第二章_材料的電學(xué)性能2武漢理工大學(xué)出版社

1、目錄12342.1導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的劃分2.2金屬的導(dǎo)電性2.3半導(dǎo)體的電學(xué)性能2.4電介質(zhì)材料及其介電性能2.5壓電材料及其介電性能2.8熱電材料及其介電性能2.6熱釋電材料及其介電性能2.7鐵電材料及其介電性能2.9超導(dǎo)材料及其超導(dǎo)電性22ne tm量子自由電子理論：量子自由電子理論：22ne Lmv經(jīng)典電子理論：經(jīng)典電子理論：n n：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的電子數(shù)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的電子數(shù)n n：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)參與單位體積內(nèi)參與 導(dǎo)電的電子數(shù)導(dǎo)電的電子數(shù)m: m: 電子質(zhì)量電子質(zhì)量2.2.1 金屬導(dǎo)電的理論金屬導(dǎo)電的理論能帶理論：能帶理論：ne ：電子的遷移率電子的遷移率2.2.2 影響金屬導(dǎo)電性的因素影

2、響金屬導(dǎo)電性的因素影響金屬導(dǎo)電性的因素外部因素溫度、壓力尺寸因素內(nèi)部因素電阻率各項(xiàng)異性金屬缺陷、冷加工1. 金屬中電阻產(chǎn)生的原因： 電阻的產(chǎn)生總是伴隨著晶格的不完整性。 1）溫度引起晶格的熱振動(dòng)加大，使晶格對(duì)自由電子的散射增大，產(chǎn)生電阻； 2）其他組元的加入及晶格畸變引起晶格周期性勢(shì)場(chǎng)的規(guī)律性和能帶結(jié)構(gòu)的改變等因素。)(T (T)，為與溫度有關(guān)的為與溫度有關(guān)的金屬基本電阻金屬基本電阻，即溶劑金，即溶劑金屬屬(純金屬純金屬)的電阻，對(duì)應(yīng)著兩種散射機(jī)制的電阻，對(duì)應(yīng)著兩種散射機(jī)制(聲子散射和聲子散射和電子散射電子散射) 。這個(gè)電阻在。這個(gè)電阻在T=0K降為零。降為零。 ，是晶體雜質(zhì)、缺陷引起的電阻（

3、電子在雜質(zhì)是晶體雜質(zhì)、缺陷引起的電阻（電子在雜質(zhì)和缺陷上的散射和缺陷上的散射) ，與溫度無(wú)關(guān)，在，與溫度無(wú)關(guān)，在T=0K不為不為0，稱為，稱為殘余電阻殘余電阻。T 一般意義上：一般意義上：.1)(320TTTTTT1)(0TT00)(dTTdT0)(平均電阻系數(shù)平均電阻系數(shù)真電阻系數(shù)真電阻系數(shù)圖圖3.1 溫度對(duì)金屬低溫比電阻的影響溫度對(duì)金屬低溫比電阻的影響1 理想金屬理想金屬2 含含雜質(zhì)雜質(zhì)金屬金屬3 含含缺陷缺陷金屬金屬)(T3212T /K2TD/35T電聲T電聲2T電電 2K時(shí)，時(shí)，DT32T電聲DT 5T電聲2T電電高壓力內(nèi)部缺陷形態(tài)電子結(jié)構(gòu)費(fèi)米能能帶結(jié)構(gòu)原子間距縮小0( )1TP 0

