Materialleitfähigkeit

Die Materialleitfähigkeit ist eine Eigenschaft von Stoffen, die angibt, wie gut sie elektrischen Strom leiten. Sie wird mit dem Symbol sigma (σ) angegeben und in Siemens pro Meter (S/m) gemessen. Der Zusammenhang mit dem Widerstand ist ρ = 1/σ, wobei ρ die spezifische Resistivität in Ohmmeter ist.

Messung und Bestimmung erfolgen oft durch Standardverfahren wie die Vier-Punkt-Messtechnik, die Van-der-Pauw-Methode oder Impedanzspektroskopie über verschiedene Frequenzen. Ergebnisse hängen von Probengeometrie, Oberflächenbeschaffenheit und Kontaktqualität ab und müssen entsprechend korrigiert werden.

Einflussfaktoren und Mechanismen: Die Leitfähigkeit hängt stark von der Temperatur ab und von der Art der Ladungsträger ab. In Metallen nimmt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur ab, da Gitterschwingungen die Beweglichkeit der Elektronen erhöhen. In Halbleitern steigt sie mit Temperatur und Durchdotierung, weil mehr Ladungsträger freigesetzt werden. In Elektrolyten erfolgt der Stromtransport durch Ionen. Kristallstruktur, Defekte, Phasenanteile und anisotrope Eigenschaften können die Leitfähigkeit in verschiedenen Richtungen unterschiedlich machen.

Materialklassen: Metalle weisen typischerweise hohe Leitfähigkeit auf, Halbleiter zeigen temperatur- und dotierungsabhängige Leitfähigkeit, und Nichtleiter besitzen sehr geringe Leitfähigkeit. Frequenzabhängigkeit der Leitfähigkeit kann bei AC-Anwendungen relevant sein.

Anwendungen: Die Leitfähigkeit ist zentral bei der Auswahl von Materialien für Elektronik, Sensorik, Energie- und Geophysik-Anwendungen. Sie dient als Kennwert zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Untersuchung von Transportmechanismen.