Giáo trình Vật liệu điện điện tử (Phần 1) - CĐ Giao thông Vận tải TPHCM

Tải trọn bộ Giáo trình Vật liệu điện điện tử phần 1 (CĐ GTVT TPHCM). Tài liệu cung cấp kiến thức về vật liệu dẫn điện, bán dẫn, cách điện, từ.

• Tác giả: ThS. Phạm Hữu Tấn
• Trường học: Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
• Đề tài: Vật Liệu Điện – Điện Tử
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp.HCM

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện Giáo trình Vật liệu điện điện tử P1

Giáo trình Vật liệu điện điện tử Phần 1 là một tài liệu học thuật nền tảng, được biên soạn bởi ThS. Phạm Hữu Tấn và KS. Phạm Văn Quang, dành cho sinh viên hệ Cao đẳng chuyên ngành điện và các ngành liên quan. Nội dung của giáo trình bám sát chương trình khung của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, kết hợp kiến thức cập nhật nhằm đáp ứng sự phát triển công nghệ hiện đại. Tài liệu này không chỉ là một ebook vật liệu điện tử thông thường, mà còn là kim chỉ nam giúp người học hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu. Nội dung bắt đầu từ tổng quan về vật liệu học, đi sâu vào cấu tạo nguyên tử, phân tử và các loại liên kết hóa học – những viên gạch đầu tiên xây dựng nên hiểu biết về tính chất điện của vật liệu. Việc nắm vững các khái niệm này là điều kiện tiên quyết để có thể tiếp cận và làm chủ các chương sau về vật liệu dẫn điện, cách điện, bán dẫn và vật liệu từ. Giáo trình được trình bày một cách logic, khoa học, giúp người học dễ dàng theo dõi và tra cứu khi cần thiết.

1.1. Mục tiêu và đề cương môn học vật liệu điện chi tiết

Mục tiêu chính của giáo trình là cung cấp một hệ thống kiến thức toàn diện, bắt đầu từ những khái niệm cơ bản nhất. Đề cương môn học vật liệu điện được xây dựng để người học hiểu rõ về cấu tạo vật chất ở cấp độ vi mô, bao gồm cấu tạo nguyên tử theo mô hình Bor và các loại liên kết phân tử như liên kết đồng hóa trị, liên kết ion, và liên kết kim loại. Tài liệu giải thích rằng: "Mọi vật liệu (vật chất) được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử. Nguyên tử là phần tử cơ bản của vật chất" (Trang 1). Phần này làm rõ cách các electron hóa trị quyết định đến đặc tính của vật liệu, tạo tiền đề cho việc phân loại vật liệu sau này. Nội dung không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn giới thiệu các khái niệm thực tiễn như nguyên liệu, vật liệu kỹ thuật điện, giúp phân biệt rõ vai trò của chúng trong sản xuất và ứng dụng, đặc biệt trong ngành kỹ thuật điện – điện tử.

1.2. Nền tảng về cấu trúc tinh thể và liên kết phân tử

Để hiểu bản chất của vật liệu, việc nắm vững cấu trúc tinh thể và các loại liên kết là vô cùng quan trọng. Giáo trình đi sâu vào bốn loại liên kết chính: liên kết đồng hóa trị, liên kết ion, liên kết kim loại và liên kết Vandec-Vanx. Đặc biệt, liên kết kim loại được mô tả là "một hệ thống cấu tạo từ các iôn dương nằm trong môi trường các điện tử tự do" (Trang 4), giải thích trực tiếp tại sao kim loại có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Sự tồn tại của các electron tự do này là chìa khóa để hiểu về cơ chế dẫn điện trong kim loại. Ngược lại, các liên kết bền vững khác trong vật liệu cách điện lại hạn chế sự di chuyển của electron. Việc phân tích sâu các loại liên kết này trong Giáo trình Vật liệu điện điện tử giúp người học có cái nhìn bản chất về sự khác biệt giữa các nhóm vật liệu chính.