4、 0：真空條件下的電阻率真空條件下的電阻率P: P: 壓力壓力 ：壓力系數(shù)dpd0 例如，大部分堿金屬和稀土金屬；例如，大部分堿金屬和稀土金屬；610001）正常金屬：壓力增大，電阻率下降）正常金屬：壓力增大，電阻率下降2）反常金屬：壓力增大，電阻率升高）反常金屬：壓力增大，電阻率升高例如，鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、銅、銀等；例如，鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、銅、銀等； 壓阻材料壓阻材料: 應(yīng)變電阻變化應(yīng)變電阻變化 探測(cè)應(yīng)變探測(cè)應(yīng)變 壓敏材料：壓敏材料： 應(yīng)力電阻變化應(yīng)力電阻變化 感應(yīng)應(yīng)力感應(yīng)應(yīng)力RRpRRRp從金屬導(dǎo)電的機(jī)制可知，當(dāng)金屬導(dǎo)電電子的自由程同試樣尺從金屬導(dǎo)電的機(jī)制可知，當(dāng)金屬導(dǎo)電電子的自由程同

5、試樣尺寸是同一數(shù)量級(jí)時(shí)，這種影響就顯得十分突出。這一現(xiàn)象對(duì)寸是同一數(shù)量級(jí)時(shí)，這種影響就顯得十分突出。這一現(xiàn)象對(duì)研究和測(cè)試金屬薄膜和細(xì)絲材料（厚度約研究和測(cè)試金屬薄膜和細(xì)絲材料（厚度約(10100）1010m）的電阻很重要。的電阻很重要。原因：電子在薄膜表面產(chǎn)生散射，構(gòu)成新的附加電阻。原因：電子在薄膜表面產(chǎn)生散射，構(gòu)成新的附加電阻。薄膜材料電阻率：薄膜材料電阻率：0(1/)ddL DL L：樣品內(nèi)電子的平均自由程樣品內(nèi)電子的平均自由程D:D:樣品表面受到散射的電子平均自由程樣品表面受到散射的電子平均自由程一般在一般在立方系晶體立方系晶體中金屬的電阻表現(xiàn)為中金屬的電阻表現(xiàn)為各向同性各向同性；但；但

6、在在對(duì)稱性較差對(duì)稱性較差的六方晶系、四方晶系、斜方晶系和菱的六方晶系、四方晶系、斜方晶系和菱面體中，導(dǎo)電性表現(xiàn)為面體中，導(dǎo)電性表現(xiàn)為各向異性各向異性。電阻各向異性系數(shù)電阻各向異性系數(shù) 為垂直六方晶軸方向測(cè)得的電阻率，為垂直六方晶軸方向測(cè)得的電阻率， 為平行六方為平行六方晶軸方向的電阻率，不同金屬和不同溫度下是不相等晶軸方向的電阻率，不同金屬和不同溫度下是不相等的。常溫下是定值。的。常溫下是定值。 多晶試樣的電阻可通過(guò)晶體不同方向的電阻率表達(dá)：多晶試樣的電阻可通過(guò)晶體不同方向的電阻率表達(dá)：/）（多晶/231 現(xiàn)象：現(xiàn)象：冷加工（冷軋冷加工（冷軋/鍛、冷沖、冷拔等）鍛、冷沖、冷拔等）后，一般金屬電

7、后，一般金屬電阻率上升阻率上升26%，變形量越大，電阻率越高；，變形量越大，電阻率越高； 特例，特例，金屬鎢、鉬金屬鎢、鉬，當(dāng)冷變形量很大時(shí)，鎢電阻可增加，當(dāng)冷變形量很大時(shí)，鎢電阻可增加30%-50%，鉬增加，鉬增加1520。原因：原因：冷加工直接造成晶格畸變，產(chǎn)生大量位錯(cuò)、空位，增加冷加工直接造成晶格畸變，產(chǎn)生大量位錯(cuò)、空位，增加電子散射幾率；電子散射幾率； 同時(shí)冷加工也會(huì)引起金屬晶體原子間距鍵合的改變，導(dǎo)同時(shí)冷加工也會(huì)引起金屬晶體原子間距鍵合的改變，導(dǎo)致原子間距的改變。致原子間距的改變。 冷加工金屬退火后，消除晶格缺陷，電阻率可恢復(fù)。冷加工金屬退火后，消除晶格缺陷，電阻率可恢復(fù)。1) 塑性

