ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зонная теория твердого тела из "Физика диэлектрических материалов " Сравнение природы злектропроводности в металлических проводниках, полупро водниках и диэлектриках с электронным характером электропроводности может быть весьма наглядно проведено с помощью зонной теории твердого тела. [c.48] Как известно из физики, спектры излучения различных веществ в газообразном состоянии, когда отдельные атомы удалены друг от друга на весьма большие расстояния, являются линейчатыми. Это дает основание заключить, что в отдельных, не взаимодействующих друг с другом атомах имеются вполне определенные энергетические состояния [энергетические уровни) электронов. Чем дальше находится электрон от атомного ядра, тем выше его энергетический уровень. [c.48] Если же вещество находится в конденсированном агрегатном состоянии, т. е. в состоянии жидкости или, тем более, в состоянии кристаллического твердого тела, имеет место взаимодействие атомов электронные уровни при этом смещаются и вместо отдельных уровней образуются полосы, или зоны энергетических уровней, как это изображено схематически (для диэлектрика) на рис. 1-24 и рис. 1-25,а. [c.48] Обозначения 2, 4 и 5 — те же, что на рис. 1-24. [c.49] Таким образом, различие между диэлектриками и полупроводниками — не качественное, а лишь количественное и четкой границы между диэлектриками п полупроводниками не существует в то же время различие между проводниками и полупроводниками, а тем более между проводниками и диэлектриками—принципиальное и граница между проводниками и полупроводниками, определяемая равенством нулю или неравенством нулю ширины запрещенной зоны, имеется весьма четкая. [c.50] В полупроводнике переход электрона из заполненной зоны в свободную сопровождается образованием дырки в заполненной зоне под действием внешнего электрического поля дырка может двигаться, но в направлении, противоположном направлению движения электрона— по полю, а не против поля. [c.50] В 1-4—1-8 преимущественно рассматривалась электронная электропроводность различных веществ. Электронная электропроводность — весьма важное явление, рассмотрение которого позволяет уточнить многие представления о строении вещества это явление — главным образом в проводниках и полупроводниках — имеет и большое применение в технике. [c.51] Однако, как уже отмечалось, в технике электрической изоляции весьма часто приходится иметь дело с ионной, а иногда и с довольно близкой к ней — молионной электрон рово дностью. [c.51] Как уже упоминалось, ионная электропроводность может наблюдаться и у кристаллических диэлектриков. Особенно характерна ионная электропроводность для аморфных веществ — смол, лаковых пленок, компаундов, стекол и ряда других веществ, весьма широко распространенных в технике электрической изоляции, а также для жидких диэлектриков. У керамических материалов, содержащих наряду с кристаллической фазой также и аморфную (стекловидную) фазу, электропроводность в значительной степени определяется последней. [c.51] При движении ионов в электрическом поле имеет место электролиз, т. е перенос вещества, связанный с образованием вблизи электродов новых химических веществ (примеры выделение металлов на катоде при гальванопластике, электрометаллургических процессах и пр. рабочие процессы гальванических элементов и аккумуляторов выделение кислорода на аноде и водорода на катоде при электролизе подкисленной воды, формовка алюминия, тантала и других вентильных металлов — см. 1-11) и т. п. [c.51] Диэлектрики, у которых имеет место ионная электропроводность, также должны подвергаться электролизу, но он выражен менее заметно, так как благодаря высокому удельному сопротивлению вещества пропустить через него большое количество электричества можно лишь в течение длительного времени, при приложении относительно высокого постоянного напряжения более отчетливо может наблюдаться электролиз в диэлектриках при повышенных температурах, когда удельное сопротивление вещества понижено. [c.53] В ряде случаев электролизу подвергается основное вещество диэлектрика примером может служить стекло, в котором благодаря его прозрачности можно непосредственно наблюдать выделение продуктов электролиза — при пропускании постоянного тока через стекло, нагретое для уменьшения вязкости и повышения проводимости, у катода образуются характерные ветвистые отложения ( дендриты ) входящих в состав стекла металлов, чаще всего натрия. Образование ден-дритов наблюдается также и в щелочно-галогенидных кристаллах при длительном пропускании через них постоянного тока при повышенной температуре. [c.53] Отметим здесь же, что в некоторых случаях наблюдается прорастание в изоляцию дендритов, образующихся из металла одного из электродов (катода), переносимого ( мигрирующего ) в толщу изоляции. В частности, сравнительно склонно к миграции серебро (рис. 1-27). Понятно, что образование металлических дендритов может ухудшить качество изоляции. [c.53] Выше мы говорили об ионной электропроводности, обусловленной электролитической природой основного вещества диэлектрика. Но весьма часто встречаются такие случаи (примеры — большинство органических полимеров), когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью ионизироваться, но ионная электропроводность имеет место за счет практически неизбежно присутствующих в диэлектрике з а-гряз нений — примесей влаги, солей, щелочей, кислот и т. п. Даже весьма малые, иногда с трудом обнаруживаемые химическим анализом примеси способны заметно влиять на проводимость вещества поэтому-то при изготовлении диэлектриков и вообще в технике электрической изоляции весьма важны чистота исходных компонентов и отсутствие возможности загрязнения при технологических процессах. [c.55] У диэлектриков с чисто ионным характером электропроводности, как и у проводников второго рода, строго соблюдается закон Фарадея пропорциональности между количеством пропущенного через вещество электричества и количеством выделившихся на электродах веществ. Применимость закона Фарадея к ряду практически важных электроизоляционных материалов была подтверждена весьма точными опытами В. И. Пружини-ной-Грановской. [c.55] В случае ионной и молионной электропроводности характер движения заряженных частиц (имеющих размеры порядка размеров молекул или еще более крупных) совершенно другой по сравнению с рассмотренным выше движением электронов при металлической электропроводности. [c.56] На электропроводность жидких, а также аморфных вязких материалов (смолы, компаунды и т. п.) весьма большое влияние оказывает вязкость вещества. [c.56] Различают два основных вида вязкости—динамическую (иначе абсолютную вязкость или коэффициент внутреннего трения) и кинематическую. [c.56] Вернуться к основной статье