磁性物理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1磁性物理磁性物理第1頁(yè)/共61頁(yè)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)第2頁(yè)/共61頁(yè)abc導(dǎo)帶價(jià)帶第3頁(yè)/共61頁(yè)第4頁(yè)/共61頁(yè) 按體積電阻率排列的各種材料第5頁(yè)/共61頁(yè) 電介質(zhì)電流時(shí)間特性聚乙烯的電流時(shí)間特性daspIIII第6頁(yè)/共61頁(yè)SVm第7頁(yè)/共61頁(yè)結(jié)論：1.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；2.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。第8頁(yè)/共61頁(yè)一、載流子的產(chǎn)生體積電離體

2、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。第9頁(yè)/共61頁(yè)二、氣體介質(zhì)的電流-電壓關(guān)系（伏-安特性曲線）)/(2mAj)/(mVEIIIIII1E2ESj第10頁(yè)/共61頁(yè)第11頁(yè)/共61頁(yè)第12頁(yè)/共61頁(yè)通常所說(shuō)的電導(dǎo)率均是指飽和區(qū)的電導(dǎo)率。的增加而增加。的增加而增加。隨隨也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。對(duì)給定的材料為定值，對(duì)給定的材料為定值，、，而，而設(shè)：設(shè)：ddEEVVdE1111E ?第13頁(yè)/共61頁(yè)3.高電場(chǎng)區(qū) 如電場(chǎng)很高，例如E106V/cm，離子在電場(chǎng)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

3、大指數(shù)增加，導(dǎo)致電流的指數(shù)增大。第14頁(yè)/共61頁(yè)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、酯類油。純液體介質(zhì)具有很低的電導(dǎo)率=10-1310-15（cm）-1，含有雜質(zhì)的液體介質(zhì)的電導(dǎo)率=10-910-13（cm）-1。第15頁(yè)/共61頁(yè)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H2O2H+O2-間接離解：先發(fā)生氧化組成新的物質(zhì)，再離解。第16頁(yè)/共61頁(yè)二、液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)電導(dǎo)率分別為：電導(dǎo)率分別為：故離子電導(dǎo)電流密度和故離子電導(dǎo)電流密度和）（離子的遷移率

4、為：離子的遷移率為：）（為：為：離子宏觀平均漂移速度離子宏觀平均漂移速度）（：將液體看成類固體，則將液體看成類固體，則由熱離子勢(shì)壘模型，可由熱離子勢(shì)壘模型，可、電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系、電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系、短程有序、短程有序：接近固體、有流動(dòng)性：接近固體、有流動(dòng)性、液體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、液體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征KTUKTqEvEKTUKTqnnEKTUKTqnn0202000exp6exp6vexp621第17頁(yè)/共61頁(yè)lnT1本征雜質(zhì)第18頁(yè)/共61頁(yè)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10-61

5、0-10m； 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：12第19頁(yè)/共61頁(yè)2. 電泳電導(dǎo)的計(jì)算電場(chǎng)力F摩擦力f運(yùn)動(dòng)方向第20頁(yè)/共61頁(yè)第21頁(yè)/共61頁(yè)高粘度硅油混入巳烷中時(shí)粘度與離子遷移率的關(guān)系 第22頁(yè)/共61頁(yè)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(guò)在液體介質(zhì)中加硅膠和活性劑的方法來(lái)改善液體介質(zhì)的性能。4. 液體電介質(zhì)載流子遷移率的測(cè)量方法：精制的液體，施加直流電場(chǎng)，對(duì)陰極用極短時(shí)間的紫外線脈沖照射，使從陰極向液體做光電子注入，注入的電子就以自由電子的形式或附著在中性分子上成為負(fù)離子而向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，在外部回路中有光電流流過(guò)。 第23頁(yè)

6、/共61頁(yè)本征離子的華爾頓定律注：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。第24頁(yè)/共61頁(yè)一、固體介質(zhì)的載流子離子：雜質(zhì)離子和本征離子；電子是比較低的電場(chǎng)區(qū)，電流線性的隨電壓增加而上升，歐姆定律成立： VI HV以上的非線性區(qū)稱為強(qiáng)電場(chǎng)區(qū) 第25頁(yè)/共61頁(yè)滌綸的強(qiáng)場(chǎng)電導(dǎo) 第26頁(yè)/共61頁(yè)二、固體介質(zhì)導(dǎo)電性質(zhì)的判斷SNI-+PalmFBIBvqF1.電子電導(dǎo)的判定：第27頁(yè)/共61頁(yè)+-I II III第28頁(yè)/共61頁(yè)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。第29頁(yè)/共61頁(yè)第30頁(yè)/共61頁(yè)所需克服的位壘；所需克服的位壘；正離子沿電場(chǎng)方向遷移正離子沿電場(chǎng)

7、方向遷移空位所需的能量；空位所需的能量；產(chǎn)生一個(gè)肖特基正離子產(chǎn)生一個(gè)肖特基正離子）（）（）（導(dǎo)的貢獻(xiàn)：導(dǎo)的貢獻(xiàn)：肖特基正離子空位對(duì)電肖特基正離子空位對(duì)電）011101221111expexp6exp .1UUTBAKTUUKTNqqnKTUNnSSSSS）（導(dǎo)的貢獻(xiàn)：導(dǎo)的貢獻(xiàn)：肖特基負(fù)離子空位對(duì)電肖特基負(fù)離子空位對(duì)電）TBA222exp .2第31頁(yè)/共61頁(yè)第32頁(yè)/共61頁(yè)）（）（為為：晶晶體體中中總總的的離離子子電電導(dǎo)導(dǎo)率率此此：較較本本征征離離子子低低的的多多，因因由由于于雜雜質(zhì)質(zhì)離離子子的的激激活活能能）（雜雜質(zhì)質(zhì)離離子子的的電電導(dǎo)導(dǎo)：總總TB-expATB-Aexp BB TB-e

