Hvorfor er nogle materialer gode isolatorer, mens andre ikke?

Et materiales evne til at isolere (modstå strømmen af ​​varme eller elektricitet) afhænger af dets atomstruktur, og den måde, elektroner er bundet inden for disse atomer. Her er en sammenbrud:

isolatorer:

* stærke atomobligationer: Isolatorer har stærke kovalente bindinger mellem deres atomer. Disse bindinger holder elektroner tæt og forhindrer dem i at bevæge sig frit.

* Stort båndgap: Energifalteren mellem valensbåndet (hvor elektroner normalt er placeret) og ledningsbåndet (hvor elektroner kan bevæge sig frit) er stort i isolatorer. Dette betyder, at der kræves en masse energi for at begejstre elektroner til ledningsbåndet, hvilket gør det vanskeligt for dem at udføre elektricitet.

* Få gratis elektroner: Isolatorer har meget få frie elektroner. Gratis elektroner er vigtige for at bære elektrisk strøm.

Eksempler:

* gummi: Kulstofkæderne i gummi holdes sammen af ​​stærke kovalente bindinger.

* glas: Siliciumdioxid (SiO2) molekyler i glas er tæt bundet.

* træ: Den komplekse struktur af træ med dens cellulosefibre forhindrer den lette strøm af elektroner.

* luft: Molekylerne i luft er langt fra hinanden, hvilket gør det vanskeligt for elektroner at bevæge sig frit.

Ledere:

* svage atomobligationer: Ledere har som metaller svage metalliske bindinger, hvilket giver elektroner mulighed for at bevæge sig frit mellem atomer.

* lille båndgap: Energifalteren mellem valence og ledningsbånd er lille. Dette betyder, at elektroner let kan hoppe til ledningsbåndet og bidrage til elektrisk ledningsevne.

* Mange frie elektroner: Ledere har mange frie elektroner, der let kan bære elektrisk strøm.

Eksempler:

* kobber: De metalliske bindinger i kobber giver elektroner mulighed for at bevæge sig frit, hvilket gør det til en fremragende leder.

* sølv: Endnu bedre end kobber har Silver en højere densitet af frie elektroner.

* guld: I lighed med kobber og sølv har guld en høj elektrisk ledningsevne.

halvledere:

* mellemliggende egenskaber: Halvledere har egenskaber mellem isolatorer og ledere. De kan manipuleres til at fungere som ledere eller isolatorer afhængigt af forholdene.

* Doping: Deres ledningsevne kan ændres ved at tilføje urenheder (doping). Dette giver mulighed for oprettelse af transistorer og andre elektroniske komponenter.

Eksempler:

* silicium: Det mest almindelige halvledermateriale, der bruges i elektronik.

* germanium: Et andet vigtigt halvledermateriale.

Kortfattet:

* Isolatorer har stærke bindinger, store båndhuller og få frie elektroner.

* Ledere har svage obligationer, små båndhuller og mange frie elektroner.

* Halvledere har egenskaber, der kan ændres til at fungere som ledere eller isolatorer.