МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МвТКМ

Лабораторные работы

Отчеты

Выполнил: Абдрахманов А.Х. гр. АУС-1-10

Преподаватель: к.х.н. Татаринцева Т.Б.

Казань 2012

Вопрос 1.

Традиционно материалы, обладающие определенными свойствами по отношению к электрическому и магнитному полям и применяемые в электронной техники с учетом этих свойств, называются электротехническими.

По электрическим свойствам (поведению в электрическом поле) материалы подразделяются на три группы: диэлектрические, проводниковые и полупроводниковые. При этом диэлектриками являются материалы с  (удельное сопротивление) более 108 Ом•м, проводниками - менее 10-5 Ом∙м. Для полупроводниковых материалов значения удельного сопротивления лежат в интервале от 10-5 до 108 Ом•м.

По отношению к магнитному полю принято разделение материалов на магнитомягкие и магнитотвердые.

Деление электротехнических материалов на диэлектрики, проводники и полупроводники наиболее наглядно объясняется энергетическими диаграммами зонной теории твердого тела (рис. 2.1.).

энергия А

Б

Рис. 2.1 - Схематическое изображение зонной теории твердого тела: А. Схема расположения энергетических уровней: I - для уединенного атомарного элемента: 1 - энергетические уровни атома в нормальном состоянии; 2 - возбужденная зона; II - для твердого (кристаллического) тела: 3 - валентная или заполненная электронами зона; 4 - запрещенная зона или зона запрещенной энергии; 5 - свободная зона или зона проводимости; Б. Энергетические диаграммы: а - диэлектриков; b - полупроводников; c - проводников. 1 - валентная зона; 2 - запрещенная зона; 3 - зона проводимости

Область, которую занимают электроны, осуществляющие связь, называется валентной зоной, в ней общая энергия меньше или равна энергии связанных электронов. Участок, незанятый электронами и расположенный выше валентной области, называется зоной проводимости, в которой общая энергия больше или равна энергии электронов проводимости. В зависимости от электронного строения элементов и симметрии кристаллической решетки валентная и свободная области могут перекрывать или не перекрывать друг друга. Участок, в котором общая энергия системы равна разности между энергиями связанных электронов и электронов проводимости, называется запрещенной зоной или зоной запрещенных энергий.

При незначительном возбуждении энергетическое состояние каждого из электронов будет меняться в пределах всей энергетической области. Это имеет место, например, при приложении к металлам электрического поля. При этом электроны начинают двигаться в направлении поля и определяют способность металлов проводить электрический ток.

Общеизвестно, что металлические и полимерные материалы по способности проводить электрический ток диаметрально противоположны: металлы являются проводниками, а полимеры – диэлектриками.

Отсюда следует, что проводники и полупроводники (это преимущественно соединения на основе s-, р- и d -элементов) характеризуются специфическим составом, превышением металлической (металлической и ионной) компоненты химической связи над ковалентной или их приблизительного равенства. Диэлектрики (соединения, образуемые р-элементами) также обладают своеобразным составом, преобладанием степени ковалентности связи над металличностью в гомоядерных соединениях и над металличностью и ионностью вместе взятых в гетероядерных соединениях. Высокие значения ковалентной компоненты связи по сравнению с металлической в органических углеводородах приводят к образованию ими высокомолекулярных и полимерных (гомоцепных) соединений, на основе которых производят большое количество изоляционных материалов. Диэлектрическими свойствами также обладают гетероядерные (гетероцепные) неорганические (безуглеродные) полимерные вещества (фосфаты, силикаты) и изготовленные из них материалы (типа неорганических стекол, керамик, ситаллов и т. д.), в которых определяющей служит ковалентная компонента (с появлением дополнительно ионной).