Site Loader

Содержание

Электропроводность композитов на основе оксида лантана с добавками углеродных нановолокон

734

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 50 № 7 2014

ВОЛОДИН и др.

Nonmetallic Compounds – I. Chapter 27. North

Holland Publishing Company, 1979. P. 337–399.

11.

Mileiko S.T. (Ed.)

Metal and Ceramic Based Compos

ites // Composite Materials Series. V. 12. Amsterdam:

Elsevier Science, 1997. 691 p.

12.

Miracle D.B., Donaldson S.L. (Eds.)

ASM Handbook //

Composites. 10th edition. V. 21. ASM International,

2001. 1100 p.

13.

Eder D.

Carbon NanotubeInorganic Hybrids //

Chem. Rev. 2010. V. 110. № 3. P. 1348–1385.

14.

Благовещенский Ю.В., Ван К.В., Володин А.А. и др.

Получение и структура композитов с углеродными

нанотрубками и керамическими матрицами //

Композиты и наноструктуры. 2010. № 1. С. 30–39.

15.

Тарасов Б.П., Мурадян В.Е., Володин А.А.

Синтез,

свойства и примеры использования углеродных

наноматериалов // Изв. Академии наук. Сер. хим.

2011. № 7. С. 1237–1249.

16.

Krenkel W. (Ed.)

Ceramic Matrix Composites: Fiber

Reinforced Ceramics and Their Applications. Wein

heim: WileyVCH, 2008. 440 p.

17.

Володин А.А., Чихирев Д.В., Золотаренко А.Д. и др.

Формирование и свойства композитов оксид

металла – углеродные нанотрубки // Нанострукту

ры в конденсированных средах: Сборник научых

статей. Минск: Изд. центр БГУ, 2011. С. 286–291.

18.

Володин А.А., Бельмесов А.А., Мурзин В.Б. и др.

Электропроводящие композиты на основе оксида

титана и углеродных нанотрубок // Неорган. мате

риалы. 2013. Т. 49. № 7. С. 702–708.

19.

Bondar A.M., Iordache I.

Carbon/Ceramic Composites

Designed for Electrical Application // J. Opt. Adv.

Mater. 2006. V. 8. № 2. P. 631–637.

20.

Arsecularatne J. A., Zhang L.C.

Carbon Nanotube Rein

forced Ceramic Composites and Their Performance // Re

cent Patents Nanotechnology. 2007. V. 1. № 3. P. 176–185.

21.

Fan Y., Wang L., Li J. et al.

Preparation and Electrical

Properties of Graphene Nanosheet/Al

2

O

3

Composites //

Carbon. 2010.

V. 48. № 6. P. 1743–1749.

22.

F

é

nyi B., Hegman N., W

é

ber F. et al.

DC Conductivity of

Silicon Nitride Based Carbonceramic Composites //

Proc. Appl. Ceram. 2007. V. 1. № 1–2. P. 57–61.

23.

Koszor O., W

é

ber F., Arat

ó

P. et al.

Processing, Mechanical

and Thermophysical Properties of Silicon Nitride Based

Composites with Carbon Nanotubes and Graphene //

Proc. Appl. Ceram. 2007. V. 1. № 1–2. P. 35–41.

24.

Guo S., Sivakumar R., Kitazawa H., Kagawa Y.

Electri

cal Properties of SilicaBased Nanocomposites with

Multiwall Carbon Nanotubes // J. Am. Ceram. Soc.

2007. V. 90. № 5. P. 1667–1670.

25.

Mart

í

nez C., Canle L

ó

pez M., Fern

á

ndez M.I. et al.

Ki

netics and Mechanism of Aqueous Degradation of Car

bamazepine by Heterogeneous Photocatalysis Using

Nanocrystalline TiO

2

, ZnO and Multiwalled Carbon

Nanotubes–Anatase Composites // Appl. Catal. B:

Environmental. 2011. V. 102. № 3–4. P. 563–571.

26.

Jiang L., Gao L.

Carbon NanotubesMetal Nitride

Composites: A New Class of Nanocomposites with En

hanced Electrical Properties // J. Mater. Chem. 2005.

V. 15. № 2. P. 260–266.

27.

Shi S.L., Liang J.

Electronic Transport Properties of Mul

tiwall Carbon Nanotubes/YttriaStabilized Zirconia Com

posites // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. № 2. P. 0237085.

28.

Wu Z.S., Zhou G., Yin L.C. et al.

Graphene/Metal

Oxide Composite Electrode Materials for Energy Stor

age // Nano Energy. 2012. V. 1. № 1. P. 107–131.

29.

Binner J.G.P. (Ed.)

Advanced Ceramic Processing and

Technology. Volume 1. Park Ridge, N.J.: U.S.A. Noyes

Publications, 1990. P. 132–136.

30.

Батырева В.А., Козик Б.В., Серебренников В.В.,

Якунина Г.М.

Синтезы соединений редкоземель

ных элементов. Ч. 1. Томск: Издво Томского ун

та, 1983. С. 22–23.

31.

Kraus W., Nolze G.

POWDER CELL – A Program for

the Representation and Manipulation of Crystal Struc

tures and Calculation of the Resulting XRay Powder

Patterns // J. Appl. Crystallogr. 1996. V. 29. № 3.

P. 301–303.

32.

Gra ulis S., Chateigner D., Downs R.T. et al.

Crystal

lography Open Database – An OpenAccess Collection

of Crystal Structures // J. Appl. Crystallogr. 2009. V. 42.

P. 726–729.

33.

Самсонов Г.В. (ред.)

Физикохимические свойства

окислов. Справочник.

Изде 2е перераб. и доп.

М.: Металлургия, 1978. 472 с.

34.

Noddack W., Walch H.

Ü

ber die elektrische Leit

f

ä

higkeit von Oxyden // Z. Elektrochem. 1959. B. 63.

№ 2. S. 269–274.

35.

Subba Rao G.V., Ramdas S., Mehrotra P.N., Rao C.N.R.

Electrical Transport in RareEarth Oxides // J. Solid

State Chem. 1970. V. 2. № 3. P. 377–384.

36.

Лазарев В.Б., Краснов В.Г., Шаплыгин И.С.

Элек

тропроводность окисных систем и пленочных

структур. М.: Наука, 1979. С. 21.

37.

Fo

ë

x M.

É

tude de la conductibilit

é

é

lectrique des oxy

des rares; cas des oxydes de lanthane, pras

é

odyme,

n

é

odyme et samarium // C. R. Acad. Sci. 1945. T. 220.

P. 359–361.

38.

Серебренников В.В., Якунина Г.М., Козик В.В., Сер

геев А.Н.

Редкоземельные элементы и их соедине

ния в электронной технике. Томск: Издво Том

ского унта, 1979. 144 с.

39.

Bloor D., Dean J.R.

Spectroscopy of Rare Earth Oxide

Systems. I. Far Infrared Spectra of the Rare Earth Ses

quioxides, Cerium Dioxide and Nonstoichiometric

Praseodymium and Terbium Oxides // J. Phys. C: Solid

State Phys. 1972. V. 5. № 11. P. 1237–1252.

40.

Manoilova O.V., Podkolzin S.G., Tope B. et al.

Surface

Acidity and Basicity of La

2

O

3

, LaOCl, and LaCl

3

Char

acterized by IR Spectroscopy, TPD, and DFT Calcula

tions // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 40.

P. 15770–15781.

41.

Зубова H.B., Макаров B.M., Никольский В.Д. и др.

Состав и некоторые свойства три, ди и моногид

ратов окисей редкоземельных элементов // Журн.

неорган. химии. 1968. Т. 13. № 1. С. 15–19.

42.

Podkolzin S.G., Manoilova O.V., Weckhuysen B.M.

Rel

ative Activity of La

2

O

3

, LaOCl, and LaCl

3

in Reaction

with CCl

4

Studied with Infrared Spectroscopy and

Density Functional Theory Calculations // J. Phys.

Chem. B. 2005. V. 109. № 23. P. 11634–11642.

43.

Zallen R.

The Physics of Amorphous Solids. Wiley

VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005. P. 135–204.

44.

Герасимова Е.В.

Электрокатализаторы на основе

платины и углеродных наноструктур: Автореф.

дис. …к.х.н. по специальности 02.00.04 – физиче

ская химия. Черноголовка: Институт проблем хи

мической физики РАН, 2011.

Металлы электропроводность — Справочник химика 21

    Электропроводность различных металлов различна. Наибольшей электропроводностью обладает серебро у других металлов электропроводность уменьшается в следующем порядке Ag, Си, Аи, Сг, А1, М , Ыа, 1г, Ве, КЬ, 2п. [c.219]

    Сопоставьте свойства п объясните различия разбавленной и концентрированной серной кислоты (действие на металлы, электропроводность, водоотнимающее действие). [c.230]

    Характерные свойства металлов — электропроводность и теплопроводность, в частности, зависят от передвижения электронов внутри решетки. Под воздействием внешнего электрического поля валентные электроны, число которых у атомов металлов невелико (1,2 или 3)-, перемещаются в направлении поля, создавая электрическую проводимость. [c.136]


    Подготовка поверхности неорганических диэлектриков К неорганическим диэлектрикам относятся керамика, стекло фарфор слюда ситаллы ферриты Металлизацию неорганических диэлектриков применяют для придания поверхности деталей свойств металла электропроводности способности к пайке, теплопроводности Металлизацию стекла используют для получения зеркал Силикатные материалы (стекло кварц ситаллы, слюда ИТ п ) подвергают сначала химическому обезжириванию а затем обработке в хромовой смеси и в растворе плавиковой кислоты 
[c.37]

    Физические свойства определяются видом щелочного металла. Электропроводность МСС выше, чем у применяемого для этого синтеза графита, по оси а в 10 раз, по оси с в 200 раз.

Температурный коэффициент электросопротивления положительный, т. е. носит металлический характер. Аналогичные изменения наблюдаются у МСС щелочной металл (Аг)-графит. [c.273]

    Нитриды металлических элементов, как правило, тугоплавки и мало летучи. Расплавленные нитриды щелочных металлов электропроводны. Нитриды неметаллических элементов немногочисленны, и свойства их изучены еш,е недостаточно. [c.57]

    Важное свойство металлов — электропроводность, которое обусловлено наличием подвижных в кристаллической решетке металлов электронов. При обычных условиях наилучшей электрической проводимостью из всех металлов обладает серебро. Из элементов-металлов лишь германий является полупроводником (по электрической проводимости он занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками). Возможностью перемещения электронов объясняется и высокая теплопроводность металлов. 

[c.196]

    Огромное большинство неорганических тел относится к категории полупроводников. Их удельная электропроводность меньше 10 Ом см В отличие от металлов электропроводность полупроводников растет с температурой. [c.516]

    В некоторых естественных в узком смысле слова подгруппах металлов электропроводность с возрастанием заряда ядра падает. Ниже приведены для некоторых металлов значения электропроводности в обратных омах, умноженные на 10  

[c.219]

    Графит хорошо проводит тепло (в 3 раза лучше ртути) и обладает близкой к металлам электропроводностью (0,1 от электропроводности ртути). И электро- и теплопроводность больше параллельно слоям, чем перпендикулярно им. Максимум теплопроводности графита наблюдается около 0°С, а электропроводности — около 600 °С. Механическая прочность графита при переходе от обычных температур к 2500 °С возрастает почти вдвое. Его сжимаемость примерно в 20 раз больше сжимаемости алмаза. Заметное окисление графита при нагревании на воздухе наступает лишь выше 700 С. 