8、變形引起的電阻率增加塑性變形引起的電阻率增加形變?cè)诮饘賰?nèi)部產(chǎn)生大量空位、間隙原子、位錯(cuò)等晶體缺形變?cè)诮饘賰?nèi)部產(chǎn)生大量空位、間隙原子、位錯(cuò)等晶體缺陷，引起點(diǎn)陣周期勢(shì)場(chǎng)破壞，使金屬電阻率增加。陷，引起點(diǎn)陣周期勢(shì)場(chǎng)破壞，使金屬電阻率增加。退火時(shí)，溫度升高到能使空位擴(kuò)散復(fù)合時(shí)，退火時(shí)，溫度升高到能使空位擴(kuò)散復(fù)合時(shí)， ，而位，而位錯(cuò)引起電阻率的增加則需加熱到再結(jié)晶溫度以上才能消除。錯(cuò)引起電阻率的增加則需加熱到再結(jié)晶溫度以上才能消除。根據(jù)馬西森定律根據(jù)馬西森定律在極低溫度下，純金屬電阻率主要由其內(nèi)部缺陷（包括雜在極低溫度下，純金屬電阻率主要由其內(nèi)部缺陷（包括雜質(zhì)原子）決定，質(zhì)原子）決定，即由剩余電阻率即由

9、剩余電阻率 決定。因此，研究晶體決定。因此，研究晶體缺陷對(duì)估價(jià)單晶體結(jié)構(gòu)完整性有重要意義。缺陷對(duì)估價(jià)單晶體結(jié)構(gòu)完整性有重要意義。位錯(cuò)空位0空位)(TC2) 缺陷對(duì)電阻率的影響缺陷對(duì)電阻率的影響 缺陷種類缺陷種類：造成剩余電阻率，與溫度無(wú)關(guān)。：造成剩余電阻率，與溫度無(wú)關(guān)。 點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子等位錯(cuò)等點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子等位錯(cuò)等 線缺陷：位錯(cuò)線缺陷：位錯(cuò) 面缺陷：表面、晶界、相界、層錯(cuò)面缺陷：表面、晶界、相界、層錯(cuò) 剩余電阻率是評(píng)價(jià)單晶體質(zhì)量的重要指標(biāo)剩余電阻率是評(píng)價(jià)單晶體質(zhì)量的重要指標(biāo)。 不同類型的晶體缺陷對(duì)金屬電阻率影響程度不不同類型的晶體缺陷對(duì)金屬電阻率影響程度不同

10、，點(diǎn)缺陷對(duì)剩余電阻率的影響相似，在同一數(shù)同，點(diǎn)缺陷對(duì)剩余電阻率的影響相似，在同一數(shù)量級(jí)。量級(jí)。 純金屬有局限性，純金屬有局限性， 合金化是改變和提高金屬材料的性能合金化是改變和提高金屬材料的性能最主要的途徑。由兩種或兩種以上的金屬經(jīng)熔混而成的、具最主要的途徑。由兩種或兩種以上的金屬經(jīng)熔混而成的、具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金有金屬特性的物質(zhì)稱為合金(alloy)。 合金相的晶體結(jié)構(gòu)：合金相的晶體結(jié)構(gòu)：主要有主要有固溶體固溶體和和中間相中間相（又稱金屬（又稱金屬間化合物）兩大類。間化合物）兩大類。 溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)主晶相溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)主晶相結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)位置一部位置一部分或分

