《金属导电性理论》PPT课件.ppt

金属的导电性,金属导电性的物理本质研究的三个理论阶段（1）经典自由电子理论（2）量子自由电子理论（3）能带理论,1.经典电子理论,经典电子理论认为：正离子形成的电场是均匀的，自由电子运动的规律遵循经典力学气体分子的运动规律。在没有外电场作用时，金属中的自由电子沿各方向运动的几率相同，不产生电流；施加外电场后，自由电子获得附加速度，沿外电场方向发生定向的移动，形成电流。自由电子在定向移动的过程不断与正离子发生碰撞，使电子移动受阻，因而产生电阻。,金属中的离子与自由电子示意图,2.量子自由电子理论,量子自由电子理论的主要内容：金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子不被原子所束缚，可以在整个金属中自由地运动。它与经典电子理论的根本区别是自由电子的运动必须服从量子力学的规律。,思考：前两种理论都忽略了金属离子的作用，同时还假设在金属内部存在均匀的势能。事实上电子是在由金属离子组成的非均匀势场中运动的。因而得出的导电机理有很大的局限性，能带理论就解决了这个问题。,3.固体能带理论,孤立原子的外层电子处于能级分立的轨道上。但当原子彼此靠近时，外层电子就不再仅受原来所属原子的作用，还要受到其他原子的作用，原子间距减小时，电子云重叠，能级发生分裂，孤立原子的每个能级将演化成由密集能级组成的准连续能带。若晶体由N个原子（或原胞）组成，则每个能带包括N个能级，其中每个能级可被两个自旋相反的电子所占有，故每个能带最多可容纳2N个电子（见泡利不相容原理）。,把电子可以具有的能级所组成的能带称为允带。能带与能带间的不连续区域称为禁带，禁带与允带相互交替。具有空能级允带中的电子是自由的，在外电场的作用下参与导电，所以这样的允带称为导带。允带中所有的能级都被电子占满，这种能带称为满带。没有电子的能带，称为空带（见图1.1.1）。满带中的电子对于导电是没有贡献的，只有在导带中的电子（称为自由电子）才对导电有贡献，这些电子来自原子结构中外层轨道上的价电子。,导体、半导体、绝缘体的能带中电子分布的情况各具有明显的特征，导体中存在未满带(由于电子未充满或能带重叠)。绝缘体的特征是价电子所处的能带都是满带，且满带与相邻的空带之间存在一个较宽的禁带。半导体的能带与绝缘体的相似，但半导体的禁带要狭窄得多(一般在1eV左右)。,导体、半导体、绝缘体的区别。,（a）导体,（b)半导体(c)绝缘体,图1.1.1导体、半导体和绝缘体的能带模型示意图,4.影响金属导电的因素,（1）温度温度对金属电阻的影响是由于温度引起离子晶格热振动造成对电子波的散射，温度升高会使离子振动加剧、热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大，而使电阻率随温度的升高而增加。,（2）金属中的缺陷金属中的各种缺陷造成晶格畸变引起电子波散射，从而影响导电性。（3）受力情况在弹性范围内单向拉伸或扭转应力能提高金属的电阻率。对于大多数金属在受压力情况下电阻率降低。（4）冷加工冷加工使晶体点阵发生畸变和产生更多缺陷，从而增加了电子散射的几率，因而电阻率升高。,（5）热处理对金属电阻的影响金属冷加工变形后，若再进行退火，则可使电阻降低，尤其当温度接近再结晶温度时，电阻可恢复到接近冷加工前的水平。但当退火温度高过再结晶温度时电阻反而又增大了。这是再结晶后新晶粒的晶界阻碍了电子运动造成的。,谢谢,