[c.502]


    При Повышении температуры металла электропроводность его уменьшается. Причиной этого являются тепловые колебания положительных ионов металла. Амплитуда этих тепловых колебаний с повышением температуры увеличивается, что препятствует свободному перемещению электронов. [c.68]

    ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества с электронной проводимостью, величина электропроводности которых лежит между электропроводностью металлов и изоляторов. Характерной особенностью П. является положительный температурный коэффициент электропроводности (в отличие от металлов). Электропроводность П. зависит от температуры, количества и природы примесей, влияния электрического поля, света и других внешних факторов. К П. относятся простые вещества — бор, углерод (алмаз), кремний, германий, олово (серое), селен, теллур, а также соединения — карбид кремния, соединения типа filmen (инднй — сурьма, индий — мышьяк, галлий — сурьма, алюминий — сурьма), соединения двух или трех элементов, в состав которых входит хотя бы один элемент IV—VII групп периодической системы элементов Д. И.

Менделеева, некоторые органические вещества — полицены, азоаромати-ческие соединения, фталоцианин, некоторые свободные радикалы и др. К чистоте полупроводниковых материалов предъявляют повышенные требования, например, в германии контролируют примеси 40 элементов, в кремнии — 27 элементов и т. д. Тем не менее некоторые примеси придают П. определенные свойства и тип проводимости, а потому и являются необходимыми. Содержание примесей не должно превышать 10 —Ш %. П. применяются в приборах в виде монокристаллов с точно определенным содержанием примесей. Применение П. в различных отраслях техники, в радиотехнике, автоматике необычайно возросло в связи с большими преимуществами полупроводниковых приборов — они экономичны, надежны, имеют высокий КПД, малые размеры и др. 
[c.200]

    Атомы металлов в твердой и жидкой фазах образуют в основном плотноупакованные структуры. При плавлении металлов электропроводность а обычно падает примерно в 1,5—2 раза. При повышении температуры жидкого металла электропроводность уменьшается, но медленнее, чем у твердых металлов. В жидких свинце и висмуте электропроводность почти не зависит от температуры, а у жидких цинка, кадмия и ртути она даже растет с увеличением температуры. Число электронов проводимости в единице объема жидких металлов часто почти совпадает с числом валентных электронов. Подвижность электронов в металлах, как было показано А. Р. Регелем [7], при плавлении меняется мало. Плотность жидких металлов меняется при их затвердевании незначительно. Сжимаемость жидких металлов, как и твердых, мала. Она примерно на порядок меньше сжимаемости жидких диэлектриков. 

[c.169]

    Таким образом, при добавлении титранта (МОН) ионы Н+ заменяются ионами металла, а концентрация аниона остается неизменной. До точки эквивалентности число ионных частиц неизменно, только ионы водорода замещаются на ионы металла, и поскольку подвижность ионов водорода существенно вьппе подвижности ионов металла, электропроводность раствора падает, пока не достигается точка эквивалентности. После точки эквивалентности электропроводность определяется избытком гидроксид-ионов и возрастает с увеличением коицентрации титранта.

Кривая титрования сильной кислоты сильным основанием имеет У-образную форму. [c.379]

    Ковалентно-металлические связи. Полупроводники. В 6 мы уже упоминали, что наряду с металлами, обладающими большой электропроводностью, и изоляторами, которые практически ток не проводят, существует широкий класс кристаллических веществ, обладающих слабой (по сравнению с металлами) электропроводностью, причем температурная зависимость электропроводности таких кристаллов резко отлична от температурной зависимости электропроводности металлов (с повышением 

[c.214]

    Применение диэлектриков с металлическими покрытиями позволяет заменять легкие сплавы и цветные металлы (например, цинковые сплавы при изготовлении многих изделий сложной конфигурации), резко снижать массу и себестоимость конструкций, соединять детали пайкой, придавать их поверхности свойства металлов (электропроводность и магнитные свойства, экранирование от воздействий электрического и магнитного полей, газовых разрядов, дру- [c. 3]

    Исходя из этого представления о механизме собственно моющего действия присадок к моторным маслам, наибольшей собственно моющей эффективностью должны обладать присадки, которые при растворении в маслах образуют наибольшее количество частиц, несущих самый высокий электрический заряд, т. е. растворы таких присадок в маслах должны обладать наибольшей эквивалентной (по металлу) электропроводностью. 

[c.219]

    Металлы могут растворяться в расплавах солей и взаимодействовать, давая ионы металлов в неустойчивом валентном состоянии, что создает сложности при электролитическом получении металлов. Электропроводность таких растворов очень высока (ввиду избытка свободных электронов), и законы Фарадея неприменимы к подобным расплавам. [c.176]

    Легко понять, что величина электропроводности зависит от числа носителей тока и от их подвижности. Количество электронов, переносящих электричество в металле, от температуры не зависит. Однако при повышении температуры увеличивается взаимодействие электронов с ионами, и электропроводность падает. В противоположность металлам электропроводность полупроводников при повышении температуры растет. Это может быть объяснено только тем, что возрастание температуры приводит к увеличению в них концентрации электронов, способных переносить ток. [c.265]


    Второе характерное свойство металлов — электропроводность. В отличие от большинства неметаллических сред металлы проводят электрический ток, не претерпевая при этом химических изменений. Поэтому без металлов немыслима была бы электротехника, в частности передача электроэнергии на большие расстояния от ее источника. [c.442]

    В более концентрированных растворах сольватированные ионы металла оказываются связанными в кластеры, а в области концентраций, больших 1 моль, растворы по свойствам приближаются к металлам. В последнем случае аммонизированные ионы металла удерживаются морем электронов , аналогично тому, что, имеет место в металле. Электропроводность растворов в аммиаке аномально большая при всех концентрациях, но особенно велика она в области больших концентраций и приближается к электропроводности металлического проводника. С позиций окислительно-510 [c.510]

    Марганец, обладая более устойчивым строением валентного слоя электронов (d s ), в меньшей степени склонен к образованию металлообразных соединений. Марганец и рений образуют только силиды, обладающие металлической электропроводностью, а карбиды, нитриды и бориды этих металлов электропроводностью такого типа не обладают. [c.123]

    Вначале оба металла получают в виде порошка грязно-серого цвета, но после переплавки они превращаются в блестящие, с серебристым оттенком плотные слитки по внешнему виду и свойствам это типичные металлы. Электропроводность их составляет приблизительно 30% электропроводности серебра. Они исключительно тугоплавки Мо плавится при 2610°, а W при 3380°. [c.359]

    Согласно электронной теории металлов электропроводность а=1/р и теплопроводности Я объясняют движением электронов, но физические сущности этих свойств-различны. Закон Виде-мана — Франца, связывающий эти свойства, имеет всеобщий характер. Анализ этого закона на основе представлений электроотрицательности металлов позволил выяснить, что значение Яр различно для электроположительных, электроотрицательных и переходных металлов. Кроме того, для электроотрицательных металлов (А1, Си, 2п, kg, 5п, 8Ь, Аи, Т1, РЬ и В1) произведение кр возрастает с увеличением Р = 1г.  [c.80]

    С повышением валентности металла электропроводность хлоридов уменьшается для повышения электропроводности таких расплавов к ним добавляют хлориды щелочных металлов. Данные по вязкости и плотности в системе NaF — AIF3 (гл. XI) говорят, например, о наличии криолита, как химического соединения не только в твердом (о чем говорит диаграмма плавкости), айв жидком состоянии. О наличии в расплаве магниевой ванны карналлита как химического соединения говорят кривые плотности, вязкости удельной электропроводности, (гл. XII). [c.409]

    Железо, кобальт и никель- серебристо-белые металлы, электропроводные, ковкие, обладающие магнитными свойствами.[c.211]

    При повышении температуры металла электропроводность его уменьшается. Причиной этого являются тепловые колебания положительных ионов металла. Амплитуда этих тепловых колебаний с повышением температуры увеличивается, что препятствует свободному перемещению электронов. При температуре, которая на 100° выше точки плавления металла, электропроводность понижается по линейному закону, делается исчезающе малой. При переходе в парообразное состояние следует ожидать еще более резкого падения электропроводности. При понижении температуры электропроводность металлов увеличивается вначале линейно, а при низких температурах необычайно быстро. Так, при температуре —260° С электропроводность серебра почти в 50 раз больше, чем при0°С. Камерлинг-Оннесом были проведены работы по измерению электропроводности металлов при очень низких [c.218]

    Несмотря на достигнутые успехи, вопрос об электронных полупроводниках остается и поныне одним из важнейших в тематике ЛФТИ. Однако в 40-е годы Абрам Федорович дал ему новое направление, связав электроппыс полупроводники не столько с типичными диэлектриками, в которые многие из них превраш аются при низких температурах, сколько с типичными металлами. Электропроводность металлов, как известно, не только не уменьшается, но, наоборот, увеличивается при понижении температуры. Опыты, проведенные Ю. П. Маслаковцем, Е. Д. Девятковой, Ю. А. Дунаевым и другими по указанию А. Ф. Иоффе, показали, во-первых, что многие полупроводники с проводимостью, обусловленной примесями (например, РЬЗд), при достаточно большом содержании последних или при достаточно низких температурах ведут себя фактически как металлы. При этом роль примесей в кристаллах типа СнзО играют избыточные (по отношению к химической формуле) атомы металла (Си) или металлоида (О). [c.19]

    Вследствие весьма прочной связи ионита с катионом образовавшаяся внутрикомплексная соль обладает очень низкой степенью диссоциации. Об этом свидетельствует низкая электропроводность порядка 10″ сим1см для солей формы того же ионита содержащей щелочные металлы, электропроводность составляет величину порядка 10″ сим1см.[c.71]

    Таким образом, при Т 0 К могут существовать только два вида вещества — кепроводники (изоляторы) и проводники, Прн повышсини температуры вещества начинаются тепловые колебания атомов в решетке, тем большие, чем выше температура. Эти 1- олебания препятствуют движению электронов. Поэтому в проводника.х типа металла электропроводность с повышением температуры снижается. [c.282]

    Электрич. св-ва С.н. зависят от состава и т-ры среды-С.н. могут бьггь диэлектриками, полупроводниками или проводниками. Большая группа оксидных С.н. (силикатные, боратные, фосфатные) относится к классу изоляторов почти идеальный изолятор-кварцевое С.н. Поскольку носители тока в оксидных С.н.-катионы щелочных и щел.-зем. металлов, электропроводность, как правило, возрастает с увеличением их содержания в С. н. и повыщением т-ры. Стеклянные изоляторы используют для высоковольтных линий электропередач. Пригодность элежтротех-нических С.н. для работы в тех шш иных температурных условиях зависит от их состава и оценивается по т-ре (ТКюо), при к-рой С. н. имеет уд. электрич. проводимость [c.423]

    Одргако для металлов все же наиболее характерно, что электроны последней зоны можно рассматривать как почти свободные, вся совокупность этпх электронов участвует в образовании металлической связи, а та часть электронов, которая расположена в квантовых ячейках вблизи поверхности Ферми, ответственна за специфические физические свойства металлов (электропроводность, теплопроводность и т. п.). [c.203]