II. Thách thức khi học Vật liệu điện giải pháp hiệu quả

Việc tiếp cận môn học Vật liệu điện thường đi kèm với những thách thức không nhỏ, chủ yếu đến từ sự phức tạp của các khái niệm vật lý vi mô và tính trừu tượng của các mô hình lý thuyết. Sinh viên thường gặp khó khăn trong việc hình dung các quá trình xảy ra bên trong vật chất, chẳng hạn như sự chuyển động của electron, sự hình thành các vùng năng lượng, hay cơ chế của các loại liên kết hóa học. Một trong những rào cản lớn nhất là hiểu và áp dụng lý thuyết vùng năng lượng để giải thích tại sao một vật liệu lại là chất dẫn điện, bán dẫn hay cách điện. Hơn nữa, việc thiếu một nguồn tài liệu môn vật liệu điện có hệ thống, được trình bày rõ ràng và đi kèm các ví dụ minh họa cụ thể, cũng làm tăng thêm khó khăn cho người học. Nhiều tài liệu trên thị trường thường quá nặng về lý thuyết hàn lâm hoặc quá sơ sài, không đáp ứng được nhu cầu học tập và nghiên cứu chuyên sâu của sinh viên kỹ thuật.

2.1. Vượt qua rào cản lý thuyết vùng năng lượng phức tạp

Lý thuyết vùng năng lượng là một khái niệm trung tâm nhưng cũng là một trong những phần khó nhất của môn học. Giáo trình định nghĩa rõ: "Vật liệu cách điện (vật liệu điện môi) là chất có vùng cấm lớn... Vật liệu bán dẫn là chất có vùng cấm hẹp hơn... Vật liệu dẫn điện (vật dẫn) là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy" (Trang 5-6). Khó khăn nằm ở việc trực quan hóa các vùng năng lượng này (vùng hóa trị, vùng cấm, vùng dẫn) và hiểu được ý nghĩa của độ rộng vùng cấm (ΔW). Giáo trình Vật liệu điện điện tử này giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng hình ảnh minh họa rõ ràng và giải thích cặn kẽ, giúp sinh viên không chỉ thuộc định nghĩa mà còn hiểu được bản chất vật lý đằng sau sự phân loại vật liệu, từ đó có thể tự suy luận và giải thích các hiện tượng liên quan.

2.2. Tìm kiếm nguồn tài liệu và bài tập vật liệu điện uy tín

Một thách thức phổ biến khác là tìm kiếm nguồn tài liệu tham khảo đáng tin cậy. Sinh viên thường phải đối mặt với một biển thông tin rời rạc từ internet, các slide bài giảng vật liệu điện tử không đầy đủ, hoặc các sách giáo khoa lỗi thời. Nhu cầu về một bộ bài tập vật liệu điện có lời giải chi tiết để thực hành và kiểm tra kiến thức là rất lớn. Giáo trình này được biên soạn để trở thành một nguồn tài liệu tập trung và uy tín. Mỗi chương đều kết thúc bằng hệ thống câu hỏi ôn tập và câu hỏi trắc nghiệm, giúp người học tự đánh giá mức độ hiểu bài. Đây là giải pháp toàn diện, cung cấp cả lý thuyết nền tảng và công cụ thực hành, giúp quá trình học tập trở nên hiệu quả và có định hướng rõ ràng hơn.

