纳米材料的电学特性.ppt

《纳米材料的电学特性.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纳米材料的电学特性.ppt（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、纳米材料的电学特性纳米材料的电学特性材料的电学性能 导电电荷载流子：电子和阴离子，阳离子，以及电子空穴。介电绝缘体（电介质），在外电场作用下内部电场不为零，正负电荷分布的中心分离，产生电偶极矩，即发生电极化。离子导电离子导电材料：固体电介质。阳离子导体：银离子、铜离子、钠离子、锂离子、氢离子等；阴离子导体：氟离子、氧离子。快离子相的概念快离子相的概念固体从非传导态进入传导态有三种情况：固体从非传导态进入传导态有三种情况：（1）正常熔化态。）正常熔化态。（2）非传导态经过一级相变进入导电态。相变前后均保）非传导态经过一级相变进入导电态。相变前后均保持固态特性，仅结构发生变化。称这一特殊导电相为持

2、固态特性，仅结构发生变化。称这一特殊导电相为快离子相。其结构从有序向无序转变或亚晶格熔融。快离子相。其结构从有序向无序转变或亚晶格熔融。如：银离子、铜离子导体。如：银离子、铜离子导体。（3）法拉第转变态，）法拉第转变态，没有确切的相变温度，没有确切的相变温度，是一个温度范围，是一个温度范围，在此温度范围电导率在此温度范围电导率 缓慢上升。例如缓慢上升。例如Na2S.1/Tlg（1）（2）（3）以Ag+为例，（2）的物理图象为：低温时，晶格由阴阳离子共同组成；当温度升上到相变温度时，所构成的阳离子亚晶格发生熔化；阴离子亚晶格由于阳离子亚晶格的无序而重新排列构成新相的骨架；阳离子在这些骨架的间隙上

3、随机分布，可动阳离子在这一新相中的间隙位置间很容易运动。体心立方晶格导电通道体心立方晶格导电通道面心立方晶格导电通道面心立方晶格导电通道晶格导电通道概貌晶格导电通道概貌固体电解质的离子传导机理固体电解质的离子传导机理六方密堆积的晶格导电通道六方密堆积的晶格导电通道离子导电的种类离子导电的种类本征导电本征导电-晶格点阵上的离子定向运动（热缺晶格点阵上的离子定向运动（热缺陷的运动）。陷的运动）。弗仑克尔缺陷为填隙离子弗仑克尔缺陷为填隙离子-空位对。空位对。肖特基缺陷为阳离子空位肖特基缺陷为阳离子空位-阴离子空位对。阴离子空位对。溶质导电溶质导电-溶质离子的定向运动。溶质离子的定向运动。填隙离子或置

4、换离子。填隙离子或置换离子。纳米材料对离子电导的影响纳米材料对离子电导的影响热缺陷的运动；间隙离子的电导率：=Asexp-(E2+Es/2)/kBT=Asexp-Ws/kBT扩散：=Dnq2/kT影响金属导电性的因素温度应力冷加工变形合金元素及相结构纳米材料的电学特性 同一种材料，当颗粒达到纳米级时，它的电阻、电阻温度系同一种材料，当颗粒达到纳米级时，它的电阻、电阻温度系数都会发生变化。如银是良导体，但是数都会发生变化。如银是良导体，但是10-15nm10-15nm大小的银颗大小的银颗粒的电阻会突然升高，失去金属的特征；对于典型的绝缘粒的电阻会突然升高，失去金属的特征；对于典型的绝缘体氮化硅、

5、二氧化硅等，当其颗粒尺寸小到体氮化硅、二氧化硅等，当其颗粒尺寸小到15-20nm 15-20nm 时，时，电阻却大大下降使它们具有导电性能。电阻却大大下降使它们具有导电性能。纳米电子器件的基本现象纳米电子器件的基本现象 电导量子化库伦阻塞效应普适电导涨落量子相干效应纳米材料的介电限域效应介电限域效应 如果量子点材料和基体材料的介电性质不同如果量子点材料和基体材料的介电性质不同,当半导体材当半导体材料从体相减小到可以产生量子尺寸效应以后料从体相减小到可以产生量子尺寸效应以后,量子点中的量子点中的电子、空穴和激子等载流子受到由于量子点材料和基体电子、空穴和激子等载流子受到由于量子点材料和基体材料的

6、介电性质不同引起量子点电子结构的变化的影响材料的介电性质不同引起量子点电子结构的变化的影响,这种效应称为介电受限效应。这种效应称为介电受限效应。当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时，便产生明显的介电限域效应，此时，带电粒子间的库仑作用力增强，结果增强了电子-空穴对之间的结合能和振子强度，减弱了产生量子尺寸效应的主要因素电子-空穴对之间的空间限域能，即此时表面效应引起的能量变化大于空间效应所引起的能量变化，从而使能带间隙减小，反映在光学性质上就是吸收光谱表现出明显的红移现象。纳米材料的介电性 使用纳米材料将大大降低电容器的尺寸。并且纳米电容材料使用纳米材料将大大降低电容器的尺寸。并且纳米电容材料的高介电性可以在电容总体尺寸缩小的情况下保持高容量。的高介电性可以在电容总体尺寸缩小的情况下保持高容量。19951995年，美国已经用纳米钛酸钡和纳米钛酸钕研制成纳米阵年，美国已经用纳米钛酸钡和纳米钛酸钕研制成纳米阵列电容器。美国国家航空和宇航局（列电容器。美国国家航空和宇航局（NASANASA）报告中指出，纳）报告中指出，纳米尺度的电容器将在米尺度的电容器将在20102010年在电子、国防、通讯中得到广泛年在电子、国防、通讯中得到广泛的应用。的应用。纳米材料的介电性