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六方氮化硼為什么不能導(dǎo)電

2024-02-19

六方氮化硼不能導(dǎo)電,是一種非常典型的絕緣性材料。六方氮化硼的高溫絕緣性好,高純度六方氮化硼最大體積電阻率可達(dá)1016~1018Ω•cm,即使在1000℃高溫下,仍有104~106Ω•cm。

作為一種比較軟的層狀材料,六方氮化硼與石墨有著相似的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù),但其電子性能卻截然不同:六方氮化硼是絕緣體,石墨烯是導(dǎo)體。

這是為什么呢?六方氮化硼為什么不能導(dǎo)電?

首先,我們來(lái)普及下導(dǎo)體和絕緣體的知識(shí)。

所謂導(dǎo)體,是指材料中存在大量可以自由移動(dòng)的帶電物質(zhì)微粒(也包括游離電子),在外電場(chǎng)的作用下,載流子做定向運(yùn)動(dòng),形成較為明顯的電流,這就是導(dǎo)體。

所謂絕緣體,又稱為電介質(zhì),特點(diǎn)是分子中正負(fù)電荷束縛得很緊,可以自由移動(dòng)的帶電例子極少,電阻率很大,通常情況下無(wú)法傳導(dǎo)電流,這就是絕緣體。

材料要想導(dǎo)電,必須要滿足以下四個(gè)條件之一:

(1)材料內(nèi)部含有電子導(dǎo)體,以電子載流子為主體,如銅、銀、金等金屬和石墨;

(2)材料內(nèi)部含有離子導(dǎo)體,以離子載流子為主體,如氯化鈉(熔融)、氫氧化鈉(熔融)等;

(3)材料內(nèi)部既含有電子載流子,又含有離子載流子,屬于混合型導(dǎo)體;

(4)在電場(chǎng)作用下誘發(fā)固體極化而引起導(dǎo)電,如介電現(xiàn)象和介電材料。

石墨是元素碳的一種同素異形體,每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子,排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子,那些電子能夠自由移動(dòng),形成電流,因此石墨屬于導(dǎo)體。

而六方氮化硼采用同一原子內(nèi)由1個(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道參與的sp3雜化方式,沒(méi)有游離電子,屬于共價(jià)化合物,所以不能像石墨一樣導(dǎo)電,因此六方氮化硼屬于絕緣體。

綜合上述,我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論:雖然六方氮化硼的結(jié)構(gòu)跟導(dǎo)電體石墨相似,但是六方氮化硼因?yàn)椴痪邆溆杏坞x電子,無(wú)法形成載流子作定向運(yùn)動(dòng),無(wú)法形成電流。所以六方氮化硼是絕緣體,不能導(dǎo)電。


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