    Электропроводность ионных кристаллов очень различна у твердого тела и у расплава, поскольку она является следствием движения ионов, т. е. она является электролитической проводимостью в противоположность электронной проводимости в л еталлах. Электропроводность ионных кристаллов, зa eтнaя только при температурах, близких к точке плавления, составляет около 10 о.и см и быстро уменьшается с температурой. У расплавленных галогенидов характерная электропроводность находится в пределах от 0,1 до 10 о.и см (при температурах несколько выше точки плавления). С другой стороны, электрические и оптические свойства металлов (электропроводность. [c.138]

    Благодаря высокой электропроводности углеродных волокон карбоволокниты могут выполнять функции антистатических или радиопоглощающих материалов, применяться в качестве электропроводящих панелей радиационного отопления и антиобледенителей самолетов. Такая отопительная система, в которой конструкционный волокнит является одновременно тепловыделяющим материалом, экономична и ее можно полностью автоматизировать. В этом случае эффективность применения волокнита зависит от выбора связующего. Электрическое сопротивление последнего понижают введением порошка графита, саж, тонкодисперсных частиц металлов. Электропроводность углеродного наполнителя способствует сокращению продолжительности формования толстостенных изделий из карбоволокнита, обеспечивая равномерный и быстрый прогрев заготовки пропусканием электрического тока по наполнителю [61]- [c.230]

    Серебро обладает наивысшей среди металлов электропроводностью. Содержание металла в лакокрасочных материалах зависит от того, каким способом их наносят на отделываемую поверхность. При нанесении кистью оно не менее 50%, при распылении 35%, а при шелкографическом методе должно доходить до 60%, Токопроводящие лакокрасочные материалы приготовляют диспергированием порошка серебра в растворе связующего в органическом растворителе. Поверхность пластмассы покрывают лакокрасочными композициями, высыхающими на воздухе или отверждающимися на холоду. Покрытия горячего отверждения наносят [c.141]


Материалы для проводников тока и элементов сопротивления


Материалы для проводников тока и элементов сопротивления

Категория:

Пластмассы



Материалы для проводников тока и элементов сопротивления

Способность металлов и сплавов проводить электрический ток определяется наличием в них свободных электронов. Такие элементы, как медь, алюминий, серебро и железо, у которых общее число свободных электронов велико, обладают высокой электропроводностью.

При повышении температуры электропроводность металлов падает (рис. 1), так как при этом свободное движение электронов ограничивается возрастающими колебаниями самих атомов и ионов. Кроме того, любое искажение кристаллической решетки, вызываемое наклепом или легированием, также снижает электропроводность и повышает электросопротивление материала. Однако наклеп вызывает незначительное повышение удельного электросопротивления, всего на 2—6%, в то время как легирование более интенсивно влияет на электропроводность и электросопротивление металлов.

Как видно из графиков на рис. 34, сплавы имеют отличное от чистых металлов электросопротивление. При этом в сплавах — механических смесях оно отличается незначительно и равно среднеарифметическому значению от величин сопротивления чистых металлов, а в сплавах — твердых растворах и химических соединениях оказывается значительно выше, чем у чистых металлов. В связи с этим чистые металлы, содержащие минимальное количество примесей, используются в качестве проводников тока, а твердые растворы применяются в тех случаях, когда требуется высокое электросопротивление, например в реостатах, нагревателях и т. д. Химические соединения из-за хрупкости применения не находят.

Проводниковые материалы. В качестве проводниковых материалов в основном применяются медь и алюминий. Иногда применяется железо (таблица 44). Даже небольшое количество (0,1—0,2%) примесей кремния и железа в меди очень резко снижает ее электропроводность. Вместе с тем часто в медные провода приходится специально вводить небольшие примеси Cd, Sn, Al, Р, Сг для повышения прочности; электропроводность при этом естественно понижается.

Рис. 1. Зависимость удельного электросопротивления некоторых металлов от температуры

Проводниковый алюминий имеет электропроводность, равную 65% от проводимости меди. Алюминий также приходится упрочнять, вводя в его состав магний и кремний. После соответствующей термообработки прочность сплава становится в два раза больше, а электропроводность составляет 90% от проводимости чистого алюминия. Сплавы такого типа называются аль-дрей и альмелек.

В некоторых случаях применяют железные провода. При передаче постоянного тока и в слаботочной электротехнике провода должны быть изготовлены из наиболее чистого железа, чтобы проводимость их была высокой.

Реостатные сплавы и сплавы для нагревательных элементов представляют собой твердые растворы. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, а также имеют низкий температурный коэффициент электросопротивления и высокую окалиностойкость. Для реостатов применяют обычно медные сплавы, легированные никелем — никелин, константан, манганин.

Рис. 2. Электрические свойства меднони-келевых сплавов

Медь и никель неограниченно растворяются друг в друге в твердом состоянии. Максимальное электросопротивление сплавов этой системы соответствует концентрации никеля 40—50%, причем с повышением температуры сопротивление их почти не изменяется (рис. 2). Рабочая температура константана — до 500°, манганина — до 200°.

Для нагревательных элементов применяют сплавы на никелевой и железной основах, нихромы и фехрали соответственно.

Входящие в них элементы образуют твердые растворы, обладающие высоким электросопротивлением и повышенной жаростойкостью.


Реклама:

Читать далее:
Полупроводниковые материалы

Статьи по теме:

Стандартные эталонные материалы для определения теплопроводности и удельного электрического сопротивления

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени head.appendChild (скрипт) var buybox = document. querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove («расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle. setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array. from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox. перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document. addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«. Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Электропроводность металлов | Примеры и формулы электропроводности — видео и стенограмма урока

Молния возникает, когда электричество проходит от облаков к земле

Электроны могут перемещаться от одного атома к другому гораздо легче, чем протоны и нейтроны, но в некоторых материалах этот процесс происходит с небольшим сопротивлением, а в других материалах заставить двигаться электроны очень трудно. Материалы, в которых электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, известны как электрические проводники . Большинство металлов являются хорошими проводниками электричества, поэтому большинство бытовых проводов и линий электропередачи изготовлены из таких металлов, как медь и алюминий. Электропроводность ({eq}\sigma {/eq}) материала является мерой его способности проводить электричество. Большинство металлов имеют высокую электропроводность, в то время как другие материалы, такие как пластик и стекло, имеют низкую электропроводность.

Другой величиной, которая описывает, насколько хорошо материал проводит электричество, является его удельное сопротивление ({eq}\rho {/eq}). Удельное сопротивление является обратной величиной проводимости, поэтому материалы с высокой проводимостью будут иметь низкое удельное сопротивление, а материалы с низкой проводимостью будут иметь высокое удельное сопротивление.

$$\rho =\frac{1}{\sigma } $$

Удельное сопротивление измеряется в единицах {экв}\Омега \cdot м {/экв}, а проводимость измеряется в единицах {экв}\ frac{S}{m} {/eq}, где S  — символ Сименса. {-1} {/экв}.

Электрические проводники и изоляторы

В то время как некоторые материалы, такие как металлы, являются хорошими проводниками электричества и обладают высокой электропроводностью, другие материалы, такие как пластик, стекло и воздух, имеют высокое удельное сопротивление и поэтому являются плохими проводниками. электричества. Эти материалы называются изоляторами . В изоляторе электроны не могут легко перемещаться от одного атома к другому, что очень затрудняет прохождение тока через изолятор.

Поскольку изоляторы имеют очень низкую электропроводность, их можно использовать для предотвращения протекания электричества. Например, металлические электрические провода обычно покрывают пластиковым изоляционным материалом, чтобы предотвратить выход электрического тока из провода и поражение электрическим током находящегося рядом человека. Изоляторы также используются на линиях электропередач, чтобы предотвратить попадание электричества в конструкции, поддерживающие линии.

Изоляторы, как и диск, поддерживающий линию электропередач, имеют низкую электропроводность, что означает, что они плохо пропускают электричество.

Электропроводность некоторых обычных проводников и изоляторов указана в таблице ниже. Обратите внимание, что проводимость проводников на намного на выше, чем у изоляторов.

Материал Изолятор или проводник? Проводимость Удельное сопротивление
Медь Проводник 5.96×107 1,68×10-8
Алюминий Проводник 3,50×107 2,82×10-8
Серебро Проводник 6,30×107 1,59×10-8
Золото Проводник 4. 10×107 2,44×10-8
Резина Изолятор ~10-14 ~1013
Стекло Изолятор ~10-13 ~1012
Воздух Изолятор ~10-15 ~1014

Применение и использование электрических проводников

Электрические проводники могут использоваться для передачи электричества.Например, линии электропередач большой протяженности построены из металлов, которые являются прекрасными проводниками электричества. Высокая проводимость этих материалов позволяет передавать электричество на большие расстояния без больших потерь энергии. Проводящие металлические провода также используются для передачи электрического тока внутри зданий и даже внутри таких устройств, как компьютеры и телефоны.

Эти металлические линии электропередач обладают высокой электропроводностью, поэтому они могут передавать электричество на большие расстояния с небольшими потерями энергии.

Формулы электропроводности

Сопротивление провода можно рассчитать, используя либо удельное сопротивление, либо проводимость материала. Площадь поперечного сечения ( А ) и длина ( l ) провода также влияют на его общее сопротивление. Сопротивление можно рассчитать по следующей формуле сопротивления и электропроводности:

$$R=\frac{l}{\sigma A}=\frac{\rho L}{A} $$

В качестве примера того, как чтобы использовать эту формулу, давайте рассчитаем сопротивление 0.{-5}\; \Omega $$

Краткий обзор урока

Электрический ток существует, когда электроны перемещаются в материале от атома к атому. В некоторых материалах электроны могут относительно легко перемещаться от одного атома к другому, в то время как в других материалах заставить электроны двигаться очень трудно. Материалы, в которых электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, известны как электрические проводники , а материалы, в которых электроны не могут легко перемещаться, называются электрическими изоляторами . Большинство металлов являются хорошими электрическими проводниками, поэтому большая часть бытовой электропроводки и линий электропередач изготовлена ​​из металлов.

Электропроводность ({экв}\сигма {/экв}) материала является мерой его способности проводить электричество. Большинство металлов обладают высокой электропроводностью, в то время как изоляторы, такие как пластик и стекло, имеют низкую электропроводность.

Другой величиной, которая описывает, насколько хорошо материал проводит электричество, является его удельное сопротивление ({eq}\rho {/eq}).

Сопротивление провода по следующей формуле, которая зависит от площади поперечного сечения, длины и проводимости или удельного сопротивления материала: {eq}R=\frac{l}{\sigma A}=\frac{\ ро L}{A} {/eq}

Теплопроводность, удельное электрическое сопротивление и термоЭДС аэрокосмических сплавов от 4 до 300 K

J Res Natl Bur Stand A Phys Chem. 1971 г., июль-август; 75А(4): 269–277.

