Leiterstoffe

Leiterstoffe sind Stoffe, die elektrischen Strom leiten. Die Fähigkeit zur Leitung beruht auf mobilen Ladungsträgern, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen. In Festkörpern erfolgt der Leitertransport vor allem durch freie Elektronen in der Elektronenwolke des Metalls; in Leitflüssigkeiten, etwa Elektrolyten, tragen Ionen den Strom. In Halbleitern entstehen Strom durch Elektronen und Löcher, deren Konzentrationen und Mobilitäten durch Dotierung beeinflusst werden.

Die wichtigste Größe zur Beschreibung der Leitfähigkeit ist die elektrische Leitfähigkeit σ (Siemens pro Meter). Der zugehörige Widerstand lässt sich aus R = L/(σ A) bestimmen. Metallische Leiterstoffe haben typischerweise hohe σ, während Nichtleiter eine sehr geringe Leitfähigkeit zeigen. Die Leitfähigkeit von Metallen nimmt in der Regel mit steigender Temperatur ab; in einigen Halbleitern kann sie mit Temperatur zunehmen.

Haupttypen von Leiterstoffen sind metalische Leiterstoffe (z. B. Kupfer, Aluminium, Silber, Gold; Legierungen wie Messing, Bronze), Halbleiterleiterstoffe (z. B. Silizium, Germanium; dopierte Varianten wie Silizium-Germanium-Systeme), und Elektrolyte bzw. Leiterflüssigkeiten (z. B. verdünnte Säuren oder Basenlösungen, Lithiumsalzlösungen in Akkus). Es gibt außerdem elektrisch leitfähige Polymere und kohlenstoffbasierte Materialien (Graphit, Kohlenstoffnanoröhren), die in speziellen Anwendungen eingesetzt werden.

Anwendungen umfassen Kabel- und Leitungen, elektronische Bauelemente, Batterien und elektrochemische Zellen, Sensoren sowie elektrisch leitfähige Bauteile in der Industrie. Die Auswahl eines Leiterstoffs hängt ab von Leitfähigkeit, mechanischen Eigenschaften, Temperaturverhalten, Korrosionsbeständigkeit und Kosten.