電介質(zhì)的電導(dǎo)課件

第三章電介質(zhì)的電導(dǎo)本章講解實(shí)際介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中的有限電導(dǎo)過(guò)程及微觀(guān)機(jī)理?！?-1電導(dǎo)的概念一、載流子電介質(zhì)中——離子電導(dǎo)為主。離子微小位移——產(chǎn)生極化離子從一個(gè)電極位移至另一個(gè)電極——形成電導(dǎo)載流子的種類(lèi)：離子——從能帶理論可知，主要為弱聯(lián)系離子、本征離子；帶電膠?！缢x解；電子——對(duì)窄禁帶電介質(zhì)。載流子的形成：離子電導(dǎo)：由（晶格）結(jié)點(diǎn)上的離子產(chǎn)生的本征離子電導(dǎo)；由雜質(zhì)離子產(chǎn)生的雜質(zhì)離子電導(dǎo)。電泳電導(dǎo)：帶電膠粒形成的基團(tuán)（游子）產(chǎn)生的電導(dǎo)。電子電導(dǎo)：一般是由光輻照產(chǎn)生的電子形成電子電導(dǎo)。abc導(dǎo)帶價(jià)帶電子導(dǎo)電空穴導(dǎo)電受激激子：雜質(zhì)離子與價(jià)帶電子的復(fù)合（不參與導(dǎo)電）二、電導(dǎo)率與遷移率的概念SVm結(jié)論：對(duì)電介質(zhì)來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電載流子可以是離子和電子，但在大多數(shù)情況下，主要為離子導(dǎo)電，這與導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電子導(dǎo)電機(jī)理有所不同；研究電介質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)，應(yīng)了解載流子的性質(zhì)和其遷移機(jī)理，揭示宏觀(guān)介電參數(shù)與微觀(guān)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)間的規(guī)律性?！?-2氣體介質(zhì)的載流子和電導(dǎo)一、載流子的產(chǎn)生體積電離——體內(nèi)氣體分子相互碰撞而發(fā)生的電離，又稱(chēng)為本征電離；表面電離——金屬電極表面電子逸出而使氣體發(fā)生的電離，又稱(chēng)為非本征電離。氣體介質(zhì)只有在氣體分子電離的情況下，才會(huì)產(chǎn)生電流。氣體分子的相互碰撞，光、熱、輻射等都可能引起氣體電離。說(shuō)明在電流很小時(shí)，載流子的濃度與無(wú)電場(chǎng)的載流子濃度相同。通常所說(shuō)的電導(dǎo)率均是指飽和區(qū)的電導(dǎo)率?！?-3液體介質(zhì)的載流子和電導(dǎo)常見(jiàn)的液體電介質(zhì)：礦物油——變壓器油、電容器油；植物油——蓖麻油、桐油；有機(jī)溶劑——苯、甲苯、四氯化碳；新型液體介質(zhì)——十二烷基苯、硅油、酯類(lèi)油。純液體介質(zhì)具有很低的電導(dǎo)率=10-13~10-15（cm）-1，含有雜質(zhì)的液體介質(zhì)的電導(dǎo)率=10-9~10-13（cm）-1。一、液體介質(zhì)的載流子離子本征離子雜質(zhì)離子膠粒——水（或懸浮狀水珠）離子的來(lái)源：熱離解產(chǎn)生直接離解：如H2O——2H++O2-間接離解：先發(fā)生氧化組成新的物質(zhì)，再離解。二、液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)三、液體介質(zhì)的電泳電導(dǎo)1.載流子——膠粒來(lái)源：1）加樹(shù)脂（提高黏度、穩(wěn)定性）——懸浮離子；2）過(guò)量的水——細(xì)小水珠。