Институт основных стандартов, Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо 80302

** Криогенный отдел, Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо 80302.

Abstract

Измерены теплопроводность, удельное электрическое сопротивление и термоЭДС для нескольких аэрокосмических сплавов: титанового сплава А110–АТ, алюминиевого сплава 7039, Inconel 718 и Hastelloy X. Представлены таблицы и графики измеренных свойств и коэффициента Лоренца. в диапазоне от 4 до 300 K. Включены сравнения с другими измерениями и теоретический анализ данных. Неопределенности данных о свойствах оцениваются как (1) от 0,7 до 2,5% для теплопроводности, (2) 0.25 процентов по удельному электрическому сопротивлению и (3) около 0,1/ мк В/К по термоЭДС.

Ключевые слова: Алюминиевый сплав, криогеника, удельное электрическое сопротивление, коэффициент Лоренца, никелевые сплавы, эффект Зеебека, теплопроводность, титановый сплав, транспортные свойства аэрокосмической промышленности создает спрос на измерения тепловых и электрических свойств этих материалов.Такие данные необходимы для выбора подходящих конструкционных материалов и прогнозирования рабочих характеристик низкотемпературных систем. Чтобы удовлетворить насущную потребность в этих данных, была построена установка для измерения теплопроводности, удельного электрического сопротивления и термоЭДС твердых тел. Этот прибор предназначен для измерения образцов с теплопроводностью от 0,1 до 5000 Вт·м −1 K −1 при температуре от 4 до 300 K.

Данные по теплопроводности технически важных твердых тел с точностью до 5 % удовлетворяют современным требованиям. .Однако в будущем требования, вероятно, будут более строгими. По этой причине эта программа направлена ​​на получение данных по теплопроводности с точностью до 1 процента; это трудно сделать, особенно для плохих проводников и температур выше примерно 120 К, из-за трудности поддержания тепловых потерь на достаточно низком уровне.

В данной статье приведены результаты измерений на титане A–110 AT, Iconel 718, l Hastelloy X и алюминии 7039.

2.Аппарат

Настоящий аппарат аналогичен аппарату, описанному Powell, et al. [1]. 2 Подробное описание настоящей системы дано Hust et al. [2]; поэтому здесь дается только краткое описание этого аппарата. иллюстрирует криостат этой системы.

Прибор для измерения теплопроводности.

Используемый аппарат основан на методе осевого одномерного теплового потока. Образец представляет собой цилиндрический стержень с нагревателем на одном конце и радиатором с регулируемой температурой на другом.Радиатор регулируется на любую температуру от 4 до 300 К с помощью нескольких криогенных ванн и автоматического электронного регулятора температуры. Распределение температуры вдоль образца измеряется относительно эталонного блока постоянной температуры с восемью термопарами хромель [8] и Au-Fe (Au-0,07 ат. % Fe). Температура эталонного блока определяется платиновым термометром сопротивления при температуре выше 10 К и по давлению паров жидкого гелия около 4 К.Калибровки термопар основаны на стандартных справочных таблицах Sparks, et al. (Монография NBS – в обзоре) и небольшие поправки к этим таблицам, основанные на калибровке катушки при 4 K, 20 K, 78 K и 273 K и калибровке на месте от 4 до 30 K. Платиновый термометр сопротивления был откалиброван NBS, Вашингтон. Подробности этих калибровок предоставлены Hust et al. [2]. Образец в сборе окружен цилиндрическим терморегулируемым экраном для уменьшения потерь тепла за счет теплопроводности и излучения.Для дальнейшего снижения потерь на излучение пространство между экраном и образцом заполнено стеклянными волокнами высокой плотности. Вся сборка образец-защита помещается в контейнер и вакуумируется до давления менее 10 90 205 -5 90 206 Торр (1,3 × 10 90 205 -3 90 206 Н/м 90 205 2 90 206 ).

3. Подготовка образцов и методы измерения

Образцы обрабатываются и шлифуются до заданных номинальных размеров, после чего они точно измеряются в измерительной лаборатории с регулируемой температурой.Без дальнейшего чрезмерного механического или термического воздействия каждый образец оснащен держателями термопар и нагревателем. Образец в сборе устанавливается в криостат, пространство между оболочкой и образцом заполняется стекловолокном, и на место припаивается вакуумная банка. Криостат откачивают до давления лучше 10 -5 торр и затем охлаждают желаемой криогенной жидкостью. Образец приводится в равновесие с температурой ванны и считывается ЭДС каждой термопары при нулевом температурном градиенте.Эти нулевые поправки, вызванные различными неоднородностями в контуре, считаются постоянными для всех прогонов с каждой криогенной ванной.

Данные по данному опыту снимаются только после установления термического стационарного режима при вакууме выше 10 -5 торр. Термическое стационарное состояние считается установившимся после систематического дрейфа указанных температур термопары ниже предела обнаружения или контроля, составляющего примерно 1 миллиградус в час.

Данные изотермического удельного электрического сопротивления снимаются одновременно с записью нулевой ЭДС.Кроме того, для получения дополнительных данных об удельном изотермическом сопротивлении и информации о различиях между восемью измерительными термопарами данные снимаются с плавающей раковиной выше температуры окружающей ванны, но без подвода тепла к образцу. Таким образом, термопары показывают разницу температур между образцом и эталонным блоком. Если образец находится в равновесии с плавающей раковиной, то все восемь термопар должны создавать одинаковую ЭДС. Разброс этих зарегистрированных ЭДС свидетельствует о правомерности использования единой калибровочной таблицы для всех восьми термопар.С помощью этой процедуры не было обнаружено значительных отклонений между термопарами.

4. Результаты

Были проведены измерения нескольких аэрокосмических сплавов. Данные о характеристиках этих образцов представлены в . Экспериментальные данные были представлены математическими функциями. Функции, выбранные для представления теплопроводности, удельного электрического сопротивления и термоЭДС, довольно произвольны, поскольку адекватные соотношения, основанные на теоретических соображениях, отсутствуют.Эти функциональные формы задаются уравнениями (1), (2) и (3) соответственно:

lnλ=∑i=1nai[lnT]i+1

(1)

S=∑i=11ci[lnT′]i/T′;T′=T10+1

(3)

где λ = теплопроводность, ρ = удельное электрическое сопротивление, S = термоЭДС и T = температура в единицах СИ.

Таблица 1.

Характеристика образца

0

0

3 Ti-All0 AT (1,13 см)

Материал (диаметр) Состояние (структура) Твердость по Роквеллу Ср.Диаметр зерна Композиция весовые проценты (только менее 0,1%)
отжигается (HCP) C-35 0,015 мм Ti-91,5 , Al-5.5, Sn-2.5, Fe-0.2, C, N, H.
Al 7039 (0,367 см) T 61
(FCC)
B-75 0,005 мм (удлинение вдоль образца) оси до 0,05 мм) Al-93,0, Zn-3,6, Mg-2,55, Mn-0,23, Cr-0,20, Fe, Cu, Si, Ti, Be.
inconel 718 (1.13 см) Age-Orilded (BCC + FCC PPT) A C-39 0,06 мм NI-54.57, CR-18.06, FE-L7.08 , Nb + Ta-5,12, Mo-3,18, Ti-0,85, Al-0,44, Mn-0,29, Si-0,24, Cu, C, S.
Hastelloy X (1,13 см) Отожженный (BCC + FCC
ppt) a
B-88 0,08 мм Ni-49.0, Cr-21. 06, Fe-17.58, Mo-9.15, Co-l.45, W-0.65, Mn53, Si-0,43, C-0,12, P, S.

Параметры, определенные методом наименьших квадратов, сведены в таблицу через . Количество значащих цифр, остающихся в этих параметрах, определяется количеством слагаемых в уравнениях (1), (2) и (3) и лишь косвенно — точностью данных. Значения теплопроводности, удельного электрического сопротивления, абсолютной термоЭДС и коэффициента Лоренца, рассчитанные по уравнениям (1), (2) и (3), приведены в таблице и проиллюстрированы на .Необработанные экспериментальные данные были сведены в неофициальный отчет для дальнейшего использования.

Теплопроводность титана А110–АТ, алюминия 7039, инконеля 718, хастеллоя X.

ТермоЭДС титана А110–АТ, алюминия 7039, инконеля 718, хастеллоя X. 1), (2) и (3) для Ti A110-AT

02 × 10 -1

3 -11.12974481 × 10

2

3 1,95307646 × 10 -2

5 -9 216675 × 10 × 10 -10
i Теплопроводность Удельное электрическое сопротивление 06395097 7. 8
-1,58121391 × 10
2 6,88712311 1,49763681 × 10 -6 3,7

55 × 10

3 -3,743 — 1.532 × 10 -6 -8.41032221 × 10
8.96843641 × 10 -1 6 9. 74696929 × 10
5 -2.037 × 10 -1 -2.88887717 × 10 -1
6
6 5.30624488 × 10 -8 6.18987000 × 10
7 -7.552 × 10 -4 -4 -9 6 -9
8
1. 35460142

Таблица 5.

Параметры в уравнениях (1), (2), и (3) для hastelloy x

7

9

9 Электрическое сопротивление

× 10 2 09767231 × 10 -1 × 10 -10 2
I Теплопроводность Термодержав
1 -4.55464242 1.08125768 × 10 -6 3

7561 × 10

2
2
2 423 2. 50203640 × 10 -8 -2.06088289 × 10 2
3 -3,7

05
-2,37968596 × 10 -8 4,881
4 1,18719162 1,08737546 × 10 -8 -5.64341813 -5.64341813 × 10 2

-1-2.85718690 × 10 -9 3. 35752457 × 10 2
6 1 .97476492 × 10 -2 5 -2 -1-1.07878568 × 10
.70496356 × 10 -4 -4-2.06631014 × 10 -11 1.734 × 10 -1.21659772

2 Таблица 6.

Транспортные свойства Ti A110-AT

3

6

3 1,364

-2,03

3 45

.54 1,375 3 1 1,426 -4,16 3-4.46 3 -4.61 1,484 3 — 5.38 -6,12 3 -6.66
Temp
(K)
Термальная проводимость
(WM -1 K -1 K -1 K -1 )
Электрическое сопротивление ( μ Ом м) Коэффициент Лоренца × 10 8
(V 2 / K 2 )
Термоперация ( μ В/К)
6 0. 555 1.366 12.6 -0.30
70014
12.9
1.365 13.29 -. 39
.885 1.365 13. 45 -.45
1.365 13.6
12 1.21 1.365 13.8 — 58
13.8
1. 60 1,364 13.7 -78
18 1.78 13.364 13.59
1.364 13,3
25 2.32 1,364 12,7 -1,38
30 2,64 1,364 12,0 -1,72
35 2,92 1,366 11,4
40 39 3. 17 1.368 10.8 -2.30
45
3.39 1.371 10.3
. 50 3.59 9,86 -2,76
55 3,76 1,379 9,43 -2,95
60 3,92 1,383 9,04 -3,11
65 4.07 4.07 1.388 8.69 -3.26
70
70
70 4.2014 1.393 8.36
75 4.32 +1,398 8,06 -3,51
80 4,44 1,404 7,78 -3,62
85 4,54 1,409 7,53 -3,72
90 49 4.64 1.415 7.30 -3.82
95
95
1.421 7.08
100 4.83 6,89 -3,99
110 5,00 1,438 6,54
120 5,17 1,450 6,25 -4,31
130 50 5.33 1.461 6.00
140
140
1.473 5.78
150 5.66 5,60 -4,77
160 5,83 1,495 5,45 -4,92
170 6,00 1,506 5,32 -5,07
180 6.17 6.17 1.517 5.517 — 5.22
190
190 6.35 1.528 5.11
200 6.53 1,538 5,02 -5,53
220 6,89 1,559 4,88 -5,83
240 7,24 1,579 4,76
260 260 7.58 1.598 4.66 — 6.40
280
280 7.90 1.617 4,56
300 8.17 1.636 4.45 45 — 6.90

Таблица 9.

