電介質的電導課件

第三章電介質的電導本章講解實際介質在電場作用下，介質中的有限電導過程及微觀機理?！?-1電導的概念一、載流子電介質中——離子電導為主。離子微小位移——產生極化離子從一個電極位移至另一個電極——形成電導載流子的種類：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——對窄禁帶電介質。載流子的形成：離子電導：由（晶格）結點上的離子產生的本征離子電導；由雜質離子產生的雜質離子電導。電泳電導：帶電膠粒形成的基團（游子）產生的電導。電子電導：一般是由光輻照產生的電子形成電子電導。abc導帶價帶電子導電空穴導電受激激子：雜質離子與價帶電子的復合（不參與導電）二、電導率與遷移率的概念SVm結論：對電介質來說，導電載流子可以是離子和電子，但在大多數情況下，主要為離子導電，這與導體和半導體的電子導電機理有所不同；研究電介質的導電性質，應了解載流子的性質和其遷移機理，揭示宏觀介電參數與微觀導電機構間的規(guī)律性。§3-2氣體介質的載流子和電導一、載流子的產生體積電離——體內氣體分子相互碰撞而發(fā)生的電離，又稱為本征電離；表面電離——金屬電極表面電子逸出而使氣體發(fā)生的電離，又稱為非本征電離。氣體介質只有在氣體分子電離的情況下，才會產生電流。氣體分子的相互碰撞，光、熱、輻射等都可能引起氣體電離。說明在電流很小時，載流子的濃度與無電場的載流子濃度相同。通常所說的電導率均是指飽和區(qū)的電導率?！?-3液體介質的載流子和電導常見的液體電介質：礦物油——變壓器油、電容器油；植物油——蓖麻油、桐油；有機溶劑——苯、甲苯、四氯化碳；新型液體介質——十二烷基苯、硅油、酯類油。純液體介質具有很低的電導率=10-13~10-15（cm）-1，含有雜質的液體介質的電導率=10-9~10-13（cm）-1。一、液體介質的載流子離子本征離子雜質離子膠?！ɑ驊腋钏椋╇x子的來源：熱離解產生直接離解：如H2O——2H++O2-間接離解：先發(fā)生氧化組成新的物質，再離解。二、液體介質的離子電導三、液體介質的電泳電導1.載流子——膠粒來源：1）加樹脂（提高黏度、穩(wěn)定性）——懸浮離子；2）過量的水——細小水珠。特點：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，作布朗熱運動；3）膠粒為帶電體，帶電規(guī)律：膠粒的介電常數比液體大，帶正電膠粒的介電常數比液體小，帶負電2.電泳電導的計算電場力F摩擦力f運動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，因此可認為本征離子的性質與液體分子基本相同，即：注：該關系式只適用于液體的本征離子，雜質離子不能適用?！?-4固體介質的電導一、固體介質的載流子離子：雜質離子和本征離子電子二、固體介質導電性質的判斷SNI-+PalmFBI1.電子電導的判定：霍耳效應三、晶體中的離子電導參與電導的離子為缺陷和雜質等弱聯(lián)系離子。SchottkyFrenkel本征雜質低溫時主要由活化能低的雜質離子引起電導；高溫時主要由活化能高的本征離子引起電導?？捎蓪嶒瀬泶_定活化能U=KB四、無定形固體介質的電導玻璃為典型的無定形固體介質，它沒有固定的活化能，活化能U為平均值。激活能大，電導率低LiNaKRKNa40%60%3）降低玻璃的電導中和效應：當玻璃中堿金屬氧化物的總濃度較高，而用另一種堿金屬來部分取代（總濃度保持不變），可降低玻璃的電導率和損耗，這種效應稱為“中和效應”。壓抑效應：在堿金屬氧化物玻璃中，加入二價堿土金屬氧化物（CaO、BaO等），由于二價堿土金屬可使玻璃結構比單一含一價堿金屬時的結構更緊密，并使勢壘增高，從而降低玻璃的電導率和損耗。五、固體介質的表面電導絕緣電阻與體積、表面電阻的關系注：1測量電極2.高壓電極3.保護電極4.被測試樣三電極系統(tǒng)體積電流的測量表面電流的測量（M—主電極；H—對電極；G—保護電極。）圖、體積電流和表面電流的測量影響表面電導的因素：1.水對表面電導的影響2.多孔結構的影響3.表面清潔度的影響4.表面粗糙的影響親水介質：浸潤角<90疏水介質：浸潤角>90六、固體介質的電子電導主要為：禁帶寬度（Eg）較小的電介質和薄膜介質。來源：金屬電極、熱電子發(fā)射、場致冷發(fā)射和碰撞電離。運動形式：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ECmaxECEVEVminEFEg受主能級當Eg>3ev時，本征激發(fā)的電子和空穴濃度很低，故電子電導不明顯。但介質中同樣存在類似半導體的雜質，這些雜質形成淺能級。2.跳躍模型