電導(dǎo)體功能材料

導(dǎo)電材料

導(dǎo)電材料是用以傳遞電流而又沒有或很小電能損失的材料，主要以電線、電纜為代表。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，傳送弱電流的導(dǎo)電涂料、膠粘劑和透明導(dǎo)電材料等的應(yīng)用也十分廣泛。導(dǎo)電材料的基本性質(zhì)以電阻率表征。

電線、電纜所用材料主要是銅、鋁及其合金。銅作為導(dǎo)電材料大都是電解銅，含銅量為99.97%一99.98%，含有少量金屬雜質(zhì)和氧，其中的雜質(zhì)會降低電導(dǎo)率，銅中含有氧也使產(chǎn)品性能大大下降。一種無氧銅性能穩(wěn)定、抗腐蝕、延展性好、抗疲勞，可拉成很細(xì)的絲，適合于做海底同軸電纜的外部軟線，也可用于太陽能電池。

鋁導(dǎo)線與銅導(dǎo)線相比，電導(dǎo)率低，但其質(zhì)量輕，相對密度只有銅的1/3，這是鋁導(dǎo)線的一大優(yōu)點(diǎn)。主要用作送電線和配電線。對于160kV以上的高壓電線，往往用鋼絲增強(qiáng)的鋁電纜或鋁合金線。

電阻元件

電力、電子工業(yè)方面應(yīng)用的電阻元件，其阻抗性質(zhì)大都是歐姆型的（純電阻）。電子方面要求的電阻值范圍在10³Ω—10⁸Ω之間，要求用于制作電阻的材料電阻率ρ<10^-6Ω·m，做成的電子元件的電阻值穩(wěn)定，溫度系數(shù)小。還有的電阻元件是用于做電熱元件或發(fā)光元件。

用來做電阻的金屬材料有電子線路應(yīng)用的精密電阻合金，如錳-銅合金，銅-鎳合金。后者的電阻溫度系數(shù)最小。這類合金的最終熱處理是均勻退火，尤其在做成成品以后，還要進(jìn)行一次低溫長時間退火，以保證電學(xué)性能穩(wěn)定。用來做發(fā)熱元件的金屬材料是鎳-鉻合金和鐵-鉻-鋁合金。

固體電解質(zhì)

根據(jù)物質(zhì)在溶解或熔融狀態(tài)下是否導(dǎo)電，人們將其分為電解質(zhì)和非電解質(zhì)兩大類。如鹽（NaCl）就是典型的電解質(zhì)，糖就是非電解質(zhì)。但在20世紀(jì)60年代初，人們發(fā)現(xiàn)還有些物質(zhì)在低于熔點(diǎn)溫度下的固體狀態(tài)，也有高的離子導(dǎo)電特性，這類物質(zhì)就叫做固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)導(dǎo)電的本質(zhì)在于內(nèi)部帶電氧離子的運(yùn)動。晶格結(jié)構(gòu)不同，離子排列方式不同，對氧離子的活動能力有很大影響。另外，如果晶格完美無缺，離子運(yùn)動也較困難，若通過摻雜的方法產(chǎn)生大量缺陷就能提高電導(dǎo)率。

固體電解質(zhì)在高技術(shù)中有重要作用，如氧化鋯陶瓷固體電解質(zhì)就是燃料電池的心臟；還可以做磁流體發(fā)電機(jī)的電極材料；電解水制氫中的隔膜采用的也是固體電解質(zhì)，它還可以用來制成氧敏元件，廣泛用于汽車尾氣檢測、金屬冶煉過程中氧的在線分析等。

導(dǎo)電高分子材料與電子漿料

高分子材料屬于共價鍵結(jié)合的大分子鏈結(jié)構(gòu)，電子被緊緊束縛，屬于絕緣材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們采用多種技術(shù)使某些高分子材料也具有了導(dǎo)電性?？梢詫⒏叻肿訉?dǎo)電材料分為3類：抗靜電表面活性劑、導(dǎo)電材料（碳、金屬粉）與高分子材料復(fù)合、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料。另外，由于電子技術(shù)的特殊要求，電子漿料也成為一種重要的新型材料。

電子電導(dǎo)

電子電導(dǎo)的情況主要存在于導(dǎo)體和半導(dǎo)體中，具體對于導(dǎo)體和半導(dǎo)體也還有區(qū)別，下面分別介紹。

（1）導(dǎo)體：金屬是導(dǎo)體，具有金屬鍵和規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)能帶理論，金屬的價電子處于導(dǎo)帶中，全都是參與導(dǎo)電的載流子。如果是理想晶體，在電場作用下，電子的運(yùn)動不會遇到阻力，運(yùn)動速度應(yīng)該無限大，也就不會有電阻存在，但這與實(shí)際情況不符。這是因?yàn)閷?shí)際的晶體一方面存在缺陷，另一方面，只要不是絕對零度，晶格格點(diǎn)上的原子總是在不斷地圍繞平衡位置作振動，這種振動對于電子的定向運(yùn)動構(gòu)成了阻力，所以遷移率在不同的溫度下具有不同的有限值，因而電導(dǎo)率也是有限的。

