Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Hasonló dokumentumok
Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Elektromos vezetési tulajdonságok

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Mágneses anyagok. Dr. Szabó Péter János

BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Trendek az anyagtudományban Vezetési jelenségek Dr. Mészáros István 2013.

Elektromos vezetési tulajdonságok Fémek, szupravezetők

Szupravezetés. Mágneses tér mérő szenzorok (DC, AC) BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Dr. Mészáros István. Előadásvázlat 2013.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

Szigetelők Félvezetők Vezetők

Az elektronpályák feltöltődési sorrendje

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Fizika M1 - A szilárdtestfizika alapjai. Gépészmérnök és Energetikai mérnök mesterszak

Az anyagok vezetési tulajdonságai (segédanyag a "Vezetési jelenségek" című gyakorlathoz)

Az elemek rendszerezése, a periódusos rendszer

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 9. Hőtani, elektromos és kémiai tulajdonságok

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

1. SI mértékegységrendszer

Villamos tulajdonságok

2010. január 31-én zárult OTKA pályázat zárójelentése: K62441 Dr. Mihály György

American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Periódusosság. Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok. Slide 1 of 35

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Vezető anyagok. Vezető anyagok. Villamos anyagok, villamos tulajdonságok. Fontosabb fémek vezetőképessége 15/11/2015

Villamos anyagok, villamos tulajdonságok

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Periódusosság. Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok. Slide 1 of 35

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Vezetékek. Fizikai alapok

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Az atomok elrendeződése

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok

1.ábra A kadmium felhasználási területei


NE FELEJTSÉTEK EL BEÍRNI AZ EREDMÉNYEKET A KIJELÖLT HELYEKRE! A feladatok megoldásához szükséges kerekített értékek a következők:

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

KRISTÁLYOK GEOMETRIAI LEÍRÁSA

Fázisátalakulások, avagy az anyag ezer arca. Sasvári László ELTE Fizikai Intézet ELTE Bolyai Kollégium

dinamikai tulajdonságai

9. Funkcionális kerámiák

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Periódusosság. 9-1 Az elemek csoportosítása: a periódusostáblázat

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Anyagtudomány MÁGNESES ANYAGOK GERZSON MIKLÓS

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Diffúzió 2003 március 28

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály C változat

Szilárdtestek mágnessége. Mágnesesen rendezett szilárdtestek

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése


Bevezetés s az anyagtudományba. nyba. Geretovszky Zsolt május 13. XIV. előadás. Adja meg a következő ionok elektronkonfigurációját! N e P.

Könnyűfém és szuperötvözetek

A SZUPRAVEZETÉS. Fizika. A mágneses tér hatása a szupravezető állapotra

Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.


Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

Alumínium ötvözetek. Szövetszerkezetek. Fábián Enikő Réka

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

Az anyagi rendszerek csoportosítása

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

2. tétel. 1. Nemfémes szerkezeti anyagok: szerves ( polimer ) szervetlen ( kerámiák ) természetes, mesterséges ( műanyag )

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek, kerámiák.

XI. előad április 22. Definíci. Elektromos tulajdonságok: az anyagok elektromos tér hatására adott válasza

Jellemző redoxi reakciók:

ALPHA spektroszkópiai (ICP és AA) standard oldatok

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

DR. KOVÁCS ERNŐ ELEKTRONIKA II. (DISZKRÉT FÉLVEZETŐK, ERŐSÍTŐK) ELŐADÁS JEGYZET

Bemutatkozás, a tárgy bemutatása, követelmények. Munkavédelmi tájékoztatás.

