材料物理性能學(xué)之材料的電性能(編輯修改稿)
2025-01-18 21:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 么要研究離子的導(dǎo)電性能？ ? 離子導(dǎo)電是帶有電荷的離子載流子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生的電荷定向運(yùn)動(dòng)。 ? 熱振動(dòng)形成的熱缺陷導(dǎo)電，本征導(dǎo)電。 （高溫下顯著） ? 與晶格聯(lián)系較弱的雜質(zhì)離子導(dǎo)電。 （低溫下顯著） 離子電導(dǎo)理論 ? 離子導(dǎo)電性可以認(rèn)為是離子類載流子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生的長(zhǎng)距離的遷移。 ? 電荷載流子是材料內(nèi)最容易移動(dòng)的離子。 ? 對(duì)于硅化物玻璃，一價(jià)的堿金屬陽離子最容易移動(dòng)；對(duì)于多晶陶瓷材料，晶界處堿金屬離子的遷移是離子導(dǎo)電的主體，同樣它也是快離子導(dǎo)體中的主要導(dǎo)電機(jī)制。 ????????TkuhTkPBBexp?X表示的是實(shí)空間， u表示能量 加電場(chǎng)以前 加電場(chǎng)以后 離子在 x方向越過勢(shì)壘 u的幾率 P為： 注意：加電場(chǎng)以前 A→B 和 B→A 的躍遷幾率相同 ? 加入電場(chǎng)后，勢(shì)壘能量的降低量為：zeEd/2。這樣，離子在 x方向越過勢(shì)壘向右躍遷的幾率 PR為： 同理，離子在 x方向越過勢(shì)壘向左躍遷的幾率 PL為： 因此在電場(chǎng)的方向上將存在一個(gè)平均的漂移速度 v。 ? v=常數(shù) ?exp[zeEd/(2kBT)] ? 其中 z為離子的電荷數(shù)， d為勢(shì)阱之間的距離。 離子電導(dǎo)與擴(kuò)散 ? 離子的尺寸和質(zhì)量都比電子要大得多，在固體體系中其運(yùn)動(dòng)方式是從一個(gè)平衡位置（勢(shì)阱）到另一個(gè)平衡位置（勢(shì)阱）。從另外一個(gè)角度看，可以認(rèn)為離子導(dǎo)電是離子在電場(chǎng)作用下的擴(kuò)散現(xiàn)象。由 NernstEinstein方程描述。 離子導(dǎo)電的影響因素 ? 1）溫度的影響：從前面的公式可以看出，溫度是以指數(shù)的形式影響其電導(dǎo)率。 低溫時(shí)，雜質(zhì)導(dǎo)電；高溫時(shí)，本征導(dǎo)電。 LnσT1的曲線拐點(diǎn)的含義： 1/ 離子導(dǎo)電機(jī)制發(fā)生變化； 2/ 導(dǎo)電載流子種類發(fā)生變化。 ? 2）離子性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)的影響： 離子不同、晶格結(jié)構(gòu)不同都會(huì)導(dǎo)致離子導(dǎo)電的激活能不同，（離子要想導(dǎo)電必須激活后才可以）。熔點(diǎn)高的晶體如金剛石、離子化合物等，它們的原子間鍵合力大，相應(yīng)的導(dǎo)電激活能就高，電導(dǎo)率就低。 例如： NaF NaCl NaI 216 169 118 (kJ/mol) 一價(jià)正離子尺寸小，電荷少，活化能低；高價(jià)則鍵合強(qiáng)，激活能高，電導(dǎo)率小。 ? 晶格結(jié)構(gòu)的影響是提供有利還是不利的離子移動(dòng)“ 通路 ” 。離子在晶格間隙大的體系中容易移動(dòng)。 ? 不同尺寸的二價(jià)離子在 20Na2O20MO60SiO2對(duì)體系電阻率的影響。 虛線為：20Na2O80SiO2 的電阻率 快離子導(dǎo)體 ? 快離子導(dǎo)體的一般特征：具有離子導(dǎo)電的固體物質(zhì)稱為固體電解質(zhì)。有些固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率比正常離子化合物的電導(dǎo)率高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，稱為快離子導(dǎo)體或最佳離子導(dǎo)體或超離子導(dǎo)體。 ? 1/ Ag和 Cu的鹵族和硫族化合物，這些物質(zhì)里金屬原子鍵合位置相對(duì)隨意； 2/ 具有 β 氧化鋁結(jié)構(gòu)的高遷移率的單價(jià)陽離子氧化物； 3/ 具有 CaF結(jié)構(gòu)的高濃度缺陷氧化物如： CaO183
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