Транспортные свойства Hastelloy X

9 Temp
(K)

)

9

3 8

-.04 3 1,087 .04 .04

3 25

3 25

-06

3 12.6 — 220

-.34 70015 95

3 70014

3 -.32

3 85

3 -.25

3 100

3 100

120

3 130

9.15 .11

3 300

3 4.01

Теплопроводность (WM -1 K -1 Электрическое сопротивление Электрическое сопротивление Ом M) Коэффициент Лоренца × 10 8
(V 2 / K 2 )
Термодержав 2 V / K)
7 0.946 1.089 14.7 -0.04
1.089
1,27 1.088 15.3 — 05
10 1.43 1.43 1.088 15.59 -.04
1.087 1.087 15.7
14 2.01 15,6 +0,02
16 2,27 1,087 15,4
18 2,51 1,087 15,1
20 2,73 1.087 1.087 14.8 . 02
1.087 14.1
. 30 3.67 L.087 13.0 13.3
1,087 12.6
40 4.38 1.088 11.9 .25
45 45 4.68 1.089 11.089 11.3
50
50 490 1.090 10.8
55 5.19 1.091 1,091 -.33
9.83
65
5.59 1.093 9.41 — 34
70 5.77 1.094 9.094 -.33
5.93 1.095 8.66
80 6.07 1.096 8.32 8.32
6.33 г. 1,099 г. 7.73 —27
95 6.45 1.100 7.47
1.101 7.23 -.22
110 6.77 1.104 1.104 6.79 -.18
1.107
7.15 1.209 6.10 — 06
140 140 7.34 1.112 5.83 -00
150
1.114 5.59
160 7.72 1,117 5,39
170 7,91 1,120 5,21 0,16
180 8,11 1,122 5,05 0,22
190 8.31 8.31 1.125 4.92 492
200
200
1.127 4,80
220 8.93 +1,132 4,59 0,44
240 9,34 1,137 4,42 0,54
260 9,74 1,142 4,28 0,64
280 10.1 10.1 1.146 4.14 4.14
1.151

Подробный анализ ошибок для этих измерений был представлен ранее Хуст и др.[2]. На основе этого анализа систематических и случайных ошибок оценки неопределенности (с доверительной вероятностью 95%) следующие:

i 97118 ) составляющие:

Аналогичным образом можно разделить удельное электрическое сопротивление:

Примесная составляющая W 0 вычисляется по закону Видемана-Франца-Лоренца

где L 0 = значение Зоммерфельда числа Лоренца, а ρ 0 — остаточное удельное электрическое сопротивление.Член собственного теплового сопротивления Вт i вычисляется из

где L i — собственная электронная функция Лоренца, а ρ i — собственное удельное электрическое сопротивление.

Функция L i , полученная из других измерений и теории, приблизительно приближается к L 0 при высокой температуре и квадратично падает до нуля при очень низкой температуре.Общий характер зависимости L i от температуры проиллюстрирован Уайтом и Розенбергом [6].

Значения внутренней функции Лоренца получены из данных, представленных Уайтом и Вудсом [5] для меди, натрия и некоторых переходных элементов. Эти данные ( L I = ρ I / W I T ) были построены по сравнению с T / θ D , где θ D — температура Дебая.Для значений L i в этой работе была построена «средняя» кривая с большим весом в сторону меди. Здесь имеется относительно большая неопределенность из-за разброса кривых для разных материалов; однако, поскольку W i мало по сравнению с W 0 для сплавов с низкой проводимостью, общая ошибка в W 0 невелика. Значения L i по сравнению с T / θ D приведены в .Таким образом, мы получаем электронную составляющую теплопроводности

λe=We−1=(ρ0L0T+ρ−ρ0LiT)−1.

(8)

Тогда из (4) и (8) получаем решеточную составляющую теплопроводности

λg=λ−(ρ0L0T+ρ−ρ0LiT)−1.

(9)

(9)

Таблица 10.

, 0,70% от 200 к до 50 К, увеличением обратно с температурой до 1,5% при 4 к.
Электрическое сопротивление: 0,25%
Термоперация: 0,5% + 0,2 μ v / k μ при 4 К, 0.2% + 0,05 мк В/К при 30 К и 0,1 % + 0,03 мк В/К выше 76 К. на обычный серебряный провод. Абсолютная термоЭДС нормального серебра, о которой сообщают Борелиус и др. [3] были использованы для перевода экспериментальных данных в абсолютную шкалу.

5. Обсуждение

Титановый сплав Ti A110–AT и никелевые сплавы Inconel 718 и Hastelloy X во многих отношениях демонстрируют сходное поведение.Значения теплопроводности не только сходны по тренду, но и совпадают по величине в пределах примерно 20 процентов. Удельное электрическое сопротивление каждого из этих материалов велико, а изменение сопротивления от комнатной температуры до жидкого гелия составляет всего 10–20 процентов. Каждая из кривых удельного электрического сопротивления имеет минимум около 25 К. Высокие коэффициенты Лоренца этих материалов указывают на то, что вклад решетки в общую проводимость до шести раз больше, чем вклад электронов.Такие высокие вклады в решетку для сплавов часто упоминаются в литературе, но не часто подтверждаются экспериментально.

Алюминиевый сплав (7039) имеет тенденцию теплопроводности, аналогичную сплавам титана и никеля; однако величина проводимости Al 7039 примерно на порядок выше. Кроме того, из коэффициента Лоренца ясно, что теплопроводность в первую очередь обусловлена ​​вкладом электронов, а не решеткой. Удельное электрическое сопротивление у Al 7039 меньше, чем у сплавов титана и никеля, а отношение удельного электрического сопротивления составляет около 2.6. На кривой удельного электросопротивления Al 7039 отсутствует минимум. g ) теплопроводность, т.е.

Обратная величина электронной проводимости, то есть тепловое сопротивление, Вт e , делится на примесную ( Вт 0 ) и собственную ( Вт

9112 9112 I I
V 2 / K 2

3 1.69.

3 .35

0 0 × 10 −8
0.05 0.32
.80
.25
.30
.30
.35
0.50
.60 2.23
. 70
1,00
1.50
2.00 2,44

Значения λ g , рассчитанные по (9), показаны на . При низких температурах λ g изменяется как T n , где 1 < n ⩽ 2.Значение 2 для n ожидается для рассеяния фононов на дислокациях и электронах. Поскольку n не равно 2 при самых низких измеренных температурах, вероятно, имеет место значительное рассеяние планарных дефектов из-за дефектов упаковки или ламинарных выделений на границах зерен. Для планарного рассеяния дефектов ожидается n = 1. При более высоких температурах поведение кривой согласуется с рассеянием волн решетки на точечных несовершенствах.

Решетчатая проводимость титана A110–AT, Inconel 718 и Hastelloy X.

Предварительные расчеты показывают, что решеточная проводимость Al 7039 сравнима с неопределенностью измеренной проводимости плюс неопределенностью расчетного значения λ e ; поэтому эти значения решеточной проводимости не приводятся.

В настоящее время трудно быть уверенным в том, какие механизмы рассеяния присутствуют, особенно при более низких температурах. Дальнейшие металлургические исследования этих образцов могут привести к лучшему пониманию присутствующих механизмов.

Удельное электрическое сопротивление титана A110–AT, Inconel 718 и Hastelloy X.

Удельное электрическое сопротивление алюминия 7039.

Коэффициенты Лоренца титана A110–AT, Inconel 718 и Hastelloy X.

Число Лоренца алюминия 7039.

Таблица 3.

Параметры в уравнениях (1), (2), и (3) для AL 7039

-1 0 -3 5 9001.15351278 × 10 -2 -3.31898139 × 10

3 7

9001.18079207 × 10 -4

3 2972

3

93
I Теплопроводность Электрические удельные сопротивления Термодержав
1 2.29632521 1.28748725 × 10 -7 1,71060776 × 10
2 -1,54727504 -3,27608149 × 10 -7 -1,33360752 × 10 2
3 4.00341352 × 10 -1 407400149 × 10 -1 3.11404848 × 10
4
4
-2.797 × 10 -1 −3.37068033 × 10 2
1.16239500 × 10 -7 1,57586179 × 10 2
6
6 3.88045930 × 10 — 3 -2.98620355 × 10 -8
4 504 × 10 -9
8 −3.96374984 × 10 5 -10
-11 6

Таблица 4

Таблица 4.

Параметры в EQS (1), (2), 3) Для inconel 718

0

3 1

1719

-9

3 6

3 6 × 10 5 -2

55972
I Теплопроводность Электрические удельных сопротивлений Термодержав
1.12285087 × 10 -6 5.48360101 × 10
2 7,39689278 -7,83810447 × 10 -8 -3,01984465 × 10 2
3 -4,16174867 5,638 × 10 -8 6.85469757 × 10 2
4 1,26896416 -1,570 × 10 -8 -7,68205488 × 10 2
5 -2,20152847 × 10 -1 2.96162062 × 10 -9 456243644 × 10

3644 × 10

-2 -1.50481839 × 10 -10 -1.47829752 × 10 2
7 -7.469 × 10

06469 × 10 -4

2 Таблица 7.

Транспортные объекты Al 7039


(K) -0,13 -0,15 -0.17 3 -0.19 96.3 -0,65 -1,53

3 2,78

95 -1,81 3-1.83 95.2 -1,82 -1,80
TEMP
(K)
Теплопроводность (WM -1 K -1 ) Электрическое сопротивление Электрическое сопротивление Ом M) Коэффициент Лоренца × 10 8
(V 2 2 )
ТермоЭДС ( мк В/К)
6 8.6 0,01734 2,47
7 10.1 0,01736 2,50
8 11,6 0,01737 2,51
9 13.1 .01736 . 0.19
022735 0,22 2,09
12 17.4 .01734 — 0,21 -0.21
0,22 0,23
16
023935
18 26.2 0.01736 — 0.33
20
20
0,61737 0,61737 . 2,53
. 25
0,01742 2,53
30 43,1 0,01748 2,51 -0,88
35 49,5 0,01759 2,49 -1,09
40 55.0 0.01775 — 2,45
45
45
45 0,01795 0,01795 . 2.42
. 50 65.4 0,01821 2,38
55 69,7 0,01852 2,35 -1,62
60 73,6 0,01887 2,31 -1,69
77.1 77.1 0.01926 229
70
70
7014 0,01970 026
.3 0,02016 2,24
80 86,0 0,02065 2,22 -1,82
85 88,5 0,02117 2,21 -1,83
90 90.9 0.02171 2,19
95
95
022227 022227 . 2.18
. 100
0,02284 2,18
110 99,2 0,02402 2,17
120 103. 0,02524 2,17 — 1.78
130 130. . 107. . 0264 . 02648
110. 02773 2.18 150 . .02898

3 .02898 2,20 -1.70 160 . 117. 0.03024 021 170 17014

3 121. 03149 . 2.24 1.66 180 124. 024. 024. . 03274 —1.65 190 . 03398 . 2.28 99 200 131. .03522

3 .03522 2.31 -1.63 220 138. . 0379 0269 3. 236 240 94. 012 2.40 — 1.62 260 149. . 149. .04255 — 2,62 280 . 04499 2.47 3

Таблица 8.

