مواد رسانا
توانایی یک ماده در انتقال انرژی را می توان تعریفی ساده برای رسانا دانست. رسانا انواع مختلفی همچون رسانایی الکتریکی، رسانایی حرارتی و رسانایی صوتی دارد.نقره رساناترین عنصر به شمار می رود که بعد از آن مس و طلا به عنوان رسانا شناخته می شوند. همچنین نقره دارای بالاترین رسانایی گرمایی و بیشترین بازتاب نور می باشد. مس و طلا در میان فلزات و عناصر بیشترین کاربرد را در ابزارهای الکترونیکی دارند چرا که مس از قیمت کمتر و طلا در برابر خوردگی از مقاومت بسیار بالاتری برخوردار می باشد.با توجه به اینکه به مرور زمان نقره تیره می شود برای فرکانس‌های بالا خیلی مطلوب نخواهد بود زیرا سطح خارجی آن در اثر تیرگی کاهش رسانایی خواهد داشت. برای اطلاع از قیمت مستربچ کلیک کنید.
رسانا چیست؟
رسانا و نارسانا به عنوان دو مواد که کاربرد گسترده ای در زندگی روزمره ما دارند به شمار می روند. به طور کلی می توان گفت در صورت نبود این ترکیبات خیلی از وسایل الکترونیکی و گرمایشی به درستی عمل نخواهند کرد. البته علاوه بر رسانا و نارسانا مواد دیگری همچون نیمه رسانا و ابر رسانا را نیز در این زمینه ها کاربردی می باشند.
مواد رسانا چیست؟
مواد نیمه‌رسانا موادی می باشند که میزان هدایت آن ها میان مواد رسانا و نارسانا قرار می گیرد به این صورت که می توانند به جریان الکتریکی اجازه عبور داده و یا از شارش آن پیشگیری به عمل آورند جریان را به خوبی کنترل کنند. بیشتر این مواد با افزودن ناخالصی هایی به نام دوپینگ اصلاح می گردد و بعضی خواص خود مثل جریان یک طرفه، تقویت‌کنندگی یا تبدیل انرژی و … را تغییر می بخشد.هدایت الکتریکی در مواد نیمه‌رسانا بدلیل حرکت الکترون‌ها و حفره‌ها صورت می گیرد.
نام فلزات رسانا
فلزات و پلاسما نمونه هایی از مواد با رسانایی الکتریکی بالا به شمار می روند. نقره به عنوان رسانای الکتریکی می باشد . عایق های الکتریکی شیشه و آب خالص می باشند که هدایت الکتریکی خیلی ضعیفی را نشان می دهند.در واقع می توان چنین گفت که اکثر نافلز ها در جدول تناوبی رسانای الکتریک و حرارتی ضعیف عمل می کنند. مس و آلومینیوم به عنوان مواد با رسانایی بالا می باشند که اصطلاحا هادی نامیده می شوند.
نمونه هایی از هادی های عالی عبارتند از:
- نقره
- مس
- طلا
- آلومینیوم
- فلز روی
- نیکل
- برنج
مواد نارسانا (غیر هادی)
موادی که رسانایی کمی دارند که می توان آن را در موادی همچون لاستیک و شیشه مشاهده کرد که ار این جهت عایق الکتریکی نامیده می شوند. نمونه هایی از هادی های الکتریکی ضعیف عبارتند از:
- لاستیک
- شیشه
- پلاستیک
- چوب خشک
- الماس
- هوا
- آب خالص
مواد ی مانند سیلیکون و ژرمانیوم دسته ویژه دیگری می باشند که به عنوان نیمه رسانا شناخته می شوند. رسانایی نیمه هادی ها بین رسانایی مواد عایق و رسانا می باشد.
تفاوت رسانا و نارسانا چیست؟
الکترون های ظرفیتی همچون سیاراتی اند که به دور یک ستاره در حال چرخش می باشند. آن ها به اندازه کافی به اتم های خود جذب شده اند تا در موقعیت خود بمانند ولی بیرون کشیدن آن ها همیشه انرژی زیادی لازم ندارد . این الکترون ها به راحتی جریان الکتریکی را حمل خواهند کرد. موادی همچون فلزات و پلاسما که به راحتی الکترون از دست می دهند و الکترون به دست می آورند ،به عنوان رساناها شناخته می شوند.
در این میان مولکول های آلی عمدتا نارسانا می باشند چرا که توسط پیوندهای کووالانسی (الکترون مشترک) به هم متصل می شوند و پیوند هیدروژنی موجود در آن ها نیز به پایدارسازی بسیاری از مولکول ها کمک خواهند کرد. واقعیت این است که بیشتر مواد نه رسانای خوبی می باشند و نه عایق خوب در واقع جایی در وسط قرار خواهند داشت. این ها به راحتی هدایت گرما و الکتریسیته را انجام نمی دهند ولی در صورتی که انرژی کافی تأمین گردد ، الکترون ها حرکت خواهند کرد.
ابر رسانا چیست؟
یک ابررسانا ماده‌ای می باشد که از مقاومت الکتریکی صفر برخوردار است به این معنا که هیچ گونه مخالفتی با جریان الکتریکی نخواهد داشت. مقاومت موجب هدررفت انرژی به شکل گرما می شود ولی چون هیچ‌گونه مقاومتی وجود ندارد در نتیجه هیچ تلفاتی نیز در داخل ابررسانا رخ نخواهد داد. مقاومت به شکل مستقیم با دما متناسب می باشد ولی بر خلاف رساناهای عادی که مقاومتشان به آرامی کاهش دارد، مقاومت ابررساناها در یک دمای مشخص موسوم به دمای بحرانی به صفر می رسد.
ابررسانایی یک پدیده کوانتومی می باشد که در برخی رساناهای خاص، در دمای کمتر از دمای بحرانی رخ می دهد.
ساختار نواری مواد نیمه رسانا
ساختار نواری یک جسم نیمه رسانا همچون ساختار نواری جسم نارسانا می باشد و تنها از نوارهای پر و خالی برخوردار می باشد. به این معنا که نوار بخشی پر در مواد نیمه رسانا وجود ندارد. تفاوت مواد نیمه رسانا با مواد نارسانا در این است که مقدار گاف انرژی بین دو نوار پر پایین و خالی بالایی، مقداری کوچک می باشد.
مقاومت ویژه مواد نیمه رسانا
مواد نیمه رسانا توسط ویژگی های منحصر به فرد خود، به طور کامل متفاوت از مواد رسانا عمل می نمایند. یکی از ویژگی های مهم مواد نیمه رسانا رفتار مقاومت ویژه الکتریکی آن‌ها نسبت به دما می باشد.به طور کلی در عموم مواد رسانا، پارامتر مقاومت ویژه الکتریکی با دما رابطه‌ای مستقیم داشته و با افزایش دما، افزایش پیدا می کند.در واقع برخورد الکترون‌های آزاد با اتم‌های در حال نوسان، عامل ایجاد مقاومت الکتریکی در مواد است. بنابراین با افزایش دما، دامنه نوسان اتم‌ها افزایش می یابد و در نتیجه تعداد برخورد‌ها بیشتر می شود.در مواد نیمه رسانا این قضیه متفاوت خواهد بود. در واقع با افزایش دما، مقاومت ویژه مواد نیمه رسانا کمتر می شود. ساختار نواری مواد نیمه رسانا را می توان دلیلی برای این اتفاق دانست.