III. Phân tích chuyên sâu vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện

Chương 2 và Chương 4 của Giáo trình Vật liệu điện điện tử cung cấp một cái nhìn chi tiết và sâu sắc về hai nhóm vật liệu đối lập nhưng cùng tồn tại song hành trong mọi thiết bị điện: vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. Phần kiến thức này là xương sống của kỹ thuật điện, vì nó giải thích cơ chế truyền tải và ngăn chặn dòng điện. Giáo trình không chỉ định nghĩa mà còn đi sâu vào các quá trình vật lý bên trong, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn điện và tính cách điện. Các khái niệm như điện trở suất, điện dẫn suất, độ linh động của hạt mang điện được giải thích một cách hệ thống. Tài liệu nhấn mạnh rằng điều kiện cần thiết để có dòng điện là "sự tồn tại các điện tích tự do" (Trang 11). Sự khác biệt cơ bản giữa hai loại vật liệu này nằm ở mật độ và khả năng di chuyển của các hạt mang điện tự do dưới tác động của điện trường, một kiến thức cốt lõi cho mọi kỹ sư điện.

3.1. Đặc điểm và tính chất điện của vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện, chủ yếu là kim loại và hợp kim, được đặc trưng bởi sự hiện diện của một lượng lớn electron tự do. Giáo trình giải thích cặn kẽ cơ chế dẫn điện tử, trong đó các electron chuyển động có hướng ngược chiều điện trường. Một công thức quan trọng được đưa ra là J = γE, thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa mật độ dòng điện và cường độ điện trường. Các tính chất điện của vật liệu dẫn điện như điện trở suất (ρ) và sự phụ thuộc của nó vào nhiệt độ (ρT = ρ0[1 + α(T – T0)]) được trình bày rõ ràng. Tài liệu cũng phân loại chi tiết các kim loại dẫn điện phổ biến như đồng, nhôm, bạc, vàng và các hợp kim của chúng, nêu bật ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng loại trong thực tế, từ dây dẫn điện đến các tiếp điểm quan trọng.

3.2. Cơ chế và sự phân cực trong điện môi vật liệu cách điện

Trái ngược với chất dẫn điện, vật liệu cách điện hay điện môi có rất ít hoặc không có điện tích tự do. Tính chất đặc trưng của chúng là khả năng bị phân cực khi đặt trong điện trường. Sự phân cực trong điện môi là hiện tượng các điện tích liên kết trong nguyên tử, phân tử bị dịch chuyển một khoảng nhỏ, tạo thành các lưỡng cực điện. Hiện tượng này làm giảm điện trường bên trong vật liệu. Giáo trình mô tả chi tiết các cơ chế vật lý của chất cách điện, các yếu tố ảnh hưởng và phân loại chúng thành thể rắn, lỏng, khí. Một thông số quan trọng là hằng số điện môi (hay độ thẩm điện môi tương đối), thể hiện khả năng phân cực của vật liệu. Việc hiểu rõ về các vật liệu này là cực kỳ quan trọng trong việc thiết kế lớp vỏ bọc an toàn cho dây cáp, tụ điện và các bộ phận cách ly trong thiết bị điện áp cao.

IV. Bí quyết nắm vững kiến thức vật liệu bán dẫn và vật liệu từ

Chương 3 và Chương 5 của Giáo trình Vật liệu điện điện tử tập trung vào hai loại vật liệu có những tính chất đặc biệt và đóng vai trò cách mạng trong công nghệ hiện đại: vật liệu bán dẫn và vật liệu từ. Đây là những kiến thức nâng cao, đòi hỏi sự liên kết chặt chẽ với các khái niệm đã học về cấu trúc vật chất và lý thuyết vùng năng lượng. Vật liệu bán dẫn là nền tảng của toàn bộ ngành công nghiệp điện tử, từ máy tính đến điện thoại thông minh, trong khi vật liệu từ là cốt lõi của các thiết bị lưu trữ dữ liệu, động cơ điện và máy biến áp. Việc nắm vững các quá trình vật lý, tính chất và ứng dụng của hai nhóm vật liệu này sẽ mở ra một tầm nhìn mới về cách các linh kiện và thiết bị điện tử hoạt động. Giáo trình trình bày các khái niệm phức tạp này một cách tuần tự, từ cơ bản đến ứng dụng, giúp người học xây dựng một nền tảng kiến thức vững chắc.

