3材料导电性质
材料的导电性和导热性
材料的导电性和导热性材料的导电性和导热性是研究材料特性和应用领域的重要方面。
导电性指的是材料在外加电场作用下，电荷的自由移动能力。
而导热性则是材料对热的传导能力。
这两种特性的理解和研究对于电子器件以及工程中的热管理都具有重要意义。
从微观结构的角度来看，材料的导电性和导热性主要与其晶体结构和电子结构有关。
在导电性方面，金属由于其特殊的价电子排布形式而具有良好的导电性能。
金属中的电子形成了形如“电子海”的结构，电子能够自由跃迁，使得金属能够在外加电场下形成电流。
相反，绝缘体中的电子排布方式导致电子无法在外加电场下自由移动，因此绝缘体具有较差的导电性能。
导热性与导电性类似，也与材料的晶体结构和电子结构有关。
晶体中原子的排布方式决定了材料的热传导路径。
对于金属材料而言，其晶体结构通常是紧密堆积的，原子之间形成了较密实的结构。
因此金属的导热性能高，原子之间的振动能够有效传递热能。
绝缘体的晶体结构则相对疏松，导热性能较差。
然而，并非所有的金属都具有相同的导电性和导热性能。
同一种金属材料的导电性和导热性还与其他因素有关，例如晶体缺陷、杂质等。
晶体缺陷会影响电子的传输路径和碰撞频率，从而影响导电性和导热性。
杂质的存在可能会改变材料的电子能级分布，从而导致导电性和导热性发生变化。
除了金属和绝缘体，还存在一类介于两者之间的材料，即半导体。
半导体的导电性在一定程度上介于金属和绝缘体之间。
半导体材料中的电子能级结构存在“禁带”，需要外界能量激发才能使电子跃迁到传导带。
在一些特定条件下，半导体通过掺杂等手段可以实现改变其导电性能，从而被广泛应用于电子器件中。
在工程应用方面，材料的导电性和导热性是重要的考虑因素。
例如，在电子器件的设计中，导电性决定了电子的传输效率，因此需要选择具有良好导电性能的材料。
而在热管理的领域，导热性是一个关键问题。
高功率电子器件的散热是一个重要的挑战，有效地提高热传导能力，可以提高电子器件的效率和寿命。
cf-3导电纤维化学成分
cf-3导电纤维化学成分
CF-3导电纤维的化学成分主要是碳纤维和聚合物材料。
碳纤维
是一种高强度、低密度的纤维材料，由碳原子构成，具有优异的导
电性能。
而聚合物材料则是用来增强纤维的柔韧性和耐用性，通常
是通过在碳纤维表面进行包覆或混合来实现。
这种复合材料的化学
成分可以根据具体的制备工艺和用途而有所不同，但总体上来说，
碳纤维和聚合物是CF-3导电纤维的主要化学成分。
在CF-3导电纤维中，碳纤维的化学成分主要是碳元素，其结晶
结构和晶格排列方式决定了其优异的导电性能。
而聚合物材料的化
学成分则可能包括聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺等高分子化合物，这些
聚合物可以在碳纤维表面形成保护层，增强纤维的柔韧性和耐用性。
除了以上提到的化学成分外，CF-3导电纤维的制备过程中可能
还涉及一些其他物质，比如添加剂、表面处理剂等，这些物质也会
对最终纤维的性能产生影响。
总的来说，CF-3导电纤维的化学成分
是一个复杂的体系，需要综合考虑碳纤维、聚合物材料以及可能的
添加剂等多个方面的因素。
材料概论知识点总结
材料概论知识点总结材料概论知识点总结1.材料学纲要结合键离⼦键、共价键、⾦属键（化学键）、分⼦键和氢键1）⼏种结合键的区别？离⼦键是以正负离⼦间的相互作⽤⼒形成的结合。
离⼦键材料由两种以上的电负性相差很⼤的原⼦构成。
离⼦晶体的特性：（1）离⼦晶体是最密堆积的⾯⼼⽴⽅或六⽅密填结构，离⼦晶体的这种结构特征体现了离⼦键的各向同性。
（2）对可见光透明，吸收红外波长。
离⼦震动能级吸收。
共价键不易失去价电⼦的原⼦倾向于与邻近原⼦共有价电⼦、成为8电⼦稳定结构。
共价键以拉⼿结合。
⾦属键具有⽅向性，价电⼦位于共价键附近的⼏率⾼于其他处。
共价键形成的条件：原⼦具有相似的电负性、价电⼦之和为8。
