1、金屬導電性理論第1頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三金屬導電性的物理本質研究的三個理 論階段 （1）經典自由電子理論（2）量子自由電子理論（3）能帶理論第2頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三1.經典電子理論 經典電子理論認為：正離子形成的電場是均勻的，自由電子運動的規律遵循經典力學氣體分子的運動規律。 在沒有外電場作用時，金屬中的自由電子沿各方向運動的幾率相同，不產生電流；施加外電場后，自由電子獲得附加速度，沿外電場方向發生定向的移動，形成電流。自由電子在定向移動的過程不斷與正離子發生碰撞，使電子移動受阻，因而產生電阻。第3頁，共14頁，2022年，

2、5月20日，22點4分，星期三+金屬中的離子與自由電子示意圖第4頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三 量子自由電子理論的主要內容：金屬中正離子形成的電場是均勻的，價電子不被原子所束縛，可以在整個金屬中自由地運動。 它與經典電子理論的根本區別是自由電子的運動必須服從量子力學的規律。第5頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三第6頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三 3. 固體能帶理論 孤立原子的外層電子處于能級分立的軌道上。但當原子彼此靠近時，外層電子就不再僅受原來所屬原子的作用，還要受到其他原子的作用，原子間距減小時，電子云重疊，能級發生

3、分裂，孤立原子的每個能級將演化成由密集能級組成的準連續能帶。若晶體由N個原子（或原胞）組成，則每個能帶包括N個能級，其中每個能級可被兩個自旋相反的電子所占有，故每個能帶最多可容納2N個電子（見泡利不相容原理）。第7頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三 把電子可以具有的能級所組成的能帶稱為允帶。能帶與能帶間的不連續區域稱為禁帶，禁帶與允帶相互交替。具有空能級允帶中的電子是自由的，在外電場的作用下參與導電，所以這樣的允帶稱為導帶。允帶中所有的能級都被電子占滿，這種能帶稱為滿帶。沒有電子的能帶，稱為空帶（見圖）。滿帶中的電子對于導電是沒有貢獻的，只有在導帶中的電子（稱為自由電子）

4、才對導電有貢獻，這些電子來自原子結構中外層軌道上的價電子。第8頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三 導體、半導體、絕緣體的能帶中電子分布的情況各具有明顯的特征，導體中存在未滿帶(由于電子未充滿或能帶重疊)。絕緣體的特征是價電子所處的能帶都是滿帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個較寬的禁帶。半導體的能帶與絕緣體的相似，但半導體的禁帶要狹窄得多(一般在1eV左右)。第9頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三導體、半導體、絕緣體的區別。（a）導 體 （b)半導體 (c)絕緣體圖1.1.1 導體、半導體和絕緣體的能帶模型示意圖第10頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三4.影響金屬導電的因素（1）溫度 溫度對金屬電阻的影響是由于溫度引起離子晶格熱振動造成對電子波的散射，溫度升高會使離子振動加劇、熱振動振幅加大，原子的無序度增加，周期勢場的漲落也加大，而使電阻率隨溫度的升高而增加。第11頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三第12頁，共14頁，2022年，5月20日，22點4分，星期三（5）熱處理對金屬電阻的影響 金屬冷加工變形后，若再進行退火，則可使電阻降低，尤其當溫度接近再結晶溫度時，電阻可恢復到接近冷加工前的水平。但當退火溫度高過再結晶溫度時電阻反而又增大了。這是再結晶后新晶