固体为啥不导电(它为什么不导电)(1)

前两日天纵君(SKYLABS)在对某种材料通过“能谱分析”做它的成分鉴定。在测试开始前,我们为了对材料进行更好的鉴定,需要对其进行“喷金(喷碳)处理”以增加材料的导电性。在测试时,“天纵君”想到的是为什么同样都是碳,石墨是良导体,而钻石却不导电了?

首先让我们看看金刚石和石墨的物理特性比对:

固体为啥不导电(它为什么不导电)(2)

在上图我们看到金刚石晶体中,每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强,所以金刚石硬度大,熔点极高;又因为所有的价电子都被限制在共价键区域,没有自由电子,所以造成了金刚石不导电。

石墨的原子构成样式如下:

固体为啥不导电(它为什么不导电)(3)

从上图我们看到石墨能够导电,其实是因为石墨中每个碳原子与其它碳原子只形成3个共价键,这样每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。这些自由电子在外电场(由电源提供的电场)中,由于自由电子受到电场力的驱动,在原热运动基础上叠加定向移动这样就形成了电流。因此如果物质中没有“自由电子”,其就不可能在电场力的作用下形成电流,也就不会导电了。

那是不是所有钻石都不导电了,这其实也不完全尽然,在自然界的众多钻石中,有一种钻石是能导电的,它是一种蓝色钻石,但它可以导电的原因其实是它含有了硼的杂质,这随机取代了钻石中的碳,因为硼比碳少一个电子,这样就产生了自由电子,所以在这个时候,这种蓝色钻石会呈现半导电状态。

最后让我们总结一下,一个物质是否能够导电,主要看这种物质结构中是否存在自由的电子,如物质中有自由电子存在,则此种物质为“导体”,反之则为“绝缘体”。

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