
【电】 ionic conductivity
ion
【化】 ion
【医】 ion
【化】 specific conductance
离子导电系数(Ionic Conductivity Coefficient)是描述材料中离子迁移能力的关键物理参数,特指在单位电场强度下,单位时间内通过单位面积的离子电荷量。其国际单位制(SI)单位为西门子每米(S/m)。该参数综合反映了材料的离子迁移率、载流子浓度及温度依赖性,是评估电解质材料性能的核心指标。
汉英对照定义
指材料在电场作用下传导离子的能力,由能斯特-爱因斯坦方程(Nernst-Einstein Equation)定量描述:
$$ sigma = frac{n q D}{k_B T} $$
其中 (sigma) 为离子电导率,(n) 为载流子浓度,(q) 为离子电荷量,(D) 为扩散系数,(k_B) 为玻尔兹曼常数,(T) 为绝对温度。
核心影响因素
固态电解质
如锂离子电池中的 (ce{Li7La3Zr2O12})(LLZO)石榴石电解质,其离子电导率可达 (10^{-3}) S/m 量级,依赖锆位掺杂(如Ta⁵⁺)提升锂离子迁移通道连通性。
生物电化学系统
细胞膜离子通道(如Na⁺/K⁺泵)的导电行为遵循电化学扩散模型,医学研究中通过测量电导率分析神经信号传导机制。
电化学基础理论
Bard, A. J., & Faulkner, L. R. (2001). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications(2nd ed.). Wiley.
(标准电化学教材,涵盖离子传输动力学模型)
固态离子学进展
Goodenough, J. B., & Kim, Y. (2010). "Challenges for Rechargeable Li Batteries." Chemistry of Materials, 22(3), 587–603.
(阐述固态电解质离子传导机制与材料设计原则)
国际标准计量
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book").
(规范术语定义:DOI: 10.1351/goldbook.I03123)
离子导电系数是描述离子在介质(如电解液、固体电解质等)中导电能力的物理量,通常与离子的迁移率、浓度及电荷量相关。以下为详细解释:
基本定义
离子导电系数可理解为电导率(σ)的组成部分,计算公式为:
$$
σ = n cdot q cdot μ
$$
其中:
与电阻率的关系
电阻率(ρ)是电导率的倒数,即 ( ρ = frac{1}{σ} ),单位为欧姆·米(Ω·m)。导电系数越高,材料的导电能力越强。
影响因素
应用领域
离子导电系数在电池电解质、生物细胞膜离子通道、电化学传感器等领域至关重要。例如,锂离子电池的电解质需具备高离子导电系数以减少能量损耗。
与金属导电的区别
金属导电依赖自由电子,而离子导电通过带电粒子迁移实现。金属导电系数通常远高于离子体系,但后者在特定场景(如可充电电池)中不可替代。
离子导电系数综合反映离子在介质中的导电效率,需结合浓度、电荷、迁移率等参数分析,其研究对开发高性能电解质材料具有重要意义。
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