page 4/100Event TỔNG QUAN Phân loại vật liệu Lý thuyết phân vùng năng lượng Sự khác nhau giữa các chất được giải thích nhờ vào lý thuyết phân vùng năng lượng Tất cả các vật liệu đều
Trang 1GVHD : PHAN VÕ KIM ANHNHÓM 8:
Bùi Thanh NgọcPhạm Thị Thanh HườngPhạm Hoài Thương
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Trang 2page 2/100
NỘI DUNG CHÍNH
Tổng quan: Vật liệu điện
Chương 1: Vật liệu cách điện
I.Vật liệu cách điện khí
II.Vật liệu cách điện lỏng
III.Vật liệu cách điện rắn
Chương 2: Vật liệu dẫn điện
Chương 3: Vật bán dẫn
Trang 4page 4/100
Event
TỔNG QUAN
Phân loại vật liệu
Lý thuyết phân vùng năng lượng
Sự khác nhau giữa các chất được giải thích nhờ vào lý
thuyết phân vùng năng lượng
Tất cả các vật liệu đều thuộc 1 trong 3 nhóm : Dẫn điện
, cách điện và bán dẫn
Trang 5page 5/100
Mỗi 1 điện tử có 1 mức năng lượng nhất định
1 Vùng đầy: do các điện tử hóa trị của lớp ngoài cùng tập trung lại
2 Vùng dẫn : do các điện tử tự do có mức năng lượng cao hơn tập hợp lại
thành dải tự do
3 Vùng cấm : nằm giữa vùng đầy và vùng dẫn
TỔNG QUAN
Trang 6page 6/100
TỔNG QUAN
Trang 7page 7/100
CHƯƠNG I
VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
I Vật liệu cách điện khí
II Vật liệu cách điện lỏng
III Vật liệu cách điện rắn
Trang 9và liên kết hóa học ổn định
Không màu, không mùi, không vị và khá trơ,không tham gia các phản ứng hóa học ở nhiệt
độ thường Trong không khí, Nitơ chiếm 78.03% về thể tích.
Có độ bền điện xấp
xỉ Elagas,nhiệt độ sôi 247,7oK(-30,5) khí Freon-12 gây ăn mòn một số điện môi hửu cơ
Có độ bền điện rất cao 8->10 lần so với so với không khí,độ bền điện tương đương với chất lỏng nhưng có klg riêng nhỏ hơn chất lỏng,tính chịu nhiệt cao bền vững chống già cõi
Nhẹ, tính dẫn điện
và nhiệt dung cao Làm cách điện cho máy điện
cs lớn giảm ma sát ,tránh oxi hóa, hỏa hoạn khi chạm chập cuộn dây
Điều kiện bình thường chúng không phản ứng với bất kì chất nào
Các khí trơ có nhiệt
độ dẫn thấp ,độ bền điện kém Kc,Kr va Xe được dung trong công nghiệp chế tạo đèn huỳnh quang
Trang 10page 10/100
I Vật liệu cách điện khí
2 TÍnh chất và ưu điểm khí SF6
a.Tính chất:
- Tên đầy đủ của khí SF6: Sulphur hexafluoride
- SF6 loại khí không màu, không mùi, không độc, không cháy Khí này bình thường không gặp trong tự nhiên, nó phải do con người điều chế ra
Trang 11-Khí SF6 được ứng dụng rộng rãi trong Hệ thống điện: trạm GIS, máy cắt
cách điện SF6 (GCB), đường dây cách điện SF6 (GIL), tủ điện, năng lượng gió, cách điện trong các thiết bị như máy biến dòng, máy biến áp.
I Vật liệu cách điện khí
Máy cắt ngoài trời ABB SF6 38Kv Máy cắt trên cột điện 38Kv
Trang 13page 13/100
I Vật liệu cách điện khí
2 Tác hại và cách khắc phục khí SF6
Hiện nay người ta cho rằng SF6 tồn tại lâu trong khí quyển đến 3200 năm,
và khả năng gây hiệu ứng nhà kính của SF6 lớn gấp 22.000 lần so với CO2.
