玻璃電導率的測量方法及介紹
發布時間： 2021-03-17 09:11:45 點擊： 2403
玻璃的電導率介紹
玻璃材料在不同的狀態下，電導率表現差異，常溫下和高溫下的性質截然不同，下面就這特性做如下分析：
固體硅酸鹽玻璃一般具有優異的電絕緣性,屬于典型的電介質。但是,再好的電介質,也能通過一定的電流(電介質的電導率小于10-100-1.cm-1).按機理不同,物質中的電流傳導分為離子導電和電子導電兩種。
絕大多數硅 酸鹽玻璃電介質,屬于離子導電。在離子導電的情況下,電流由 Me+傳導,Me2+陽離子也參與傳導,但所占比例小得多,而陰離子除F-外,極少參與傳導。
沒有事實說明固體硅酸鹽玻璃中的Me3+陽離子和02-陰離子參與了電流傳導.含一種陽離子的玻璃,比電導率用下株式表示:x=aFckzkuk(0-1.cm-1)(4-30)式中a-一極化團的離解度;F-一法拉第常數;C-一玻璃中陽離子含量,mol/cm3;z一陽離子電荷;u一陽離子運動的絕對速度,cm/(s.V).只有在半導體玻璃中,包括硫屬化物玻璃、 無堿玻璃和某些含過渡元素氧化物的堿金屬氧化物玻璃,電子導電才起重要作用。值得指出,玻璃在固態和熔融態電導率變化的規律是不同的,應理解成它們與成分有不同的關系。
按照J.T.李特爾頓(Littleton)和K.C.葉甫斯特洛皮也夫的資料,熔融玻璃的離子電導率與熔體黏度7有關,服從下式:X"7=常數(4-31)式中,n為該玻璃與溫度無關的常數。關系式(4-31) 意味著,溫度升高時,黏度降低比電導率升高的程度要快,其差值保持恒定。
玻璃表面電阻率和體積電阻率：
此式在玻璃高黏度區(107~1013Pa·s)或低黏度區(《103Pa·s)是正確的,但兩者有不同的常數n。 而在中間區,指數n是變化的.電介質的溫度穩定性以比電阻等于100M0.cm,即1080·cm 的溫度TK-100表征。
在分析固態玻璃的電性質時,除體積電導率外,還必須考慮表面電導率。D在玻璃表面存在水化膜、低于100~120"C的溫度范圍內;
2.在玻璃表層可與周圍氣體介質進行氧化-還原反應的條件下;
3.在玻璃制品表面有人為的半導體膜、絕緣膜及透光膜的情況下,表面電導率較大,甚至有舉足輕重的作用。表面比電導率x和表面比電阻率o.是指邊長1cm的正方表面上的電導率(電阻率)。
當溫度低于100'C時,潮濕空氣中,玻璃的表面電導率比體積電導率大得多.表面電導率主要取決于玻璃的組成、空氣的濕度和溫度。 溫度和濕度增加,表面電阻率增加。
玻璃的表面狀態對表面電導率影響很大。玻璃表面涂層是改變玻璃表面電導率的方法。 如采用涂覆憎水層(如有機硅化合物、石蠟等)可降低玻璃表面導電性; 表面涂覆具有半導體性質的氧化物或金屬薄膜可增加玻璃表面電導性。
如果不特別說明,下面討論的是體積電性質。關于玻璃的導電機理,可從過程的活化能值推斷。活化能U。(見式p=A,e)玻璃體積電阻率p及電流傳導機理之間存在統計平均關系,即在P200c和T平衡條件中,氧化物玻璃發生電子導電的活化能值比陽離子導電時小。
圖4-6示出陽離子導電區和電子導電區的統計平均界線。 硫屬化物玻璃和氟化物玻璃不存在這種界線。玻璃的電導率與其化學組成、溫度及熱力史有關。堿金屬氧化物對玻璃電導率影響特別顯著,存在混合堿效應。
引人少量Al2O3時,形成[AlO4],電阻率降低,較多引入時,形成[AIOs],電阻率升高.當B203為[BO4]時,電阻率升高,當B203為[BO3]時,電阻率降低,高場強,高配位的離子如Y3+,La3+等填充在網絡空隙中,阻礙了金屬離子的移動,使電導率降低.電導率隨溫度的升高而增加,Tg以下,玻璃的結構相對穩定,可用下式表示:lgK=A-B/T(4-32)Tg~T.以上,玻璃結構的質點發生了重排,離子的電導活化能不再保持常數,上式不再適用.T以上,可用下株式表示:B1lgk=A1-元e(4-33)A1,B1,a1是與玻璃組成有關的常數。
在電真空工業中,常用TK-100(即電阻率為100M·cm時所需溫度)來衡量玻璃的電絕緣性.TK-100越高,玻璃的電絕緣性越好。熱處理對玻璃的電導率有很大的影響,離子導電的玻璃經淬火后其電導率較退火玻璃高,玻璃微晶化后能大大提高其電絕緣性,提高程度與析出晶相的種類及玻璃相的組成有關。
此外,分相也會影響玻璃的電導率,但不同的分相結構,影響也不同。
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