培-伏特計(jì)法伏特計(jì)法 毫伏計(jì)的阻值越高，試樣的阻值越小，毫伏計(jì)的阻值越高，試樣的阻值越小，誤差越小。測(cè)量方便、快速，并可以連續(xù)進(jìn)誤差越小。測(cè)量方便、快速，并可以連續(xù)進(jìn)行測(cè)量和自動(dòng)記錄，它適用于快速測(cè)量小電行測(cè)量和自動(dòng)記錄，它適用于快速測(cè)量小電阻的連續(xù)變化。阻的連續(xù)變化。(4)(4)直流四端電極法直流四端電極法 中、高電導(dǎo)率的材料，消除電極非歐姆接中、高電導(dǎo)率的材料，消除電極非歐姆接觸對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。觸對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能1 1、電阻測(cè)量方法、電阻測(cè)量方法五、導(dǎo)電性的測(cè)量及應(yīng)用測(cè)量電阻率的變化測(cè)量電阻率的變化來(lái)研究金屬與合金來(lái)研究金屬與合金的組織結(jié)構(gòu)變化的組織結(jié)構(gòu)變化(1)(1)測(cè)量固溶體的溶測(cè)量固溶體的溶解度曲線解度曲線第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能2 2、電阻分析的應(yīng)用、電阻分析的應(yīng)用五、導(dǎo)電性的測(cè)量及應(yīng)用(2)(2)測(cè)定形狀記憶合金中的相變溫度測(cè)定形狀記憶合金中的相變溫度 熱電材料是一種通過(guò)固體內(nèi)部載流熱電材料是一種通過(guò)固體內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電實(shí)現(xiàn)電能能與熱與熱能能之間相互轉(zhuǎn)換之間相互轉(zhuǎn)換的的功能功能材料材料，也稱為也稱為溫差電材料溫差電材料。此此種種材材料能料能夠夠在足在足夠夠的的溫溫差下差下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，達(dá)達(dá)到到以以熱熱生生電電的的現(xiàn)現(xiàn)象。在另一方面也能象。在另一方面也能夠夠在供在供給電給電流下流下產(chǎn)生產(chǎn)生吸吸熱熱或放或放熱熱的效的效應(yīng)應(yīng)，進(jìn)進(jìn)而而達(dá)到達(dá)到以以電電生生熱熱或或制冷制冷的的現(xiàn)現(xiàn)象象。第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能一、熱電效應(yīng)一、熱電效應(yīng)1、Peltier（帕耳帖）效應(yīng)（帕耳帖）效應(yīng)2、Thomson（湯姆遜湯姆遜）效應(yīng)）效應(yīng)3、Seebeck（塞貝克）效應(yīng)（塞貝克）效應(yīng) 是由電流引起的可逆熱效應(yīng)和溫差引是由電流引起的可逆熱效應(yīng)和溫差引起的電效應(yīng)的總稱，它包括起的電效應(yīng)的總稱，它包括三個(gè)相互關(guān)聯(lián)三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的效應(yīng)的效應(yīng)：第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能一、熱電效應(yīng)1、Peltier效應(yīng)效應(yīng)(電制冷現(xiàn)象電制冷現(xiàn)象)：1834年法國(guó)年法國(guó)J.C.A.Peltier電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量。這就是界吸收熱量，或向外界放出熱量。這就是帕爾帖效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)。QAB：帕耳帖熱；帕耳帖熱；I：回路中的電流；回路中的電流；PAB：帕耳帖系數(shù)：帕耳帖系數(shù)（與金屬（與金屬的本性和溫度有關(guān)的本性和溫度有關(guān)）QAB=PABIt帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流。由于電電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出多余的能量；相反，從低能級(jí)向高能級(jí)運(yùn)多余的能量；相反，從低能級(jí)向高能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量。