11、或間隙間隙位置一部分，仍然保持晶相類型，這種晶體稱為位置一部分，仍然保持晶相類型，這種晶體稱為固固溶體溶體。置換式、間隙式固溶體。置換式、間隙式固溶體。2.2.3 固溶體的電阻率固溶體的電阻率 1） 固溶體電阻率當(dāng)形成當(dāng)形成固溶體固溶體時(shí)，合金導(dǎo)電性下降；時(shí)，合金導(dǎo)電性下降；即使是在導(dǎo)電即使是在導(dǎo)電性好的金屬溶劑中溶入導(dǎo)電性很高的溶質(zhì)金屬時(shí)，也是性好的金屬溶劑中溶入導(dǎo)電性很高的溶質(zhì)金屬時(shí)，也是如此。如此。 溶質(zhì)進(jìn)入溶劑晶格后，溶質(zhì)晶格畸變，影響周期勢(shì)溶質(zhì)進(jìn)入溶劑晶格后，溶質(zhì)晶格畸變，影響周期勢(shì)場(chǎng)，改變了固體能帶，增加了電子散射幾率，電阻率增場(chǎng)，改變了固體能帶，增加了電子散射幾率，電阻率增高。高

12、。 固溶體組元之間的相互作用，使能帶及電子云分布固溶體組元之間的相互作用，使能帶及電子云分布發(fā)生變化也是導(dǎo)致電阻率改變的因素之一。發(fā)生變化也是導(dǎo)致電阻率改變的因素之一。 2）低濃度固溶體的電阻率 馬西森定律：馬西森定律： 溶劑組元電阻率（晶格熱振動(dòng)，電子散射），溶劑組元電阻率（晶格熱振動(dòng)，電子散射），與溫度有關(guān)，絕對(duì)零度時(shí)為零。與溫度有關(guān)，絕對(duì)零度時(shí)為零。 殘余電阻（合金原子，空位、間隙原子及位錯(cuò)殘余電阻（合金原子，空位、間隙原子及位錯(cuò)等），與溫度無(wú)關(guān)；等），與溫度無(wú)關(guān)；C為雜質(zhì)原子含量；為雜質(zhì)原子含量； 為為1%原原子雜質(zhì)引起的附加電阻。子雜質(zhì)引起的附加電阻。)(0TC)(0T對(duì)于同一溶劑的

13、低濃度固溶體，摻入不同溶質(zhì)原子會(huì)導(dǎo)致金屬電阻率升高，且與溫度無(wú)關(guān)。低濃度固溶體的電阻溫度系數(shù)低于純金屬，但固溶體電阻率隨溫度變化的斜率與純金屬相同，與溶質(zhì)濃度無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，除過(guò)渡族金屬外，在同一溶劑中溶入1%原子溶質(zhì)金屬所引起的電阻率增加，由溶劑和溶質(zhì)金屬的價(jià)數(shù)而定，它的價(jià)數(shù)差越大，增加的增加的電阻率越大： a+b(Z)2,a、b是常數(shù)Z表示低濃度合金溶劑和溶質(zhì)間的價(jià)數(shù)差。 此式稱為(NorburyLide)法則。 3）高濃度固溶體的電阻率連續(xù)固溶體中，電阻隨合金成連續(xù)固溶體中，電阻隨合金成分連續(xù)變化無(wú)突變；分連續(xù)變化無(wú)突變； 當(dāng)組元當(dāng)組元A中溶入組元中溶入組元B時(shí)，電時(shí)，電阻率逐漸增大；阻

14、率逐漸增大；合金成分距組元成分越遠(yuǎn)，電合金成分距組元成分越遠(yuǎn)，電阻率越高，最大電阻率通常出阻率越高，最大電阻率通常出現(xiàn)在現(xiàn)在x=50%處，且可能比組元處，且可能比組元高很多；高很多；圖圖2.2 Ag-Au合金電阻率與成分的關(guān)系合金電阻率與成分的關(guān)系 例外，例外，貴金屬貴金屬(Cu，Ag，Au)與與過(guò)渡族金屬組成固溶體時(shí)偏離過(guò)渡族金屬組成固溶體時(shí)偏離50%，且電阻非常高，且電阻非常高。 因?yàn)閮r(jià)電子轉(zhuǎn)移到因?yàn)閮r(jià)電子轉(zhuǎn)移到過(guò)渡族金屬過(guò)渡族金屬內(nèi)較深而內(nèi)較深而末填滿的末填滿的d-或或f-殼層中殼層中，造成價(jià)電子造成價(jià)電子/導(dǎo)電電子數(shù)目減少的導(dǎo)電電子數(shù)目減少的緣故。緣故。 合金的電阻率隨成分變化：合金的