4.1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của linh kiện bán dẫn

Vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện (ΔW = 0,2 – 1,5eV), cho phép điều khiển tính dẫn điện của chúng một cách linh hoạt thông qua nhiệt độ, ánh sáng hoặc pha tạp chất. Đây chính là chìa khóa cho sự ra đời của các linh kiện bán dẫn. Giáo trình giải thích rõ về bán dẫn tinh khiết (loại i) và bán dẫn tạp chất (loại n và loại p), cơ chế hình thành các hạt tải điện đa số và thiểu số (electron và lỗ trống). Sự kết hợp giữa bán dẫn loại n và p tạo ra tiếp giáp P-N, thành phần cơ bản của diode, transistor và các mạch tích hợp (IC). Việc hiểu rõ các quá trình vật lý tại tiếp giáp P-N là nền tảng để phân tích hoạt động của mọi linh kiện điện tử hiện đại.

4.2. Phân loại và ứng dụng các loại vật liệu từ phổ biến

Vật liệu từ được phân loại dựa trên độ từ thẩm (μ) và hành vi của chúng trong từ trường. Giáo trình chia chúng thành ba loại chính: nghịch từ (μ < 1), thuận từ (μ ≈ 1), và sắt từ (μ >> 1). Vật liệu sắt từ, bao gồm sắt, niken, coban và hợp kim của chúng, có vai trò đặc biệt quan trọng. Chúng được chia thành hai nhóm nhỏ: vật liệu từ mềm (dễ từ hóa và khử từ, dùng làm lõi máy biến áp, động cơ) và vật liệu từ cứng (khó từ hóa và khử từ, dùng làm nam châm vĩnh cửu). Giáo trình cung cấp các khái niệm cơ bản như từ độ, cảm ứng từ, cường độ từ trường và giải thích đường cong từ trễ, một đặc tính quan trọng để phân biệt vật liệu từ cứng và từ mềm. Hiểu biết này rất cần thiết cho việc thiết kế và chế tạo các thiết bị điện từ.

V. Phương pháp ứng dụng tài liệu môn vật liệu điện thực tế

Việc học lý thuyết từ Giáo trình Vật liệu điện điện tử chỉ là bước đầu. Để thực sự làm chủ kiến thức, người học cần biết cách vận dụng nó vào thực tiễn và kết hợp với các tài liệu bổ trợ khác. Giá trị thực sự của môn học này nằm ở khả năng phân tích, lựa chọn và ứng dụng vật liệu phù hợp cho từng bài toán kỹ thuật cụ thể. Ví dụ, khi thiết kế một dây dẫn cho đường dây tải điện trên không, cần cân nhắc giữa vật liệu dẫn điện có điện trở suất thấp (như nhôm) và độ bền cơ học cao (như thép). Tương tự, việc chọn vật liệu cách điện cho tụ điện cao áp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về độ bền điện, hằng số điện môi và tổn hao điện môi. Cuốn giáo trình này không chỉ cung cấp kiến thức nền mà còn là cơ sở để người học phát triển tư duy ứng dụng, một kỹ năng không thể thiếu của một kỹ sư.

5.1. Lựa chọn vật liệu phù hợp cho linh kiện bán dẫn và điện tử

Kiến thức về vật liệu bán dẫn trực tiếp phục vụ cho việc thiết kế và chế tạo linh kiện bán dẫn. Việc lựa chọn vật liệu nền (Silicon, Germanium, hay các hợp chất như GaAs), nồng độ pha tạp, và cấu trúc hình học của linh kiện đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của nó. Tương tự, khi chế tạo các điện trở chính xác, cần chọn các hợp kim có hệ số nhiệt điện trở thấp như Manganin hay Constantan. Ngược lại, để làm dây đốt nóng, cần chọn hợp kim có điện trở suất cao và chịu nhiệt tốt như Nicrom. Tài liệu môn vật liệu điện này cung cấp đầy đủ các bảng thông số kỹ thuật và đặc tính của từng loại vật liệu, giúp người học có cơ sở khoa học để đưa ra những lựa chọn thiết kế tối ưu.

