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令和6年12月4日 (水)

金属の結晶

208 金属の結晶
制御と結果
エネルギー準位E/eV: 0
フェルミ準位EF/eV: 0
温度T/K: 0
状態密度: 1

物質の電気に関する物性は、導電率、誘電率、透磁率です。

  1 純物質  化学結合結晶
化学結合の種類 結晶 性質や特色 物質の例
イオン結合 イオン結晶 固体 導電率が小さい(絶縁体)。水溶液や溶融塩 導電率が大きい。 ( キャリア :イオン)。 塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム
共有結合 分子結晶 分子式 で表す。融点沸点は低い。 酸素、アンモニア、水※1、ドライアイス
共有結合の結晶 フェルミ準位 はバレンスバンド中にあり、電子はそこに局在化している(共有電子)。 局在化した電子の負電荷と原子核の正電荷で結合している。 黒鉛や 導電性高分子は、π電子共役系の非局在化した電子により例外的に電気を通す。 ダイヤモンド、 黒鉛、 🏞 ケイ素 水晶 、石英※2
金属結合 金属の結晶 導電率 が大きい( キャリア自由電子)。 コンダクションバンド中にフェルミ準位があるので、電子が非局在化している。 銅、亜鉛🜀 アルミニウム リチウム

※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。

※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。


金属の結晶

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金属の結晶
© K.Tachibana * , C1 Lab.

やアルミニウムの金属は、 抵抗率が小さく、 電線や集電体に使われます。

金属は、金属結合しています。 全体に広がった波動関数のエネルギー準位がある導電帯にフェルミ準位があり、電子がバルク全体に非局在化しているからです。


イオン結晶

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イオン結晶
© K.Tachibana * , C1 Lab.

イオン結合

金属酸化物などのイオン結晶は、イオン結合しています。 全体に広がった波動関数のエネルギー準位がある価電子帯にフェルミ準位があり、電子が原子の近傍に局在化しているからです。 電子が局在化して、バルク全体で移動できないという点で、共有結合結晶や分子結晶でも同じです。

グラファイトなどの 炭素材料やポリチオフェンなどの導電性高分子材料では、電子が非局在化できる状態にあり、導電性を示します。


化学結合の種類

  2 純物質  化学結合結晶
化学結合の種類 結晶 性質や特色 物質の例
イオン結合 イオン結晶 固体 導電率が小さい(絶縁体)。水溶液や溶融塩 導電率が大きい。 ( キャリア :イオン)。 塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム
共有結合 分子結晶 分子式 で表す。融点沸点は低い。 酸素、アンモニア、水※1、ドライアイス
共有結合の結晶 フェルミ準位 はバレンスバンド中にあり、電子はそこに局在化している(共有電子)。 局在化した電子の負電荷と原子核の正電荷で結合している。 黒鉛や 導電性高分子は、π電子共役系の非局在化した電子により例外的に電気を通す。 ダイヤモンド、 黒鉛、 🏞 ケイ素 水晶 、石英※2
金属結合 金属の結晶 導電率 が大きい( キャリア自由電子)。 コンダクションバンド中にフェルミ準位があるので、電子が非局在化している。 銅、亜鉛🜀 アルミニウム リチウム

※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。

※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。


イオン結晶

電子からみた接触(接合)の種類

  3  電子からみた接触の種類
界面 電位差 界面
オーミックコンタクト フェルミ準位が同じになるので、電位差は0 固固界面
金属|金属
銅|アルミニウム
金属|半金属 アルミニウム|グラファイト
金属|半導体 白金|酸化チタン
固液界面
金属| 電解液
白金|Fe2+,Fe3+/ aq
ショットキーコンタクト 界面電位差 (起電力 固液界面
金属| 電解液
銅|銅イオン水溶液
固固界面
金属|半導体
ゲルマニウム|タングステン (接触ダイオード * )
半導体|半導体 アルミニウム(酸化アルミニウム皮膜)|酸化マンガン(Ⅳ)、
金属| 固体電解質 金|ヨウ化銀
エネルギー化学 エネルギー化学特論 0422 1217 1224

物質物質とが 接触すると、その 界面で電気的な相互作用が起こります。

固体同士の接触では、 点接触 になります。 しかし、製膜技術を使ってpn接合などを形成することもできます。


参考文献


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52255/_03/Metal_bond.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
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2024年1月21日 松木健三名誉教授がご逝去されました。

名称:C1ラボラトリー
URL:🔗 https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用
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C1ラボラトリー ( 伊藤智博立花和宏 ) @ 米沢

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