15、電阻率隨成分變化： 某一元素組分，某一元素組分，NA，NB元素元素A,B的原子濃度。的原子濃度。 一定溫度下，一定溫度下，圖圖2.3 Cu、Ag、Au和和Pd合金合金電組率與成分的關(guān)系電組率與成分的關(guān)系)1()(00 xxTBAANNNx)1(0 xx 常數(shù)4）有序固溶體的電阻率 （1）固溶體有序化后，合金）固溶體有序化后，合金組元的化學(xué)作用加強(qiáng)，因此電組元的化學(xué)作用加強(qiáng)，因此電子結(jié)合要比在統(tǒng)計(jì)上無(wú)序的固子結(jié)合要比在統(tǒng)計(jì)上無(wú)序的固溶體中強(qiáng)，使傳導(dǎo)電子數(shù)目減溶體中強(qiáng)，使傳導(dǎo)電子數(shù)目減少，剩余電阻率增加。少，剩余電阻率增加。 （2）晶體的離子電場(chǎng)在有序）晶體的離子電場(chǎng)在有序化時(shí)變得更對(duì)稱，電子散射

16、幾化時(shí)變得更對(duì)稱，電子散射幾率大大降低，這就使殘余電阻率大大降低，這就使殘余電阻減小。減小。 (2)(1) ，電阻總是降低。，電阻總是降低。圖圖2.5 Cu3Au合金有序化合金有序化對(duì)電組率影響對(duì)電組率影響T/ 100300200無(wú)序淬火態(tài)無(wú)序淬火態(tài)有序回火態(tài)有序回火態(tài) X射線結(jié)構(gòu)分析指出，對(duì)于退火的射線結(jié)構(gòu)分析指出，對(duì)于退火的Cu3Au和和CuAu合金，除了代表具有面心立方點(diǎn)陣無(wú)序固溶體的合金，除了代表具有面心立方點(diǎn)陣無(wú)序固溶體的X射射線譜外，還出現(xiàn)另外一些線譜，稱為線譜外，還出現(xiàn)另外一些線譜，稱為超結(jié)構(gòu)線譜超結(jié)構(gòu)線譜。 因?yàn)?，成分為因?yàn)?，成分為Cu3Au和和CuAu的合金在退火時(shí)晶體的合金

17、在退火時(shí)晶體點(diǎn)陣中的原子進(jìn)行了有序排列，例如點(diǎn)陣中的原子進(jìn)行了有序排列，例如CuAu的合金呈的合金呈有序狀態(tài)時(shí)，形成的點(diǎn)陣具有層狀結(jié)構(gòu)。有序狀態(tài)時(shí)，形成的點(diǎn)陣具有層狀結(jié)構(gòu)。l 化合物電阻率比純組元高很多：原因是原子鍵合方式發(fā)生化合物電阻率比純組元高很多：原因是原子鍵合方式發(fā)生改變，絕大多數(shù)由金屬鍵轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵，使電阻率增加；改變，絕大多數(shù)由金屬鍵轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵，使電阻率增加；l 中間相的導(dǎo)電性介于固溶體和化合物之間；包括電子化合物中間相的導(dǎo)電性介于固溶體和化合物之間；包括電子化合物和間隙相。電子化合物的電阻率比較高，隨溫度升高電阻率增和間隙相。電子化合物的電阻率比較高，隨溫度升高電阻率增加。間隙