能量在兩材料的動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。交界面處以熱的形式吸收或放出。第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能一、熱電效應(yīng)2、Thomson效應(yīng)：效應(yīng)：1854年英國(guó)年英國(guó)W.Thomson 當(dāng)一根金屬導(dǎo)線兩端溫度不同時(shí)，若通以電當(dāng)一根金屬導(dǎo)線兩端溫度不同時(shí)，若通以電流，則在導(dǎo)線中除產(chǎn)生焦?fàn)枱嵬?，還要產(chǎn)生額流，則在導(dǎo)線中除產(chǎn)生焦?fàn)枱嵬?，還要產(chǎn)生額外的吸放熱現(xiàn)象外的吸放熱現(xiàn)象.這種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。這種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。電流方向與導(dǎo)線中熱流方向一致時(shí)產(chǎn)生放熱效電流方向與導(dǎo)線中熱流方向一致時(shí)產(chǎn)生放熱效應(yīng)，反之產(chǎn)生吸熱效應(yīng)。吸收或放出的熱量稱應(yīng)，反之產(chǎn)生吸熱效應(yīng)。吸收或放出的熱量稱為湯姆遜熱為湯姆遜熱QT。S：Thomson系數(shù)系數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能一、熱電效應(yīng)3、Seebeck效應(yīng)效應(yīng)(熱熱生生電現(xiàn)象電現(xiàn)象)：1821年德國(guó)年德國(guó)T.J.Seebeck 當(dāng)當(dāng)兩兩種種不不同同的的金金屬屬A、B組組成成回回路路，且且兩兩接接觸觸點(diǎn)點(diǎn)的的溫溫度度不同時(shí)，在回路中產(chǎn)生電流。不同時(shí)，在回路中產(chǎn)生電流。接觸電勢(shì)差：接觸電勢(shì)差：熱電勢(shì)：熱電勢(shì)：V：逸出電勢(shì)：逸出電勢(shì)N：有效電子密度：有效電子密度第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能二二 影響熱電勢(shì)的因素影響熱電勢(shì)的因素1 1、金屬本性的影響、金屬本性的影響 不同金屬由于其電子逸出功和自由電子密不同金屬由于其電子逸出功和自由電子密度不同，熱電勢(shì)也不相同。純金屬的熱電勢(shì)度不同，熱電勢(shì)也不相同。純金屬的熱電勢(shì)可按以下次序排列，其中任一后者的熱電勢(shì)可按以下次序排列，其中任一后者的熱電勢(shì)相對(duì)于前者為負(fù)相對(duì)于前者為負(fù):Si、Sb、Fe、Mo、Cd、W、Au、Ag、Zn、Rh、Ir、Tl、Cs、Ta、Sn、Pb、Mg、Al、Hg、Pt、Na、Pd、K、Ni、Co、Bi。第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能1 1、金屬本性的影響、金屬本性的影響 中間金屬定律中間金屬定律：如在兩根不同的金屬：如在兩根不同的金屬絲之間串聯(lián)進(jìn)另一種金屬，只要串聯(lián)金屬絲之間串聯(lián)進(jìn)另一種金屬，只要串聯(lián)金屬兩端的溫度相同，則回路中產(chǎn)生的總熱電兩端的溫度相同，則回路中產(chǎn)生的總熱電勢(shì)只與原有的兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)，而與勢(shì)只與原有的兩種金屬的性質(zhì)有關(guān)，而與申聯(lián)入的中間金屬無(wú)關(guān)。申聯(lián)入的中間金屬無(wú)關(guān)。二、影響熱電勢(shì)的因素第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能將兩種不同金屬的一端焊在一起，作為熱端，而將另一將兩種不同金屬的一端焊在一起，作為熱端，而將另一端分開(kāi)，并保持恒溫，這就構(gòu)成了一支簡(jiǎn)單的熱電偶。端分開(kāi)，并保持恒溫，這就構(gòu)成了一支簡(jiǎn)單的熱電偶。利利用用Seebeck效效應(yīng)應(yīng)將將溫溫差差信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成電電信信號(hào)號(hào)從從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的材料。