共价键材料的特性：（1）⾼硬度、⾼熔点、导电性差、低膨胀系数，这体现了共价键是强化和键。
（2）性脆，延展性很差，这体现了共价键的⽅向性。
陶瓷和聚合物；或完全、或部分是共价键。
⾦属键⾦属原⼦失去价电⼦成为正离⼦、价电⼦成为⾃由电⼦，离⼦⾻架浸泡在电⼦的海洋。
本质：是离⼦、电⼦间的库仑相互作⽤。
特性：⽆⽅向性，不易被破坏。
使⾦属具有良好的延展性和导电性，是良好的导体。
分⼦键由分⼦之间的作⽤⼒（范德华⼒）⽽形成的，由于分⼦键很弱，故结合成的晶体具有低熔点、低沸点、低硬度、易压缩等特性。
氢键氢原⼦与电负性⼤的原⼦X以共价键结合，若与电负性⼤、半径⼩的原⼦Y（O F N等）接近，在X与Y之间以氢去为媒介，⽣成X-H...Y形式的⼀种特殊的分⼦间或分⼦内相互作⽤，成为氢键。
1）结合键对材料性能的影响。
⾦属材料⾦属材料的结合键主要是⾦属键。
⾦属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展性；⾦属光泽等。
陶瓷材料陶瓷材料是包含⾦属和⾮⾦属元素的化合物，其结合键主要是离⼦键和共价键，⼤多数是离⼦键。
离⼦键赋予陶瓷相当⾼的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极⾼的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很⼤。
⾼分⼦材料⾼分⼦材料的结合键是共价键、氢键和分⼦键。
3.4.3 物质的导电性zssk
我叫半导体，我有个哥哥叫导体，有个 弟弟叫绝缘体，我的导电能力就是介于导 体和绝缘体之间。我常见的材料有锗和硅。 我具有许多独特的导电性能，在电子技术 和无线电工程上有着广泛的应用，现在你 对我有所了解了吧，以后可别说不认识我。
计算机主板上集中 了几十万个半导体元件
北京中关村
电子产品基地—— 硅谷
身边科学
雷雨天气，手拿在雨伞柄上好还是拿在
雨伞杆上好？
电路探秘之物质的导电性
展开想象 的翅膀
如果你是一位电工， 在工作中采取哪些措施， 确保生命安全？
1、连接电路的导线是铜丝外加塑料皮， 铜丝属于 导体 ，塑料属于 绝缘体 。
2、导体容易导电的原因是（ C ） A、因为导体都是固体 B、因为导体中含有电荷 C、因为导体中含有能自由移动的电荷 D、因为导体通了电
你知道是什么物质具有如此 大的魔力吗? 运用了它的什么性质？
导电性
身边科学
空中的高压铁塔为 何不会往下导电？
地下的电缆为何不 会向地导电？
身边科学
2、公路上行驶的油罐车（运送汽油的车）由于受到 颠簸，汽油和油罐之间不断摩擦起电容易引起火花， 为避免火花引起爆炸，往往在车的底部或后部挂一根 铁链拖在地上，这根拖地的铁链有什么作用？ 因为铁链是导体，大地也是导体，铁链能把油 罐因摩擦起电所带的电荷及时导走，便不能 发生火花放电，因而避免了因火花放电引起油 罐车爆炸
物体根据 导电能力 可分为：
容易导电的物体叫导体。
不容易导电的物体叫绝缘体。
绝缘体在任何情况下总是不导电的吗？
实验：
导体和绝缘体并不是绝对的，有些绝缘体 在条件改变时会变成导体。
人造卫星电路的接触点表面一般为什么 都镀上金？
防止导体的表面被氧化或腐蚀后，导电 能力会下降，甚至不容易导电成为绝缘体。
2-3_金属材料的导电性
系电速义 数阻度： 。合来降
金获低
，取电
降高阻
低温率
电度随
阻稳温
率定度
温性上
温度对金属导电性的影响
热振动及格波图象
思考：温度如何影响非晶 态合金的导电性？
• 原子振动通过原子结合力传播， 形成格波，又叫声子（phonon)
• 温度升高，原子振动加剧。声子 数量增多（可以定量计算）
•声子的存在减小导电电子自由 程，使电阻率升高
?传导电子始终处于晶体的周期性势场中运动?晶体中原子的周期排列使得晶格势场具有周期性相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均相邻中心之间的平均距离就是平均自由程距离就是平均自由程距离就是平均自由程距离就是平均自由程导电电子的运动环境类似于运动员的跨栏运动栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏间距栏高度的变化栏的绝对高度栏的绝对高度不是所有离子实都干扰导电电子的运动固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场固体材料中周期性晶格势场的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移的不规则点构成传导电子移动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者动的障碍是碰撞中心或者散射中心散射中心散射中心散射中心固体材料中的晶格势场固体材料中的晶格势场一维晶体中离子实的库仑势场的变化曲线源于固体材料中的离子实与电子之间的库仑作用势能源于固体材料中的离子实与电子之间的库仑作用势能单个离子实的库仑势场在一个方向上随位置的变化曲线晶体中离子实的周期排列产生周期性晶格库仑势场金属导电性金属导电性与晶体缺陷的关系与晶体缺陷的关系零维缺陷三维缺陷理想晶体结构一维缺陷二维缺陷晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场晶体缺陷局部破坏晶格势场周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动周期性对传导电子的运动产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金产生阻碍作用导致晶态金属的导电性降低属的导电性降低属的导电性降低属的导电性降低fe中加入少量ag导电性如何变
金属的导电性与热导性
金属的导电性与热导性金属作为一种重要的材料，具有优异的导电性和热导性，广泛应用于电子、能源、建筑等领域。
本文将介绍金属的导电性与热导性的原理和特点，并探讨其应用。
一、导电性原理和特点1.1 导电性原理金属的导电性是由其晶体结构和电子结构决定的。
金属晶体由正离子核和自由电子云组成，自由电子能在晶体中自由运动，形成电子气。
当外加电场作用于金属中时，电子气会在导电体内形成电流，从而实现电能的传导。
1.2 导电性特点金属的导电性具有以下特点：首先，金属的导电性较好，能够传导电流，并且电阻较低。
这是因为金属中存在大量自由电子，电子之间的相互作用较弱，电子能够自由运动，形成连续的电流。
其次，金属的导电性具有良好的稳定性。
金属导体在通电时不易发生电子散射、热扩散等现象，能够稳定地传导电流。
最后，金属的导电性随着温度的升高而略有下降。
这是由于温度升高会导致金属晶格振动增大，影响了电子的自由运动。
二、热导性原理和特点2.1 热导性原理金属的热导性是由其分子及电子的传导贡献决定的。
金属中的自由电子能够在外加温度梯度作用下传递热能，实现热量的导热。
2.2 热导性特点金属的热导性具有以下特点：首先，金属的热导性较好，能够迅速传递热量。
金属中的自由电子具有高速度，能够迅速传递热能，使热量快速传导。
其次，金属的热导性具有较高的热传导率。
热传导率是衡量物质导热能力的重要指标，金属的热传导率较高，能够迅速传递热量。
最后，金属的热导性受到材料的晶格结构和温度的影响。
晶格结构的不完整、缺陷会影响金属的热导性能力，而温度的升高会影响金属颗粒振动，从而影响热量的传导。
三、导电性与热导性的应用3.1 电子领域金属的导电性使其成为电子器件制造中重要的材料。
电子器件中的导线、电极通常采用金属材料，以实现电流的传导和电能的转换。
此外，金属材料在集成电路、电子元件等领域也有广泛的应用。
3.2 能源领域金属的导电性和热导性在能源领域具有重要应用。
4-3物质的导电性
阅读资料
锗、硅、硒、砷化镓及许多金属氧化物和金属硫化物等 物体，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，叫做半导体。 半导体具有一些特殊性质。如利用半导体的电阻率与温度的 关系可制成自动控制用的热敏元件（热敏电阻）；利用它的 光敏特性可制成自动控制用的光敏元件，像光电池、光电管 和光敏电阻等。
半导体还有一个最重要的性质，如果在纯净的半导体物 质中适当地掺入微量杂质测其导电能力将会成百万倍地增加。 利用这一特性可制造各种不同用途的半导体器件，如半导体 二极管、三极管等。
导体的电阻小，导电能力强。 绝缘体的电阻大，导电能力弱。
小结
导 体 容易导电 原因 存在自由电荷
（金属导电：靠自由电子） 都 有 电 荷
绝缘体 不容易导电 原因 无自由电荷
1、下列物体都属于导体的是---------------------（ C ）
A、大地、橡胶
B、纯水、碳棒
C、人体、金属 D、油、水溶液
（如：塑料、玻璃、橡胶、陶瓷、干木头、 油、干燥的空气等）
注意：纯净的水不导电，普通水是能导电的。
玻璃在常温下是绝缘体，那么在 加热到发红时能否导电？
玻璃
导体和绝缘体 不是 _绝__对___的。
绝缘体
导体
半导体：导电能力介于导体与绝缘 体之间的物质(如：硅和锗)
计算机主板上集中了几十万个半导体元件
4、导体容易导电的原因是（ C ）
A、导体都是固体
B、导体中含有电荷
C、导体中含有能自由移动的电荷
D、导体通了电
5、连接电路的导线是铜丝外加塑料皮， 铜丝属于 导体 ，塑料属于 绝缘体。 6、导体对于电流的 阻碍 作用，叫做导体的 电阻。
7、一段金属丝的电阻为20000Ω= 20 kΩ= 0.02MΩ
材料化学课后题答案第三章
第三章 材料的性能 1.用固体能带理论说明什么是导体，半导体，绝缘体？ 答：固体的导电性能由其能带结构决定。
对一价金属（如Na ），价带是未满带，故能导电。
对二价金属（如Mg ），价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电。
绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。
禁带宽度较小时（0.1—3eV ）呈现半导体性质，禁带宽度较大（＞5eV ）则为绝缘体。
答案或者是： 满带：充满电子的能带 空带：部分充满或全空的能带 价带：价电子填充的能带 禁带：导带及满带之间的空隙 （其中，空带和价带是 导带） 导体：价带未满，或价带全满但禁带宽度为零，此时，电子能够很容易的实现价带与导带之间的跃迁。
半导体：价带全满，禁带宽度在0.1-3eV 之间，此时，电子可以通过吸收能量而实现跃迁。
绝缘体：价带全满，禁带宽度大于5eV ，此时，电子很难通过吸收能量而实现跃迁 2、 有一根长为5 m ，直径为3mm 的铝线，已知铝的弹性模量为70Gpa ，求在200N 的拉力作用下，此线的总长度。
= 5.002 m 3.试解释为何铝材不易生锈，而铁则较易生锈？ 答:锈蚀机理不同，前者为化学腐蚀，后者为电化学腐蚀铝是一种较活泼的金属，但因为在空气中能很快生成致密的氧化铝薄膜，所以在空气中是非常稳定的。
铁与空气中的水蒸气，酸性气体接触，与自身的氧化物之间形成了腐蚀电池，遭到了电化学腐蚀，所以容易生锈。
4.为什么碱式滴定管不采用玻璃活塞？答：因为普通的无机玻璃主要含二氧化硅，二氧化硅是一种酸性的氧化物，在碱液中将会被溶解或侵蚀，其反应为：SiO2+2NaOH →Na2SiO3+H2O5.何种结构的材料具有高硬度？如何提高金属材料的硬度？答：由共价键结合的材料具有很高的硬度，这是因为共价键的强度较高。
无机非金属材料由离子键和共价键构成，这两种键的强度均较高，所以一般都有较高硬度，特别是当含有价态较高而半径较小的离子时，所形成的离子键强度较0/F A σ= (H E σε=00()/l l lε=-()/l l l ε=-高(因静电引力较大)，故材料的硬度较高。
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金属最小电导率 m i n C M o t t( e 2 /h ) n c 3 ~ 2 0 0 0 / c m
金属最大电阻率
m ax~500 cm
可以看到上述三种不同的 判断在量级上是一致的
莫特判据有一个重要的推论，即：绝缘体 和金属态之间在特定条件下可以相互转换
§3.2 导体电阻率
电阻率源于传导电子的散射，固体因缺陷、杂质、晶格振动、 库仑作用等，往往存在着多种散射机制
j niqivi
i
i表示第i种载流子
三、材料基本导电类型
电子导电（包括空穴导电、极化子导电）
离子导电（包括空位导电）
离子导电指输运电荷中的载流子是离子 具有离子电导解电质性溶的液固(如态K物C质l溶常液被)的称导为电固就体是电离解子质导电 这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子 提供快速迁移的通道，在某些温度下具有高的电导率(1～ 106西门子/厘米)，故又称为快离子导体。
电流强度：单位时间内流过某一截面的电荷量
I
dq dt
eI
电流密度：单位时间内流过材料单位横截面的电量 电阻：物体对电流的阻碍特性
j dI ds
实验上其值由加在材料两端的电压与通过这段材料
电流的比值确定，即 R V
I
材料的电阻由材料本身的物理条件决定
RL S
电阻率：单位面积、单位长度材料的电阻值，单位Ω·cm
2、按固体的能带结构分类
导体
具有下列三种情况的能带 结构的固体均为导体
没有禁带存在，即空带底 和满带顶紧靠在一起，如 自由电子的情况
E (k )
有禁带存在，但 禁带下的能带未 被电子完全占据
空带
k
电子占据的能带和 能量较高的空带间 虽有禁带，但它们 之间有重迭
E(k)
空带
Eg 禁带
k
E (k )
空带
杂质、缺陷等散射 电子－声子相互作用
＝ 0 ＋ p he em a g
电子－电子相互作用
磁散射
剩余电阻率
声子散射有 关的电阻率
磁散射有关 的电阻率
电子－电子相互作 用有关的电阻率
1、剩余电阻率 0
起因 导体中或多或少存在缺陷或结构不完整或含有杂质离子，这些缺 陷、结构不完整性和杂质将对传导电子产生散射，引起电阻。
k
绝缘体
E(k)
空带 禁带
价电子正好把价带填满，而上面的许可 带没有电子占据，在满带和空带之间存 在一禁带。
禁带宽度称为带隙，绝缘体的带隙通常 在几eV以上。在一般的温度下，电子不 可能获得足够的能量而从满带跃迁到空 带中，因此不具有导电性 。
k
半导体
E(k)
空带 禁带
半导体的能带和绝缘体相似，只是带隙 要小得多，通常在1eV左右。由于较小 的带隙，当有光照或升高温度时，价带 中的电子将被激发到空带中，使导带底 附近有少量电子，这些电子将参与导电； 同时价带中出现的空穴也将参与导电。
电导：物体对电流的导通特性，其值为电阻的倒数 电导率：表征材料导电能力 的物理量，其值为电阻率的倒数
1
相对电导率IACS%：（工程上）以20oC下，软纯铜的电导率 为标准，其他材料的电导率与之相比的百分数
Fe:17% Al:65%
迁移率：单位电场作用下载流子的漂移运动速度 v
E
反映了载流子在电场作用下运动的难易程度
载流子的基本类型
电子、空穴、正/负离子以及带电空位、极化子等
二、基本规律及关系式
1、欧姆定律：
积分形式
IV R
微分形式
j E
2、电导率与迁移率的关系： nq
n为单位体积的载流子数目，也称载流子密度
3、电流密度与载流子的漂移运动速度的关系：
jEnqv
4、有多种载流子参与导电时的电导率与电流密度
niqii i
k
利用半导体在温度升高、受光 照射等条件下的导电性能大大 增强的特性，可研制出诸如热 敏电阻、光敏电阻等器件。
空带
h
满带
3、按阻温系数分类
(T)
导体
d0 还 是d0?