（2）半導(dǎo)體：根據(jù)能帶理論，半導(dǎo)體在絕對零度時，因?yàn)閷?dǎo)帶中沒有電子，在電場作用下不導(dǎo)電。但是當(dāng)溫度大于0K時，電子受熱激發(fā)，從價帶躍遷到導(dǎo)帶，使導(dǎo)帶產(chǎn)生自由運(yùn)動的電子，而價帶產(chǎn)生自由運(yùn)動的空穴，它們統(tǒng)稱為本征載流子，載流子的濃度大小決定了高純半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。

離子電導(dǎo)

從理論上說，沒有缺陷的離子晶體是絕緣體，但實(shí)際的大多數(shù)離子晶體還是有低的電導(dǎo)率。

離子晶體中的電導(dǎo)主要為離子電導(dǎo)。離子電導(dǎo)是離子在電場作用下的定向擴(kuò)散運(yùn)動，分為兩類。

（1）本征電導(dǎo)，也叫固有離子電導(dǎo)，是晶體點(diǎn)陣的離子由于熱振動而離開了晶格，形成熱缺陷。這種熱缺陷無淪是離子還是空位都是帶電的，都可作為離子電導(dǎo)載流子。

（2）雜質(zhì)電導(dǎo)，由于雜質(zhì)與基體間的鍵合弱，在較低的溫度下雜質(zhì)就可以運(yùn)動，雜質(zhì)離子載流子的濃度決定于雜質(zhì)的數(shù)量和種類。

離子電導(dǎo)率的大小與溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷有關(guān)。溫度增加時電導(dǎo)率增大，在較高溫度，固有電導(dǎo)起主導(dǎo)作用；低溫下，雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位。它與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系主要從原子間結(jié)合力的大小來考慮，原子間結(jié)合力大的，電導(dǎo)率低。晶體缺陷，特別是離子性晶格缺陷的濃度大，電導(dǎo)率高。因此離子性晶格缺陷的生成及其濃度大小是決定離子電導(dǎo)的關(guān)鍵。

電導(dǎo)體是指電阻率很小且易于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)。導(dǎo)體中存在大量可自由移動的帶電粒子稱為載流子。在外電場作用下，載流子作定向運(yùn)動，形成明顯的電流。

金屬是最常見的一類導(dǎo)體。金屬原子最外層的價電子很容易掙脫原子核的束縛，而成為自由電子，留下的正離子（原子實(shí)）形成規(guī)則的點(diǎn)陣。金屬中自由電子的濃度很大，所以金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率通常比其他導(dǎo)體材料的大。金屬導(dǎo)體的電阻率一般隨溫度降低而減小。在極低溫度下，某些金屬與合金的電阻率將消失而轉(zhuǎn)化為“超導(dǎo)體”。

光電導(dǎo)體（photoconductor），是指吸收光子時其電導(dǎo)率增加的非金屬固體物質(zhì)。

中文名稱

光電導(dǎo)體

英文名稱

photoconductor

定　　義

吸收光子時其電導(dǎo)率增加的非金屬固體物質(zhì)。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），通論（二級學(xué)科）

靜電導(dǎo)體指的是體電阻率在1×10的6次方Ω·cm以下或表面電阻率在1×10的7次方Ω·cm以下,當(dāng)其接地時不能積聚靜電電荷的材料。

中文名稱

靜電導(dǎo)體

英文名稱

electrostatic conductor

定　　義

體電阻率在1×106Ω·cm以下,當(dāng)其接地時,不能積聚靜電電荷的材料。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級學(xué)科），礦山電氣工程（二級學(xué)科），礦山電氣安全（三級學(xué)科）

隨著電力輸配電系統(tǒng)提出更大容量更高效率的需求，大電流長距離直流高溫超導(dǎo)電纜未來將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項(xiàng)目研究大電流長距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在不同運(yùn)行階段沿長度方向上不同通電導(dǎo)體段的電流動態(tài)分布問題，探索大電流長距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時的諧波損耗問題，提出大電流長距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過流穩(wěn)定性判據(jù)，本項(xiàng)目的研究成果將為大電流長距離直流高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計、保護(hù)及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對進(jìn)一步加速超導(dǎo)電力技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程的步伐，具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。