Классификация проводниковых материалов

 

1) По агрегатному состоянию.

Разделяют на газообразные, жидкие и твердые.

а) газообразные

К газообразным проводниковым материалам относят все газы и пары, в том числе и пары металлов. При достаточно малых значениях напряженности электрического поля Е они являются диэлектриками и обладают очень высоким удельным электрическим сопротивлением . Однако при напряженности электрического поля, которое обеспечивает начало ионизации, газ может стать проводником, в котором перенос электрических зарядов осуществляется электронами и ионами. Если в единице объема сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов, то такой газ представляет собой особую проводящую среду, называемую плазмой.

Проводимость газов и паров используют в различных газоразрядных приборах.

б) жидкие

К жидким проводникам относят расплавы металлов и растворы (в частности, водные) и расплавы солей, кислот и других веществ с ионным строением молекул.

Они разделяются по механизму прохождения тока через вещество

Проводники первого рода - проводниками с электронной (металлической) электропроводностью

Механизм прохождения электрического тока через; твердые и жидкие металлы обусловлен направленным движением свободных электронов под воздействием электрического тока, который создается приложенным извне напряжением.

Проводники второго рода - механизм прохождения электрического тока через них осуществляется двумя путями:

- с переносом частиц вещества;

- электронным.

Растворы и расплавы солей, кислот и щелочей, проводящие электрический ток, называют электролитами или проводниками второго рода. При прохождении электрического тока через электролит, в который погружены электроды, электрические заряды переносятся вместе с частицами молекул (ионами) электролита. На электродах происходит выделение веществ из раствора.

 Большинство металлов имеют высокую температуру плавления (табл. 1). Только ртуть и некоторые специальные сплавы (например, сплавы системы индий-галий) могут быть использованы в качестве жидких проводников при нормальной температуре.

Таблица 1. Температура плавления металлов

Металл	Температура Плавления T пл,°С	Металл	Температура Плавления T пл,°С
Ртуть Hg	-38,9	Никель Ni	1455
Галлий Ga	29,7	Кобальт Co	1490
Натрий Na	97,7	Железо Fe	1535
Индий In	156	Палладий Pd	1554
Олово Sn	232	Титан Ti	1680
Кадмий Cd	321	Платина Pt	1773
Свинец Pb	327	Торий Th	1850
Цинк Zn	420	Цирконий Zr	1860
Магний Mg	651	Ниобий Nb	2415
Алюминий Al	657	Молибден Mo	2620
Серебро Ag	961	Тантал Ta	2970
Золото Au	1063	Рений Re	3180
Медь Cu	1083	Вольфрам W	3380
Бериллий Be	1284

 

Электролиты используют в технологии изготовления различных элементов радиоэлектронных устройств.

в) твердые

К твердым проводникам относят металлы и сплавы. В периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева 75% элементов - металлы. В твердом состоянии металлы имеют кристаллическую структуру, для которой характерен особый вид металлической связи между атомами. При прохождении электрического тока через контакт различных металлов не происходит переноса вещества одного металла в другой, как это имеет место при прохождении тока в электролитах, поскольку перенос электрических зарядов осуществляется только электронами.

2) по характеру применения

Металлические материалы разделяют на материалы высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление <0,1 мкОм×м) и материалы с высоким сопротивлением (удельное электрическое сопротивление >0,3 мкОм×м).

Материалы с высокой проводимостью (железо, медь, алюминий, золото, серебро и др.) используют как основу в контактных материалах и припоях, для изготовления проводов, микропроводов, проводящих покрытий и пленок, различных токопроводящих деталей.

Материалы с высоким сопротивлением используют в качестве резистивных материалов и материалов для термопар. Наиболее известные сплавы с высоким сопротивлением: медно-марганцевые (манганины), медно-никелевые (константаны), сплавы железа, никеля и хрома (нихромы).

Материалы, обладающие ничтожно малым удельным электрическим сопротивлением  при очень низких температурах называются сверхпроводниками. Свойством сверхпроводимости обладают ртуть, алюминий, свинец, ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном и др.