dT
dT
绝缘体或 半导体
金属 绝缘体
Resistivity
0
Temperature
4、按电阻率分类
Mooij判据
固体电阻率变化范围
如在La2/3Ca1/3MnO3中，电子可在Mn3+与Mn4+之间以O2-作为 媒介转移，当Mn3+与Mn4+的数目比为2:1时，具有很好的导电 性。
四、导电性的分类 导电性是评价材料所具有的传导电流的性质
1、按物体室温下电阻率大小分类 绝缘体：室温情况下的电阻率一般在108cm以上 半导体：室温情况下的电阻率一般在10-5—108 cm范围 导体：室温情况下的电阻率一般在10-5cm以下
电子-离子混合导电 离子-电子混合导体是一种重要且具有明确使用价值的功
能陶瓷材料，可用于氧的分离和纯化以及各种涉氧反应，可 作为固体氧化物燃料电池的阴极材料等。
一般显示良好导电性的陶瓷材料，有电子导电参与。其中，未 填满的d轨道上的电子，其电子云在空间发生重叠形成能带， 在一定程度上公有化，从而具有导电性。
第三章 材料的导电性质
§3.1 基本概念及基本规律 §3.2 导体电阻率 §3.3 晶态半导体电阻率 §3.4 离子固体中的导电性 §3.5 强定域态材料中的导电性 §3.6 极化子有关的电阻率 §3.7 外场对材料导电性能的影响
§3.1 基本概念及基本规律
一、基本概念 电流：定向移动的电荷 电荷一般由载流子携带
最纯 金属
导电性最差
109cm 的绝缘体
1022cm
ne2
m
e2
n kF2
kFl
利用kF3 3 2n
以及kFl kFa 1
可估计出三维情况 下最小金属电导为
a是一与晶格常数 相近的微观尺度
2 0 0 c m 绝 缘 体
2 0 0 c m金 属
3D min
1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
32
e2
1 利用 a 以及a
在多种散射机制存在下，总的散射几率是： PPi i
Pi代表第i 种机制单位时间内的散射几率
总散射驰豫时间 1 1/ P k 1
i1 i
意味着总电阻率是不同散 射机制引起的电阻率之和
由于 ne2
m
导体
故有m 1m k 1
ne2 ne2 i1 i
马西森(Matthiessen)定则
导体电阻率至少包含四个部分
e2 4.1k ~ 0.1nm
m ax~200 cm
大量的实验数据分析表明，对 电阻率大于80-100cm时，
d/dT0 不再保持，这和上面根据阻温系数给
出的经验判断在量级上是相一致的
5、莫特判据
nc为载流子的临界密 度, aH为局域电子中 心的特征轨道半径
nc 1/3aH~0.250.38
莫特系数 0.01-0.05