基本介紹
- 中文名：導電體
- 外文名：conductive body
- 舉例：金屬，石墨及某些金屬的化合物
- 歐姆：定義某一材料的導電程度
- 絕緣體：不容易導電的物體
分類,電子導體,離子導體,定義,滲流現象,有機導電體,
分類
電子導體
電子導體有金屬，石墨及某些金屬的化合物（如WC）等，它是靠自由電子的定向運動而導電，在導電過程中自身不發生化學變化。金屬導體裡面有自由運動的電子，導電的原因是自由電子，當溫度升高時由於導電物質內部質點的熱運動加劇，阻礙自由電子的定向運動，因而電阻增大，導電能力降低。半導體隨溫度其電阻率逐漸變小。導電性能大大提高，導電原因是半導體內的空穴和電子對。
離子導體
離子導體依靠離子的定向運動(即離子的定向遷移)而導電，例如電解質溶液或熔融的電解質等。當溫度升高時，由於溶液的黏度降低，離子運動速度加快，在水溶液中離子水化作用減弱等原因，導電能力增強。
定義
幾種金屬導電性能：
銀 100
銅99
金74
鋁61
大小依次為 銀 銅 金 鋁 鎳 鋼 合金
幾種導體材料在溫度20℃時的電阻率：
銀 1.6*10^-8
銅 1.7*10^-8
鋁 2.9*10^-8
鎢 5.3*10^-8
鐵 1.0*10^-7
錳銅合金 4.4*10^-7
捏鋁合金 5.0*10^-7
鎳鉻合金 1.0*10^-6
滲流現象
導電體與絕緣體復相陶瓷的導電性能符合滲流理論，其滲流轉變曲線受多種因素的影響，除導電相與絕緣相二相組成的配比外，還受到二相顆粒的尺寸、形狀及分布的影響，復相陶瓷的燒成溫度、溫度制度影響了臨界指數、晶粒粒徑比及晶界層，從而也影響滲流轉變曲線。
導電體 -絕緣體複合材料一直是人們廣為研究的課題，導電體 -絕緣體組成的複合體中的各因素 (各相的幾何因素和電特性 )決定了它的巨觀電性能，因而預言複合體中各因素對複合體性能的影響規律是極為重要的。
滲流理論
導電體與絕緣體的複合，必然存在下列現象： 當導電相含量較低時，導電粒子無規則地彌散在絕緣相中，複合體的導電率很小，與絕緣相的導電率接近；隨導電相的增加，導電顆粒將聚集成較大的團簇，在某個臨界含量 ，導電顆粒將相互連線成一個無限的團簇，形成一個導電通路，複合體的導電率快速增加，發生非線性突變；隨導電相的進一步增加，複合體的電導率快速接近導電相的電導率。
影響滲流閥值的因素
對於球狀或近似球狀顆粒的二組成相，二相的晶粒在空間隨機填充，則此類複合材料的滲流閥值在0.01到大於0.5之間變化，滲流閥值的具體數值完全依賴於二相晶粒的結構參數，如晶粒尺寸、形狀及分布。
1、滲流閥值與晶粒尺寸的關係：
以Ri表示絕緣相顆粒的粒徑， Rc表示導電相顆粒的粒徑，則二相顆粒的粒徑比Ri /Rc對滲流閥值有重大影響。對於球狀或近似球狀的晶粒，粒徑比決定了滲流閥值的大小。
2、滲流閥值與晶粒形狀的關係：
當導電相晶粒非球狀時，則由於長條狀晶粒比球狀晶粒易於相互連線而形成滲流通路，因此與類似條件下球狀粒子相比，其滲流閥值Vc將減小。如碳纖維(L /d= 100)與環氧樹脂的複合材料，其滲流閥值Vc可低到0.0055。引入排除體積 (Vex )的概念後 ，其滲流閥值可表示為：
Vc = 1- ex p [- Bc*V / < Vex > ]
其中：V 為晶粒體積，<Vex >為排除體積平均值，Bc為臨界接觸數。
套用
導電相與絕緣相複合，其複合材料的電導率遵循滲流理論，符合滲流轉變曲線，而滲流轉變曲線受多種因素的影響，因而可以通過控制上述影響因素，使導電相與絕緣相的複合符合所期望的滲流轉變曲線，進而獲得所需的燒結產物，取得最佳的效果。
