导体
导体,(conductor),是指电阻率很小且易于传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。在外电场作用下,载流子作定向运动,形成明显的电流。
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金属是最常见的一类导体。金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚,而成为自由电子,留下的正离子(原子实)形成规则的点阵。金属中自由电子的浓度很大,所以金属导体的电导率通常比其他导体材料的大。金属导体的电阻率一般随温度降低而减小。在极低温度下,某些金属与合金的电阻率将消失而转化为"超导体"。[1]
目录
基本信息
金属导体
金属是最常见的一类导体。金属中的原子核和内层电子构成原子实,规则地排列成点阵,而外层的价电子容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子,它们构成导电的载流子。
金属中自由电子的浓度很大,每立方厘米约10个,因此金属导体的电阻率很小,电导率很大。金属的电阻率为10-10欧·米,一般随温度降低而减小。金属导电过程中不引起化学反应,也没有显著的物质转移,称为第一类导体。[2]
液体导体
电解质的溶液或称为电解液的熔融电解质也是导体,其载流子是正负离子。实验发现,大部分纯液体虽然也能离解,但离解程度很小,因而不是导体。如纯水的电阻率高达10欧·米,比金属的电阻率大10-10倍。但如果在纯水中加入一点电解质,离子浓度大为增加,使电阻率大为降低,成为导体。 [3] 电解液的电阻率比金属的大得多,这是因为电解液中的载流子浓度比金属小得多,而且离子与周围介质的作用力较大,使它在外电场中的迁移率也要小得多。电解液在通电过程中伴随有化学变化,且有物质的转移,称为第二类导体。它常应用于电化学工业,如电解提纯、电镀等。而把导电过程中不引起化学变化,也没有显著物质转移的导体,如金属,称为"第一类导体"。[4]
气体导体
电离的气体也能导电(气体导电),其中的载流子 是电子和正负离子。通常情形下,气体是良好的绝缘体。如果借助于外界原因,如加热或用X射线、γ射线或紫外线照射,可使气体分子离解,因而电离的气体便成为导体。
电离气体的导电性与外加电压有很大关系,且常伴有发声、发光等物理过程。电离气体常应用于电光源制造工业。气体由于外界电离剂作用下的导电称为气体的非自持放电。随着外加电压增大,电流亦增大,电压增大到一定值时非自持放电达到饱和,继续再增加电压到某一定值后电流突然急剧增加,这时即使撤去电离剂,仍能维持导电,气体就由非自持放电过渡到自持放电。
气体自持放电的特性取决于气体的种类、压强、电极材料、电极形状、电极温度、两极间距离等多种因素。条件不同,自持放电采取不同的形式,有辉光放电、弧光放电和电晕放电等。气体的非自持放电和自持放电有许多实际应用。
超导体
指导电材料在温度接近绝对零度的时候,物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。"超导体"是指能进行超导传输的导电材料。
零电阻:超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感应电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种"持续电流"已多次在实验中观察到。
抗磁性:超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。
临界温度;外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。[5]
导体材料
金属材料
导电材料是用以传递电流而又没有或很小电能损失的材料,主要以电线、电缆为代表。随着电子工业的发展,传送弱电流的导电涂料、胶粘剂和透明导电材料等的应用也十分广泛。导电材料的基本性质以电阻率表征。
电线、电缆所用材料主要是铜、铝及其合金。铜作为导电材料大都是电解铜,含铜量为99.97%一99.98%,含有少量金属杂质和氧,其中的杂质会降低电导率,铜中含有氧也使产品性能大大下降。一种无氧铜性能稳定、抗腐蚀、延展性好、抗疲劳,可拉成很细的丝,适合于做海底同轴电缆的外部软线,也可用于太阳能电池。
铝导线与铜导线相比,电导率低,但其质量轻,相对密度只有铜的1/3,这是铝导线的一大优点。主要用作送电线和配电线。对于160kV以上的高压电线,往往用钢丝增强的铝电缆或铝合金线。
电阻元件
电力、电子工业方面应用的电阻元件,其阻抗性质大都是欧姆型的(纯电阻)。电子方面要求的电阻值范围在103Ω—108Ω之间,要求用于制作电阻的材料电阻率ρ<10-6Ω·m,做成的电子元件的电阻值稳定,温度系数小。还有的电阻元件是用于做电热元件或发光元件。
用来做电阻的金属材料有电子线路应用的精密电阻合金,如锰-铜合金,铜-镍合金。后者的电阻温度系数最小。这类合金的最终热处理是均匀退火,尤其在做成成品以后,还要进行一次低温长时间退火,以保证电学性能稳定。用来做发热元件的金属材料是镍-铬合金和铁-铬-铝合金。
固体电解质
根据物质在溶解或熔融状态下是否导电,人们将其分为电解质和非电解质两大类。如盐(NaCl)就是典型的电解质,糖就是非电解质。但在20世纪60年代初,人们发现还有些物质在低于熔点温度下的固体状态,也有高的离子导电特性,这类物质就叫做固体电解质。
固体电解质导电的本质在于内部带电氧离子的运动。晶格结构不同,离子排列方式不同,对氧离子的活动能力有很大影响。另外,如果晶格完美无缺,离子运动也较困难,若通过掺杂的方法产生大量缺陷就能提高电导率。
固体电解质在高技术中有重要作用,如氧化锆陶瓷固体电解质就是燃料电池的心脏;还可以做磁流体发电机的电极材料;电解水制氢中的隔膜采用的也是固体电解质,它还可以用来制成氧敏元件,广泛用于汽车尾气检测、金属冶炼过程中氧的在线分析等。
导电高分子材料与电子浆料
高分子材料属于共价键结合的大分子链结构,电子被紧紧束缚,属于绝缘材料。随着科学技术的发展,人们采用多种技术使某些高分子材料也具有了导电性。可以将高分子导电材料分为3类:抗静电表面活性剂、导电材料(碳、金属粉)与高分子材料复合、结构型导电高分子材料。另外,由于电子技术的特殊要求,电子浆料也成为一种重要的新型材料。
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