Koordinációs vegyületek (komplexek)

Fémes szerkezeti anyagok

100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Egyenáram. Áramkörök jellemzése Fogyasztók és áramforrások kapcsolása Az áramvezetés típusai

Átírás:

nyagtudomány 2014/15 Vezetési jelenségek, vezetőanyagok Dr. Szabó Péter János szpj@eik.bme.hu Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék: Vezetők fémek ötvözetek elektrolitok plazma áll. gázok szabad elektron szabad elektron + és - ionok + és - ionok Félvezetők elemi szabad elektronok, lyukak vegyület szabad elektronok, lyukak Szigetelők kovalens kristályok szabad elektronok, lyukak ionos kristályok szabad elektronok, lyukak folyadékok gázok + és - ionok + és - ionok Vezető anyagok klasszikus csoportosítása (fajlagos vezetőképesség) Siemens/m, 1/Ohm m 10-8 S/m fémes vezető 10-8 - 10 6 S/m félvezető 10 6 S/m szigetelő l R 1 m S m 1

v (sebesség) 2015.02.24. Fajlagos ellenállás irányfüggése izotróp (köbös szerezetű egykristályok, polikristályok) anizotróp (alacsony szimmetriájú kristályok: hex., tetragonális ) pl: Cd, Mg, Zn, C (grafit): parallel perpendicular 1000 Vezetési mechanizmusok leírása Klasszikus (Sommerfel-féle, szabad-elektron modell) Feltételezés: elektromok között nincs kölcsönhatás (ideális gáz) Elektron mozgása: Rendezetlen termikus mozgás + sodródás (drift) Kvantummechanikai leírás Elektronhoz rendelt síkhullám mozgása a rácsperiodikus potenciáltérben. Vezető test: potenciálgödör. Vezetési mechanizmusok leírása v drift : átl. élettartam : átl. szabad úthossz v d E j q nv t (idő) d F q E q E a vd m m 2m 2 nq j E E 2m : anizotróp n : elektron mozg. p : lyuk mozg. [cm 2 /Vs] Mérése: Hall - effektus C- V mérés 2

Vezetési mechanizmusok leírása Eredmények: Differenciális Ohm-törvény 1-2 vegyértékű fémekre jó fajlagos ellenállás értékek Problémák: azonos fém allotróp módosulatai többvegyértékű fémek (fajl. ell. hibás) Félvezetők, szigetelők (hőmérsékletfüggés) (T, megvilágítás, külső E, sugárzás ) Fémek fajlagos ellenállását befolyásoló tényezők Kristályrács torzulása növekedése termikus rácsrezgések termikusan aktivált ponthibák diszlokációk (alakítás) felületszerű hibák (szemcseméret) térfogati hibák (kiválások, új fázis) rácstorzulás (szilárd oldatos ötvözés)... Matthiesen-szabály (szeparálható fv.) T, c, T c 1 2 3 hőmérsékletfüggése (fémes vezető) 2 n T 01 T T T T 1 T 1 T 0 0 Maradó ellenállás m * m * 1 1 R T nq nq R 2 2 T 100K 2/3OP OP kr. hibák maradó ellenállás Szupravezető: maradó ellenállás nulla T (K) Lineáris viselkedéstől eltér ha van: ferro-paramágneses átmenet allotróp átalakulás fázis átalakulás 3

Fajlagos-ellenállás növekmény 2015.02.24. Ötvözés hatása T olvadék olvadék + T olv. + olvadék olv. + szilárd oldat () + T 1 T 1 a. C a., T 1 T 1 b. C c 1 c ötv b. ötv c c Ötvözés hatása Nordheim-szabály ötv c 1 c c c 1 c Mott-szabály c Képlékeny alakítás, hőkezelés hatása lakítás mértéke Képlékeny alakítás vakanciák, diszlokációk n k ln nln ln k Egyensúly felé tart a rendszer csökken. 4

Nyomás és rétegvastagság hatása Nyomás (hidrosztatikus) hatása: növekszik Rétegvastagság hatása ha az e- szabad úthossza összemérhetővé válik a rétegvastagsággal k: felület minősége a: alak (huzal, lemez) d: vastagság, átmérő : e- szabad úthossza k a d v drift Vezetőanyagok Vezetékanyagok: Cu és ötvözetei l és ötvözetei Fe és ötvözetei Érintkezőanyagok kis átmeneti ellenállás jó hővezetés jó ívállóság nagy szilárdság kopásállóság pl. u, g, W, Pt, Cu-g, Cu-g-u, kompozitok, pl. g-cdo Hőelemek aktív anyagai Cu - konstantán Fe konstantán Ni CrNi, Pt PtRh Üveg- és kerámiaátvezetők kis hőtágulási együttható pl. Fe Ni ötvözet 36-42% Ni Kettősfémek két eltérő hőtágulású anyag összehengerelve Forraszanyagok Szupravezetés Kamerlingh 1911 (Hg) 28 elem és több mint 1000 vegyület Nb 7,2K Nb 3 Sn 18,1K Nb 3 l 17,5K V 3 Si 17K V 3 Ga 16,8K Elem nem lehet szupravezető ha: egy vegyértékű rendezett mágneses szerkezete van 5

