体在某些特定方向上加力时，在与力的方向垂 直的平面上出现了正负束缚电荷，这种现象称 为压电效应。
• 压电材料主要用于电能与机械能相互转 换的传感器中，例如拾振器，扩音器，超声 波发生仪，和声纳探测仪等。
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•（2）热释电性
• 同压电效应类似，有些晶体可以因温度变 化而引起晶体表面电荷，这一现象称为热释电 效应。 • 热释电材料是压电材料中的一类，它主要 的特点是因温度的变化引起介质极化。
•静电场中介质的极化
•（A）真空电容器；（B）介•电电容器
• 当电压加到两块真空的平行板上时，板上的
电荷Q0电压成正比，Q0=C0U，比例系数C0就是 电容。如果在平板电容的极板间充满某种绝缘体
（电介质），则由于电介质在电场的作用下发生
极化而产生表面电荷增加了Q1，则
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•（3）铁电性
•如：BaTiO3
• 在具有热释电性的材 料中有一部分晶体即使在 无外电场的作用下也表现 出很强的电偶极矩，这些 电偶极矩在反向电场作用 下可以重新取向，从而得 到如图所示的极化强度与 电场强度的关系曲线（类 似于磁性材料对磁场的关 系，故称之为电滞回线） 。这类晶体称为铁电体。
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• 电介质，压电体，热释电体和铁电体之间 的关系可用下图表示：
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4 半导体
•二极管
•三极管
•电子产
•光伏电
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•4.1 半导体相关概念
• 半导体：材料的电阻率界于金属与绝缘材料 之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度 升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。 • 本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半 导体称为本征半导体
试谈材料的电性能
2020年4月18日星期六
Contents：
• 材料电性能的定义 • 导电体 • 绝缘体 • 半导体 • 超导体
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1 材料电性能的定义
• 材料的电性能是指材料在外加电压 或电场作用下的行为及其所表现出来的各 种物理现象。 • 材料的电性质包括：导电性，介电性 ，超导性，热电性，铁电性，及压电性等 。
• 材料的电阻突然降到目前仪器水平所能检 测的极限值以下。使超导体的电阻变为零的温度 称为零界温度，以TC表示。
•② 麦斯纳效应（完全抗磁性） • 当温度处于TC以下时，外 加磁场完全被排除在超导体之 外。这时，如果在其上放置一 个磁体的话，磁体将被顶起一 定的距离。
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• 自1911年荷兰的H.K.Onnes首先发现汞的超 导性以来，至今人们已经发现了成千上万种超导 体，因此超导体的存在实际上是一种普遍现象， 例如铅、锡等金属，一些合金和化合物具有超导 性。不过这些超导材料的临界温度TC 都很低，约 为4-23.2k。由于苛刻的低温条件严重限制了超导 体技术的应用，因此寻求高TC的超导体材料是该 领域的主攻目标。
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• 对掺入施主杂质（如五价元素磷、砷 等） 的半导体，导电载流子主要是导带中的电子， 属电子型导电，称N型半导体。掺入受主杂质（ 三价元素硼、铝 等）的半导体属空穴型导电， 称P型半导体。半导体在任何温度下都能产生电 子-空穴对，故N型半导体中可存在少量导电空 穴，P型半导体中可存在少量导电电子，它们均 称为少数载流子。
•超导体：ρ→0 Ω·m
•导体：ρ=10-8～10-5 Ω·m
•半导体：ρ=10-5 ～ 107 Ω·m
•绝缘体：ρ=107 ～ 1020 Ω·m •
•2.2 影响电阻率的因素
•1、温度的影响。金属中，温度越高，电阻率 越高。 •2、杂质的影响。在纯金属中加入少量的合金 元素将增加金属对电子的散射作用，从而使金 属的电阻率增加。 •3、冷塑性形变的影响。随着冷塑性变形量的 增加，晶体中位错增多，从而电阻率提高。
•1821年塞贝克发 现了热能转换为电 能的塞贝克效应。
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5 超导体
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•（1）超导性
• 大多数高纯金属 冷却到0K附近时，电 阻逐渐减小到一个表 征该金属的最小值。 也有一些材料在很低 的温度下电阻突然从 某个值降到零，再进 一步降温时，电阻仍 然保持为零，如图。 这种材性质称为超导 性。
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•超导材料在特定条件下应具备以下两个特 征： •① 零电阻效应（完全导电性）
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•材料按电学性质分类：
•材料 •导电体 •绝缘体 •半导体 •超导体 •如：金属 •如：橡胶 •如：Si •如：纯铅
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2 导电体
•金 子
•铜线
•铝线
•石墨
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•2.1 金属的电阻率
• 表征材料电性质的物理量有：电阻（ R），电阻率（ρ）以及电导率（σ）和其他 性质。
• 电阻R值与被测试样的几何形状及尺 寸有关：
Q0+Q1=CU，电容量增加了。电介质引起电容量
增加的比例，称为相对介电常数εr，也称电容率
。
•εr=C/C0=(Q0+Q1)/Q0
• 板上的电荷在着眼于介电性质时，绝缘体就
称为电介质。介电性的一个重要标志就是材料能
够产生极化现象。
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•3.2 压电性，热释电性，和铁电性
•（1）压电 性• 1880年，P.居里兄弟发现：当对α-石英晶
•R= ρL/A
•式中:R------电阻（Ω）；ρ------电阻率，Ω·m；
• L------材料长度，m；A------材料截面积，m2
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• 电阻率是微观水平上阻碍电流流动的度 量。电阻是材料形状，尺寸的函数，而电阻 率同密度一样，是材料固有的性质，只与材 料的结构有关，与材料的尺寸无关。
• 电阻率ρ是表征材料导电性的重要物理量。超导 体，导体，半导体的绝缘体ρ值的大小与范围可分类 如下:
• P型半导体与N型半导体相互接触时，其交 界区域称为PN结 。PN结具有单向导电性，PN结 的另一重要性质是受到光照后能产生电动势，称 光生伏打效应，可利用来制造光电池。
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•4.2 热电效应
• 如果在一根半导体棒 或者金属的两端保持温度差 ，那就热端的载流子将趋向 于冷端运动。假设载流子是 电子，那么当他们离开热端 而运动到冷端时，就使冷端 变成负的，从而形成的电场 立即使电子向热流引起电子 运动的相反方向运动。当这 两种过程达到平衡时，则在 棒两端建立起电位差。
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3 绝缘体
•橡胶
•塑
料
•陶瓷
•玻璃
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•绝缘材料作为材料使用可以分为绝缘材料和介 电材料两类。
•绝缘材料的主要功能是实现电绝缘，如高压绝 缘电瓶所用的氧化铝陶瓷就是一种绝缘材料。 比较常见的介电材料是电容器介质材料，压电 材料等。
•绝缘材料和介电材料两者在电子和电气工程中 都起到重要作用。
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•3.1介电性