Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

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

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

Elektromos vezetési tulajdonságok

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

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

Elektromos vezetési tulajdonságok Fémek, szupravezetők

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

Szigetelők Félvezetők Vezetők

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

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

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

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

Villamos anyagok, villamos tulajdonságok

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

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Az elemek rendszerezése, a periódusos rendszer

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

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

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

1. SI mértékegységrendszer

Villamos tulajdonságok

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

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

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

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

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

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

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

1.ábra A kadmium felhasználási területei

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

Vezetékek. Fizikai alapok

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

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

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

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


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

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

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

Az atomok elrendeződése

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

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok

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

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.

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

9. Funkcionális kerámiák

Periódusosság. 9-1 Az elemek csoportosítása: a periódusostáblázat

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

KRISTÁLYOK GEOMETRIAI LEÍRÁSA

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

dinamikai tulajdonságai

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

Anyagtudomány MÁGNESES ANYAGOK GERZSON MIKLÓS

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály C változat

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Bemutatkozás, a tárgy bemutatása, követelmények. Munkavédelmi tájékoztatás.

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

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

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

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

Szilárdtestek mágnessége. Mágnesesen rendezett szilárdtestek

Jellemző redoxi reakciók:

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

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

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


ALPHA spektroszkópiai (ICP és AA) standard oldatok

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

Alapfogalmak. Szigetelők. Ohm törvény: j = E = 1/ Vezetők - szigetelők. [ cm] -1. Ag, Cu, Al. Fe, Ni. Félvezetők Ge, Si. üvegek, polimerek kerámiák

Könnyűfém és szuperötvözetek

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

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

Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.

Koordinációs vegyületek (komplexek)

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

15/2001. (VI. 6.) KöM rendelet. az atomenergia alkalmazása során a levegbe és vízbe történ radioaktív kibocsátásokról és azok ellenrzésérl

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

Izotópkutató Intézet, MTA

Átírás:

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16 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 szigetelő 10-8 - 10 6 S/m félvezető 10 6 S/m fémes vezető R m S m l A 1

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.

v (sebesség) Vezetési mechanizmusok leírása : átl. élettartam : átl. szabad úthossz v drift v d E t (idő) : anizotróp n : elektron mozg. p : lyuk mozg. [cm 2 /Vs] j a j q nv d F q E vd m m 2 nq E E 2m q 2 E m Mérése: Hall - effektus C- V mérés

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

OP 2/3OP 100K Maradó ellenállás T (K) T R T R n nq m nq m T T T T T T T 1 1 * * 1 1 1 2 2 0 0 2 0 kr. hibák maradó ellenállás Szupravezető: maradó ellenállás nulla Lineáris viselkedéstől eltér ha van: ferro-paramágneses átmenet allotróp átalakulás fázis átalakulás hőmérsékletfüggése (fémes vezető)

Ötvözés hatása T olvadék olvadék + T olv. + A olvadék olv. + B szilárd oldat () A + B T 1 T 1 a. A C B B a. A B, T 1 T 1 B A A b. B A C B Ac 1 ötv c B b. A ötv c A A c B B B

Ötvözés hatása Nordheim-szabály ötv A Ac 1 c c Ac 1 c A B B B B Mott-szabály Ac AB BA

Fajlagos-ellenállás növekmény Képlékeny alakítás, hőkezelés hatása Alakítás mértéke Képlékeny alakítás vakanciák, diszlokációk n k ln nln ln k Egyensúly felé tart a rendszer csökken.

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 Al és ötvözetei Fe és ötvözetei Érintkezőanyagok kis átmeneti ellenállás jó hővezetés jó ívállóság nagy szilárdság kopásállóság pl. Au, Ag, W, Pt, Cu-Ag, Cu-Ag-Au, kompozitok, pl. Ag-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 Al 17,5K V 3 Si 17K V 3 Ga 16,8K Elem nem lehet szupravezető ha: egy vegyértékű rendezett mágneses szerkezete van

Szupravezető elemek a periódusos rendszerben

T C, H C, (J C ) hatása H H T T 0 1 C 2 j H 2 r

Meissner-effektus Mágneses tér erővonalai kiszorulnak Szupravezető: ideális diamágnes (I. fajú) B 0 H M 0 M H B 0 H M 1

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) Al 1,18 Ti 0,39 V 5,03 Zn 0,86 Ga 1,09 Zr 0,55 Nb 9,5 *** Cd 0,52 In 3,41 Sn 3,72 Ta 4,48 Hg 4,15 Tl 2,37 Pb 7,19

Szupravezető anyagtípusok Elem Ötvözet Vegyület (intermetallikus) Kerámia (rideg, törékeny, magas Tc)

A 3 B-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 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 8.33 138 K (Rekord tartó) TET HgBa 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 Bi 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.) GdBa 2 Cu 3 O 6 94 K TET YBa 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 Al 18 K Perovszkit (β-volfram)

YBa 2 Cu 3 O 6 típusú anyag

Fejlődés, trendek

Bardeen-Cooper-Schrieffer BCS-elmélet 3-test kölcsönhatás BCS-elmélet Szupravezető állapotban: Cooper-párok (2e - töltés) (+1/2) - (-1/2) spínű elektron párok a töltéshordozók nincs taszító kölcsönhatás

Szupravezetők alkalmazási példái Lebegtetés

Félvezetők - sávelmélet

Elemi félvezetők Intrinsic (elemi) Extrinsic (adalékolt) n-típusú, donor, 5 vegyérték (P, As, Sb) p-típusú, akceptor, 3 vegyérték (B, Al, In, Ga) Adalékolás: szubsztitúciós ötvözés (oldhatósági határ alatt) (normál szintek: n*10 14-10 18 cm -3 ) Adalékszintek a tiltott sávban (elfajult félvezető)

Adalékolt félvezetők Extrinsic (adalékolt) n-típusú, donor, 5 vegyérték (P, As, Sb) p-típusú, akceptor, 3 vegyérték (B, Al, In, Ga) Adalékolás: szubsztitúciós ötvözés (oldhatósági határ alatt) (normál szintek: n*10 14-10 18 cm -3 ) Adalékszintek a tiltott sávban (elfajult félvezető)

Félvezetők csoportosítása II III IV V VI VII II Be B C N O III Mg Al Si P S Cl IV Ca Ga Ge As Se Br V Zn In Sn Sb Te I VI Sr Pb Bi Po At VII Cd Elemi félvezető (Si, Ge ) Intermetallikus: biner, ternér, kvaternér (A III B V, A II B VI )