而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的材料。1886年年 查查 德德 利利（Le Chatelier）用用 Pt-w(Rh)%10合合金金與與純純Pt配配對(duì)對(duì)制制成成第第一一臺(tái)臺(tái)實(shí)實(shí)用用的的熱熱電電高溫計(jì)。高溫計(jì)。DvT0爐子爐子熱電偶熱電偶ABT1T0鎳鉻鎳鉻-鎳鋁鎳鋁鐵鐵-康銅康銅鎳鉻鎳鉻-康銅康銅銅銅-康銅康銅主主要要的的熱熱電電偶偶材材料料二、影響熱電勢(shì)的因素 管式熱電偶管式熱電偶 安裝狀態(tài)安裝狀態(tài) 智能溫度控制器智能溫度控制器 第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能2 2、溫度的影響、溫度的影響 熱電勢(shì)與兩接點(diǎn)處的溫差成正比熱電勢(shì)與兩接點(diǎn)處的溫差成正比 熱電勢(shì)熱電勢(shì)E E與溫度經(jīng)驗(yàn)公式與溫度經(jīng)驗(yàn)公式3 3、合金化的影響、合金化的影響 在形成固溶體時(shí)，在形成固溶體時(shí)，目前研究不夠明確，目前研究不夠明確，熱電熱電勢(shì)與濃度關(guān)系呈勢(shì)與濃度關(guān)系呈懸鏈?zhǔn)綉益準(zhǔn)阶兓?，但過(guò)渡族元素往變化，但過(guò)渡族元素往往不符合這種規(guī)律。往不符合這種規(guī)律。當(dāng)合金的某一成分形成化合物時(shí)，其熱電勢(shì)當(dāng)合金的某一成分形成化合物時(shí)，其熱電勢(shì)會(huì)發(fā)生突變會(huì)發(fā)生突變(增高或降低增高或降低)；多相合金的熱電勢(shì)；多相合金的熱電勢(shì)處于組成相的熱電勢(shì)之間。如兩相的電導(dǎo)率相處于組成相的熱電勢(shì)之間。如兩相的電導(dǎo)率相近，則熱電勢(shì)與體積濃度幾乎呈直線關(guān)系。近，則熱電勢(shì)與體積濃度幾乎呈直線關(guān)系。二、影響熱電勢(shì)的因素第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能4、含碳量對(duì)鋼熱電勢(shì)的影響、含碳量對(duì)鋼熱電勢(shì)的影響 鋼的含碳量和其組織狀態(tài)對(duì)熱電勢(shì)鋼的含碳量和其組織狀態(tài)對(duì)熱電勢(shì)有顯著影響。有顯著影響。純鐵和鋼組成熱電偶時(shí)，其熱電勢(shì)純鐵和鋼組成熱電偶時(shí)，其熱電勢(shì)鐵為正鋼為負(fù)，且鋼中的含碳量越高熱鐵為正鋼為負(fù)，且鋼中的含碳量越高熱電勢(shì)越負(fù)，鐵與鋼組成的熱電偶的熱電電勢(shì)越負(fù)，鐵與鋼組成的熱電偶的熱電勢(shì)就越大。勢(shì)就越大。二、影響熱電勢(shì)的因素第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能 材料的熱電勢(shì)除可以利用作為測(cè)溫用材料的熱電勢(shì)除可以利用作為測(cè)溫用的熱電偶外，還可用以進(jìn)行材料科學(xué)研的熱電偶外，還可用以進(jìn)行材料科學(xué)研究。究。熱電勢(shì)可以用電位差計(jì)測(cè)量。由于金熱電勢(shì)可以用電位差計(jì)測(cè)量。由于金屬內(nèi)部組織變化所引起熱電勢(shì)的變化很屬內(nèi)部組織變化所引起熱電勢(shì)的變化很小，所以常采用示差測(cè)量法。小，所以常采用示差測(cè)量法。三、熱電勢(shì)的測(cè)量與應(yīng)用三、熱電勢(shì)的測(cè)量與應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 熱電性能熱電性能 熱電勢(shì)的測(cè)量可用于研究馬氏體的回?zé)犭妱?shì)的測(cè)量可用于研究馬氏體的回火轉(zhuǎn)變?；疝D(zhuǎn)變。-Fe中的含碳量越高電勢(shì)越負(fù)。中的含碳量越高電勢(shì)越負(fù)。淬火態(tài)的馬氏體中的含碳量最高熱電勢(shì)值淬火態(tài)的馬氏體中的含碳量最高熱電勢(shì)值最負(fù)。當(dāng)對(duì)淬火鋼回火時(shí)，碳從固溶體中最負(fù)。當(dāng)對(duì)淬火鋼回火時(shí)，碳從固溶體中析出，使熱電勢(shì)上升。熱電勢(shì)可直接反映析出，使熱電勢(shì)上升。