第二章材料的电学性能金属及合金的导电性及电阻的测量.ppt
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1、第二章材料的电学性能金属及合金的导电性及电阻的测量现在学习的是第1页,共30页根据量子电子论和能带理论得出电导率计算公式:根据量子电子论和能带理论得出电导率计算公式:e 电子的电荷量,电子的电荷量,n*单位体积内的有效电子数,单位体积内的有效电子数,m*电子的有效质量,电子的有效质量,电子两次相邻散射的时间间隔。电子两次相邻散射的时间间隔。令:令:(散射系数)(散射系数)其中:其中:现在学习的是第2页,共30页则电阻率为:则电阻率为:电阻的本质电阻的本质 电子波在晶体点阵中传播时,受到散射,从而产生阻碍电子波在晶体点阵中传播时,受到散射,从而产生阻碍作用,降低了导电性。作用,降低了导电性。电子
2、波在绝对零度下,通过一个理想点阵时,将不会受电子波在绝对零度下,通过一个理想点阵时,将不会受到散射,无阻碍传播,电阻率为到散射,无阻碍传播,电阻率为0。现在学习的是第3页,共30页电阻产生电阻产生的机制的机制(3)晶体点阵的完整性被破坏(存在杂质原子、晶)晶体点阵的完整性被破坏(存在杂质原子、晶 体缺陷等),对电子波产生散射。体缺陷等),对电子波产生散射。(1)晶体点阵离子的热振动(声子),对电子波产)晶体点阵离子的热振动(声子),对电子波产 生散射。生散射。(2)晶体点阵电子的热振动,对电子波产生散射。)晶体点阵电子的热振动,对电子波产生散射。原因(原因(1)、()、(2)产生,)产生,0K
3、时为时为0。电阻电阻基本电阻:基本电阻:残余电阻:残余电阻:原因(原因(3)产生,)产生,0K时的电阻。时的电阻。现在学习的是第4页,共30页马基申定律马基申定律金属固溶体金属固溶体电阻率:电阻率:基本电阻率基本电阻率(T):由热运动引起,与温度有关。:由热运动引起,与温度有关。残余电阻率残余电阻率C:决定于化学缺陷和物理缺陷,:决定于化学缺陷和物理缺陷,与温度无关。与温度无关。现在学习的是第5页,共30页2.4.2 影响金属导电性的原因影响金属导电性的原因1.温度对金属电阻的影响温度对金属电阻的影响(1)一般规律)一般规律其大小决定于晶体缺陷的类型和数量。其大小决定于晶体缺陷的类型和数量。0
4、 K 时:时:极低温时:极低温时:电子散射占主要地位,声子散射很弱,基电子散射占主要地位,声子散射很弱,基 本电阻与温度的平方成正比。本电阻与温度的平方成正比。(T 2 K)现在学习的是第6页,共30页 随着温度的升高,声子散射散射作用逐渐增强,并占据主随着温度的升高,声子散射散射作用逐渐增强,并占据主导地位。导地位。根据根据德拜理论德拜理论,原子热振动存在两个规律性区域,区,原子热振动存在两个规律性区域,区分区域的温度被称为德拜温度分区域的温度被称为德拜温度D。时:时:时:时:现在学习的是第7页,共30页现在学习的是第8页,共30页电阻率随温度的变化规律:电阻率随温度的变化规律:对于非过渡族
5、金属:对于非过渡族金属:D 500 K,当,当 T 2/3 D 时,时,可略去高次项,具有线性关系。可略去高次项,具有线性关系。(室温以上)(室温以上)电阻温度系数电阻温度系数室温以上室温以上现在学习的是第9页,共30页 纯金属纯金属的电阻温度系数大多近似为的电阻温度系数大多近似为 ,过过渡族金渡族金属属特特别别是磁性金属是磁性金属较较大,如大,如铁铁的的值为值为(2)过渡族金属和多晶型转变)过渡族金属和多晶型转变 在在过过渡族金属中渡族金属中电电阻与温度的关系复阻与温度的关系复杂杂,Mott认为这认为这是由于是由于过渡族金属中存在着不同的载体。过渡族金属中存在着不同的载体。传导电子有可能从传
6、导电子有可能从 s-壳层向壳层向 d-壳层过渡,对电阻带来壳层过渡,对电阻带来明显影响。另外,在明显影响。另外,在 时,时,s态电子在态电子在 d 态电子上态电子上的散射将变得很可观。的散射将变得很可观。因此,金属因此,金属室温以上的线性关系被破坏。室温以上的线性关系被破坏。过渡族金属过渡族金属现在学习的是第10页,共30页金属多晶型转变金属多晶型转变 多晶型金属的不同结构具有不同的物理性质,电阻多晶型金属的不同结构具有不同的物理性质,电阻温度系数也不同,电阻率随温度变化将发生突变。温度系数也不同,电阻率随温度变化将发生突变。(3)铁磁金属的电阻)铁磁金属的电阻-温度关系反常温度关系反常 铁磁
7、材料随温度的变化,在一定温度下发生铁磁铁磁材料随温度的变化,在一定温度下发生铁磁-顺顺磁的磁相转变,从而导致电阻磁的磁相转变,从而导致电阻-温度关系反常。温度关系反常。现在学习的是第11页,共30页现在学习的是第12页,共30页2.受力情况对金属电阻的影响受力情况对金属电阻的影响(1)拉力的影响)拉力的影响(2)压力的影响)压力的影响 在弹性限度内,单向拉伸或扭转应力能提高金属的电阻率。在弹性限度内,单向拉伸或扭转应力能提高金属的电阻率。0 为无负荷电阻率,为无负荷电阻率,应力系数,应力系数,为拉应力。为拉应力。对于大多数金属,压力能降低金属的电阻率。对于大多数金属,压力能降低金属的电阻率。现
8、在学习的是第13页,共30页0 为真空下电阻率,为真空下电阻率,压力系数,为负值,压力系数,为负值,p为拉应力。为拉应力。在高压下,原子间距缩小,内部缺陷的形态、电子结在高压下,原子间距缩小,内部缺陷的形态、电子结构、费米面、能带结构及电子散射机制等都发生了变化,构、费米面、能带结构及电子散射机制等都发生了变化,从而影响材料的导电性,甚至可能导致物质的金属化。从而影响材料的导电性,甚至可能导致物质的金属化。发生从绝缘体发生从绝缘体半导体半导体金属金属 超导体的某些转变超导体的某些转变。但一些碱金属、碱土金属和第但一些碱金属、碱土金属和第族的半金属元素族的半金属元素 出现出现反常。反常。现在学习
9、的是第14页,共30页现在学习的是第15页,共30页3.冷加工对金属电阻的影响冷加工对金属电阻的影响 冷加工的形变使金属的电阻率提高。冷加工的形变使金属的电阻率提高。4.晶格缺陷对金属电阻的影响晶格缺陷对金属电阻的影响 晶格缺陷使金属的电阻率提高。晶格缺陷使金属的电阻率提高。5.热处理对金属电阻的影响热处理对金属电阻的影响 冷加工后,再退火,可使电阻降低。当退火温度接近于冷加工后,再退火,可使电阻降低。当退火温度接近于再结晶温度时,可降低到冷加工前的水平。再结晶温度时,可降低到冷加工前的水平。但当退火温度高于再结晶温度时,电阻反而增大。新晶粒但当退火温度高于再结晶温度时,电阻反而增大。新晶粒的
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- 第二 材料 电学 性能 金属 合金 导电性 电阻 测量
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