Транспортные свойства Inconel 718

918

9 Temp
(K)

9 ) 0

3 10.3

3 .

3

.

3 30

3 30

1,076

3 55

0,35 0,60 0,88 1,112
Термальная проводимость (WM -1 K -1 ) Электрическое сопротивление ( μ Ом M) Коэффициент Лоренца × 10 8 (V 2 / K 2 / K 2 ) ThermoPower
( μ V / K)
1,080 10.3
8 .801 1.079 . 10.8 .12
1.08 1.079 11.6
12 12 1.36 1.078 12.2 .20
14
14 1.078 1.078 12.6
16 1.90 1.077 12.8 .30
12.9 12.9
1.077 12.9
25 29 2,97 1.076 12.8 .28
1.076 12.59
35 3.94 12,1 0,21
40 4,35 1,076 11,7 0,19
45 4,72 1,077 11,3 0,19
50 50 5.05 1.078 10.9 .18
55
5.35 1.079 10.5
60 5.62 1,080 10,1 0,21
65 5,86 1,081 9,75 0,23
70 6,09 1,082 9,41 0,26
75 75 6.29 1.083 9.08 9.08
80
80 6.47 1.085 8,77
85 6.64 +1,086 8,49
90 6,80 1,087 8,22 0,38
95 6,95 1,089 7,96 0,42
100 7.09 7.09 1,090 7.73 .45
110
110 7.34 1.093 7.30
120 7.58 +1,096 6,93
130 7,81 1,100 6,60 0,67
140 8,02 1,103 6,32 0,74
150 8.24 8.24 1.106 6.07 6.07
160
160 8,45 1.109 5.86
170 8.66 5,67 0,95
180 8,88 1,115 5,50 1,02
190 9,09 1,118 5,35 1,08
200 9.30 9.30 1.121 5.22 1.15
9.73 1.127 4.98 1,27
240
10.1 1,133 4,79 1,39
260 10,5 1,139 4,61 1,51
280 10,9 1,144 4,44 1,62

Подтверждения

Мы благодарим Р. Х. Кропшота за многочисленные полезные предложения, обсуждения и рекомендации. Поставка материалов от Aerojet General Corporation, Titanium Corporation of America и Union Carbide Co.также признается. Приветствуется помощь Р. П. Рида и Р. Л. Дурхольца в характеристике материала. Большую помощь оказали проектирование и разработка приборов Дж. К. Джеллисоном и Н. К. Винчестером. Г. Х. Уоллес помогал на ранних этапах строительства аппарата. Уильям Дж. Холл предоставил свою процедуру ортонормированной подгонки, которая помогла в подгонке данных.

Работа выполнена Национальным бюро стандартов в рамках контракта R-45 НАСА (SNPO-C).

Сноски

1 Использование в данном документе торговых наименований конкретных продуктов необходимо для правильного понимания представленной работы. Их использование никоим образом не подразумевает какого-либо одобрения, одобрения или рекомендации со стороны NBS. (См. ссылку [8]).

2 Цифры в скобках указывают ссылки на литературу в конце этого документа.

6. Ссылки

[1] Powell R.L., Rogers W.M., and Coffin D.O., J. Res. Нац. Бур. Стоять. (НАС.) 59 (физ.и Chem.), 349–355 (1957). [Google Scholar][2] Hust J.G., Powell R.L. and Weitzel D.H., J. Res. Нац. Бур. Стоять. (НАС.) 74A (Phys. and Chem.), № 5, 673–690 (сентябрь-октябрь). 1970). [Google Scholar][3] Борелиус Г., Кесом В. Х., Йоханссон С. Х. и Линде Дж. О., Proc. Кон. акад. Амстердам 35, 10 (1932). [Google Scholar][4] Пауэлл Р.Л., Родер Х.М., Холл В.Дж., Phys. преп. 115, 314–323 (1959). [Google Scholar][5] White G.K., Proc. 8-й конф. по теплопроводности, под ред. Хо С.Ю., Тейлор Р.Э., (Пленум Пресс, Нью-Йорк, 1969). [Google Scholar][6] Розенберг Х. М., Физика твердого тела при низких температурах (Clarendon Press, Oxford, 1963). п. 120. [Google Scholar][7] White G.K., and Woods S.B., Phil. Транс. Рой. соц. A251, 273–302 (1959). [Google Scholar]

[8] Hastelloy-X — это зарегистрированная торговая марка сплава никель-хром-железо, производимого Union Carbide Corporation, подразделение Stellite. Inconel-718 — зарегистрированная торговая марка сплава никеля, хрома и железа, производимого компанией International Nickel Corp.Хромель — зарегистрированная торговая марка сплава для термопар, производимого компанией Hoskins Manufacturing Co.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Определение электропроводности металлов с помощью импульсного силового привода Thor 2 MA: Review of Scientific Instruments: Vol 92, No 5

DB Sinars, MA Sweeney, CS Alexander, DJ Ampleford, T. Ao, JP Apruzese, C. Aragon , DJ Armstrong, KN Austin, TJ Awe, AD Baczewski, JE Bailey, KL Baker, CR Ball, HT Barclay, S. Beatty, K. Beckwith, KS Bell, JF Benage , NL Bennett, K. Blaha, DE Bliss, JJ Бернер, CJ Бурдон, BAБранч, Дж. Л. Браун, Э. М. Кэмпбелл, Р. Б. Кэмпбелл, Д. Г. Чакон, Г. А. Чандлер, К. Чандлер, П. Дж. Кристенсон, М. Д. Кристисон, Э. Б. Кристнер, Р. С. Клэй, К. Р. Кокрейн, А. П. Коломбо, Б. М. Кук, К. А. Ковердейл, М. Е. Кунео, Дж. С. Кастер , А. Дасгупта, Ж.-П. Дэвис, М.П. Дежарле, Д.Х. Долан, Дж.Д. Дуглас, Г.С. Данхэм, С. Дюваль, А.Д. Иденс, М.Дж. Эдвардс, Э.Г. Евстатиев, Б.Г. Фарфан, Дж.Р. Фейн, Э.С. Филд, Дж.А. Фишер, Т.М. Фланаган, Д.Г. Фликер, М.Д. , П.Д. Гард, Т. А. Гардинер, М. Гейссель, Дж. Л. Джулиани, М. Е. Глински, М. Р. Гомес, Т. Гомес, Г. П. Грим, К. Д. Хан, Т. А. Хейл, Н. Д. Хэмлин, Дж. Х. Хаммер, С. Б. Хансен, Х. Л. Хэншоу, Э. С. Хардинг, А. Дж. Харви -Томпсон, Д. Хедли, М. С. Херрманн, М. Х. Гесс, К. Хайстрит, О. А. Ураган, Б. Т. Хатсел, К. А. Дженнингс, О. М. Джонс, Д. Джонсон, М. Д. Джонстон, Б. М. Джонс, М. С. Джонс, П. А. Джонс, П. Е. Калита, Р. Дж. Камм , Дж. В. Келлог, М. Л. Кифер, М. В. Киммел, П. Ф. Кнапп, М. Д. Кнудсон, А.Крефт, Г. Р. Лейти, П. У. Лейк, Д. С. Ламппа, У. Л. Лэнгстон, Дж. С. Лэш, К. Р. Лечиен, Дж. Дж. Лекби, Р. Дж. Липер, Г. Т. Лейфест, Р. В. Лемке, В. Льюис, С. А. Льюис, Г. П. Луазель, К. М. Лукер, А. Дж. Лопес, Д. Д. Лусеро , SA MacLaren, RJ Magyar, MA Mangan, MR Martin, TR Mattsson, MK Matzen, AJ Maurer, MG Mazarakis, RD McBride, HS McLean, CA McCoy, GR McKee, JL McKenney, AR Miles, JA Mills, MD Mitchell, NW Мур, К. Э. Майерс, Т. Нагаяма, Г. Натони, А.К. Оуэн, С. Патель, К.Дж. Петерсон, Т.Д. Пойнтон, Дж.Л. Портер, А.Дж. Руис, Д. Е. Руис, Д. Сандовал, М. Э. Сэвидж, М. Э. Скейфорд, М. А. Шойбле, П. Ф. Шмит, М. С. Шоллмайер, Дж. Шварц, К. Т. Сигл, А. Б. Сефков, Д. Б. Зайдель, Г. А. Шипли, Дж. Шорс, Л. Шуленбургер, С. С. Симпсон , С. А. Слуц, И. С. Смит, К. С. Спиас, П. Э. Шпехт, М. Дж. Спейр, округ КолумбияSpencer, PT Springer, AM Steiner, BS Stoltzfus, WA Stygar, J. Ward Thornhill, JA Torres, JP Townsend, C. Tyler, RA Vesey, PE Wakeland, TJ Webb, EA Weinbrecht, MR Weis, DR Welch, JL Wise М. Ву, Д. А. Ягер-Элорриага, А. Ю и Е. П. Ю

далее…

Read Advanced Materials — Электропроводность элементов, используемых в сплавах

Примечание. Все следующие токопроводящие порошки можно приобрести в компании READE.

Электропроводность элементов, используемых в сплавах

Вещество

Провод.

мкОм-см

 

Вещество

Провод.

мкОм-см

серебро……………

100.00

1.586

 

железо

……………

14,57

9,71

медь…………

97,61

1,678

 

платина……….

14,43

10,6

золото …………….

76,61

2,24

 

олово……………….

14,39

11.0

алюминий……..

63.00

2,6548

 

вольфрам………..

14.00

5,65

тантал……….

54.63

12,45

 

осмий………..

13,98

9,5

магний ……

39,44

4,45

 

титан

………..

13,73

42,0

натрий…………

31,98

4,2

 

иридий …………

13,52

1.3E15

бериллий………

31.13

4,0

 

рутений……..

13.22

7,6

барий…………

30.61

 

 

никель …………

12,89

6,84

цинк…………………………..

29,57

5,916

 

родий………..

12,60

4,51

индий …………

24,38

8,37

 

палладий………

12.00

10.54

кадмий……….

24,38

6,83

 

сталь

…………….

12.00

 

кальций……….

21.77

3,91

 

таллий…………

9.13

79,0

рубидий……….

20,46

12,5

 

свинец……………..

8,42

20.648

цезий…………

20.00

20

 

ниобий……….

5.13

12.5

литий …………

18,68

8,55

 

ванадий………

4,95

24,8 — 26,0

молибден…

17.60

5,2

 

мышьяк…………

4,90

33,3

кобальт …………

16,93

6,24

 

сурьмы………

3,59

39,0

уран………..

16,47

30,0

 

ртуть………..

1,75

98.4

хром……..

16.00

12,9

 

висмут………..

1,40

106,8

марганец ……

15.75

185,0

 

теллур ……..

