Bài thuyết trình Khoa học vật liệu đại cương – Chương 8: Tính chất điện

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Ngành: Khoa học vật liệu

Mơn: Khoa học vật liệu đại cương

Chương 8: TÍNH CHẤT ĐIỆN


Teamwork
Mon
Tue
Wed

Nguyễn Thị
Nguyên

Nguyễn Thị
Lan Anh

Trần Thị
Lan Anh

Thu
Fri

Nguyễn Thị
Ngọc Anh

Nhữ Sỹ
Mạnh

< >


TÓM TẮT
Sự dẫn điện

Độ dẫn điện

Mon

Cấu trúc vùng năng lượng trong các vật rắn

Tue

Tính chất dẫn điện liên quan với mơ hình vùng
năng lượng và liên kết ngun tử

Wed

Độ linh động của điện tử

Thu

Điện trở suất của kim loại

Fri

Bán dẫn điện

Bán dẫn tinh khiết (bán dẫn thuần)

Bán dẫn tạp chất
Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ dẫn và nồng độ
hạt tải


Tính dẫn điện trong gốm ion và polyme
Mon
Tue

Khái quát chung về
tính dẫn điện trong
gốm ion và polyme

Dẫn điện trong các
vật liệu ion

Tính chất điện của
polyme

Kết luận

Wed
Thu
Fri

Ứng dụng

< >

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
Wed
Thu
Fri

vùng dẫn còn trống

Cấu trúc vùng năng lượng của
chất cách điện
=> Ở nhiệt độ phịng, chỉ có rất

ít điện tử nhận được năng
lượng đủ lớn để có thể bị kích
thích nhảy qua vùng cấm, dẫn
đến độ dẫn điện của gốm ion
và polyme là rất nhỏ.

khe vùng
vùng hóa trị đã được
lấp

Vùng hóa trị được
điền đầy và tách xa
vùng dẫn còn trống

một khe vùng rộng
(>2 eV)

>


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
10-10 -10-12
Nhôm oxit
10-10 -10-12
Sứ
<10-10
Thủy tinh Na-Ca
10-10 -10-15
Mica
Polyme
10-9 -10-10
Phenol formaldehyd
10-9 -10-12
Nylon 6.6
<10-12
Polymetyl metacrylat
10-13 -10-17

Polyetylen
<10-14
Polystyren
<10-16
Polyletrafloetylen
- 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


Dẫn điện trong các vật liệu ion
Mon
Tue

- 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
bởi năng lượng nhiệt.

Wed

- Các cation và anion trong vật liệu đều có điện tích và do đó chúng đều
có khả năng di chuyển hoặc khuếch tán khi có mặt điện trường.

Thu

- Anion và cation sẽ chuyển dời theo hướng ngược nhau.

Fri

- Độ dẫn tổng của một vật liệu ion bằng tổng của các đóng góp của điện

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


- Độ linh động μi ứng với mỗi loại ion:

eD
μi = n kT
i

i

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.

< >


Tính chất điện của polyme
Mon

Tue
Wed
Thu

-Bởi khơng có sẵn một số lớn các điện tử do tham gia vào quá trình dẫn.

--->Đa số các vật liệu polyme dẫn điện kém.
-Cơ chế dẫn điện chưa rõ ràng
-Tính dẫn trong polyme tinh khiết cao là dẫn điện tử.
- Polymer dẫn điện
+Độ dẫn 1.5x107 (Wm)-1
+Quan sát được ở:
polyacetylene,polyparaphenylene, polypyrrole và
polyamiline đã được pha tạp
+Do xen kẽ các liên kết đơn - đôi

< >


-Polyme tinh khiết cao có cấu tạo vùng năng lượng đặc trưng của chất cách điện.

Mon
Tue

-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
bị chiếm đầy một phần và tạo nên nồng độ điện tử và lỗ trống cao ở nhiệt độ phịng.
VẬT LIỆU:

Wed
Thu
Fri

cơ học
Sự định hướng các mạch
polyme

từ
trường

q trình
tổng hợp

+)có tính dị hướng
cao

+)có độ dẫn cực đại
dọc theo hướng đã
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.


Ứng dụng:

Gốm ion

-Gốm áp điện: thiết bị cảm
biến, đầu dò siêu âm, bộ

phận đánh lửa khí
-Gốm bán dẫn: vịng bi
gốm, công nghệ plasma..
-Gốm siêu dẫn: nam châm
siêu dẫn, tàu đệm từ, máy
gia tốc, máy chụp hình
điện não..

Polyme

-Chất chống tĩnh điện cho
phim ảnh
-Chất ức chế ăn mòn
-Linh kiện điện tử
-Lớp phủ chống tĩnh điện
-Vật liệu màn chắn điện từ
-Dây dẫn trong các cấu kiện
hàng không và vũ trụ


1,Vật liệu gốm ion
Mon
Tue
Wed
Thu
Fri

Thiết bị truyền
động áp điện.

Đầu dò siêu âm.
Thiết bị cảm biến

< >


Mon
Tue

Thiết bị truyền
động

Wed
Thu

Bộ phận đánh
lửa khí

Fri

< >


2, Vật liệu polyme: dây dẫn

Mon
Tue
Wed

Pin mặt trời

Cửa sổ thông minh

Màn hình điện thoại di
động, TV

Thu
Fri

Điốt phát sáng(LEDs)

Chất chống tĩnh điện
cho phim ảnh

< >


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.

Thu
Fri

- Đều có ứng dụng cao trong cơng nghiệp kĩ thuật điện tử, hàng không - vũ trụ.