18、相的導(dǎo)電性和金屬相似，部分間隙相還是良導(dǎo)體；加。間隙相的導(dǎo)電性和金屬相似，部分間隙相還是良導(dǎo)體；l 多相合金的電阻率是組成相電阻率的組合，受晶粒度大小、多相合金的電阻率是組成相電阻率的組合，受晶粒度大小、夾雜物大小和分布的影響。夾雜物大小和分布的影響。 等軸晶粒的兩相混合物，且電阻率比較接近，合金的電導(dǎo)等軸晶粒的兩相混合物，且電阻率比較接近，合金的電導(dǎo)率為：率為：)1(abaac2.2.4 化合物、中間相、多相合金的電阻率小結(jié)（1）.金屬的能帶結(jié)構(gòu) Eg價(jià)帶導(dǎo)帶價(jià)帶導(dǎo)帶 價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶部分填滿導(dǎo)帶部分填滿沒(méi)有禁帶沒(méi)有禁帶導(dǎo)帶價(jià)帶重疊導(dǎo)帶價(jià)帶重疊（2）.金屬導(dǎo)電的微觀機(jī)制E 在外電場(chǎng)的作用下，大量

19、共有化電子很易獲得能量，集體定向流動(dòng)形成電流。（3）.金屬的電導(dǎo)率的公式：ne（4）.影響金屬電導(dǎo)率的因素：1.溫度對(duì)電阻率的影響2.壓力對(duì)電阻率的影響3.尺寸對(duì)電阻率的影響TT1)(00( )1TP(1/)dL D4.各向異性對(duì)電阻率的影響）（多晶/2315.冷加工對(duì)電阻率的影響m6.固溶體的電阻率 成分對(duì)固溶體電阻率的影響0c 7.多相合金的電阻率)1(abaac1. 材料電性能測(cè)量 電阻的測(cè)量方法很多，一般都是根據(jù)測(cè)量的需要利用具電阻的測(cè)量方法很多，一般都是根據(jù)測(cè)量的需要利用具體的測(cè)試條件來(lái)選擇不同的測(cè)試方法。體的測(cè)試條件來(lái)選擇不同的測(cè)試方法。2.2.5 金屬導(dǎo)電性能的測(cè)量以及應(yīng)用電阻測(cè)

20、量方法直流指示法歐姆表法間接測(cè)量法直流比較法直流電橋測(cè)量法直流補(bǔ)償測(cè)量法按測(cè)量的范圍或測(cè)量的準(zhǔn)確度要求來(lái)分類：按測(cè)量的范圍或測(cè)量的準(zhǔn)確度要求來(lái)分類：對(duì)對(duì)107 以上較大的電阻以上較大的電阻(俗稱高阻俗稱高阻)，如材料的絕緣電如材料的絕緣電阻的測(cè)量，粗測(cè)時(shí)，可選用兆歐表阻的測(cè)量，粗測(cè)時(shí)，可選用兆歐表(俗稱搖表俗稱搖表)；要求；要求精測(cè)時(shí)，可選用沖擊檢流計(jì)測(cè)量。精測(cè)時(shí)，可選用沖擊檢流計(jì)測(cè)量。102 106 的中值電阻的中值電阻測(cè)量時(shí)，可選用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)，可選用萬(wàn)用表 擋、數(shù)擋、數(shù)字式歐姆表或伏安法測(cè)量，精測(cè)時(shí)可選用單電橋法測(cè)字式歐姆表或伏安法測(cè)量，精測(cè)時(shí)可選用單電橋法測(cè)量；量；10-6 102 的

21、電阻的測(cè)量的電阻的測(cè)量，如金屬及其合金電阻的測(cè)，如金屬及其合金電阻的測(cè)量，必須采用較精確的測(cè)量，可選用雙電橋法或直流量，必須采用較精確的測(cè)量，可選用雙電橋法或直流電位差計(jì)法測(cè)量；電位差計(jì)法測(cè)量；對(duì)半導(dǎo)體材料電阻對(duì)半導(dǎo)體材料電阻的測(cè)量用直流四探針?lè)?。的測(cè)量用直流四探針?lè)ā＃?）單電橋法 因?yàn)榻饘偌昂辖鸬碾娮杪室话愣己苄?，即使再紉再長(zhǎng)的試因?yàn)榻饘偌昂辖鸬碾娮杪室话愣己苄?，即使再紉再長(zhǎng)的試樣電阻也不會(huì)超過(guò)樣電阻也不會(huì)超過(guò)106 ，故可采用單電橋法測(cè)量。，故可采用單電橋法測(cè)量。 無(wú)論是單臂電橋、雙臂電橋還是直流電位差計(jì)，都是無(wú)論是單臂電橋、雙臂電橋還是直流電位差計(jì)，都是屬于比較法測(cè)量，即把待測(cè)量與已知