0,001

4.36E6

Электропроводность в металлах и сплавах (электрические свойства материалов), часть 2

Экспериментальные результаты и их интерпретация

Чистые металлы

Удельное сопротивление металла, например меди, линейно уменьшается с понижением температуры, пока не достигнет конечного значения (рис.7.7) по эмпирическому уравнению

, где а — линейный температурный коэффициент удельного сопротивления. Мы постулируем, что тепловая энергия заставляет атомы решетки колебаться вокруг своих положений равновесия, тем самым увеличивая некогерентное рассеяние электронных волн (или, что то же самое, увеличивая число электрон-атомных столкновений). Остаточное удельное сопротивление pres интерпретируется как вызванное несовершенствами кристалла, такими как примеси, вакансии, границы зерен или дислокации.Остаточное удельное сопротивление практически не зависит от температуры. Согласно правилу Маттиссена, удельное сопротивление возникает из-за независимых процессов рассеяния, которые являются аддитивными, т. е.

Рисунок 7.7. Схематическое изображение температурной зависимости удельного сопротивления меди и различных медно-никелевых сплавов. pres – остаточное удельное сопротивление.

Термически индуцированная часть удельного сопротивления , pth, называется идеальным сопротивлением, тогда как удельное сопротивление, происходящее от примесей (pimp) и дефектов (pdef), суммируется с остаточным сопротивлением.Число примесных атомов в данном металле или сплаве обычно постоянно. Однако количество вакансий или границ зерен можно изменить с помощью различных термообработок. Например, если металл отжигают при температурах, близких к температуре его плавления, а затем быстро закаливают в воду при комнатной температуре, его удельное сопротивление при комнатной температуре заметно увеличивается за счет закаленных вакансий. Часто это увеличение сопротивления уменьшается при старении при комнатной температуре или отжиге при несколько повышенных температурах из-за аннигиляции некоторых вакансий.Точно так же рекристаллизация, рост зерен и многие другие металлургические процессы изменяют удельное сопротивление металлов. Вследствие этого и благодаря простоте измерения удельное сопротивление является одним из наиболее широко изучаемых свойств при исследовании материалов.

Интересно сравнить термоиндуцированное изменение проводимости в свете квантово-механической и классической моделей. Число свободных электронов Nf практически не меняется с температурой.Точно так же N (E) очень мало меняется с T. Однако длина свободного пробега и, следовательно, время релаксации уменьшаются с повышением температуры (из-за большой частоты столкновений между дрейфующими электронами и колеблющимися атомами решетки). Это, в свою очередь, уменьшает s согласно (7.15) и (7.26), что согласуется с наблюдениями на рис. 7.7. Таким образом, обе модели точно описывают температурную зависимость удельного сопротивления.

Сплавы

Удельное сопротивление сплавов увеличивается с увеличением содержания растворенного вещества (рис.7.7). Однако наклоны отдельных линий p в зависимости от T остаются практически постоянными. Небольшие добавки растворенного вещества вызывают линейный сдвиг кривых зависимости p от T в сторону более высоких значений удельного сопротивления в соответствии с правилом Маттиссена. Это увеличение удельного сопротивления обусловлено несколькими механизмами. Во-первых, атомы разного размера вызывают изменение параметра решетки и, следовательно, рассеяние электронов. Во-вторых, атомы с разной валентностью вносят локальную разность зарядов, что также увеличивает вероятность рассеяния.В-третьих, растворенные вещества, которые имеют другую концентрацию электронов по сравнению с элементом-хозяином, изменяют положение энергии Ферми. Это, в свою очередь, изменяет плотность населения N(E) согласно (6.8) и, следовательно, проводимость, см. (7.26).

Различные растворенные элементы могут изменять удельное сопротивление основного материала в разной степени. Это показано на рис. 7.8. Эксперименты показали, что удельное сопротивление разбавленных однофазных сплавов увеличивается пропорционально квадрату разности валентностей растворенного и растворяющего компонентов (правило Линде, рис.7.8(б)).

Рисунок 7.8. Изменение удельного сопротивления различных разбавленных сплавов серебра (схема). Растворитель и растворенное вещество относятся к пятому периоду. (а) Изменение удельного сопротивления в зависимости от атомного % растворенного вещества и (б) изменение удельного сопротивления из-за 1 атомного % растворенного вещества.

Таким образом, электронная концентрация растворенного элемента, т. е. количество дополнительных электронов, вносимых растворенным веществом, явно играет жизненно важную роль в увеличении сопротивления, как уже упоминалось выше.

Изотермическое удельное сопротивление концентрированных однофазных сплавов часто имеет максимальное содержание растворенного вещества около 50%, как показано на рис.7,9 (сплошная линия). В частности, остаточное сопротивление этих сплавов зависит, согласно правилу Нордгейма, от фракционного атомного состава (ХА и ХВ) составляющих

, где C — постоянная материала. Правило Нордгейма строго выполняется только для нескольких избранных бинарных систем, поскольку оно не учитывает изменения плотности состояний с составом.

Рисунок 7.9. Схематическое изображение удельного сопротивления упорядоченных и неупорядоченных сплавов меди с золотом.

Это особенно верно для сплавов, содержащих переходный металл.

Удельное сопротивление двухфазных сплавов во многих случаях представляет собой сумму удельных сопротивлений каждого из компонентов с учетом объемных долей каждой фазы. Однако необходимо учитывать и дополнительные факторы, такие как кристаллическая структура и характер распределения фаз друг в друге. Концентрационная зависимость удельного сопротивления двухфазных сплавов не имеет максимума, как на рис.7.9, но вместо этого напоминает линейную интерполяцию между сопротивлениями отдельных фаз.

Некоторые сплавы (например, медь с небольшим содержанием железа) имеют минимум удельного сопротивления при низких температурах. Эта аномалия обусловлена ​​дополнительным рассеянием электронов на магнитных моментах растворенных веществ и является отклонением от правила Маттиссена (эффект Кондо).

Свойство некоторых материалов проводить электричество, хотя и с некоторым сопротивлением, используется для резисторов в электрических цепях (для ограничения протекания тока) или для выработки тепла (ленточные нагреватели, переносные радиаторы, печи и т.). «Джоулев нагрев» или мощность P, получаемая таким образом, пропорциональна сопротивлению провода и квадрату силы тока:

.

Один из распространенных типов резисторов изготавливается из углеродных композитов. Другие намотаны проволокой, например, вокруг керамического корпуса. В них используются сплавы с высоким удельным сопротивлением (около 10~4 О см), такие как нихром (никель-хром), и они должны выдерживать коррозию и быть пригодными для высоких температур. Другие резисторы могут состоять из металлических пленок на стеклянных или керамических подложках.Интегральные схемы используют кремниевую технологию для той же цели. Резисторы с фиксированным значением имеют цветовую маркировку для обозначения их номинального сопротивления, допуска этого значения и номинальной мощности (см. таблицу в разделе 4). Переменные резисторы, имеющие скользящий контакт, бывают проволочными или углеродно-композитными.

Заказ

Атомы растворенного вещества обычно случайным образом распределены в растворителе. Таким образом, число центров, в которых происходит некогерентное рассеяние, увеличивается пропорционально числу атомов замещения.Если же атомы растворенного вещества расположены в матрице периодически, т. е. если, например, в сплаве 50/50 атомы А и В попеременно занимают последовательные узлы решетки, то электронные волны когерентно рассеиваются. Это вызывает уменьшение удельного сопротивления (и увеличение длины свободного пробега) (рис. 7.9). Лишь отдельные сплавы, такие как Cu3Au, CuAu, Au3Mn и др., проявляют тенденцию к дальнему упорядочению.

Упорядоченное состояние может быть достигнуто путем отжига сплава соответствующего состава немного ниже температуры перехода порядок-беспорядок (около 395°C в Cu3Au) с последующим умеренным охлаждением или медленным охлаждением выше температуры перехода.Дальний порядок вызывает линии сверхрешетки на рентгенограммах.

Неупорядоченное состояние может быть получено при комнатной температуре путем быстрой закалки сплава в ледяном соляном растворе при температуре немного выше температуры перехода. Отжиг выше этой температуры перехода разрушает эффект упорядочения. Однако в некоторых сплавах, например в CuAu, тенденция к упорядочению настолько сильна, что даже вблизи точки плавления некоторая упорядоченность сохраняется.

Некоторые сплавы , такие как а-медь-алюминий, демонстрируют гораздо меньшее снижение сопротивления при отжиге ниже определенной температуры упорядочения.Этот эффект называется ближним упорядочением, и было обнаружено, что он связан с небольшими доменами, в которых атомы расположены упорядоченно. В ближнем упорядоченном состоянии взаимодействия А-В немного сильнее, чем взаимодействия А-А или В-В. (Ближний порядок можно определить с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. Он вызывает небольшое и широкое увеличение интенсивности между регулярными дифракционными линиями.4)

Сверхпроводимость

Сверхпроводники представляют собой материалы, удельное сопротивление которых становится неизмеримо малым или фактически становится равным нулю ниже критической температуры, Tc.Наиболее чувствительные измерения показали, что сопротивление этих материалов в сверхпроводящем состоянии по крайней мере в 1016 раз меньше их значений при комнатной температуре. (См. в этом контексте рис. 7.1.) К настоящему времени обнаружено, что 27 элементов, многочисленные сплавы, керамические материалы (содержащие оксид меди) и органические соединения (на основе, например, селена или серы) обладают сверхпроводимостью. (см. Таблицу 7.1). Их значения Tc находятся в диапазоне от 0,01 К до 134 К. Некоторые металлы, такие как цезий, становятся сверхпроводящими только при приложении к ним большого давления.Сверхпроводящий переход обратим. Сверхпроводящее состояние следует рассматривать как отдельное состояние, отличное от жидкого, твердого или газообразного состояний. Он имеет более высокую степень порядка — энтропия равна нулю.

Спустя семьдесят пять лет после первого открытия сверхпроводимости в ртути (HK Onnes, Лейден/Голландия, 1911 г.) Беднорц и Мюллер открыли новый класс сверхпроводников (Цюрих/Швейцария, 1986 г.), который включал керамику на основе оксида меди. . Эти материалы показали температуру перехода почти в два раза выше известной до сих пор.Это наблюдение вызвало огромные исследовательские усилия практически по всему миру, в которые были вложены миллиарды долларов на исследования и тысячи ученых, которые соревновались в поиске наиболее выгодного сверхпроводящего соединения.

Таблица 7.1. Критические температуры некоторых сверхпроводящих материалов.

Материалы

Тс[К]

Примечания

Вольфрам

0.01

Меркурий

4,15

Х.К. Оннес (1911)

Органический сверхпроводник на основе серы

8

С.С.П. Паркин и др. (1983)

9

Bell Labs (1961), тип II

17.1

Дж.К. Халм (1953)

23,2

(1973)

40

Беднорц и Мюллер (1986)

92

Ву, Чу и другие (1987)

~92

R = Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

113

Маеда и др.(1988)

125

Германн и др. (1988)

134

Р. Отт и др. (1995)

138

При атмосферном давлении

26

Х. Хосоно и др. (2008)

a Обозначение «соединение 1-2-3» относится к молярным соотношениям редкоземельных элементов, щелочноземельных элементов и меди.(См. химическую формулу.)