熱電勢(shì)可直接反映馬氏體中含碳量的變化，而且十分敏感。馬氏體中含碳量的變化，而且十分敏感。三、熱電勢(shì)的測(cè)量與應(yīng)用 從右圖半導(dǎo)體的能帶結(jié)從右圖半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)可以看出，下面是已被價(jià)電構(gòu)可以看出，下面是已被價(jià)電子占滿的允帶，中間為禁帶，子占滿的允帶，中間為禁帶，上面是空帶。因此在外電場(chǎng)作上面是空帶。因此在外電場(chǎng)作用下不能導(dǎo)電，但是這是絕對(duì)用下不能導(dǎo)電，但是這是絕對(duì)零度時(shí)的情況。零度時(shí)的情況。第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)空帶空帶禁帶禁帶滿帶滿帶第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)當(dāng)外界條件發(fā)生變化（溫度升高和有當(dāng)外界條件發(fā)生變化（溫度升高和有光照射）時(shí)，滿帶中有少量電子有可光照射）時(shí)，滿帶中有少量電子有可能被激發(fā)到上面的空帶中去，在外電能被激發(fā)到上面的空帶中去，在外電場(chǎng)作用下，這些電子將參與導(dǎo)電，同場(chǎng)作用下，這些電子將參與導(dǎo)電，同時(shí)，滿帶中由于少了一些電子，在滿時(shí)，滿帶中由于少了一些電子，在滿帶頂部附近出現(xiàn)了一些空的量子狀態(tài)，帶頂部附近出現(xiàn)了一些空的量子狀態(tài)，滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電滿帶變成了部分占滿的能帶，在外電場(chǎng)的作用下，仍留在滿帶中的電子也場(chǎng)的作用下，仍留在滿帶中的電子也能夠起導(dǎo)電作用。能夠起導(dǎo)電作用?？諑Э諑Ы麕Ы麕M帶滿帶第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 滿帶電子的這種導(dǎo)電作用等效于把這滿帶電子的這種導(dǎo)電作用等效于把這些空的量子狀態(tài)看作帶正電荷的準(zhǔn)粒子的些空的量子狀態(tài)看作帶正電荷的準(zhǔn)粒子的導(dǎo)電作用，常稱這些空的量子狀態(tài)為導(dǎo)電作用，常稱這些空的量子狀態(tài)為空穴?？昭āＫ运栽诎雽?dǎo)體中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴在半導(dǎo)體中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴均參與導(dǎo)電，這是與金屬導(dǎo)體的最大差別。均參與導(dǎo)電，這是與金屬導(dǎo)體的最大差別。因?yàn)榘雽?dǎo)體的禁帶寬度比較小，數(shù)量因?yàn)榘雽?dǎo)體的禁帶寬度比較小，數(shù)量級(jí)在級(jí)在1 eV左右，在通常溫度下已有不少電左右，在通常溫度下已有不少電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中去，所以具有一定的導(dǎo)子被激發(fā)到導(dǎo)帶中去，所以具有一定的導(dǎo)電能力。電能力。第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電，主要是由電子和空穴造半導(dǎo)體的導(dǎo)電，主要是由電子和空穴造成的。溫度增加，使電子動(dòng)能增大，造成成的。溫度增加，使電子動(dòng)能增大，造成晶體中自由電子和空穴數(shù)目增加，因而使晶體中自由電子和空穴數(shù)目增加，因而使電導(dǎo)率升高。通常情況下電導(dǎo)率與溫度的電導(dǎo)率升高。通常情況下電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為：關(guān)系為：B為與材料有關(guān)的常數(shù)，表示材料的電為與材料有關(guān)的常數(shù)，表示材料的電導(dǎo)活化能。導(dǎo)活化能。一、熱敏效應(yīng)一、熱敏效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 還有一些半導(dǎo)體材料，在某些特定的溫度還有一些半導(dǎo)體材料，在某些特定的溫度附近電阻率變化顯著。如附近電阻率變化顯著。