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1、电介质的电导现在学习的是第1页,共43页3-1 电导的概念一、载流子 电介质中离子电导为主。离子微小位移产生极化离子从一个电极位移至另一个电极形成电导现在学习的是第2页,共43页1.载流子的种类:2.离子从能带理论可知,主要为弱联系离子、本征离子;3.带电胶粒如水离解;4.电子对窄禁带电介质。2.载流子的形成:3.离子电导:由(晶格)结点上的离子产生的本征离子电导;由杂质离子产生的杂质离子电导。4.电泳电导:带电胶粒形成的基团(游子)产生的电导。5.电子电导:一般是由光辐照产生的电子形成电子电导。abc导带价带a.电子导电b.空穴导电c.受激激子:杂质离子与价带电子的复合(不参与导电)现在学习
2、的是第3页,共43页物理性质半导体(Si、Ge)电介质(NaCl等)光吸收限m1.55电子空穴本征电导自由载流子浓度(m-3)T=300KT=300KT=500K2.8101810-181自由载流子迁移率(m2/sV)10-4110-8本征电导率(m)-14.5 10-50.45 10-4510-27有效质量比m*/m00.11杂质离子的非本征电导光频介电常数=n2162.5电离能(eV)5 10-32杂质浓度(m-3)101810241026电离杂质浓度(m-3)101810242 10-9105非本征电导率(m)-11.6 10510-35106V/cm,离子在电场中获得很高的能量而产生新
3、的碰撞和电离,使N随E的增大指数增加,导致电流的指数增大。现在学习的是第12页,共43页3-3 液体介质的载流子和电导常见的液体电介质:矿物油变压器油、电容器油;植物油蓖麻油、桐油;有机溶剂苯、甲苯、四氯化碳;新型液体介质十二烷基苯、硅油、酯类油。纯液体介质具有很低的电导率=10-1310-15(cm)-1,含有杂质的液体介质的电导率=10-910-13(cm)-1。现在学习的是第13页,共43页一、液体介质的载流子离子本征离子杂质离子胶粒水(或悬浮状水珠)离子的来源:热离解产生直接离解:如H2O2H+O2-间接离解:先发生氧化组成新的物质,再离解。现在学习的是第14页,共43页二、液体介质的
4、离子电导现在学习的是第15页,共43页本征杂质现在学习的是第16页,共43页三、液体介质的电泳电导1.载流子胶粒 来源:1)加树脂(提高黏度、稳定性)悬浮离子;2)过量的水细小水珠。特点:1)胶粒为分子的聚集体,大小在10-610-10m;2)胶粒为分散体系,作布朗热运动;3)胶粒为带电体,带电规律:胶粒的介电常数比液体大,带正电胶粒的介电常数比液体大,带正电胶粒的介电常数比液体大,带正电胶粒的介电常数比液体大,带正电胶粒的介电常数比液体小,带负电胶粒的介电常数比液体小,带负电胶粒的介电常数比液体小,带负电胶粒的介电常数比液体小,带负电现在学习的是第17页,共43页2.电泳电导的计算电场力F摩
5、擦力f运动方向现在学习的是第18页,共43页华尔顿定律华尔顿定律现在学习的是第19页,共43页3.液体电导主要是杂质和胶粒,这都不是液体介质的本征特性。可以通过在液体介质中加硅胶和活性剂的方法来改善液体介质的性能。现在学习的是第20页,共43页本征离子的华尔顿定律由于本征离子是由液体分子电由于本征离子是由液体分子电由于本征离子是由液体分子电由于本征离子是由液体分子电离而来,因此可认为本征离子离而来,因此可认为本征离子离而来,因此可认为本征离子离而来,因此可认为本征离子的性质与液体分子基本相同,的性质与液体分子基本相同,的性质与液体分子基本相同,的性质与液体分子基本相同,即:即:即:即:注:该关
6、系式只适用于液 体的本征离子,杂质离子不能适用。现在学习的是第21页,共43页3-4 固体介质的电导一、固体介质的载流子离子:杂质离子和本征离子电子现在学习的是第22页,共43页二、固体介质导电性质的判断SNI-+PalmFBI1.电子电导的判定:霍耳效应霍耳效应现在学习的是第23页,共43页法拉第效应:法拉第效应:法拉第效应:法拉第效应:+-I II III现在学习的是第24页,共43页三、晶体中的离子电导参与电导的离子为缺陷和杂质等弱联系离子。SchottkyFrenkel现在学习的是第25页,共43页现在学习的是第26页,共43页现在学习的是第27页,共43页现在学习的是第28页,共43
7、页本征杂质低温时主要由活化能低的杂质离子引起电导;高温时主要由活化能高的本征离子引起电导。可由实验来确定活化能U=KB现在学习的是第29页,共43页四、无定形固体介质的电导 玻璃为典型的无定形固体介质,它没有固定的活化能,活化能U为平均值。激活能大,电导率低现在学习的是第30页,共43页LiNaKR现在学习的是第31页,共43页KNa40%60%3)降低玻璃的电导中和效应中和效应中和效应中和效应:当玻璃中碱金属氧化物的总浓度较高,而用另一种碱金属来部分取代(总浓度保持不变),可降低玻璃的电导率和损耗,这种效应称为“中和效应”。压抑效应压抑效应压抑效应压抑效应:在碱金属氧化物玻璃中,加入二价碱土
8、金属氧化物(CaO、BaO等),由于二价碱土金属可使玻璃结构比单一含一价碱金属时的结构更紧密,并使势垒增高,从而降低玻璃的电导率和损耗。现在学习的是第32页,共43页五、固体介质的表面电导现在学习的是第33页,共43页绝缘电阻与体积、表面电阻的关系 现在学习的是第34页,共43页注:1测量电极 2.高压电极 3.保护电极 4.被测试样 三电极系统三电极系统现在学习的是第35页,共43页体积电流的测量 表面电流的测量(M主电极;H对电极;G保护电极。)图、体积电流和表面电流的测量现在学习的是第36页,共43页影响表面电导的因素:1.水对表面电导的影响2.多孔结构的影响3.表面清洁度的影响4.表面
9、粗糙的影响亲水介质:浸润角90现在学习的是第37页,共43页六、固体介质的电子电导主要为:禁带宽度(Eg)较小的电介质和薄膜介质。来源:金属电极、热电子发射、场致冷发射和碰撞电离。运动形式:能带模型(Energy Band Model);跳跃模型(Hopping Model);自由电子气模型(Free Electron Gas Model)现在学习的是第38页,共43页1.能带模型ECmaxECEVEVminEFEg现在学习的是第39页,共43页现在学习的是第40页,共43页ECmaxECEVEVminEFEg施主能级ECmaxECEVEVminEFEg受主能级当Eg3ev时,本征激发的电子和空穴浓度很低,故电子电导不明显。但介质中同样存在类似半导体的杂质,这些杂质形成浅能级。现在学习的是第41页,共43页2.跳跃模型 各分子的电子越过分子间的势垒,形成导电。越过势垒的方式有:高电场下的隧道效应;温度引起的热激发。aU现在学习的是第42页,共43页3.自由电子气模型 在强电场下,出现场致冷发射,电子通过电极注入方式引起电荷注入型电流。Child Law现在学习的是第43页,共43页
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