В результате этих усилий в течение нескольких лет были обнаружены новые соединения на основе оксида меди, которые были названы сверхпроводниками 1-2-3 из-за характерных молярных соотношений между редкоземельными элементами, щелочноземельными элементами и медью (см. Таблицу 7.1). ). В конце концов были синтезированы керамические материалы с критическими температурами выше 77 К, которые в эйфории назвали «высокотемпературными сверхпроводниками». Сверхпроводники с Tc выше 77 К (температура кипения жидкого азота) интересны с технологической точки зрения, поскольку не требуют для охлаждения жидкого гелия (температура кипения 4 К) или жидкого водорода (температура кипения 20 К).

Недавно был открыт новый класс сверхпроводников, , который основан на слоях железа и мышьяка (среди прочего). Примерами являются исходные соединения, состоящие из LaOFeAs, BaFe2As2, FeSe и фосфида железа. Во многих отношениях эти так называемые пниктиды (т. е. соединения группы азота), также называемые сверхпроводниками на основе железа или ферропниктидами, обладают некоторыми свойствами, сходными с купратами (соединениями на основе анионов меди). LaOFeAs не является сверхпроводящим, но становится сверхпроводящим, когда часть кислорода заменяется до 11% фтора (Tc = 26 K).Замена лантана церием, самарием, неодимом и/или празеодимом приводит к Tc около 52 K. Легированный FeSe имеет Tc 8 K при нормальном давлении и Tc 27 K при высоком давлении. Кроме того, исходное соединение является антиферромагнитным. Это свойство разрушается повышенным легированием, что приводит к сверхпроводимости. Но существуют и различия между купратами. Механизмы еще надо доработать.

Нулевое сопротивление в сочетании с высокой плотностью тока делает сверхпроводники полезными для сильных электромагнитов, когда это необходимо, например.g., в устройствах магнитно-резонансной томографии (используемых в медицине), ускорителях частиц высоких энергий или устройствах накопления электроэнергии. (Последнее можно оценить, зная, что после того, как в петле, состоящей из сверхпроводящего провода, индуцируется электрический ток, он продолжает течь без значительного затухания в течение нескольких недель.) Другими потенциальными приложениями являются линии электропередачи без потерь, высокоскоростные левитирующие поезда, более компактные и быстрые компьютеры или коммутационные устройства, называемые криотронами.(Последнее устройство основано на разрушении сверхпроводящего состояния в сильном магнитном поле, см. ниже).

Несмотря на вышеупомянутые открытия и достижения, сверхпроводящие электромагниты для сильных магнитных полей на момент написания этой статьи все еще изготавливаются из «старомодных» сплавов Nb-Ti или Nb3Sn (а не из керамических сверхпроводников) по причинам, которые будут обсуждаться в следующем разделе. Провода для электромагнитов состоят из тонких нитей сплава Nb-Ti, каждая из которых имеет диаметр всего несколько микрометров.Они встроены в матрицу из почти чистой меди (для гибкости). Мы рассмотрим основные понятия для этих приложений в следующих разделах.

Экспериментальные результаты

При понижении температуры сверхпроводящего материала переход в сверхпроводящее состояние, как правило, достаточно резкий для чистых и структурно совершенных элементов (рис. 7.10). В чистом галлии наблюдается диапазон температур менее 10-5 К. Однако в сплавах переход может распространяться в диапазоне около 0.1 К. Керамические сверхпроводники обычно имеют еще более широкий разброс температур перехода.

Температура перехода, Tc, часто зависит от атомной массы, ma, согласно

, где a — константа материала (изотопный эффект).

Рисунок 7.10. Схематическое изображение удельного сопротивления чистых и нечистых сверхпроводящих элементов. Tc – переходная или критическая температура.

Например, Tc для ртути варьируется от 4.от 185 К до 4,146 К при изменении ma от 199,5 до 203,4 атомных единиц массы.

Устранение сверхпроводящего состояния происходит не только за счет повышения температуры, но и за счет воздействия на материал сильного магнитного поля. Критическая напряженность магнитного поля Hc, выше которой сверхпроводимость разрушается, зависит от температуры, при которой выдерживается материал. Как правило, чем ниже температура образца, тем выше критическое поле Hc (рис. 7.11, а). Один находит

, где H0 — критическая напряженность магнитного поля при 0 К.Керамические сверхпроводники обычно имеют меньшую Hc, чем металлические сверхпроводники, т. е. они более уязвимы к потере сверхпроводимости под действием умеренного магнитного поля.

Как уже упоминалось выше , одно из основных применений сверхпроводников — это провода для обмоток высокопрочных электромагнитов. В теме 14 мы узнаем, что для этих больших напряженностей поля необходимы значительные токи. Теперь обычные провода, когда по ним проходят большие токи, генерируют значительное количество резистивного нагрева, см.30), который нужно как-то убрать, например водяным охлаждением. С другой стороны, сверхпроводящие провода с нулевым сопротивлением ниже Tc не имеют резистивных потерь мощности. Однако в этом случае охлаждение ниже Tc все же необходимо. На практике это взвешивание между ценой приобретения и эксплуатационными расходами, которое определяет решение, использовать ли сверхпроводящий или обычный электромагнит.

Рисунок 7.11. (а) Зависимость критической напряженности поля Hc, при которой сверхпроводимость разрушается, от температуры образца.(б) Пределы сверхпроводимости определены на критической Т-Н-I-диаграмме.

Одним из ограничивающих факторов для сверхвысоких напряженностей поля является то, что создаваемое таким образом магнитное поле может достигать Hc, так что сверхпроводящее состояние в конечном итоге разрушается собственным магнитным полем. Кроме того, существует еще один ограничивающий параметр, а именно критический ток Ic, выше которого сверхпроводимость исчезает. В совокупности наблюдается взаимосвязь между температурой, током и напряженностью магнитного поля: увеличение одного из этих параметров уменьшает критическое значение двух остальных.Другими словами, сверхпроводимость присутствует только тогда, когда температура, напряженность магнитного поля и ток остаются в пределах «критического пространства» на диаграмме T-H-I, как показано на рис. 7.11(b).

Различают два класса сверхпроводящих материалов. В сверхпроводниках I рода резко происходит разрушение сверхпроводящего состояния магнитным полем, т. е. переход между сверхпроводящим и нормальным состоянием (рис. 7.12). Критическая напряженность поля Hc относительно мала.Таким образом, сверхпроводники I типа обычно не используются для катушек сверхпроводящих магнитов. В сверхпроводниках II рода устранение сверхпроводящего состояния магнитным полем происходит постепенно. Сверхпроводящие свойства распространяются на поле Hc2, которое может быть в 100 раз больше, чем Hcl (рис. 7.13(a)). Из-за этого более сильного сопротивления магнитно-индуцированному разрушению сверхпроводящего состояния сверхпроводники типа II в основном используются для сверхпроводящих соленоидов. С этими материалами были получены магнитные поля в несколько десятков тесла (сотни килогаусс).К сверхпроводникам II рода относятся переходные металлы и сплавы, состоящие из ниобия, алюминия, кремния, ванадия, свинца, олова, титана и, в частности, Nb3Sn или Nb-Ti. Керамические сверхпроводники также принадлежат к этой группе. (Термины «сверхпроводники типа I или типа II» часто используются аналогичным образом, когда описывается резкий или постепенный переход по отношению к температуре, см. рис. 7.10).

Рисунок 7.12. Схематическое изображение удельного сопротивления сверхпроводника типа I (или мягкого) при приложении магнитного поля с напряженностью поля H.Эти твердые тела ведут себя как обычные проводники выше Hc.

Рисунок 7.13. (а) Схематическое изображение удельного сопротивления сверхпроводника II рода (или жесткого). Область между Hc1 и Hc2 называется вихревым состоянием. Выше Hc2 твердое тело ведет себя как обычный проводник. (б) Схематическое изображение флюксоидов в сверхпроводящей матрице.

Интервал между Hc1 и Hc2 представляет собой состояние, в котором сверхпроводящие и нормально проводящие области перемешаны в твердом теле.В частности, наблюдаются небольшие круглые области, называемые вихрями или флюксоидами, которые находятся в нормальном состоянии и несут наименьшую возможную единицу магнитного потока, называемую квантом потока,

.

Вихри окружены большими сверхпроводящими областями.

Флюксоиды параллельны силовым линиям магнитного поля и регулярно расположены в пространстве, образуя, по существу, двумерную сверхрешетку (рис. 7.13(b)). (Правильное расположение флюксоидов обусловлено главным образом тем, что они отталкивают друг друга.) Следовательно, можно было бы ожидать, что ток, который течет перпендикулярно этим флюсоидам (как в случае с электромагнитами), всегда найдет беспрепятственный путь через сверхпроводящую матрицу и, таким образом, будет демонстрировать неограниченную сверхпроводимость. Однако, поскольку ток в электромагните течет под прямым углом к ​​магнитному полю, создается так называемая сила Лоренца, толкающая флюксоиды перпендикулярно направлению тока и магнитного поля (см. рис. 8.11). Таким образом, движущиеся флюксоиды могут стать препятствиями для дрейфующих электронов.В результате ток уменьшается или, что то же самое, электрическое сопротивление увеличивается. Однако препятствия не возникает, когда флюксоиды закреплены на своих позициях, например, микроструктурными неоднородностями в матрице, такими как границы зерен, дислокации или мелкие частицы легирующих компонентов. Это флюсоидное пиннингование достигается термической обработкой и пластической деформацией, например волочением проволоки. Он является основой используемых в настоящее время сверхпроводящих магнитов Nb3Sn.

Закрепление флюксоида и результирующие большие критические токи еще не были достигнуты в керамических сверхпроводниках. Причина этого заключается в том, что термически индуцированные колебания решетки значительно затрудняют пиннинг флюксоида при более высоких температурах (100 К), чем при гораздо более низких температурах.

Попутно отмечается, что сверхпроводящие материалы обладают исключительными магнитными свойствами. Например, постоянный магнит левитирует в воздухе над куском сверхпроводящего материала, который охлаждается до температуры ниже Tc.Мы вернемся к магнитным свойствам сверхпроводников в разделе 15.1.1.

Керамические сверхпроводники, по-видимому, характеризуются двумя -мерными слоями атомов, нестехиометрией Cu-O (т. е. ограниченной степенью дефицита кислорода, см. рис. 7.14), уменьшенным параметром решетки между атомами меди и переход от тетрагонального (высокотемпературного) к орторомбическому (ниже комнатной температуры). Только орторомбическая модификация является сверхпроводящей. Кроме того, керамические сверхпроводники кажутся антиферромагнитными (см.1.4). Таким образом, сверхпроводимость, скорее всего, связана со всей структурой решетки.

Рисунок 7.14. Элементарная ячейка YBa2Cu3O7_x при комнатной температуре. Структура представляет собой орторомбический слоистый перовскит (BaTiO3), содержащий периодические кислородные вакансии. Два примера кислородных вакансий обозначены буквой «V».

Несмотря на значительно более высокие температуры перехода, керамические сверхпроводники еще не произвели революцию в новых технологиях, в основном из-за присущей им хрупкости, неспособности выдерживать большие плотности тока и нестабильности в окружающей среде.Эти препятствия могут быть со временем преодолены, например, путем использования материалов на основе висмута, которые способны проводить большие токи при охлаждении примерно до 20 К, или путем использования композитных материалов, т.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.