如“摻雜摻雜”BaTiO3(添加稀土金屬氧化物添加稀土金屬氧化物)在其居里點(diǎn)附近，當(dāng)在其居里點(diǎn)附近，當(dāng)發(fā)生相變時(shí)電阻率劇增發(fā)生相變時(shí)電阻率劇增103 106數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí).具有熱敏特性的半導(dǎo)體可以制成各種熱具有熱敏特性的半導(dǎo)體可以制成各種熱敏溫度計(jì)、電路溫度補(bǔ)償器、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。敏溫度計(jì)、電路溫度補(bǔ)償器、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。一、熱敏效應(yīng)一、熱敏效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 光的照射使某些半導(dǎo)體材料的電阻明顯光的照射使某些半導(dǎo)體材料的電阻明顯下降，這種用光的照射使電阻率下降的現(xiàn)象下降，這種用光的照射使電阻率下降的現(xiàn)象稱為稱為“光電導(dǎo)光電導(dǎo)”。光電導(dǎo)是由于具有一定能。光電導(dǎo)是由于具有一定能量的光子照射到半導(dǎo)體時(shí)把能量傳給它，在量的光子照射到半導(dǎo)體時(shí)把能量傳給它，在這種外來(lái)能量激發(fā)下，半導(dǎo)體材料產(chǎn)生大量這種外來(lái)能量激發(fā)下，半導(dǎo)體材料產(chǎn)生大量的自由電子和空穴，促使電阻率急劇下降。的自由電子和空穴，促使電阻率急劇下降。二、光敏效應(yīng)二、光敏效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 值得強(qiáng)調(diào)的是值得強(qiáng)調(diào)的是“光子光子”的能量必須大于的能量必須大于半導(dǎo)體禁帶寬度才能產(chǎn)生光電導(dǎo)。半導(dǎo)體禁帶寬度才能產(chǎn)生光電導(dǎo)。把光敏材把光敏材料制成光敏電阻器，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控料制成光敏電阻器，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)，如利用光敏電阻可以實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)制系統(tǒng)，如利用光敏電阻可以實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)化等?；?。二、光敏效應(yīng)二、光敏效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)1、電壓敏感效應(yīng)、電壓敏感效應(yīng) 某些半導(dǎo)體材料對(duì)電壓的變化十分敏感，某些半導(dǎo)體材料對(duì)電壓的變化十分敏感，例如半導(dǎo)體氧化鋅陶瓷，通過(guò)它的電流和電例如半導(dǎo)體氧化鋅陶瓷，通過(guò)它的電流和電壓之間不成線性關(guān)系，即電阻隨電壓而變；壓之間不成線性關(guān)系，即電阻隨電壓而變；用具有壓敏特征的材料可以制成壓敏電阻器。用具有壓敏特征的材料可以制成壓敏電阻器。三、壓敏效應(yīng)三、壓敏效應(yīng)壓敏效應(yīng)包括電壓敏感和壓力敏感效應(yīng)壓敏效應(yīng)包括電壓敏感和壓力敏感效應(yīng)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的敏感效應(yīng) 2、壓力敏感效應(yīng)、壓力敏感效應(yīng) 對(duì)一般材料施加應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的對(duì)一般材料施加應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而使材料的電阻發(fā)生改變，但不改變形，從而使材料的電阻發(fā)生改變，但不改變材料的電阻率。變材料的電阻率。對(duì)半導(dǎo)體材料施加應(yīng)力時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體材料施加應(yīng)力時(shí)，除產(chǎn)生變形外，能帶結(jié)構(gòu)也要相應(yīng)地發(fā)生變除產(chǎn)生變形外，能帶結(jié)構(gòu)也要相應(yīng)地發(fā)生變化，因而使材料的電阻率化，因而使材料的電阻率(或電導(dǎo)率或電導(dǎo)率)發(fā)生改發(fā)生改變變。這