5.2. Kết hợp slide bài giảng và bài tập để củng cố kiến thức

Để tối ưu hóa quá trình học tập, việc kết hợp giáo trình với các tài liệu khác là rất cần thiết. Các slide bài giảng vật liệu điện tử thường cô đọng những điểm chính yếu, giúp hệ thống hóa kiến thức nhanh chóng trước các kỳ thi. Tuy nhiên, để hiểu sâu, không gì hiệu quả bằng việc tự tay giải quyết các bài toán. Tìm kiếm và thực hành với các bộ bài tập vật liệu điện có lời giải sẽ giúp biến kiến thức lý thuyết trừu tượng thành kỹ năng giải quyết vấn đề cụ thể. Phương pháp học tập kết hợp này – đọc giáo trình để hiểu bản chất, xem slide để tổng hợp, và làm bài tập để vận dụng – là con đường hiệu quả nhất để chinh phục môn học Vật liệu điện và ứng dụng thành công trong thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 1. Khái niệm về vật liệu học 1. Nguyên liệu Nguyên liệu là những sản phẩm được lấy từ nông nghiệp hoặc từ công nghiệp khai thác từ trong thiên nhiên mà chưa qua chế biến 1. Vật liệu Vật liệu (tiếng Anh: Materials) là chất hoặc hợp chất được được con người dùng để làm ra những sản phẩm khác.

Vật liệu là đầu vào trong một quá trình sản xuất hoặc chế tạo. Trong công nghiệp, vật liệu là những sản phẩm chưa hoàn thiện và thường được dùng để làm ra các sản phẩm cao cấp hơn. Hay nói cách khác, vật liệu là nguyên liệu đã qua chế biến để trở thành vật tư cho từng ngành được chế biến thành phẩm Ví dụ: Lõi thép máy biến áp. Dây dẫn điện.

Nhiên liệu Nhiên liệu là vật liệu được lọc từ nguyên liệu dầu mỏ. Vật liệu kĩ thuật điện Vật liệu kĩ thuật điện hay còn gọi đơn giản là vật liệu điện: được dùng để chế tạo và sửa chữa thiết bị điện từ những sản phẩm đã qua chế biến từ nguyên liệu. Ví dụ: Lá thép kĩ thuật điện. Dây quấn động cơ.

Giấy cách điện… Trong ngành điện người ta sử dụng nhiều loại vật liệu điện như: vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn, vật liệu cách điện, vật liệu dẫn từ… Mỗi loại vật liệu có tính chất và đặc tính khác nhau cũng như có các yếu tố ảnh hưởng khác nhau nên được ứng dụng trong những trường hợp khác nhau trong ngành điện. Cấu tạo vật liệu Để thấy được bản chất dẫn điện và cách điện của vật liệu, chúng ta cần có khái niệm về cấu tạo vật liệu cũng như sự hình thành các phần tử mang điện trong vật liệu. Khoa KT Điện- Điện tử Trang 1 Trường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử 1.

Cấu tạo nguyên tử Mọi vật liệu (vật chất) được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử. Nguyên tử là phần tử cơ bản của vật chất. Theo mô hình nguyên tử của Bor, nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỷ đạo nhất định. Hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ các hạt prôton và nơtron: nơtron là các hạt không mang điện tích, còn prôton có điện tích dương với số lượng bằng Z.

Z: số lượng điện tử của nguyên tử đồng thời cũng là số thứ tự của nguyên tố nguyên tử đó trong bảng tuần hoàn của Menđêlêép. q: điện tích của điện tử e (qe=1,601.10-19 culông) Prôton (p) có khối lượng bằng 1,67.10-27kg Electron (e) có khối lượng bằng 9,1.10-31kg Ở trạng thái bình thường nguyên tử được trung hoà về điện, tức là trong nguyên tử có tổng các điện tích dương của hạt nhân bằng tổng các điện tích âm của các điện tử. Nếu vì một lý do nào đó nguyên tử mất đi một hay nhiều điện tử thì sẽ trở thành điện tích dương, ta thường gọi là iôn dương. Ngược lại nếu nguyên tử trung hoà nhận thêm điện tử thì trở thành iôn âm.

