极化率随温度升高而下降。因为温度升高，离子运动加剧，离 子容易扩散，空间电荷减小。
极化时间较长，大约几秒到数十分钟，甚至数十小时，因此空 间电荷极化只对直流和低频下的极化强度有贡献。
P
----
++++ ----
+ + + +
----
+ + + +
外电场
36
极
电子极化
化
率
离子极化
或

松弛极化
取向极化
T1
M
M′
T2
V
V+ΔV
T
T+ΔT
22
1909年开始研究热点转换效率，目前热点材 料已经广泛的应用于加热、制冷和发电等机 制中。
23
24
25
电差位计
26
影响热电势的因素
金属本质的影响 温度的影响 合金化的影响 相变影响
27
8.3 介电性能分析
8.3.1 极化的概念
20
应用：半导体制冷，利用半导体帕尔贴效应大的特点
对于P型半导体和N型半导体组成的电偶
21
（3）汤姆逊效应
对于同一种金属，若两端的温度不相同，电子也要发生迁移,于是在
导体的M与M′两点之间产生一个静电势ΔV，见图由于导体
中存在V，若给导体通以电流，若电流方向与热电流的方向一致， 则放出热量,若方向相反，则吸收热量，这种现象称为汤姆逊效应。
直流—— 光频
直流—— 红外
直流—— 超高频
直流—— 超高频
直流—— 超高频
直流—— 低频
与温度的关 能量消耗 系
无关
无
温度升高极 很弱 化增强
随温度变化 有 有极大值
随温度变化 有 有极大值
随温度变化 有 有极大值
随温度升高 有
38
而减小
介电常数
介电常数：反映电介质极化行为的宏观物理
量，表示电容器在有电介质时的电容与在真
一.真正金属与金属直接接触部分。即金属间无过渡电阻的接 触微点，亦称接触斑点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜后 形成的。此部分约占实际接触面积的5-10%。
二.通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分。因为任何金属 都有返回 原氧化物状态 的倾向。
铜只要2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2um的氧化膜层
第八章 材料电学表征方法
1
本章讲授的内容
1. 导电性能分析 2. 热电势分析 3.介电性能分析 4. 压电性能分析
2
8.1 电阻与导电的基本概念
8.1.1 电阻率
8.1.2 电导率
电阻率和电导率都与材料的尺寸无关，而只决定于它
们的性质，因此是物质的本征参数，可用来作为表征
r = C V23 I
优点：消除接触电阻
5
为什么要用四根探针呢？
因为金属与半导体接触时往往要形成阻挡层，造成很大的接 触电阻，当有电流通过接触处时就会产生很大的电压降。同 时，在金属与半导体接触处，当有点电流通过时，也可能发 生少子注入现象，使得接触处附近的半导体电阻有所变化。 因此，如果仅用两根探针，既做电流探针，又做电压探针， 则测得的电压就不是真正半导体的电压，二是包含接触电阻 和注入效应的电压。但是在电流探针之间再加上两根探针， 专做测量半导体的电压用，则在很大程度上可消除接触电阻 的影响。此外，为了进一步消除电压探针本身的接触电阻和 注入效应，往往还采用补偿法来测量电压，使电流不必通过 电压探针。这样采用四根探针后，测量的半导体电阻较为准 确。
29
8.3.1.1 极化现象及其物理量
(1) 具有一系列偶极子和束缚电荷的极化现象
－
－
－
－ －－－ －－－ －
+
+
+
－
－
－
真空
+
+
+
E
－
－
－
+
+
+
－
－
－
+
+
+
+ +++ +++ +
自由电荷
+ －
偶极子
束缚电荷30
2 极化机制
偶极子的产生有两种基本形式：
第一种：弹性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。 包括：电子位移极化、离子位移极化。
16
温差电势的大小：V（1 T1，T2）＝S1D T，V（2 T1，T2）＝S2D T S称作汤姆逊系数
接触电势的大小：V1（2 T1）＝
kT1 e
In
N1 N2
,
V1（2 T2）＝
kT2 e
In
N1 N2
N 代表自由电子浓度
热电动势的大小：V＝V1（2 T1）－V1（2 T2）＋V（2 T1，T2）－V（1 T1，T2）
第二种：该极化与热运动有关，其完成需要一定的 时间,且是非弹性的，需要消耗一定的能量。 包括：松弛极化、取向极化、空间电荷极化
31
（1）电子位移极化：
在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移产生的极化。
极化率a e =
e2 m
(
w02
1 -
w2
)
当w ? 0，静态极化率a e
e2 mw02
逆压电效应：是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形
的现象
43
压电常数：压电材料把机械能转换为电能的转换系数，
反映了压电材料机械性能和介电性能之间的耦合关系。
44
45