Nghiên cứu mới đây thấy tuổi thọ của khí này có thể chỉ là 650 năm, và khả năng gây ấm toàn cầu có thể chỉ lớn gấp 20.900 lần so với CO2
Mặc dầu tác động hiệu ứng nhà kính của SF6 là tương đối nhỏ, cỡ 0,2%
nhưng Hội nghị về khí hậu toàn cầu năm 1997 tại Kyôtô vẫn liệt SF6 vào danh mục các chất khí nhà kính cần phải theo dõi
CÁCH KHẮC PHỤC:
Các loại đầu dò (máy ngửi) xem ra ít tác dụng bởi vì phải đặt đầu dò sát gần
với chỗ rò rỉ mới phát hiện được Với thiết bị đóng cắt 500 kV
Công nghệ máy ảnh hồng ngoại sử dụng công nghệ scan chủ động đã được
thực hiện nhưng đến nay mức độ thành công còn hạn chế.
Trang 14page 14/100
I Vật liệu cách điện khí
2 Tác hại và cách khắc phục khí SF6
Trang 16page 16/100
II Vật liệu cách điện lỏng
1 Tính chất các loại dầu các điện
1 Dầu biến áp
Chức năng:
Làm mát và cách điện của máy biến áp.
Làm cách điện và dập tắt hồ quang trong máy cắt dầu.
Dầu máy biến áp còn đổ vào đầu ra của cáp, biến trở và rất nhiều thiết bị khác.
Ưu điểm:
Có thể xâm nhập vào các khe rãnh hẹp.
Có độ bền cách điện cao trong trường hợp dầu chất lượng cao có thể đạt tới 160Kv/cm.
Dầu có tính phục hồi cách điện
Trang 17page 17/100
Event
II Vật liệu cách điện lỏng
1 Tính chất các loại dầu các điện
2 Dầu dùng cho cáp
• Tẩm trong các giấy => làm mát và tăng độ bền điện.
• Để tẩm cho cáp dưới 35kV có vỏ nhôm hoặc chỉ dùng loại dầu có độ
nhớt cao, không nhỏ hơn 23mm 2 /s ở nhiệt độ 100 0 C để tăng độ nhợt
người ta còn dùng thêm nhựa thông cho vào dầu.
Trang 18page 18/100
Event
II Vật liệu cách điện lỏng
1 Tính chất các loại dầu các điện
3 Một số chất lỏng hữu cơ
a Dầu sovol ( C 12 H 5 Cl 5 )
•Không cháy nhưng rất độc.
•Do có cực nên tính cách điện của nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tạp chất.
•Khi nhiệt độ giảm, hằng số điện môi giảm nên điện dung của tụ điên giảm.
b Chất lỏng silic hữu cơ.
•Hút nước và tính chịu nhiệt cao, giá thành cao, hằng số điện môi biến đổi lớn, nhiệt độ
làm việc lâu dài 250 0 C.
c Chất lỏng Flo hữu cơ.
•Có tính chiu nhiệt cao, độ bền điện cao, hơi của chất lỏng flo bền vững ở thể khí.
•Độ nhớt thấp nên rất dễ tẩm cho vật liệu xốp, có độ nở nhiệt cao và bốc hơi mạnh nên
thiết bị chứa chất lỏng flo phải rất kín.
•Tản nhiệt cao hơn dầu biến áp và chất lỏng silic hữu cơ.
•Không cháy và chịu được hồ quang.
•Giá thành cao.
Trang 19•Sử dụng cho máy biến áp, bộ ngắt điện, tụ điện Cách điện tuyệt vời
cho các thiết bị điện
•Dầu không gây tác hại lớn cho sức khoẻ và an toàn nhưng cần được
bảo quản và sử dụng cẩn thận
Dầu cách điện máy biến áp
SUPERTRANS
Trang 20và ASTM D3487 loại II.