Ta xét năng lượng của điện tích của nguyên tử Hydrô có 1 prôton và 1 điện tích. Khi điện tử chuyển động trên quỷ đạo tròn bán kính r xung quanh hạt nhân thì điện tử sẽ chịu lực hút của hạt nhân f1 và được xác định bởi công thức sau: (1.1) Lực hút f1 sẽ tạo lực ly tâm của chuyển động f2 (1.2) m: khối lượng của điện tử v: là tốc độ chuyển động của điện tử Ta có f1 = f2 (1.3) Trong quá trình chuyển động điện tử có một động năng: (1.4) Khoa KT Điện- Điện tử Trang 2 Trường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử và một thế năng: (1.5) Nên năng lượng của điện tử sẽ bằng: W= T + U (1.6) Năng lượng tối thiểu cung cấp cho điện tử để điện tử tách ra khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự do người ta gọi là năng lượng iôn hoá (Wi). Khi bị iôn hoá (bị mất điện tử), nguyên tử trở thành iôn dương.

Quá trình biến nguyên tử trung hoà thành iôn dương và điện tử tự do gọi là quá trình iôn hoá. Trong một nguyên tử, năng lượng iôn hoá của các lớp điện tử khác nhau cũng khác nhau, các điện tử hoá trị ngoài cùng có mức năng lượng iôn hoá thấp nhất vì chúng cách xa hạt nhân. Khi điện tử nhận được năng lượng nhỏ hơn năng lượng iôn hoá chúng sẽ bị kích thích và có thể di chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác, song chúng luôn có xu thế trở về vị trí của trạng thái ban đầu. Phần năng lượng cung cấp để kích thích nguyên tử sẽ được trả lại dưới dạng năng lượng quang năng.

Trong thực tế, năng lượng iôn hoá và năng lượng kích thích nguyên tử có thể nhận được từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau như nhiệt năng, quang năng, điện năng… 1. Cấu tạo phân tử Phân tử được cấu tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết phân tử. Trong vật chất tồn tại bốn loại liên kết: Liên kết đồng hoá trị Liên kết đồng hoá trị là liên kết được đặc trưng bởi sự dùng chung những điện tử của các nguyên tố trong phân tử. Khi đó mật độ đám mây điện tử giữa các hạt nhân trở thành bão hoà, liên kết phân tử bền vững.

Ví dụ: trong phân tử clo (Cl2) gồm 2 nguyên tử clo, mỗi nguyên tử có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử hoá trị ở lớp ngoài cùng. Hai nguyên tử này liên kết bền vững với nhau bằng cách sử dụng chung 2 điện tử, lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên tử được bổ sung thêm một điện tử của nguyên tử kia.1: Ngoài ra cũng tùy thuộc vào cấu trúc đối xứng hay không đối xứng mà phân tử liên kết đồng hoá trị có thể trung tính hay cực tính (lưỡng cực). Phân tử có trọng tâm của các điện tích dương và âm trùng nhau là phân tử trung tính. Phân tử có trọng tâm của các điện tích dương và âm không trùng nhau (có 1 khoảng cách) gọi là phân tử cực tính hay lưỡng cực.

Khoa KT Điện- Điện tử Trang 3 Trường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử Liên kết ion Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion dương và các ion âm trong phân tử. Liên kết ion là liên kết khá bền vững. Do vậy, vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng bởi độ bền cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao.

