必威体育精装版【精品文档】博士学位论文答辩 超声层析成像的理论与实现.pptVIP

5.1概述 * * 5.2材料的导电性能 5.4半导体物理 5.3金属电导 5.5 超导物理 2个学时 4个学时 4个学时 第5章 导电物理 2个学时 10个学时 5.3金属电导II 5.3.3压力对材料电阻的影响 5.3.4固溶体的导电性 5.3.5金属间化合物 压力对材料的性能表现出强烈的影响。由于压力改变着系统的热力学平衡条件，因而也就能够使金属出现新的变体。 一般认为在几百千巴(1巴=1.02大气压=105帕斯卡(Pa))压力下不发生某种相变的物质几乎是没有的。 5.3.3压力对材料电阻的影响 在压力的作用下，由于传导电子和声子之间相互作用的变化，电子结构以及电子间相互作用发生改变，金属的费米面和能带结构发生变化；在压力的作用下，金属的声子谱照样也要变化.这些因素都导致了出现具有新性能的元素变体，而这些性能是常压下所没有的。 5.3.3压力对材料电阻的影响 压力对过渡族金属的影响最显著，这些金属的特点是存在着具有能量差别不大的未填满电子的壳层。因此在压力作用下，过渡族金属电子结构的变化可能容易导致填充程度的其他序列，有可能位外壳层电子转移到未填满的内壳层。这就要表现出性能的变化，即存在类似于温度影响下很容易发生的多晶形现象。 在不同温度下，几乎对所有纯元素都研究过压力对电阻的影响，并确定了电阻的压力系数(定义为 )。 实验表明，随着温度的变化电阻压力系数几乎不变，这也说明了电阻温度系数与压力无关。 根据压力对电阻的影响可以把元素分为正常元素和反常元素。属于前者的有Fe，Co，Ni，Rh，Pd，Ir，Pt，Cu，Ag，Au，Zr，Hf，Th，Nb，Ta，M，W，U等。对于它们可以观察到随压力增高电阻单调降低； 属于后者的有碱金属、碱土金属、稀土金属和第v族的半金属，它们有正的电阻压力系数．且随压力升高系数变号，即在 曲线上存在极大值，这一现象和压力作用下的相变有关。 图5.3-7 压力对金属电阻的影响(a)和(b)正常元素；(c)反常元素 有趣的是，高的压力往往导致物质的金属化，引起导电类型的变化，而且有助于从绝缘体→半导体→金属→超导体的某种转变。 表5—1 某些半导体和电介质转变为金属态所要的临界压力 众所周知，许多金属在高压下都能观察到多晶形现象。比较一下温度和压力的影响可以看到，压力对于相变来说是更为有利的。实验表明，当温度变化时大约30种金属有多晶形转变；然而，在压力影响下却有40种金属发现了多晶形现象。对于Bi，Sb，Cd，Li，Cs，Rb，He，Ba，Ga，Zn等等，压力将导致出现新的多晶形变体，而它们在常压下则是单晶形的。 必须指出，压力照例使较为致密的金属相趋于稳定。例如铁在压力作用下 的转变被遏制，而 转变被加速。 压力作用下的多晶形转变导致出现各种结构变体的电学性能。 5.3.4.1电阻与组元浓度的关系 与纯组元相比，金属固溶体的形成总是伴随着电阻的增大和电阻温度系数的减小，即使是在低导电性溶剂中加人高导电性溶质也是如此，但电阻随成分平稳地连续变化而不发生突变。在连续固溶体的情况下，当组元A添加于组元B时电阻逐渐增大，通过一个慢坡的极大值后减小到B组元的电阻值。 5.3.4固溶体的导电性 图5—8 Ag-Cu合金电阻率与成分的关系 考虑到纯组元原子半径差所引起的晶体点阵畸变增加着电子的散射，固溶体电阻总是大于纯金属电阻这一事实是理所当然的，且原子半径差越大，固溶体电阻也越大。但是，点畸阵变不是固溶体电阻增大的唯一原因。 第三，合金化常常影响弹性常数，因而点阵振动的声子谱也要改变，这些因素都要反映到电阻上来。 合金化对电阻的影响： 首先，杂质是对除声子扰动外所有其他方面部完善的理想晶体局部的破坏； 其次，合金化对能带结构起作用，移动费米面并且改变电子能态的密度和导电电子的有效数，其影响往往是金属电阻的参数； 简单金属固溶体电阻的极大值通常位于二元系的50(at)％浓度处，但铁磁金属和强顺磁金属固溶体的最大电阻可能不在50(at)％浓度处。 贵金属(Cu，Ag，Au)与过渡族金属组成固溶体时电阻非常的高。这是因为价电子转移到过渡族金属内较深而末填满的d-或f-壳层中，造成导电电子数目减少的缘故。电子的这种转移应看成固溶体组元化学作用的加强，固溶体电阻随成分急剧增大可以作为—个证明。 图5—9 Cu—Pd、Ag—Pd和Au—Pd合金电组率与成分的关系 1914年H．c．库尔纳科夫等人研究在高温形成连续固溶体的Cu—Au合金时注意到成分相当于Cu3Au和Cu Au的合金经高温淬火及退火处理电阻变化很大．退火后的电阻只有原来淬火态的1／2或1／3。当时无法确定合金中这种转