磁性物理PPT學習教案

1、會計學1磁性物理磁性物理第1頁/共61頁一、載流子 電介質(zhì)中離子電導為主。離子微小位移產(chǎn)生極化離子從一個電極位移至另一個電極形成電導第2頁/共61頁abc導帶價帶第3頁/共61頁第4頁/共61頁 按體積電阻率排列的各種材料第5頁/共61頁 電介質(zhì)電流時間特性聚乙烯的電流時間特性daspIIII第6頁/共61頁SVm第7頁/共61頁結(jié)論：1.對電介質(zhì)來說，導電載流子可以是離子和電子，但在大多數(shù)情況下，主要為離子導電，這與導體和半導體的電子導電機理有所不同；2.研究電介質(zhì)的導電性質(zhì)，應了解載流子的性質(zhì)和其遷移機理，揭示宏觀介電參數(shù)與微觀導電機構(gòu)間的規(guī)律性。第8頁/共61頁一、載流子的產(chǎn)生體積電離體

2、內(nèi)氣體分子相互碰撞而發(fā)生的電離，又稱為本征電離；表面電離金屬電極表面電子逸出而使氣體發(fā)生的電離，又稱為非本征電離。第9頁/共61頁二、氣體介質(zhì)的電流-電壓關(guān)系（伏-安特性曲線）)/(2mAj)/(mVEIIIIII1E2ESj第10頁/共61頁第11頁/共61頁第12頁/共61頁通常所說的電導率均是指飽和區(qū)的電導率。的增加而增加。的增加而增加。隨隨也可通過實驗測得。也可通過實驗測得。對給定的材料為定值，對給定的材料為定值，、，而，而設(shè)：設(shè)：ddEEVVdE1111E ?第13頁/共61頁3.高電場區(qū) 如電場很高，例如E106V/cm，離子在電場中獲得很高的能量而產(chǎn)生新的碰撞和電離，使N隨E的增

3、大指數(shù)增加，導致電流的指數(shù)增大。第14頁/共61頁常見的液體電介質(zhì)：礦物油變壓器油、電容器油；植物油蓖麻油、桐油；有機溶劑苯、甲苯、四氯化碳；新型液體介質(zhì)十二烷基苯、硅油、酯類油。純液體介質(zhì)具有很低的電導率=10-1310-15（cm）-1，含有雜質(zhì)的液體介質(zhì)的電導率=10-910-13（cm）-1。第15頁/共61頁一、液體介質(zhì)的載流子離子本征離子雜質(zhì)離子膠粒水（或懸浮狀水珠）離子的來源：熱離解產(chǎn)生直接離解：如H2O2H+O2-間接離解：先發(fā)生氧化組成新的物質(zhì)，再離解。第16頁/共61頁二、液體介質(zhì)的離子電導電導率分別為：電導率分別為：故離子電導電流密度和故離子電導電流密度和）（離子的遷移率

4、為：離子的遷移率為：）（為：為：離子宏觀平均漂移速度離子宏觀平均漂移速度）（：將液體看成類固體，則將液體看成類固體，則由熱離子勢壘模型，可由熱離子勢壘模型，可、電導率與溫度的關(guān)系、電導率與溫度的關(guān)系、短程有序、短程有序：接近固體、有流動性：接近固體、有流動性、液體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、液體介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征KTUKTqEvEKTUKTqnnEKTUKTqnn0202000exp6exp6vexp621第17頁/共61頁lnT1本征雜質(zhì)第18頁/共61頁三、液體介質(zhì)的電泳電導1.載流子膠粒 來源：1）加樹脂（提高黏度、穩(wěn)定性）懸浮離子； 2）過量的水細小水珠。特點：1）膠粒為分子的聚集體，大小在10-61

