電介質(zhì)的電導(dǎo).ppt

3 1電導(dǎo)的概念 一 載流子電介質(zhì)中 離子電導(dǎo)為主 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 帶電膠粒 如水離解 電子 對窄禁帶電介質(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) 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 半導(dǎo)體與電介質(zhì)物理性能對比 二 電導(dǎo)率 與遷移率 的概念 結(jié)論 對電介質(zhì)來說 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 揭示宏觀介電參數(shù)與微觀導(dǎo)電機(jī)構(gòu)間的規(guī)律性 3 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(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 二 氣體介質(zhì)的電流 電壓關(guān)系 伏 安特性曲線 說明在電流很小時(shí) 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(dǎo)率均是指飽和區(qū)的電導(dǎo)率 高電場區(qū)如電場很高 例如E 106V cm 離子在電場中獲得很高的能量而產(chǎn)生新的碰撞和電離 使N隨E的增大指數(shù)增加 導(dǎo)致電流的指數(shù)增大 3 3液體介質(zhì)的載流子和電導(dǎo) 常見的液體電介質(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 離子的來源 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 膠粒來源 1 加樹脂 提高黏度 穩(wěn)定性 懸浮離子 2 過量的水 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 華爾頓定律 3 液體電導(dǎo)主要是雜質(zhì)和膠粒 這都不是液體介質(zhì)的本征特性 可以通過在液體介質(zhì)中加硅膠和活性劑的方法來改善液體介質(zhì)的性能 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(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 1 電子電導(dǎo)的判定 霍耳效應(yīng) 法拉第效應(yīng) IIIIII 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 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) 可由實(shí)驗(yàn)來確定活化能U KB 四 無定形固體介質(zhì)的電導(dǎo) 玻璃為典型的無定形固體介質(zhì) 它沒有固定的活化能 活化能U為平均值 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測量電極2 高壓電極3 保護(hù)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(hù)電極 圖 體積電流和表面電流的測量 影響表面電導(dǎo)的因素 1 水對表面電導(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) 來源 金屬電極 熱電子發(fā)射 場致冷發(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 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)中同樣存在類似半導(dǎo)體的雜質(zhì) 這些雜質(zhì)形成淺能級 2 跳躍模型 各分子的