电介质物理_徐卓、李盛涛-第二十讲固体电介质的电导.pdfVIP

第二十一讲固体电介质的电导 1 概论 固体电介质的漏导电流包括两部分：流过体内的电流I 和沿着电介质表面 v 流动的电流I ，有I =I +I 。 s v s I s I I I v 固体电介质的漏导电流 在一定电压下，漏导电流与电压成正比，符合欧姆定律。在高电压下， 漏导电流与电压不成线性欧姆定律。电导G和电阻R不仅与材料有关，而 且和试样的几何形状和尺寸有关。 设电介质垂直于电流方向截面积A, 电极间距d ，则其体积电导G 和 v 体积电阻R 为： v A d G   R   v v d v v A 其中γ ρ 分别为体积电导率和体积电阻率，且： v、 v 1 1 G  v v R v v 测量体积电导G 和表面电导G 时，需将体积漏导电流和表面漏导电流分离开 v s 来。加上恒电压时，固体电介质的电流是时间的函数，先很快上升，然后或 快或慢地逐渐下降，最后达一稳定值，不再随时间而变。达稳定值的时间不 小于1分钟。有以下几种电流需考虑： 介质极化的快速响应部分引起的充电电流。试样电容C ，外电阻R ，衰减时 0 0 间τ =R C ，若R 很小，这一电流几乎是瞬时响应，迅速衰减。 0 0 0 0 介质极化的缓慢响应部分引起的光电电流。这一电流通常按e-t/z 下降。τ通常 比τ 大得多，因此不需要考虑外电阻引起的衰变过程。对结构不复杂的均匀电 0 介质τ1s，对多晶材料和复合材料τ达几分钟以至几小时。这种缓慢的极化形 式很多情况下是空间电荷的建立所贡献的极化。 吸收电流。一种充电时随时间缓慢衰减，而在放电时并不可逆的电流，它把 充电时注入的电荷吸收到介质内部，这些电荷被介质中的深能级陷阱所俘获， 不再参与放电过程。 不随时间变化的漏导电流，真实反映电介质内部的导电过程。为了排除前三 种电流的影响，需要长时间把电压加在试样上使电流不随时间改变为止。 一般来说，固体电介质的电导按照载流子类型可分为三种： 离子电导或电解电导：载流子是材料的本征离子、杂质离子及空格点； 离化分子电导或电泳电导：这种电导是由于离化了的分子或分子团引起的， 在固体中少见，主要出现在玻璃和无定形固体中； 电子电导：由自由电子和空穴引起，载流子来自光电效应，电极注入，施主 或受主掺杂。 实际固体电解质中的电导是复杂的，往往多种类型的电导同时存在并相互转 化，材料的电导及其规律与材料的化学组成、结构、杂质及环境有很大关系。 2 离子电导 离子电导的直接实验证据是利用法拉第电解实验给出的。当电流为离子 的移动所引起时，随着电流的通过，伴随有物质移动。 例：某一介质为正离子导电时，在介质通过直流电流一段时间后，在负 电极处析着一定量的物质，其重量∆