Bài giảng Khoa học vật liệu đại cương - Chương 8: Tính chất điện

Nội dung text: Bài giảng Khoa học vật liệu đại cương - Chương 8: Tính chất điện

1. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Ngành: Khoa học vật liệu Môn: Khoa học vật liệu đại cương Chương 8: TÍNH CHẤT ĐIỆN
2. Teamwork Mon Tue Nguyễn Thị Nguyễn Thị Trần Thị Wed Nguyên Lan Anh Lan Anh Thu Fri Nguyễn Thị Nhữ Sỹ Ngọc Anh Mạnh
3. TÓM TẮT Sự dẫn điện Độ dẫn điện Mon Cấu trúc vùng năng lượng trong các vật rắn Tính chất dẫn điện liên quan với mô hình vùng Tue năng lượng và liên kết nguyên tử Wed Độ linh động của điện tử Điện trở suất của kim loại Thu Fri Bán dẫn tinh khiết (bán dẫn thuần) Bán dẫn điện Bán dẫn tạp chất Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ dẫn và nồng độ hạt tải
4. Tính dẫn điện trong gốm ion và polyme Mon Khái quát chung về Dẫn điện trong các tính dẫn điện trong vật liệu ion Tue gốm ion và polyme Wed Thu Tính chất điện của Kết luận polyme Fri Ứng dụng
5. Khái quát chung về tính dẫn điện trong gốm ion và polyme Mon -Ở nhiệt độ phòng: Phần lớn các polyme và gốm ion đều là vật liệu cách điện Tue vùng dẫn còn trống Cấu trúc vùng năng lượng của Wed chất cách điện khe vùng Thu => Ở nhiệt độ phòng, chỉ có rất vùng hóa trị đã được ít điện tử nhận được năng lấp Fri lượng đủ lớn để có thể bị kích Vùng hóa trị được thích nhảy qua vùng cấm, dẫn điền đầy và tách xa đến độ dẫn điện của gốm ion vùng dẫn còn trống và polyme là rất nhỏ. một khe vùng rộng (>2 eV) >
6. Độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng của một số vật liệu phi kim loạiô Vật liệu Độ dẫn(Ω.m)-1 Graphit 105 Gốm -10 -12 Nhôm oxit 10 -10 -10 -12 Sứ 10 -10 -10 Thủy tinh Na-Ca <10 -10 -15 Mica 10 -10 Polyme Phenol formaldehyd 10-9 -10-10 Nylon 6.6 10-9 -10-12 Polymetyl metacrylat <10-12 Polyetylen 10-13 -10-17 Polystyren <10-14 Polyletrafloetylen <10-16 - Các vật liệu đó thường được sử dụng trên cơ sở tính cách điện của chúng, vì vậy, chúng cần có điện trở suất cao. - Khi tăng nhiệt độ, độ dẫn điện thực tế của các vật liệu cách điện cũng tăng và có thể tăng nhiều hơn so với bán dẫn.
7. Dẫn điện trong các vật liệu ion Mon - Ion của hầu hết các tinh thể đều nằm ở các vị trí xác định trong ô mạng và sự dịch chuyển là không đáng kể, chúng dao động xung quanh vị trí của nó Tue bởi năng lượng nhiệt. - Các cation và anion trong vật liệu đều có điện tích và do đó chúng đều Wed có khả năng di chuyển hoặc khuếch tán khi có mặt điện trường. Thu - Anion và cation sẽ chuyển dời theo hướng ngược nhau. - Độ dẫn tổng của một vật liệu ion bằng tổng của các đóng góp của điện Fri tử và ion: đóng góp nào chiếm ưu thế là tùy thuộc vào vật liệu, độ tinh khiết, nhiệt độ σtoàn phần = σđiện tử + σion Activity
8. - Độ linh động μi ứng với mỗi loại ion: μ = ni eDi i kT ni và Di : hóa trị và hệ số khuếch tán của mỗi ion. Tóm lại Sự đóng góp của ion vào độ dẫn tổng tăng với sự tăng nhiệt độ. Đa số các vật liệu ion vẫn là cách điện mặc dù có sự đóng góp của hai kiểu độ dẫn điện.
9. Tính chất điện của polyme -Bởi không có sẵn một số lớn các điện tử do tham gia vào quá trình dẫn. Mon >Đa số các vật liệu polyme dẫn điện kém. -Cơ chế dẫn điện chưa rõ ràng Tue -Tính dẫn trong polyme tinh khiết cao là dẫn điện tử. Wed - Polymer dẫn điện +Độ dẫn 1.5x107 (Wm)-1 Thu +Quan sát được ở: polyacetylene,polyparaphenylene, polypyrrole và polyamiline đã được pha tạp +Do xen kẽ các liên kết đơn - đôi
10. -Polyme tinh khiết cao có cấu tạo vùng năng lượng đặc trưng của chất cách điện. Mon -Cơ chế tạo số lớn điện tử tự do và lỗ trống trong các polyme dẫn là phức tạp, hiểu đơn giản là sự xuất hiện của nguyên tử tạp chất dẫn đến hình thành vùng năng lượng mới phủ lên vùng dẫn và vùng hóa trị của polyme tinh khiết, làm xuất hiện vùng hóa trị và vùng dẫn Tue bị chiếm đầy một phần và tạo nên nồng độ điện tử và lỗ trống cao ở nhiệt độ phòng. VẬT LIỆU: Wed cơ học +)có tính dị hướng Sự định hướng các mạch quá trình tổng hợp cao Thu polyme từ trường +)có độ dẫn cực đại dọc theo hướng đã Fri được định hướng. -Các polyme dẫn điện có ưu thế trong một loạt ứng dụng do chúng có trọng lượng riêng thấp, độ dẻo cao và dễ chế tạo.
11. Ứng dụng: Gốm ion Polyme -Gốm áp điện: thiết bị cảm biến, đầu dò siêu âm, bộ phận đánh lửa khí -Chất chống tĩnh điện cho -Gốm bán dẫn: vòng bi phim ảnh gốm, công nghệ plasma -Chất ức chế ăn mòn -Gốm siêu dẫn: nam châm -Linh kiện điện tử siêu dẫn, tàu đệm từ, máy -Lớp phủ chống tĩnh điện gia tốc, máy chụp hình -Vật liệu màn chắn điện từ điện não -Dây dẫn trong các cấu kiện hàng không và vũ trụ
12. 1,Vật liệu gốm ion Mon Tue Wed Thu Fri Thiết bị truyền Đầu dò siêu âm. động áp điện. Thiết bị cảm biến
13. Mon Tue Thiết bị truyền động Wed Thu Bộ phận đánh lửa khí Fri
14. 2, Vật liệu polyme: dây dẫn Mon Tue Màn hình điện thoại di Wed Pin mặt trời Cửa sổ thông minh động, TV Thu Fri Điốt phát sáng(LEDs) Chất chống tĩnh điện cho phim ảnh
15. Kết luận Mon Gốm ion và polyme: Tue - Độ dẫn điện thấp hầu như là vật liệu cách điện. Wed - Cơ chế dẫn điện chưa rõ ràng. - Đều có ứng dụng cao trong công nghiệp kĩ thuật - Thu điện tử, hàng không - vũ trụ. Fri