konduktivitetmekanismer

Konduktivitetmekanismer beskriver hvordan elektrisk strøm transporteres i materialer. Hovedkategoriene er elektronisk konduktivitet, ionisk konduktivitet og blandet konduktivitet der begge typer bærere bidrar til strømmen.

Elektronisk konduktivitet oppstår i metaller og semiconductorer. I metaller skjer transporten gjennom delokaliserte elektroner i metallbånd; bærerne beveger seg under et elekstrisk felt og gir konduktivitet. Mobiliteten μ og bærerkonsentrasjonen n bestemmer σ (sigma) via σ = n q μ. I metaller er mobiliteten høy og resistansen øker vanligvis med temperatur på grunn av økt spredning fra termiske vibrasjoner. I halvledere er konduktiviteten i hovedsak kontrollert av antallet frie elektron-seller og holes, som genereres termisk og ved doping. Dopantsegmentering endrer n og dermed σ, mens mobiliteten ofte faller litt med temperatur.

Ionisk konduktivitet skyldes migrasjon av ioner under et elektrisk felt. Dette foregår i væsker (elektrolytter) og i faste ioniske ledere (solid electrolytes). Mechanismene inkluderer hopping mellom ledige lattice-plasser (vacancies) og mellom interstitialer, samt kombinasjoner av disse som følger Arrhenius-lignende temperaturavhengighet: σ = σ0 exp(-Ea/kT). Ionisk konduktivitet er sentral i batterier, brenselceller og visse keramiske elektrokjemiske systemer.

Blandet konduktivitet omfatter materialer som tillater både elektron- og iontransport, ofte ved høye temperaturer. I noen keramiske oksider og tilbakeslag blir både elektroner og ioner bærere. I disordered eller disfaktede materialer kan hopping eller polarontransport dominere konduktiviteten.

Faktorer som påvirker konduktivitet inkluderer bærerkonsentrasjon, mobilitet, struktur, defekter og temperatur.