22、量屬于比較法測(cè)量，即把待測(cè)量與已知量(標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量)采用某種采用某種方式進(jìn)行比較而獲得測(cè)量結(jié)果。方式進(jìn)行比較而獲得測(cè)量結(jié)果?；菟雇姌蚍ǎ海ɑ菟雇姌蚍ǎ海?10 106 ） 不足：不足：靈敏度不高；靈敏度不高； 測(cè)量數(shù)值偏差較大測(cè)量數(shù)值偏差較大 很少用于測(cè)量金屬電阻很少用于測(cè)量金屬電阻243RRRRx（2）雙電橋法：雙電橋法： 測(cè)量電阻范圍（測(cè)量電阻范圍（ 10-6 102 ） 測(cè)量金屬電阻應(yīng)用最廣的方法測(cè)量金屬電阻應(yīng)用最廣的方法1324xNNRRRRRRR（3）電位差計(jì)法： 當(dāng)一恒定直流電通過(guò)試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，測(cè)定試樣和標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)一恒定直流電通過(guò)試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)，測(cè)定試樣和標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降

23、，電阻兩端的電壓降，廣泛用于金屬?gòu)V泛用于金屬合金的電阻測(cè)合金的電阻測(cè)量。量。xxNNVRRV（4）直流四探針?lè)ǎ?半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等低電阻率測(cè)量半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等低電阻率測(cè)量測(cè)量原理：測(cè)量原理：點(diǎn)電流源周圍的電流分布：點(diǎn)電流源周圍的電流分布：電場(chǎng)強(qiáng)度分布：電場(chǎng)強(qiáng)度分布：任意一點(diǎn)的電勢(shì)：任意一點(diǎn)的電勢(shì)：由由2、3兩點(diǎn)之間的電位差可得：兩點(diǎn)之間的電位差可得：探針系數(shù)探針系數(shù)22Ijr2222jIIErr2IVr23231224133411112VVCIrrrrI1224133411112Crrrr若四探針處于同一平面的一條直線上若四探針處于同一平面的一條直線上，且間距均為，且間距均為S，則有：，則有：

24、231111222VISSSS232VSI（5）高電阻阻率測(cè)量： （107 以上） 測(cè)量超高值絕緣陶瓷片和高分子薄膜的電阻率測(cè)量超高值絕緣陶瓷片和高分子薄膜的電阻率流過(guò)試樣的電流：流過(guò)試樣的電流： 電路結(jié)構(gòu)主要有五部分組成：電路結(jié)構(gòu)主要有五部分組成：體積電阻率：體積電阻率：表面電阻率表面電阻率：xixxRURRUIhrRVV212ln2DDRSS電流電流-電壓法電壓法雙電橋法雙電橋法單電橋法單電橋法電位差計(jì)法電位差計(jì)法-102-106-精度較高精度較高-附加電阻，低電附加電阻，低電阻測(cè)量誤差大阻測(cè)量誤差大- 1以上以上-簡(jiǎn)便簡(jiǎn)便-誤差大誤差大-10-4-10-3-精度高精度高-高、低溫測(cè)量高、

