材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)_顧宜_第四章第四節(jié)材料的電學(xué)性能

1、第四章第四章 內(nèi)容內(nèi)容4-1 固體材料的機械性能固體材料的機械性能4-2 材料的熱性能材料的熱性能4-3 材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能4-4 材料的磁學(xué)性能材料的磁學(xué)性能4-5 材料的光學(xué)性能材料的光學(xué)性能4-6 材料的耐腐蝕性材料的耐腐蝕性4-7 復(fù)合材料的性能復(fù)合材料的性能4-8 納米材料及效應(yīng)納米材料及效應(yīng)Chapter 12Electrical Properties of Materials The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conducti

2、vities and four possible electron band structures for solid materials. How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities.4-3 材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能電力電力機械、交通機械、交通電子、微電子電子、微電子日常生活日常生活材料的電學(xué)性能材料的電學(xué)性能(electrical property)直流電場直流電場交變電場交變電

3、場介電性質(zhì)弱電場弱電場 導(dǎo)電性質(zhì)強電場強電場 擊穿現(xiàn)象 材料表面材料表面靜電現(xiàn)象 不同材料電學(xué)性能的差異及其與組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)不同材料電學(xué)性能的差異及其與組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系系電導(dǎo)率和電阻率的定義、電導(dǎo)率和電阻率的定義、電導(dǎo)機制、電導(dǎo)率的基電導(dǎo)機制、電導(dǎo)率的基本參數(shù)及影響因素本參數(shù)及影響因素 材料的電子能帶結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)性、光導(dǎo)性和半導(dǎo)電材料的電子能帶結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)性、光導(dǎo)性和半導(dǎo)電性公式性公式 超導(dǎo)電性的定義、超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性的定義、超導(dǎo)體的2 2種特性、種特性、3 3個性能指個性能指標(biāo)標(biāo) 介電常數(shù)的定義、介質(zhì)極化的三種機制，介電常數(shù)的定義、介質(zhì)極化的三種機制， 交變電場中的介電損耗的成因及影響因素交變電

4、場中的介電損耗的成因及影響因素 擊穿強度的定義擊穿強度的定義 材料電性能與溫度的關(guān)系材料電性能與溫度的關(guān)系電導(dǎo)率電導(dǎo)率(electrical conductivity)和和電阻率電阻率 4-3-1 電導(dǎo)率和電阻率電導(dǎo)率和電阻率電阻率分電阻率分： 體積電阻率：體積電阻率： V , m表面電阻率表面電阻率： S , 電阻率電阻率 1 、西門子西門子電導(dǎo)率電導(dǎo)率電導(dǎo)率電導(dǎo)率(electrical conductivity) (1) 表征表征材料導(dǎo)電性的大小材料導(dǎo)電性的大小。 單位：S. m-1, （.m）-1 根據(jù)電導(dǎo)率對材料的根據(jù)電導(dǎo)率對材料的分類分類2、表表4-19 材料的分類及其電導(dǎo)率材料的分

5、類及其電導(dǎo)率材料材料電阻率電阻率電導(dǎo)率電導(dǎo)率超導(dǎo)體超導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體010-8-10-510-5-107107-1018105-10810-7-10510-18-10-7 不同材料的電導(dǎo)率不同材料的電導(dǎo)率舉例舉例金屬金屬 自由電子自由電子 電導(dǎo)率高電導(dǎo)率高 導(dǎo)電性好導(dǎo)電性好硅硅 半導(dǎo)體半導(dǎo)體離子固體離子固體 室溫絕緣體室溫絕緣體 T高高 電導(dǎo)率大電導(dǎo)率大 （無機非金屬）（無機非金屬） 高分子高分子 雜質(zhì)致有導(dǎo)電性雜質(zhì)致有導(dǎo)電性 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(-1.m-1)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

6、.2%,Mn 合金合金鈉鈉鎢，鎢， 工業(yè)純工業(yè)純黃銅黃銅（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TiC不銹鋼，不銹鋼，301型型鎳鉻合金鎳鉻合金 (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*1070.17*1070.14*1070.093*107石墨石墨SiC鍺，純硅硅，純苯酚甲醛（電木）窗玻璃 氧化鋁（Al2O3）云母甲基丙烯酸甲酯氧化鈹（BeO）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

7、烯聚四氟乙烯105 (平均平均)10 2.24.3*10-410-7-10-11101410141012-10151012-101510121012-10161012101410161014101326-28 302415-252215-19 18-617-2225-4016-20202.2-2.4 (1016Hz) 2.0-2.6 (1016Hz)2.5 (1016Hz)3.2-3.6 (1016Hz)4.14.03.43.73.02.0-2.22.9-3.12.2 0.05 0.001 0.005 0.04-0.08 (1016 Hz) 0.01 0.014 0.021 0.005 0.0

8、06 0.0002 0 . 0 1 -0.006 0.004 表表4-3-7 陶瓷電介質(zhì)的性能陶瓷電介質(zhì)的性能材料體積電阻率V .m擊穿強度MV/m介電常數(shù)介電損耗角正切值tg60Hz105Hz60Hz105Hz絕緣瓷絕緣瓷塊滑石塊滑石鋯英石鋯英石氧化鋁氧化鋁鈉鈣玻璃鈉鈣玻璃電氣玻璃電氣玻璃熔融石英熔融石英1 01 1-10131012約1013101210121015約101220-8080-150100-1501010-1066669-7-4-689743.8 0.01 0.005 0.035 - 0.1 - 0.001-0.0030.0010.00050.010.00060.0001 t

9、g 大，損耗大，材料發(fā)熱。大，損耗大，材料發(fā)熱。 電容介質(zhì)電容介質(zhì) 大，大，tg 小小 航空航天材料航空航天材料 小，小，tg 大，靜電小大，靜電小 高頻焊接：薄膜封口，高頻焊接：薄膜封口，tg 大大 高頻電纜高頻電纜用用PE，而不用，而不用PVC 非極性非極性 極性極性3 介電性的應(yīng)用介電性的應(yīng)用電場中材料破壞。電場中材料破壞。高分子材料，絕緣材料高分子材料，絕緣材料 重要指標(biāo)。重要指標(biāo)。電壓升高，超過臨界值，電阻率急劇下降，電流升電壓升高，超過臨界值，電阻率急劇下降，電流升高，材料由絕緣體高，材料由絕緣體 導(dǎo)體導(dǎo)體擊穿強度擊穿強度 E=V/h V擊穿電壓；擊穿電壓；h 材料厚度。材料厚度。 E 的單位：的單位：