8、xpA . 2 AAlnT1本征雜質(zhì)第33頁(yè)/共61頁(yè)KCl+SrCl2混合晶體的電導(dǎo) 各種高分子電導(dǎo)的活化能高分子Ua千卡/克分子適用溫度聚乙烯聚苯乙烯聚氟氯乙烯滌綸聚甲基丙烯酸酯尼龍66合成橡膠聚醋酸乙烯酯13-173024383340284440-11020-8020-100100-20021-6040-16030-9015-50本征電導(dǎo)雜質(zhì)電導(dǎo)第34頁(yè)/共61頁(yè)四、無(wú)定形固體介質(zhì)的電導(dǎo) 255002200010 exp. 1322117-BOBBSiOcmTBA：）（）（純玻璃：純玻璃：激活能大，電導(dǎo)率低第35頁(yè)/共61頁(yè)C .nn b.B U.K .20雜質(zhì)離子的濃度雜質(zhì)離子的濃度結(jié)

9、果：結(jié)果：等的氧化物等的氧化物、在玻璃中加在玻璃中加堿玻璃：堿玻璃：）cnaLiNaLiNaKRC651032210105 . 1C %2 . 3105 . 06 . 1C %2 . 3%01. 042常常數(shù)數(shù)，）（常常數(shù)數(shù)，系系玻玻璃璃；系系玻玻璃璃馬馬爾爾金金經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式式：繆繆列列爾爾CCnOBnSiOCONSTANTCBnARKARNaARLi33. 195. 065. 0：第36頁(yè)/共61頁(yè)KNa40%60%tan3）降低玻璃的電導(dǎo)：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)稱為“中和效應(yīng)”。：在堿金屬氧化物玻

10、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。第37頁(yè)/共61頁(yè)五、固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)ddS第38頁(yè)/共61頁(yè)絕緣電阻與體積、表面電阻的關(guān)系 表面電導(dǎo)率與水蒸氣壓力的關(guān)系 第39頁(yè)/共61頁(yè)注：1測(cè)量電極 2.高壓電極 3.保護(hù)電極 4.被測(cè)試樣 第40頁(yè)/共61頁(yè)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第41頁(yè)/共61頁(yè)遷移率的測(cè)量方法dEenti0)(0/terrttttdEentQ0)(wdteIeI/r

11、rttttrEtd /第42頁(yè)/共61頁(yè)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（Energy Band Model）； 跳躍模型（Hopping Model）； 自由電子氣模型（Free Electron Gas Model）第43頁(yè)/共61頁(yè)1. 能帶模型ECmaxECEVEVminEFEg第44頁(yè)/共61頁(yè)第45頁(yè)/共61頁(yè)第46頁(yè)/共61頁(yè)ECmaxECEVEVminEFEg施主能級(jí)ECmaxECEVEVminEFEg受主能級(jí)當(dāng)當(dāng)E Eg g3ev3ev時(shí)，本征激發(fā)的電子和空穴濃度很低，故

12、電子電導(dǎo)不明顯。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(jí)。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(jí)。不規(guī)則結(jié)晶系的能帶結(jié)構(gòu) 第47頁(yè)/共61頁(yè)2. 跳躍模型 各分子的電子越過(guò)分子間的勢(shì)壘，形成導(dǎo)電。越過(guò)勢(shì)壘的方式有：高電場(chǎng)下的隧道效應(yīng)；溫度引起的熱激發(fā)。aU第48頁(yè)/共61頁(yè)3. 自由電子氣模型 在強(qiáng)電場(chǎng)下，出現(xiàn)場(chǎng)致冷發(fā)射，電子通過(guò)電極注入方式引起電荷注入型電流。Child Law第49頁(yè)/共61頁(yè))(eV26米安2A10金屬常見(jiàn)金屬材料的功函數(shù)第50頁(yè)/共61頁(yè)第51頁(yè)/共61頁(yè)光照射所引起的電流，在外加電壓低時(shí)，多

13、呈現(xiàn)歐姆特性。因圖中虛線是光感生電流的倒數(shù)為縱坐標(biāo)，可見(jiàn)衰減特性與時(shí)間關(guān)系呈雙曲線變化。 用X射線照射聚乙烯，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后停止照射，光感生電流的時(shí)間響應(yīng)相對(duì)于光照強(qiáng)度R（生成載流子的量與R成正比）的光感生電流 RIp一般在一般在0.5到到1.0之間之間 受照射的高分子的電性能物理量D物質(zhì)物質(zhì)Uaev斜率斜率甲基丙烯酸甲基丙烯酸1.00.145秒秒滌綸滌綸0.830.1885小時(shí)小時(shí)聚乙烯聚乙烯0.810.3575分分聚苯乙烯聚苯乙烯0.750.1830分分聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.630.519小時(shí)小時(shí)第52頁(yè)/共61頁(yè)第53頁(yè)/共61頁(yè)第54頁(yè)/共61頁(yè)第55頁(yè)/共61頁(yè)漏電流 j - 電導(dǎo)G - 電導(dǎo)率 - 載流子）遷移率-（載流子）漂移速率v -外電場(chǎng)EEvqnEj第56頁(yè)/共61頁(yè))/(2mAj)/(mVEIIIIII1E2ESj第57頁(yè)/共61頁(yè)離子本征離子雜質(zhì)離子TBATBA2211lnlnln.20constqn膠粒.3)(820co