玻璃电导率与组成的关系

新闻发布时间：2013-5-3新闻浏览次数：3879新闻作者：锦泰特种玻璃

    玻璃导电是离子迁移所致，因此玻璃组成（由于其影响迁移离子数目和迁移离子速度）是影响玻璃电导率的重要因素。
    对电导率影响特别显著的是碱金属氧化物。石英玻璃具有良好的电绝缘性。如果在石英玻璃中加入Na2O，就会使电阻率迅速下降（例如，石英玻璃200℃时电阻率为1017Ω.m，当加入0.04ppm Na+在300℃时的电阻率约为1013Ω.m ，而Na+离子的含量为20ppm时，电阻率即降低到5×109Ω.m ）。
    当碱金属离子浓度相同时，玻璃的电导率与碱金属离子的键强和半径有关。例如K+ 离子，虽然 K-O 键强较弱，但离子半径较大，具有较大的阻力，妨碍了离子的运动。Li+离子则正好相反，因此二者的电导率相差很小，一般按Li+→Na+→K+的顺序电阻率值略微增大。但是当网络外体离子的含量大到足以将玻璃结构显著扩张时，K+离子会更易于移动，顺序的排列就倒过来了。
    当玻璃中同时存在两种碱金属时，在组成与电导率的关系曲线上将出现明显的极值，即“混合碱效应”。而且两种碱金属离子半径相差愈大，此效应越显著；总的碱含量越低，此效应愈不明显。同时“混合碱效应”随着温度的升高逐渐减弱。
二价金属氧化物也能增加玻璃的电导率，但与碱金属氧化物相比因其键强大，故作用不明显。其对玻璃电导率的影响，一般随离子半径的增大而减小，见图7-2，即：Be2+> Mg2+> Ca2+>BSr2+> Pb2+> Ba2+。这是由于二价离子对碱金属离子的“压制效应”所致。
    在含碱玻璃中引入Al2O3时对其电阻率有特殊的影响,当引入少量Al2O3时，玻璃的电阻率随之增加，到Al2O3/Na2O≈0.2时达最大值；进一步提高Al2O3的含量，因有较多的[AlO4]四面体形成（因[AlO4]四面体的体积大于[SiO4]四面体），从而使结构松弛，网络空隙增大，碱金属离子活动性增加，导致电阻率下降；在Al2O3/Na2O=1 时，电阻率达到最小值。继续增加Al2O3的含量，此时Al3+以[AlO6]八面体形式填充于网络空隙中，阻碍了Na+离子的迁移，使电阻率迅速上升(见图7-3)。因此，为了保持绝缘性能好，在含碱玻璃中加入大量的Al2O3是不适宜的。一般在低碱或无碱玻璃中加入Al2O3对玻璃电阻率的影响较小。
    B3+离子配位数的改变同样对玻璃的电导率有影响。当B3+由[BO3]转变为[BO4]时，B2O3不仅起到补网作用，而且由于生成[BO4]四面体的体积小于[SiO4]四面体，使结构趋于致密，电阻率随之增加，反之亦然。
    另外，高场强、高配位的离子如Y3+、La3+、Zr4+和Th4+等，将填充于网络空隙，阻碍碱金属离子的移动，使玻璃的电导率下降。