5、0-10m； 2）膠粒為分散體系，作布朗熱運動； 3）膠粒為帶電體，帶電規(guī)律：12第19頁/共61頁2. 電泳電導的計算電場力F摩擦力f運動方向第20頁/共61頁第21頁/共61頁高粘度硅油混入巳烷中時粘度與離子遷移率的關(guān)系 第22頁/共61頁3. 液體電導主要是雜質(zhì)和膠粒，這都不是液體介質(zhì)的本征特性?？梢酝ㄟ^在液體介質(zhì)中加硅膠和活性劑的方法來改善液體介質(zhì)的性能。4. 液體電介質(zhì)載流子遷移率的測量方法：精制的液體，施加直流電場，對陰極用極短時間的紫外線脈沖照射，使從陰極向液體做光電子注入，注入的電子就以自由電子的形式或附著在中性分子上成為負離子而向陽極運動，在外部回路中有光電流流過。 第23頁

6、/共61頁本征離子的華爾頓定律注：該關(guān)系式只適用于液 體的本征離子，雜質(zhì)離子不能適用。第24頁/共61頁一、固體介質(zhì)的載流子離子：雜質(zhì)離子和本征離子；電子是比較低的電場區(qū)，電流線性的隨電壓增加而上升，歐姆定律成立： VI HV以上的非線性區(qū)稱為強電場區(qū) 第25頁/共61頁滌綸的強場電導 第26頁/共61頁二、固體介質(zhì)導電性質(zhì)的判斷SNI-+PalmFBIBvqF1.電子電導的判定：第27頁/共61頁+-I II III第28頁/共61頁三、晶體中的離子電導參與電導的離子為缺陷和雜質(zhì)等弱聯(lián)系離子。第29頁/共61頁第30頁/共61頁所需克服的位壘；所需克服的位壘；正離子沿電場方向遷移正離子沿電場

7、方向遷移空位所需的能量；空位所需的能量；產(chǎn)生一個肖特基正離子產(chǎn)生一個肖特基正離子）（）（）（導的貢獻：導的貢獻：肖特基正離子空位對電肖特基正離子空位對電）011101221111expexp6exp .1UUTBAKTUUKTNqqnKTUNnSSSSS）（導的貢獻：導的貢獻：肖特基負離子空位對電肖特基負離子空位對電）TBA222exp .2第31頁/共61頁第32頁/共61頁）（）（為為：晶晶體體中中總總的的離離子子電電導導率率此此：較較本本征征離離子子低低的的多多，因因由由于于雜雜質(zhì)質(zhì)離離子子的的激激活活能能）（雜雜質(zhì)質(zhì)離離子子的的電電導導：總總TB-expATB-Aexp BB TB-e

8、xpA . 2 AAlnT1本征雜質(zhì)第33頁/共61頁KCl+SrCl2混合晶體的電導 各種高分子電導的活化能高分子Ua千卡/克分子適用溫度聚乙烯聚苯乙烯聚氟氯乙烯滌綸聚甲基丙烯酸酯尼龍66合成橡膠聚醋酸乙烯酯13-173024383340284440-11020-8020-100100-20021-6040-16030-9015-50本征電導雜質(zhì)電導第34頁/共61頁四、無定形固體介質(zhì)的電導 255002200010 exp. 1322117-BOBBSiOcmTBA：）（）（純玻璃：純玻璃：激活能大，電導率低第35頁/共61頁C .nn b.B U.K .20雜質(zhì)離子的濃度雜質(zhì)離子的濃度結(jié)

9、果：結(jié)果：等的氧化物等的氧化物、在玻璃中加在玻璃中加堿玻璃：堿玻璃：）cnaLiNaLiNaKRC651032210105 . 1C %2 . 3105 . 06 . 1C %2 . 3%01. 042常常數(shù)數(shù)，）（常常數(shù)數(shù)，系系玻玻璃璃；系系玻玻璃璃馬馬爾爾金金經(jīng)經(jīng)驗驗公公式式：繆繆列列爾爾CCnOBnSiOCONSTANTCBnARKARNaARLi33. 195. 065. 0：第36頁/共61頁KNa40%60%tan3）降低玻璃的電導：當玻璃中堿金屬氧化物的總濃度較高，而用另一種堿金屬來部分取代（總濃度保持不變），可降低玻璃的電導率和損耗，這種效應稱為“中和效應”。：在堿金屬氧化物玻