25、低溫測(cè)量，誤差大，誤差大-10-7微小電動(dòng)微小電動(dòng)勢(shì)勢(shì)-精度較高精度較高電阻測(cè)電阻測(cè)量方法量方法小結(jié)：小結(jié)：2.電阻分析的123總結(jié)總結(jié)分析分析4.研究合金研究合金的時(shí)效性的時(shí)效性6. 研究疲研究疲勞和裂紋擴(kuò)勞和裂紋擴(kuò)展展1.檢驗(yàn)合金檢驗(yàn)合金純度純度2.測(cè)定固溶測(cè)定固溶體溶解度體溶解度3.研究合金研究合金有序有序-無(wú)序無(wú)序轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變電阻分電阻分析應(yīng)用析應(yīng)用通過(guò)測(cè)量材料電阻率變化來(lái)研究材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及缺通過(guò)測(cè)量材料電阻率變化來(lái)研究材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及缺陷的方法稱為電阻法。陷的方法稱為電阻法。總結(jié)總結(jié)5.研究馬氏研究馬氏體轉(zhuǎn)變體轉(zhuǎn)變l純金屬具有較小的電純金屬具有較小的電阻率。形成固溶體時(shí)，阻率。

26、形成固溶體時(shí)，固溶體的電阻隨溶質(zhì)含固溶體的電阻隨溶質(zhì)含量的增加呈曲線變化而量的增加呈曲線變化而增加增加檢驗(yàn)合金檢驗(yàn)合金純度純度測(cè)定固溶體測(cè)定固溶體溶解度溶解度l把固溶體低溫淬火后，測(cè)試樣把固溶體低溫淬火后，測(cè)試樣品電阻率，作曲線，找出轉(zhuǎn)折品電阻率，作曲線，找出轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)濃度，即為溶質(zhì)的溶解點(diǎn)對(duì)應(yīng)濃度，即為溶質(zhì)的溶解度。度。原理原理方法方法l在趨近于絕對(duì)零度時(shí)，在趨近于絕對(duì)零度時(shí)，退火金屬的電阻主要取決退火金屬的電阻主要取決于雜志含量于雜志含量l 分別測(cè)出分別測(cè)出300K和和4.2K時(shí)的時(shí)的電阻，采用其比值檢驗(yàn)金屬電阻，采用其比值檢驗(yàn)金屬純度純度溶解度曲線：溶解度曲線：由于固體物質(zhì)的溶由于固體物

27、質(zhì)的溶解度隨溫度變化而變化，這種變解度隨溫度變化而變化，這種變化可以用溶解度曲線來(lái)表示。我化可以用溶解度曲線來(lái)表示。我們用縱坐標(biāo)表示溶解度，橫坐標(biāo)們用縱坐標(biāo)表示溶解度，橫坐標(biāo)表示溫度，繪出固體物質(zhì)的溶解表示溫度，繪出固體物質(zhì)的溶解度隨溫度變化的曲線，這種曲線度隨溫度變化的曲線，這種曲線叫做溶解度曲線。叫做溶解度曲線。溶解度曲線上點(diǎn)的意義溶解度曲線上點(diǎn)的意義l時(shí)效處理過(guò)程中，固時(shí)效處理過(guò)程中，固溶體中析出新相，合金溶體中析出新相，合金電阻率下降。電阻率下降。研究合金研究合金有序有序-無(wú)序無(wú)序轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變研究合金研究合金的時(shí)效性的時(shí)效性l先對(duì)試樣高溫淬火，得到過(guò)飽和先對(duì)試樣高溫淬火，得到過(guò)飽和固溶體，其電阻升高，再進(jìn)行時(shí)效固溶體，其電阻升高，再進(jìn)行時(shí)效處理，電阻下降。根據(jù)電阻率變化處理，電阻下降。根據(jù)電阻率變化特征研究合金時(shí)效過(guò)程，建立合金特征研究合金時(shí)效過(guò)程，建立合金時(shí)效動(dòng)力學(xué)曲線。時(shí)效動(dòng)力學(xué)曲線。原理原理方法方法l合金發(fā)生有序合金發(fā)生有序-無(wú)序轉(zhuǎn)無(wú)序轉(zhuǎn)變是，電阻率明顯下