6 Szupravezető elemek a periódusos rendszerben 2 0 1 C T T H H r j H 2 T C, H C, (J C ) hatása Mágneses tér erővonalai kiszorulnak Szupravezető: ideális diamágnes (I. fajú) 1 0 0 0 M H H M M H Meissner-effektus

I. és II. fajú szupravezetők I. és II. fajú szupravezetők M mágnesezettségének alakulása a külső tér függvényében Hc1: alsó kritikus térerő Hc2: felső kritikus térerő Hc1 alatt: ideális diamágnes Hc1-Hc2: H tér behatol Ismertebb I. és II. fajú szupravezető elemek és T c (K) Ti 0,39 Zr 0,55 V 5,03 Nb 9,5 Ta 4,48 *** Zn 0,86 Cd 0,52 Hg 4,15 l 1,18 Ga 1,09 In 3,41 Tl 2,37 Sn 3,72 Pb 7,19 Szupravezető anyagtípusok Elem Ötvözet Vegyület (intermetallikus) Kerámia (rideg, törékeny, magas Tc) 7

3 -típusú szupravezető vegyületek Perovskit-szerkezet -volfram pl: Nb 3 Sn Magas hőmérsékletű szupravezető Tc > 77 K (-196 ºC) folyékony nitrogén/levegő Hg 0.8 Tl 0.2 a 2 Ca 2 Cu 3 O 8.33 138 K (Rekord tartó) TET Hga 2 Ca 2 Cu 3 O 8 133-135 K TET Tl 0.5 Pb 0.5 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 9 118-120 K TET i 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 110 K ORTR Ca 1-x Sr x CuO 2 110 K (legmagasabb Tc 4 komp.) Gda 2 Cu 3 O 6 94 K TET Ya 2 Cu 3 O 6 93 K TET Nb 3 Ge 23,2 K Perovszkit (β-volfram) Nb 3 Si 19 K Perovszkit (β-volfram) Nb 3 l 18 K Perovszkit (β-volfram) Ya 2 Cu 3 O 6 típusú anyag 8

Fejlődés, trendek ardeen-cooper-schrieffer CS-elmélet 3-test kölcsönhatás CS-elmélet Szupravezető állapotban: Cooper-párok (2e - töltés) (+1/2) - (-1/2) spínű elektron párok a töltéshordozók nincs taszító kölcsönhatás Szupravezetők alkalmazási példái Lebegtetés 9

Félvezetők - sávelmélet 10

Elemi félvezetők Intrinsic (elemi) Extrinsic (adalékolt) n-típusú, donor, 5 vegyérték (P, s, Sb) p-típusú, akceptor, 3 vegyérték (, l, In, Ga) dalékolás: szubsztitúciós ötvözés (oldhatósági határ alatt) (normál szintek: n*10 14-10 18 cm -3 ) dalékszintek a tiltott sávban (elfajult félvezető) dalékolt félvezetők Extrinsic (adalékolt) n-típusú, donor, 5 vegyérték (P, s, Sb) p-típusú, akceptor, 3 vegyérték (, l, In, Ga) dalékolás: szubsztitúciós ötvözés (oldhatósági határ alatt) (normál szintek: n*10 14-10 18 cm -3 ) dalékszintek a tiltott sávban (elfajult félvezető) Félvezetők csoportosítása II III IV V VI VII II e C N O III Mg l Si P S Cl IV Ca Ga Ge s Se r V Zn In Sn Sb Te I VI Sr Pb i Po t VII Cd Elemi félvezető (Si, Ge ) Intermetallikus: biner, ternér, kvaternér ( III V, II VI ) 11