10、璃中，加入二價堿土金屬氧化物（CaO、BaO等），由于二價堿土金屬可使玻璃結(jié)構(gòu)比單一含一價堿金屬時的結(jié)構(gòu)更緊密，并使勢壘增高，從而降低玻璃的電導率和損耗。第37頁/共61頁五、固體介質(zhì)的表面電導ddS第38頁/共61頁絕緣電阻與體積、表面電阻的關(guān)系 表面電導率與水蒸氣壓力的關(guān)系 第39頁/共61頁注：1測量電極 2.高壓電極 3.保護電極 4.被測試樣 第40頁/共61頁影響表面電導的因素：1.水對表面電導的影響2.多孔結(jié)構(gòu)的影響3.表面清潔度的影響4.表面粗糙的影響親水介質(zhì)：浸潤角90第41頁/共61頁遷移率的測量方法dEenti0)(0/terrttttdEentQ0)(wdteIeI/r

11、rttttrEtd /第42頁/共61頁六、固體介質(zhì)的電子電導主要為：禁帶寬度（Eg）較小的電介質(zhì)和薄膜介質(zhì)。來源：金屬電極、熱電子發(fā)射、場致冷發(fā)射和碰撞電離。運動形式：能帶模型（Energy Band Model）； 跳躍模型（Hopping Model）； 自由電子氣模型（Free Electron Gas Model）第43頁/共61頁1. 能帶模型ECmaxECEVEVminEFEg第44頁/共61頁第45頁/共61頁第46頁/共61頁ECmaxECEVEVminEFEg施主能級ECmaxECEVEVminEFEg受主能級當當E Eg g3ev3ev時，本征激發(fā)的電子和空穴濃度很低，故

12、電子電導不明顯。時，本征激發(fā)的電子和空穴濃度很低，故電子電導不明顯。但介質(zhì)中同樣存在類似半導體的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)形成淺能級。但介質(zhì)中同樣存在類似半導體的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)形成淺能級。不規(guī)則結(jié)晶系的能帶結(jié)構(gòu) 第47頁/共61頁2. 跳躍模型 各分子的電子越過分子間的勢壘，形成導電。越過勢壘的方式有：高電場下的隧道效應；溫度引起的熱激發(fā)。aU第48頁/共61頁3. 自由電子氣模型 在強電場下，出現(xiàn)場致冷發(fā)射，電子通過電極注入方式引起電荷注入型電流。Child Law第49頁/共61頁)(eV26米安2A10金屬常見金屬材料的功函數(shù)第50頁/共61頁第51頁/共61頁光照射所引起的電流，在外加電壓低時，多

13、呈現(xiàn)歐姆特性。因圖中虛線是光感生電流的倒數(shù)為縱坐標，可見衰減特性與時間關(guān)系呈雙曲線變化。 用X射線照射聚乙烯，經(jīng)過一段時間后停止照射，光感生電流的時間響應相對于光照強度R（生成載流子的量與R成正比）的光感生電流 RIp一般在一般在0.5到到1.0之間之間 受照射的高分子的電性能物理量D物質(zhì)物質(zhì)Uaev斜率斜率甲基丙烯酸甲基丙烯酸1.00.145秒秒滌綸滌綸0.830.1885小時小時聚乙烯聚乙烯0.810.3575分分聚苯乙烯聚苯乙烯0.750.1830分分聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.630.519小時小時第52頁/共61頁第53頁/共61頁第54頁/共61頁第55頁/共61頁漏電流 j - 電導G - 電導率 - 載流子）遷移率-（載流子）漂移速率v -外電場EEvqnEj第56頁/共61頁)/(2mAj)/(mVEIIIIII1E2ESj第57頁/共61頁離子本征離子雜質(zhì)離子TBATBA2211lnlnln.20constqn膠粒.3)(820co