例如，TiB2與BN的複合，是典型的導電相與絕緣相的複合，其中TiB2的電阻率為9～ 30μΨcm，而BN的電阻率為1016～ 1018Ψcm。TiB2與BN復相陶瓷的電導率與各成份體積分量的關係符合滲流理論，因而TiB2與BN復相導電陶瓷的燒成可以採用滲流理論作為指導：當對最終燒結產物中TiB2與BN的配比及電導率有一定要求時，則可以通過改變二相粒度比或燒結溫度等手段來同時滿足配比及電導率要求。
有機導電體
有機化合物也會導電
長期以來，就導電性能而言，人們往往習慣於把有機化合物看作是絕緣體。但實際情況並非完全如此。 隨著高分子化學和合成技術的發展，對於固體有機化合物電子電導的機理，已了解得相當清楚。在工業中用作導體的石墨，實際上就是具有金屬導電性能的典型有機高分子化合物。
有機化合物特別是高分子化合物的 一個顯著特點是，藉助於其分子結鉤和性能之間所存在的某些已知關係， 可以通過大分子的合成來調省其各種性能。石墨雖有很好的導電性能，但是它的機械性能和加工性能卻很差，限制了它的套用範圍。因此，如果能創製出機械性能和加工性能都很好的有機導電體，使它能在廣泛的範圍內發揮其作用。
分子固體的電子電導機理
要使有機化合物固體能象金屬那樣導電，首先要了解它是什麼性質的固體，在基本結構上它和金屬的主要差別是什麼? 從結晶學的觀點來看，金屬是原子晶體，而有機化合物則是分子晶體。事實上僅僅是有機的低分子化合物才是分子晶體，至於有機高分子則往往很難製成單晶，其固體中除結晶相之外還有無定形相存在。有機材料中存在無定形相就能使它具有良好的機械性能和加工性能，所以只能把有機導電體看作是分子固體，在分析它的電子電導特點時，必須考慮到其中存在著無定形相。
金屬之所以會導電，是由於其原子晶體中存在著起導電作用的自由電子。分子固體中根本就沒有這樣的自由電子，要使它導電，首先便要依賴特種的分子結構設計來提供適當的載流子 ( 電子和空穴 ) 。 其次，分廣固體中分子和分一子的堆積是由范德瓦爾斯力控制的，分子間的間距大，電子云的交迭很差，即使在分子內已經存在著可在外加電場下移動的載流子，也較難從一個分子遷移到另一個分子，必須使它有越過分子間位壘的活化過程。 這就是有機化合物大都是絕緣體的原因所在。因此，要使有機化合物成為導電體，其分子結構至少必須具有下列兩個條件：( 1 )要能產生載流子，( 2 )分子間的電子云要有一定程度的重迭。
提高電導率的途徑
為了使有機導電體出現金屬電導，為了儘量提高它的電導率，改進晶體結構的幾何因素便成為特別重要的問題。它的具體內容是：怎樣才能控制分子在晶體中的幾何堆積? 施主和受主怎樣才能形成各自的分子柱? 分子柱內怎樣才有均等的分子平面間距 ? 低溫時怎樣才能保持有效的晶體結構不變，從而不致使它從有機金屬變回到半導 體?但是基本原理已很清楚：這些因素都取決於分子間的相互作用力。而要控制這種相互作用力，惟有根據現有的理論基礎進行計算，從而設計出更為有效的有機導電體分子結構，使電導係數取得進一步提高。
廣泛套用有機導電體的前景
要使有機導電體在廣泛的工業部門得到套用，除了應進一步提高其電導率外，還得注意其機械性能和加工性能。所以必須使有機導電體的組分有一部分或全部是高分子化合物。 最理想的設計是，處於結晶區的分子能提供金屬電導，而處於非晶區的分子則提供韌性和加工性。在有機導電體加工成形之後，還可以進行後處理，以使結晶區進一步完善而提高電導率。
有機導電體是從石墨的分子結構啟發出來的新型材料。過去的研究和發展主要是保留和改進石墨的導電性能 ，但要克服其機械性能和加工性能都很差的缺點。在工業上廣泛套用有機導電體的前景是很有希望的。除期望其 可以在電子工業甚至在電力工業中取代金屬銅之外，甚至於還有發展出有機超導體的可能性。
