基本介紹
- 中文名：自由電子密度
- 外文名：free electron density
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：電子工程
- 自由電子：金屬導體中的自由電荷
- 定義：單位體積導體中的自由電子數量
自由電子,自由電子密度簡介,合金中微觀缺陷與自由電子密度關係,自由電子密度與電漿隱身,
自由電子
自由電子就是指不被約束在某一個原子內部的電子。這種電子在受到外電場或外磁場的作用時，能夠在物質中或真空中運動。如原子結合成金屬晶體主要是靠原子外層的價電子和部分的內層電子。在通常情況下，某些價電子可以脫離原子，而自由地在晶體點陣中運動。這種電子就稱為自由電子。
不僅金屬導體中的自由電荷，半導體中的自由電荷及絕緣體中的微量自由電荷都屬於自由電子。自由電子的多寡會影響物質的導電性和導熱性，自由電子愈多，導電的能力愈強。大部分的金屬都有相當數量的自由電子，非金屬則相反。（但是亦有例外，如石墨。）
自由電子密度簡介
自由電子密度指的是單位體積導體中的自由電子數量。銅的自由電子密度為
。各種金屬的自由電子密度有相同的數量級（
）。鋁的自由電子密度比銅的大，鋁有三個自由電子，銅有兩個自由電子，而且鋁的電子云半徑比銅的電子云半徑更小，因此鋁的自由電子密度比銅大。但由於鋁對電子的吸引力比銅大，所以通電的時候，銅更易導電。
合金中微觀缺陷與自由電子密度關係
在Fe-Al合金系中，
和
合金以優良的高溫強度、抗氧化性和抗腐蝕性等得到人們的重視，有望成為新一代高溫結構材料。但是，在室溫下，如何在提高其強度的同時降低其脆性是亟待解決的一項重大課題。研究發現，增加Fe-Al合金中的Al含量會導致塑性降低，而合金化是改變其力學性能的重要方法。劉青宜等通過分析不同含量Cr和Si的Fe-Al合金的正電子壽命，研究了Cr和Si對二元合金微觀缺陷及電子密度的影響。
實驗所用合金化學成分如圖1所示。按照圖中參數配製合金原料，用真空感應電爐進行熔煉，並鑄造成錠。合金在1000℃下保溫10h做均勻化處理，用線切割切出D=12mm，厚度為1mm的圓片，磨平拋光處理並製作正電子實驗試樣。正電子壽命譜採用快符合譜儀以“樣品一源一樣品”的結構排列進行測定，將此“三明治”結構置於起始和終止量道探針之間平行排列，測量溫度為25℃。
隨著Al元素在合金中含量的增加，微空洞的開空間會增大、空位濃度也會增加。同時Al原子中的電子會和Fe原子中的電子形成共價鍵，導致電子密度在合金中下降。而Cr元素的進入會升高合金中的電子密度，增強金屬鍵的合力。但是，Si元素在合金中又會降低電子密度，減弱金屬鍵的合力。
自由電子密度與電漿隱身
電漿隱身技術是具有頻頻寬、效率高、使用方便、對飛行器影響小、價格低等優點的新型隱身技術。正受到世界各軍事強國的廣泛關注，成為一個熱門的研究課題。據報導，俄、美等國的電漿隱身技術已進入實際套用階段。20世紀90年代中期，美國體斯實驗室進行的實驗表明，套用電漿隱身技術，可使一個13cm長的微波反射器的雷達散射截面在4~14GHz範圍內平均降低20dB。1997年美國海軍委託田納西大學等單位開發出了電漿隱身天線。1999年俄羅斯已將電漿隱身技術套用到米格噴氣戰鬥機上。
詹康生等研究了不均勻非磁化電漿片的自由電子密度與目標隱身的關係，給出不同電漿自由電子密度分布時，對不同頻段的雷達電磁波的衰減。研究發現，電漿的自由電子密度應與雷達頻率相關。雷達在高頻、甚高頻等低頻段工作時，電漿隱身的效果不理想;雷達工作在L. S, C. X等高頻頻段時，電漿隱身效果顯著。此外，我們發現對不同的雷達頻率，電漿存在一個最佳碰撞頻率使入射電磁波衰減最大，該頻率接近入射電磁波的頻率。