特點(diǎn)：1）膠粒為分子的聚集體，大小在10-6~10-10m；2）膠粒為分散體系，作布朗熱運(yùn)動(dòng)；3）膠粒為帶電體，帶電規(guī)律：膠粒的介電常數(shù)比液體大，帶正電膠粒的介電常數(shù)比液體小，帶負(fù)電2.電泳電導(dǎo)的計(jì)算電場(chǎng)力F摩擦力f運(yùn)動(dòng)方向華爾頓定律本征離子的華爾頓定律由于本征離子是由液體分子電離而來(lái)，因此可認(rèn)為本征離子的性質(zhì)與液體分子基本相同，即：注：該關(guān)系式只適用于液體的本征離子，雜質(zhì)離子不能適用。§3-4固體介質(zhì)的電導(dǎo)一、固體介質(zhì)的載流子離子：雜質(zhì)離子和本征離子電子二、固體介質(zhì)導(dǎo)電性質(zhì)的判斷SNI-+PalmFBI1.電子電導(dǎo)的判定：霍耳效應(yīng)三、晶體中的離子電導(dǎo)參與電導(dǎo)的離子為缺陷和雜質(zhì)等弱聯(lián)系離子。SchottkyFrenkel本征雜質(zhì)低溫時(shí)主要由活化能低的雜質(zhì)離子引起電導(dǎo)；高溫時(shí)主要由活化能高的本征離子引起電導(dǎo)?？捎蓪?shí)驗(yàn)來(lái)確定活化能U=KB四、無(wú)定形固體介質(zhì)的電導(dǎo)玻璃為典型的無(wú)定形固體介質(zhì)，它沒(méi)有固定的活化能，活化能U為平均值。激活能大，電導(dǎo)率低LiNaKRKNa40%60%3）降低玻璃的電導(dǎo)中和效應(yīng)：當(dāng)玻璃中堿金屬氧化物的總濃度較高，而用另一種堿金屬來(lái)部分取代（總濃度保持不變），可降低玻璃的電導(dǎo)率和損耗，這種效應(yīng)稱(chēng)為“中和效應(yīng)”。壓抑效應(yīng)：在堿金屬氧化物玻璃中，加入二價(jià)堿土金屬氧化物（CaO、BaO等），由于二價(jià)堿土金屬可使玻璃結(jié)構(gòu)比單一含一價(jià)堿金屬時(shí)的結(jié)構(gòu)更緊密，并使勢(shì)壘增高，從而降低玻璃的電導(dǎo)率和損耗。五、固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)絕緣電阻與體積、表面電阻的關(guān)系注：1測(cè)量電極2.高壓電極3.保護(hù)電極4.被測(cè)試樣三電極系統(tǒng)體積電流的測(cè)量表面電流的測(cè)量（M—主電極；H—對(duì)電極；G—保護(hù)電極。）圖、體積電流和表面電流的測(cè)量影響表面電導(dǎo)的因素：1.水對(duì)表面電導(dǎo)的影響2.多孔結(jié)構(gòu)的影響3.表面清潔度的影響4.表面粗糙的影響親水介質(zhì)：浸潤(rùn)角<90疏水介質(zhì)：浸潤(rùn)角>90六、固體介質(zhì)的電子電導(dǎo)主要為：禁帶寬度（Eg）較小的電介質(zhì)和薄膜介質(zhì)。來(lái)源：金屬電極、熱電子發(fā)射、場(chǎng)致冷發(fā)射和碰撞電離。運(yùn)動(dòng)形式：能帶模型（EnergyBandModel）；

跳躍模型（HoppingModel）；

自由電子氣模型（FreeElectronGasModel）1.能帶模型ECmaxECEVEVminEFEgECmaxECEVEVminEFEg施主能級(jí)ECmaxECEVEVminEFEg受主能級(jí)當(dāng)Eg>3ev時(shí)，本征激發(fā)的電子和空穴濃度很低，故電子電導(dǎo)不明顯。但介質(zhì)中同樣存在類(lèi)似半導(dǎo)體的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)形成淺能級(jí)。2.跳躍模型