导体电阻: 实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出 端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出 导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能， 它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。
为便于区分，将收缩电阻加上表面膜电阻称为真实接触电阻。 而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻。
41
介电常数测试仪
42
8.4 压电性能分析
压电效应 （正压电效应和逆压电效应） 正压电效应：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就
产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷； 当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方 向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷 量与外力的大小成正比。
17
（2）帕尔贴效应
现象：当两种不同金属或合金A, B组成闭合回路时，
若回路通以电流，则两接触点将产生温度差。
因此帕耳贴效应属于塞贝克效应的逆效应。
结果：接触电势对电子做功为正，则接触点放热；
接触电势对电子做功为负，则接触点吸热。
解释: 接触点部位电子的跃迁。
能级升高
VA T VB
A
B
18
对帕尔帖效应的物理解释是： 电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷
7
接触电阻形成原理
在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑， 则仍能观察到5-10微米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的 接触，并不整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接 触。实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触 压力大小，两者差距有的可达几千倍。 实际接触面可分为两部分：
介质在电场作用下产生感应电荷的现象，称 为介质的极化。这种材料叫电介质。
等量异号电荷相距一段距离，这个系统就称 为电偶极子，电荷和位移的乘积称为这个系 统的电偶极矩。
28
电介质粒子分为极性和非极性两类
非极性粒子正负电荷中心重合，在外电场的 作用下形成电偶极子。
极性粒子本身具有一定的电偶极矩，在外电 场的作用下定向排列。
瞬间完成：10－15 10－16 S，不消耗能量。
32
（2）离子位移极化：
离子在电场作用下, 偏
离平衡位置引起的极化
极化率a i
=
q2 M
1
(
)
w02 - w2
静态下a i =
q2 M w02
几乎瞬间完成：
10－12 10－13S，不消耗能量
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（3） 松弛极化
松弛质点：材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极 子。 松弛极化：松弛质点 由于热运动使之分布混乱， 电场 力使之按电场规律分布，在一定温度下发生极化 松弛极化的特点：比位移极化移动较大距离，移动时 需克服一定的势垒，极化建立时间长，需吸收一定的能 量（10-2 － 10-9S ），是一种非可逆过程。
空间电荷极化
工频 声频 无线电 红外 紫外
极化率和介电常数与频率的关系
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各种极化形式的比较
极化形式
电子位移 极化 离子位移 极化 离子松弛 极化 电子松弛 极化 转向极化
空间电荷 极化
极化的电 介质种类 一切陶瓷
离子结构
离子不紧 密的材料 高价金属 氧化物 有机
结构不均 匀的材料
极化的频 率范围
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接触电阻的组成
接触电阻一般由收缩电阻、表面膜电阻和导体电阻组成.
收缩电阻 是电流在流经电接触区域时，从原来截面较大的导体 突然 转入截面很小的接触点，电流发生剧烈收缩现象（或集中现象），此 现象所呈现的附加电阻称为收缩电或集中电阻。
表面膜电阻:由于接触表面氧化膜层及其他污染物所构成的电阻称为 膜层电阻或界面电阻。
材料导电性的尺度。
3
8.1.3 根据材料导电性能好坏，可把材料分为：
导体 : ρ ＜10-2Ω •m
半导体 : 10-2Ω •m ＜ ρ ＜ 1010Ω •m