利用玻璃在常溫下的低電導(dǎo)率可用來(lái)制造照明燈泡、電真空管、氣體放電管、高壓絕緣子、電阻、被覆絕緣導(dǎo)線等。玻璃已成為電子工業(yè)的重要材料。導(dǎo)電玻璃可用于光顯示,如數(shù)字鐘表?yè)Q和計(jì)算機(jī)等。利用玻璃在高溫下的較高電導(dǎo)率,可以進(jìn)行玻璃電熔和電焊。玻璃的電導(dǎo)率和成分有關(guān)。
固體材料的電導(dǎo)率是表示通過(guò)電流的能力。玻璃的電導(dǎo)率分為體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率兩種,一般系指體積電導(dǎo)率而言。
玻璃的導(dǎo)電機(jī)理
1884年瓦布爾格用實(shí)驗(yàn)證明了玻璃的離子導(dǎo)電性能后,人們一直認(rèn)為,一切玻璃都是離子導(dǎo)電的。知道20實(shí)際50年代半導(dǎo)體玻璃的出現(xiàn),人們才了解到有些玻璃是電子導(dǎo)電的。半導(dǎo)體玻璃主要是不含氧的硫化物,硒化物和碲化物玻璃,此外,某些過(guò)渡元素氧化物玻璃也具有電子導(dǎo)電的特性,一般的硅酸鹽玻璃則為離子導(dǎo)電。
離子導(dǎo)電是以離子為載電體,在外加電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下,載電體離子長(zhǎng)程遷移貫穿了玻璃體,因而顯示其導(dǎo)電作用。載電體離子通常是以玻璃所含能動(dòng)度最高的陽(yáng)離子為主。在能動(dòng)度相差很大的情況下,全部電流幾乎由一種陽(yáng)離子負(fù)載。在常溫下,玻璃中的硅氧或硼氧骨架在外電場(chǎng)作用下幾乎沒(méi)有移動(dòng)的能力。當(dāng)溫度提高到玻璃的軟化點(diǎn)以上時(shí),玻璃中的陰離子開始參加電流的傳遞。隨著溫度的升高,參與傳遞電流的堿離子和陰離子數(shù)也逐漸增多。
外加電場(chǎng)對(duì)載電體離子施加作用,使原先無(wú)定向的離子熱運(yùn)動(dòng)納入電場(chǎng)方向的概率增加。
影響玻璃體積電導(dǎo)率的因素
玻璃的電導(dǎo)率與玻璃的化學(xué)組成、玻璃的溫度、熱歷史有關(guān)。
對(duì)于Na2O-CaO-SiO2玻璃時(shí):
1)當(dāng)CaO含量不變時(shí),以Na2O置換SiO2(<20%),玻璃的電導(dǎo)率增大;
2)當(dāng)Na2O含量不變時(shí),以CaO置換SiO2(<10%),情況相反,玻璃的電導(dǎo)率降低;
3)當(dāng)SiO2含量不變時(shí),以CaO置換Na2O(16%),電導(dǎo)率大大降低;
4)在上上述組成范圍內(nèi),電導(dǎo)率的對(duì)數(shù)1gK近似地與置換量成正比。
應(yīng)該指出,Na2O-CaO-SiO2玻璃的電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于Na2O- SiO2玻璃的電導(dǎo)率,甚至低于相應(yīng)的Na2O-PbO-SiO2玻璃的電導(dǎo)率。
對(duì)電導(dǎo)率影響特別顯著的堿性氧化物,其中Na2O比K2O大,Li2O居中。在石英玻璃中只要加入很少量的Na+,就可以大大增加電導(dǎo)率。當(dāng)玻璃兼含K2O和Na2O時(shí),其電導(dǎo)率低于僅含Na2O的玻璃,當(dāng)Na2O:K2O=1:4時(shí),玻璃的電導(dǎo)率最小。二價(jià)金屬離子對(duì)玻璃電導(dǎo)率的影響,一般隨離子半徑的增大而減?。?br /> BeO<MgO<ZnO<CaO<SrO<PbP<BaO
二價(jià)離子能夠降低電導(dǎo)率,可以解釋為:二價(jià)離子阻礙堿金屬離子的遷移導(dǎo)電,故離子半徑愈大,效果愈顯著。
在R2O3類氧化物中,Al2O3在一定范圍內(nèi)提高電導(dǎo)率,B2O3能降低電導(dǎo)率。
玻璃的電導(dǎo)率是隨溫度的上升而上升。
玻璃經(jīng)淬火后的電導(dǎo)率比退火后高,電導(dǎo)率也常用電阻率ρ表示。在軟化溫度以上,玻璃的結(jié)構(gòu)質(zhì)能迅速達(dá)到平衡,在退貨范圍以內(nèi),需要一定時(shí)間來(lái)達(dá)到平衡,而在退火溫度以下,達(dá)到平衡實(shí)際上是不可能的,這與玻璃內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的重排有關(guān)。
當(dāng)玻璃中有應(yīng)力存在時(shí),電導(dǎo)率增加,未退火的玻璃電導(dǎo)率約為退火玻璃的三倍。淬火玻璃比退火玻璃的電導(dǎo)率更高,這是因?yàn)榇慊鸩AУ谋热菹鄬?duì)的增大,結(jié)構(gòu)較為疏松。
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