Trang 21page 21/100
Trang 22III Vật liệu cách điện rắn
Nội dung chính:
Trang 24page 24/100
NHỰA EPOXY
Trang 25page 25/100
Tổng kết tính chất chung của nhựa epoxy
NHỰA EPOXY
Trang 27page 27/100
• Sơn sàn epoxy:
NHỰA EPOXY
Trang 28page 28/100
• Sơn epoxy đóng rắn nguội:
NHỰA EPOXY
Trang 29page 29/100
• Sơn epoxy este:
NHỰA EPOXY
Trang 30page 30/100
GIẤY CÁCH ĐIỆN MBA
Trang 31page 31/100
Giấy cáp: có chiều dày khoảng: 0.08 , 0.12 , 0.17
Thường dùng để cách điện giữa các lớp dây
Dưới dạng băng nhỏ rộng 2 - 3 cm quấn thành từng lớp dày 0,1 đến 3 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng cường cách điện cho cho những vòng đầu của cuộn dây
Khi sử dụng loại giấy cách điện này cần chú ý đến các đặc
điểm sau: chịu nhiệt kém (110 – 1150C), khi ngâm dầu độ bền
cơ kém rõ rệt (110 –
1150C) GIẤY CÁCH ĐIỆN MBA
Trang 32page 32/100
Giấy bakelit: làm thành từng ống, có độ bền cơ và độ bền
điện cao
Trong máy biến áp hay dùng loại ống, chiều dày cả hai bên là
2 ; 4 ; 6 ; 8mm và hơn nữa dài đến 500mm
Cách điện cho dây dẫn ra Làm dạng hình ống lớn để cách
điện giữa các cuộn dây hay giữa các cuộn dây với trụ sắt
GIẤY CÁCH ĐIỆN MBA
Trang 33page 33/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 34page 34/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 35page 35/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 36page 36/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 37page 37/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 38page 38/100
MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC
Trang 40page 40/100
Vật liệu dẫn điện là những vật liệu cho dòng điện đi qua nó, hầu hết những vật liệu này đều ở thể rắn, là những kim loại hoặc hợp kim
Ngoài ra cũng có một số vật liệu dẫn điện ở thể khí
(như hơi thủy ngân ) hoặc thể lỏng (như các dung dịch
Trang 41page 41/100
Điện dẫn suất của kim loại
Hệ số nhiệt của điện trở suất
Nhiệt dẫn suất
Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động
Giới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tương đối khi đứt
II Tính chất cơ bản
Trang 42page 42/100
Các đặc tính vật lý chủ yếu của kim loại (ở 20℃)
được dùng trong kỹ thuật điện
Trang 44page 44/100
• Ký hiệu : Cu
• Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao
• Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu
Trang 45page 45/100
Bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ
1 Đồng
Trang 46page 46/100
đồng lộ thiên lớn nhất thế giới
1 Đồng
Trang 47page 47/100
ỨNG DỤNG
Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm như:
Trang 48• Ngoài ra Đồng là nguyên tố vi lượng rất cần thiết
cho các loài động, thực vật bậc cao.
• Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa.