Ví dụ như tinh thể ion là các muối halogen của kim loại kiềm.2: Khả năng tạo nên một chất hoặc một hợp chất mạng không gian nào đó phụ thuộc chủ yếu vào kích thước nguyên tử và hình dáng lớp điện tử hoá trị ngoài cùng. Liên kết kim loại Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể vật rắn. Kim loại được xem như là một hệ thống cấu tạo từ các iôn dương nằm trong môi trường các điện tử tự do. Lực hút giữa các iôn dương và các điện tử tạo nên tính nguyên khối kim loại.

Chính vì vậy liên kết kim loại là liên kết bền vững, kim loại có độ bền vững cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao. Lực hút giữa các ion dương và các điện tử đã tạo nên tính nguyên khối của kim loại.3: Liên kết kim loại Sự tồn tại các điện tử tự do làm cho kim loại có tính ánh kim và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại được giải thích bởi sự dịch chuyển và trượt trên nhau giữa các lớp ion, cho nên kim loại dễ cán, kéo thành lớp mỏng. Khoa KT Điện- Điện tử Trang 4 Trường CĐ GTVT TP.

HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử Liên kết Vandec - Vanx Liên kết này là dạng liên kết yếu, cấu trúc mạng tinh thể phân tử không vững chắc. Do vậy, những liên kết Vandec–Vanx có nhiệt độ nóng chảy và độ bền cơ thấp như parafin. Một số khái niệm, định nghĩa về vật liệu kỹ thuật điện 1. Khái niệm vật liệu có tính dẫn điện tử Là vật vật liệu mà sự hoạt động của các điện tử không làm biết đổi thực thể đã tạo thành vật liệu đó.

Khái niệm vật liệu có tính dẫn ion Là vật liệu mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên biến đổi hóa học. Vật liệu có tính dẫn ion thường là các dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm, dung dịch muối. Định nghĩa vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường nó có thể chuyển tải điện năng tới các thiết bị điện và khi đặt nó trong từ trường hoặc kích thích bởi năng lượng từ bên ngoài nó sẽ tạo ra một dòng điện. Phân loại vật liệu điện – điện tử 1.

Phân loại theo khả năng dẫn điện (theo lý thuyết phân vùng năng lượng) Vật liệu cách điện (vật liệu điện môi) Là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự dẫn điện bằng điện tử không xảy ra. Các điện tử hoá trị tuy được cung cấp thêm năng lượng của chuyển động nhiệt vẫn không thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia dòng điện dẫn. Chiều rộng của vùng cấm điện môi nằm trong khoảng từ 1,5 đến vài điện tử vôn (eV).4: Khoa KT Điện- Điện tử Trang 5 Trường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử Vật liệu bán dẫn Là chất có vùng cấm hẹp hơn so với điện môi, vùng này có thể thay đổi nhờ tác động bên ngoài.

Chiều rộng vùng cấm bé W= 0,2 – 1,5eV Do đó ở nhiệt độ bình thường một số điện tử hoá trị ở trong vùng đầy được tiếp sức chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia dòng điện dẫn Hình 1.5: Vật liệu dẫn điện (vật dẫn) Là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm chí có thể nằm chồng lên vùng đầy (W< 0,2eV). Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do rất lớn ở nhiệt độ bình thường các điện tử hoá trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng, dưới tác dụng của lực điện trường các điện tử này tham gia vào dòng điện dẫn. Chính vì vậy vật dẫn có tính dẫn điện tốt. Phân loại theo từ tính Có 3 loại như sau: Khoa KT Điện- Điện tử Trang 6 Trường CĐ GTVT TP.

HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử Nghịch từ: là những chất có độ tự thẩm µ<1 và không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài. Loại này gồm có Hyđro, các khí hiếm, đa số các hợp chất hữu cơ, muối mỏ và các kim loại như: đồng, kẽm, bạc, vàng, thuỷ ngân, gali, antimoan. Thuận từ: là những chất có độ tự thẩm µ =1 và cũng không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài.