transportegenskaper

Transportegenskaper är ett samlingsbegrepp inom fysik och materialvetenskap som beskriver hur ett material överför energi, laddningar och ämnen under verkan av drivkrafter som elektriska fält, temperaturgradienter eller koncentrationsskillnader. De är centrala för exempelvis elektronik, energiomvandling och materialdesign och kan kvantifieras med olika koefficienter och lagar beroende på vilken typ av transport som studeras.

Elektrisk transport beskriver hur elektroner eller hål rör sig i materialet. Den elektriska ledningsförmågan σ anger hur lätt elektrisk ström flyter; dess komplement är resistivitet ρ. Viktiga begrepp är mobilitet μ, driftshastighet och effekterna av Hall- och Seebeck-mätningar. Ohms lag J = σE används i förenklande modeller, medan mer avancerade beräkningar ofta kräver Boltzmann-transportteori eller Kubo-formalism.

Termisk transport behandlar hur värme leds genom materia. Den termiska ledningsförmågan k beskriver värmeflödet q = −k∇T. Både elektroner och fononer bidrar till värmeledning, och sambandet mellan elektrisk ledning och värmeledning ofta uttrycks genom Wiedemann–Franz-lagen och Lorenz-tal L = k/(σT) i många metaller.

Mass- och ämnestransport omfattar diffusion, där jorden eller partiklar sprids enligt Ficks lag J = −D∇c med diffusionskoefficienten D. Diffusionsdrivkraften kommer från koncentrationsgradienter och ofta från temperaturvariationer. Diffusion påverkas av struktur, dopning, defekter och gränsytor mellan faser.

Transportegenskaper mäts med metoder som fyra-prober mätningar för σ, Hall-mätningar, Seebeck-mätningar, laserflash för termisk diffusivitet och diffusionsexperiment för D. Teoretiska ramverk inkluderar Boltzmanns transportekvation och Kubo-formalismen. Anisotropi och nanostrukturella egenskaper gör tolkningen särskilt komplex i många material.