1 Đồng
ỨNG DỤNG
Trang 49page 49/100
Đồng và hợp kim của đồng (đồng thau , đồng thanh ):
Cáp đồng bọc PVC Dây quấn đồng
1 Đồng
Trang 50page 50/100
Tủ điện các điểm tiếp xúc bằng đồng thanh
1 Đồng
Trang 51page 51/100
Dây quấn động cơ điện
1 Đồng
Trang 54page 54/100
Dùng làm điện cực anode, cathode
Science.howstuffworks.com
Máy Chụp
X quang
Trang 55page 55/100
Dùng làm điện cực
www.trade-equip.co
Trang 56page 56/100
Dùng làm dây loa
Trang 57page 57/100
• Sau đồng,nhôm là vật liệu thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện,nhôm có điện dẫn suất cao sau bạc, đồng, thiếc
• Trọng lượng riêng nhỏ(2,76g/cm3),là kim loại nhẹ
• Khối lượng riêng của nhôm đúc gần bằng 2,6g/cm3
• Hệ số nhiệt độ,giãn nở dài,nhiệt dung và nhiệt nóng chảy của
nhôm đều lớn hơn đồng
3 Nhôm và hợp kim của nhôm
Trang 58page 58/100
Tính cán mỏng của nhôm
3 Nhôm và hợp kim của nhôm
Trang 60page 60/100
a/ Đặc tính:
- Là kim loại màu xám
- Là kim loại mềm, dẻo, độ bền cơ yếu
- Không chịu được rung động cơ học
- Chì có điện trở suất cao
Trang 61page 61/100
- Chì được dùng làm vật liệu hấp thụ tia rơnghen
- Trong kỹ thuật cáp điện
- Thành phần màu trong men đặc biệt là tạo màu đỏ và vàng
- Làm các tấm ngăn để chống phóng xạ hạt nhân
- Vỏ bọc bảo vệ cách điện của cáp
- Làm cầu chì, phiến chì các ác quy chì
Trang 62page 62/100
Kim loại Chì:
Quặng chì galena Ánh kim xám
4 Chì và hợp kim của chì
Trang 63page 63/100
Kim loại Chì:
Chì dạng cục nguyên chất
4 Chì và hợp kim của chì
Trang 64page 64/100
Kim loại Chì:
Thỏi chì
4 Chì và hợp kim của chì
Trang 65page 65/100
Kim loại Chì:
Bột chì
4 Chì và hợp kim của chì
Trang 66page 66/100
Kim loại Chì:
Card đồ họa
4 Chì và hợp kim của chì
Trang 70page 70/100
NGÀNG ĐIỆN : Dùng để chế tạo đồng thanh, hoặc
để tẩm thiếc dây dẫn đồng được bọc cao su hoặc để chế tạo các băng và dây sử dụng làm dây chảy ở cầu chì nóng chảy, dùng để chế tạo các tụ điện giấy hay mika.
NGÀNH XI MẠ : Được sử dụng phổ biến như là
một lớp mạ trên bề mặt các kim loại dễ bị oxy hóa như sắt
để làm hộp đựng thực phẩm, nước giải khát, tăng tính thẩm
Trang 72page 72/100
NGÀNH ĐIỆN: để chế tạo các đèn chỉnh lưu thủy ngân, bóng đèn chiếu sáng sử dụng khí, dùng để làm cực dành cho các tiếp điểm trong kỹ thuật đo của phòng thí nghiệm, trong role hoặc trong khí cụ điện,
4 Ứng dụng Thủy Ngân
5 Một số vật liệu khác và ứng dụng
Trang 73page 73/100
NGÀNH Y TẾ : Được sử dụng để chế tạo các loại đèn đặc biệt
để sinh ra các tia cực tím, Chất trám răng, thuốc sát trùng ngoài
da
5 Một số vật liệu khác và ứng dụng
4 Ứng dụng Thủy Ngân
Trang 75page 75/100
Vàng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực:
Y tế: Một số loại muối vàng thực sự có tính chất chống viên và đang được
sử dụng trong y tế để điều trị chứng viêm khớp và các loại bệnh tương tự khác.
Công nghiệp: công nghê nano vàng giúp cải thiện môi trường Vàng mạ ngoài
tàu vũ trụ, vệ tinh giúp chống nhiễu và tán xạ nhiệt mặt trời
Trong điện- điện tử: cáp vàng truyền tải dữ liệu nhanh, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt
và có khả năng chống nhiễu tốt Do hầu như trơ nên vàng được dùng trong sản xuất các linh kiện điện thoại, máy tính.
