玻璃電導率與組成的關系

新聞發布時間：2013-5-3新聞瀏覽次數：4549新聞作者：錦泰特種玻璃

    玻璃導電是離子遷移所致，因此玻璃組成（由于其影響遷移離子數目和遷移離子速度）是影響玻璃電導率的重要因素。
    對電導率影響特別顯著的是堿金屬氧化物。石英玻璃具有良好的電絕緣性。如果在石英玻璃中加入Na2O，就會使電阻率迅速下降（例如，石英玻璃200℃時電阻率為1017Ω.m，當加入0.04ppm Na+在300℃時的電阻率約為1013Ω.m ，而Na+離子的含量為20ppm時，電阻率即降低到5×109Ω.m ）。
    當堿金屬離子濃度相同時，玻璃的電導率與堿金屬離子的鍵強和半徑有關。例如K+ 離子，雖然 K-O 鍵強較弱，但離子半徑較大，具有較大的阻力，妨礙了離子的運動。Li+離子則正好相反，因此二者的電導率相差很小，一般按Li+→Na+→K+的順序電阻率值略微增大。但是當網絡外體離子的含量大到足以將玻璃結構顯著擴張時，K+離子會更易于移動，順序的排列就倒過來了。
    當玻璃中同時存在兩種堿金屬時，在組成與電導率的關系曲線上將出現明顯的極值，即“混合堿效應”。而且兩種堿金屬離子半徑相差愈大，此效應越顯著；總的堿含量越低，此效應愈不明顯。同時“混合堿效應”隨著溫度的升高逐漸減弱。
二價金屬氧化物也能增加玻璃的電導率，但與堿金屬氧化物相比因其鍵強大，故作用不明顯。其對玻璃電導率的影響，一般隨離子半徑的增大而減小，見圖7-2，即：Be2+> Mg2+> Ca2+>BSr2+> Pb2+> Ba2+。這是由于二價離子對堿金屬離子的“壓制效應”所致。
    在含堿玻璃中引入Al2O3時對其電阻率有特殊的影響,當引入少量Al2O3時，玻璃的電阻率隨之增加，到Al2O3/Na2O≈0.2時達最大值；進一步提高Al2O3的含量，因有較多的[AlO4]四面體形成（因[AlO4]四面體的體積大于[SiO4]四面體），從而使結構松弛，網絡空隙增大，堿金屬離子活動性增加，導致電阻率下降；在Al2O3/Na2O=1 時，電阻率達到最小值。繼續增加Al2O3的含量，此時Al3+以[AlO6]八面體形式填充于網絡空隙中，阻礙了Na+離子的遷移，使電阻率迅速上升(見圖7-3)。因此，為了保持絕緣性能好，在含堿玻璃中加入大量的Al2O3是不適宜的。一般在低堿或無堿玻璃中加入Al2O3對玻璃電阻率的影響較小。
    B3+離子配位數的改變同樣對玻璃的電導率有影響。當B3+由[BO3]轉變為[BO4]時，B2O3不僅起到補網作用，而且由于生成[BO4]四面體的體積小于[SiO4]四面體，使結構趨于致密，電阻率隨之增加，反之亦然。
    另外，高場強、高配位的離子如Y3+、La3+、Zr4+和Th4+等，將填充于網絡空隙，阻礙堿金屬離子的移動，使玻璃的電導率下降。