材料科学和工程基础顾宜材料的电学性能市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第四章第四章 内容内容4-1 固体材料机械性能固体材料机械性能4-2 材料热性能材料热性能4-3 材料电学性能材料电学性能4-4 材料磁学性能材料磁学性能4-5 材料光学性能材料光学性能4-6 材料耐腐蚀性材料耐腐蚀性4-7 复合材料性能复合材料性能4-8 纳米材料及效应纳米材料及效应第1页Chapter 12Electrical Properties of Materials The electrical behaviors of the various materials Describe the relationship of electrical conductivities and four possible electron band structures for solid materials.How to calculate the electrical conductivities Define dielectric constant of a dielectric materials in terms of permittivities.4-3 材料电学性能材料电学性能第2页电力电力机械、交通机械、交通电子、微电子电子、微电子日常生活日常生活材料电学性能材料电学性能(electrical property)直流电场直流电场交变电场交变电场介电性质弱电场弱电场 导电性质强电场强电场 击穿现象 材料表面材料表面静电现象第3页 不一样材料电学性能差异及其与组成和结构关系不一样材料电学性能差异及其与组成和结构关系电导率和电阻率定义、电导率和电阻率定义、电导机制、电导率基本参电导机制、电导率基本参数及影响原因数及影响原因 材料电子能带结构与电导性、光导性和半导电性材料电子能带结构与电导性、光导性和半导电性公式公式 超导电性定义、超导体超导电性定义、超导体2 2种特征、种特征、3 3个性能指标个性能指标 介电常数定义、介质极化三种机制，介电常数定义、介质极化三种机制，交变电场中介电损耗成因及影响原因交变电场中介电损耗成因及影响原因 击穿强度定义击穿强度定义 材料电性能与温度关系材料电性能与温度关系第4页电导率电导率(electrical conductivity)和和电阻率电阻率 4-3-1 电导率和电阻率电导率和电阻率第5页电阻率分电阻率分：体积电阻率：体积电阻率：V,m表面电阻率表面电阻率：S ,电阻率电阻率 1、第6页西门子西门子电导率电导率电导率电导率(electrical conductivity)(1)表征表征材料导电性大小材料导电性大小。单位：S.m-1,（.m）-1 依据电导率对材料依据电导率对材料分类分类2、第7页表表4-19 材料分类及其电导率材料分类及其电导率材料材料电阻率电阻率电导率电导率超导体超导体导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体010-8-10-510-5-107107-1018105-10810-7-10510-18-10-7第8页 不一样材料电导率不一样材料电导率举例举例金属金属 自由电子自由电子 电导率高电导率高 导电性好导电性好硅硅 半导体半导体离离子子固固体体 室室温温绝绝缘缘体体 T高高 电电导导率率大大 （无机非金属）（无机非金属）高分子高分子 杂质致有导电性杂质致有导电性第9页 各种材料在室温电导率各种材料在室温电导率金属和合金(-1.m-1)非金属（-1.m-1）银银铜铜，工业纯，工业纯金金铝铝,工业纯工业纯 Al-1.2%,Mn 合金合金钠钠钨，钨，工业纯工业纯黄铜黄铜（70%Cu-30%Zn镍镍,工业纯工业纯纯铁纯铁,工业纯工业纯钛钛,工业纯工业纯TiC不锈钢，不锈钢，301型型镍镍 铬铬 合合 金金 (80%Ni-20%Cr）6.3*1075.85*1074.25*1073.45*1072.96*1072.1*1071.77*1071.66*1071.46*1071.03*1070.24*1070.17*1070.14*1070.093*107石墨石墨SiC锗，纯硅硅，纯苯酚甲醛（电木）窗玻璃 氧化铝（Al2O3）云母甲基丙烯酸甲酯氧化铍（BeO）聚乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯金刚石金刚石石英玻璃石英玻璃聚四氟乙烯聚四氟乙烯105(平均平均)10 2.24.3*10-410-7-10-11101410141012-10151012-101510121012-10161012101410161014101326-28302415-252215-1918-617-2225-4016-20202.2-2.4(1016Hz)2.0-2.6(1016Hz)2.5(1016Hz)3.2-3.6(1016Hz)4.14.03.43.73.02.0-2.22.9-3.12.2 0.05 0.001 0.005 0.04-0.08(1016 Hz)0.01 0.014 0.021 0.005 0.006 0.0002 0.01-0.006 0.004第74页 表表4-3-7 陶瓷电介质性能陶瓷电介质性能材料体积电阻 率 V .m击穿强度MV/m介电常数介电损耗角正切值tg60Hz105Hz60Hz105Hz绝缘瓷绝缘瓷块滑石块滑石锆英石锆英石氧化铝氧化铝钠钙玻璃钠钙玻璃电气玻璃电气玻璃熔融石英熔融石英1011-10131012约1013101210121015约101220-8080-150100-1501010-1066669-7-4-689743.8 0.01 0.005 0.035 -0.1 -0.001-0.0030.001 0.00050.010.00060.0001第75页 tg 大，损耗大，材料发烧。大，损耗大，材料发烧。电容介质电容介质 大，大，tg 小小 航空航天材料航空航天材料 小，小，tg 大，静电小大，静电小 高频焊接：薄膜封口，高频焊接：薄膜封口，tg 大大 高频电缆高频电缆用用PE，而不用，而不用PVC 非极性非极性 极性极性3 介电性应用介电性应用第76页电场中材料破坏。电场中材料破坏。高分子材料，绝缘材料高分子材料，绝缘材料 主要指标。主要指标。电电压压升升高高，超超出出临临界界值值，电电阻阻率率急急剧剧下下降降，电电流流升升高，材料由绝缘体高，材料由绝缘体 导体导体击穿强度击穿强度 E=V/h V击穿电压；击穿电压；h 材料厚度。材料厚度。E 单位：单位：MV/m 或或V/cm。介介电电击击穿穿分分类类：特特征征击击穿穿、热热击击穿穿、电电机机械械击击穿穿、放电击穿放电击穿4dielectric strength击穿强度击穿强度第77页作业题作业题汉字书汉字书:4-26，4-36英文书英文书:17.10，17.16，17.23第78页