Ứng dụng
5 Một số vật liệu khác và ứng dụng
Trang 76page 76/100
Miếng vàng được dát mỏng chỉ vài µm
Cáp dẫn vàng Chân CPU
máy tính được làm bằng vàng
Liên kết thiết
bị điện tử
5 Một số vật liệu khác và ứng dụng
Trang 77page 77/100
Card đồ họa Ổ cắm điện
BẠC
5 Một số vật liệu khác và ứng dụng
Trang 79page 79/100
BÁN DẪN
Chất bán dẫn ( tiếng Anh : Semiconductor) là chất
có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn
điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có
tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng
1 Khái niệm về chất bán dẫn
Trang 80LIÊN KẾT HÓA HỌC
VẬT LIỆU KHÁC
Trang 81page 81/100
2 Chất bán dẫn loại N
Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Phospho (P) vào chất bán
dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị,
nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử ( mang
điện âm) và được gọi là bán dẫn N
Chất bán dẫn N
Trang 82page 82/100
2 Chất bán dẫn loại P
Ngược lại khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In)
vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo
liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống (mang
điện dương) và được gọi là chất bán dẫn P
Chất bán dẫn P
Trang 83page 83/100
NGOÀI RA CÒN CÓ BÁN DẪN THỦY TINH, BÁN DẪN LỎNG, BÁN DẪN HỮU CƠ
Trang 84page 84/100
DIODE QUANG (ĐÈN LED)
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 85page 85/100
số tạp chất hoặc trong lớp nhựa có
chất huỳnh quang
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 86page 86/100
Hiệu suất phát sáng tăng lên 100 lần Đến nay tuy giá còn đắt nhưng LED trắng đang bắt đầu phổ biến vì nó kết hợp được ưu việt về tiết kiệm điện của đèn huỳnh quang, đèn compact và ưu việt về tính nhỏ gọn, tập trung, tắt bật nhanh chóng, dễ dàng của bóng đèn tròn.
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 87page 87/100
Kích thước LED rất nhỏ so với các
bóng đèn hiện nay, cỡ chỉ vài mm,
tiêu hao điện năng ít, có thể nối
tiếp các LED thành các dải đèn dài
hoặc thành từng cụm.
Đèn điốt phát sáng mới gọi là
“LED for AC” sử dụng dòng điện
xoay chiều có thể tiết kiệm đến
80% điện.
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 88page 88/100
LED có tuổi thọ 80.000-100.000 giờ, gấp 50 lần so với bóng
đèn 60W Điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng 6 năm
LED có thể phát ra ánh sáng có màu khác nhau, từ xanh lá
cây, đỏ, đến trắng
Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như không nung nóng môi
trường xung quanh và, khác với các loại bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, mỏi mắt, không phát ra tia cực tím
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 90page 90/100
Những bồn tắm, vòi nước, vòi sen và
bàn ghế phát sáng các sắc đỏ, vàng,
trắng, xanh dương và xanh lá cây.
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 91page 91/100
Ưu điểm của nó là khối lượng nhẹ, tuổi thọ cao, cường độ sáng lớn và rất thời trang Ánh sáng của LED khá lạnh (mang ít
nhiệt) nên những chiếc xe thiết
kế dựa vào LED thường mang dáng vẻ trừu tượng, viễn tưởng
và huyền bí.
Đèn LED của Hella
LED trên chiếc
Iosis giả kim
Trang 92page 92/100
Bảng điện tử LED ma trận
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 93page 93/100
Bảng điện tử LED
hiển thị số
Trong giao thông
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 94page 94/100
Trong một
số dụng cụ chiếu sáng
3 Nguyên lý và ứng dụng của đèn LED
Trang 98page 98/100
KỸ THUẬT LAZER
4 Một số ứng dụng khác
Trang 99page 99/100
Diode chỉnh lưu ở tần số cao hoặc thấp
Transistor công suất cao
Sản xuất vi mạch
4 Một số ứng dụng khác