材料科学与工程基础_顾宜_第四章第四节材料的电学性能

1、第四章第四章 内容内容4-1 固体材料的机械性能固体材料的机械性能4-2 材料的热性能材料的热性能4-3 材料的电学性能材料的电学性能4-4 材料的磁学性能材料的磁学性能4-5 材料的光学性能材料的光学性能4-6 材料的耐腐蚀性材料的耐腐蚀性4-7 复合材料的性能复合材料的性能4-8 纳米材料及效应纳米材料及效应Chapter 12Electrical Properties of Materials The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conducti

2、vities and four possible electron band structures for solid materials. How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities.4-3 材料的电学性能材料的电学性能电力电力机械、交通机械、交通电子、微电子电子、微电子日常生活日常生活材料的电学性能材料的电学性能(electrical property)直流电场直流电场交变电场交变电

3、场介电性质弱电场弱电场 导电性质强电场强电场 击穿现象 材料表面材料表面静电现象 不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关不同材料电学性能的差异及其与组成和结构的关系系电导率和电阻率的定义、电导率和电阻率的定义、电导机制、电导率的基电导机制、电导率的基本参数及影响因素本参数及影响因素 材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电材料的电子能带结构与电导性、光导性和半导电性公式性公式 超导电性的定义、超导体的超导电性的定义、超导体的2 2种特性、种特性、3 3个性能指个性能指标标 介电常数的定义、介质极化的三种机制，介电常数的定义、介质极化的三种机制， 交变电场中的介电损耗的成因及影响因素交变电

4、场中的介电损耗的成因及影响因素 击穿强度的定义击穿强度的定义 材料电性能与温度的关系材料电性能与温度的关系电导率电导率(electrical conductivity)和和电阻率电阻率 4-3-1 电导率和电阻率电导率和电阻率电阻率分电阻率分： 体积电阻率：体积电阻率： V , m表面电阻率表面电阻率： S , 电阻率电阻率 1 、西门子西门子电导率电导率电导率电导率(electrical conductivity) (1) 表征表征材料导电性的大小材料导电性的大小。 单位：S. m-1, （.m）-1 根据电导率对材料的根据电导率对材料的分类分类2、表表4-19 材料的分类及其电导率材料的分

5、类及其电导率材料材料电阻率电阻率电导率电导率超导体超导体导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体010-8-10-510-5-107107-1018105-10810-7-10510-18-10-7 不同材料的电导率不同材料的电导率举例举例金属金属 自由电子自由电子 电导率高电导率高 导电性好导电性好硅硅 半导体半导体离子固体离子固体 室温绝缘体室温绝缘体 T高高 电导率大电导率大 （无机非金属）（无机非金属） 高分子高分子 杂质致有导电性杂质致有导电性 各种材料在室温的电导率各种材料在室温的电导率金属和合金(-1.m-1)非金属（-1.m-1）银银铜铜，工业纯，工业纯金金铝铝,工业纯工业纯 Al-1

6、.2%,Mn 合金合金钠钠钨，钨， 工业纯工业纯黄铜黄铜（70%Cu-30%Zn镍镍,工业纯工业纯纯铁纯铁,工业纯工业纯钛钛,工业纯工业纯TiC不锈钢，不锈钢，301型型镍铬合金镍铬合金 (80%Ni-20%Cr）6.3*1075.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*1071.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.17*1070.14*1070.093*107石墨石墨SiC锗，纯硅硅，纯苯酚甲醛（电木）窗玻璃 氧化铝（Al2O3）云母甲基丙烯酸甲酯氧化铍（BeO）聚乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯金刚石金刚石石英玻璃石英玻璃聚四氟乙

7、烯聚四氟乙烯105 (平均平均)10 2.24.3*10-410-7-10-11101410141012-10151012-101510121012-10161012101410161014101326-28 302415-252215-19 18-617-2225-4016-20202.2-2.4 (1016Hz) 2.0-2.6 (1016Hz)2.5 (1016Hz)3.2-3.6 (1016Hz)4.14.03.43.73.02.0-2.22.9-3.12.2 0.05 0.001 0.005 0.04-0.08 (1016 Hz) 0.01 0.014 0.021 0.005 0.0

8、06 0.0002 0 . 0 1 -0.006 0.004 表表4-3-7 陶瓷电介质的性能陶瓷电介质的性能材料体积电阻率V .m击穿强度MV/m介电常数介电损耗角正切值tg60Hz105Hz60Hz105Hz绝缘瓷绝缘瓷块滑石块滑石锆英石锆英石氧化铝氧化铝钠钙玻璃钠钙玻璃电气玻璃电气玻璃熔融石英熔融石英1 01 1-10131012约1013101210121015约101220-8080-150100-1501010-1066669-7-4-689743.8 0.01 0.005 0.035 - 0.1 - 0.001-0.0030.0010.00050.010.00060.0001 t

9、g 大，损耗大，材料发热。大，损耗大，材料发热。 电容介质电容介质 大，大，tg 小小 航空航天材料航空航天材料 小，小，tg 大，静电小大，静电小 高频焊接：薄膜封口，高频焊接：薄膜封口，tg 大大 高频电缆高频电缆用用PE，而不用，而不用PVC 非极性非极性 极性极性3 介电性的应用介电性的应用电场中材料破坏。电场中材料破坏。高分子材料，绝缘材料高分子材料，绝缘材料 重要指标。重要指标。电压升高，超过临界值，电阻率急剧下降，电流升电压升高，超过临界值，电阻率急剧下降，电流升高，材料由绝缘体高，材料由绝缘体 导体导体击穿强度击穿强度 E=V/h V击穿电压；击穿电压；h 材料厚度。材料厚度。 E 的单位：的单位：