Электронная электропроводность. 
Механизмы электропроводности диэлектриков

Подвижность электронов на много порядков больше, чем подвижность ионов. В двуокиси титана, например, подвижность электронов составляет около 10^-4 м²/В*с, тогда как подвижность ионов в алюмосиликатной керамике всего 10^-13 — 10^-16 м²/В*с. В диэлектрике с электронной электропроводностью концентрация электронов в 10⁹ ?10¹² раз меньше, чем концентрация носителей в диэлектрике с ионной электропроводностью при одинаковом заряде носителей и одинаковом значении удельной проводимости.

При ионной электропроводности число диссоциированных ионов находится в экспоненциальной зависимости от температуры:

N_T = N*exp (-Э_Д/kT), (2).

где N — общее число ионов в 1 м³;

Э_д — энергия диссоциации;

kT — тепловая энергия.

Подвижность иона также выражается экспоненциальной зависимостью от температуры:

м_T = м_max*exp (-Э_пер/kT), (3).

где м_max — предельная подвижность иона;

Э_пер — энергия перемещения иона, определяющая переход его из одного неравновесного положения в другое.

Подставляя N_T и м_T в формулу для удельной проводимости (1) и объединяя постоянные N, q и м_max одним коэффициентом A, получаем:

г = A*exp (-b/T), (4).

b = (Э_Д+Э_пер)/k.

Формула показывает, что чем больше значения энергии диссоциации и перемещения, тем резче изменяется проводимость при изменении температуры. Если в диэлектрике ток обусловлен передвижением разнородных ионов, выражение (4) принимает вид:

г = УA_i*exp (-Э_i/kT).

В связи с этим кривые логарифмической зависимости удельной проводимости от температуры имеют изломы. При низких температурах электропроводность обусловлена ионизированными примесями, при высоких температурах она становится собственной. В некоторых случаях излом кривой температурной зависимости логарифма удельной проводимости объясняется тем, что ионы основного вещества имеют различные энергии диссоциации. Собственная электропроводность твердых тел и изменение ее в зависимости от температуры определяются структурой вещества и его составом.

В телах кристаллического строения с ионной решеткой электропроводность связана с валентностью ионов. Кристаллы с одновалентными ионами обладают большей удельной проводимостью, чем кристаллы с многовалентными ионами. Так, для кристалла NaCl удельная проводимость значительно больше, чем для кристаллов MgO или Al₂O₃. B анизотропных кристаллах удельная проводимость неодинакова по разным его осям. Например, в кварце удельная проводимость в направлении, параллельном главной оси, примерно в 1000 раз больше, чем в направлении, перпендикулярном этой оси.

В кристаллических телах с молекулярной решеткой (сера, алмаз) удельная проводимость мала и определяется в основном примесями. У твердых пористых диэлектриков при наличии в них влаги даже в ничтожных количествах значительно увеличивается удельная проводимость. Высушивание материалов повышает их электрическое сопротивление, но при нахождении высушенных материалов во влажной среде сопротивление вновь уменьшается. Наиболее заметное снижение удельного объемного сопротивления под влиянием влажности наблюдается у пористых материалов, которые содержат растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой проводимостью. Для уменьшения влагопоглощения и влагопроницаемости пористые изоляционные материалы подвергают пропитке. При больших напряженностях электрического поля необходимо учитывать возможность появления в твердых диэлектриках электронного тока, быстро возрастающего с увеличением напряженности поля, в результате чего наблюдается отступление от закона Ома.