Sie besitzen frei bewegliche Elektronen. Daher haben sie eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit .
Beispiele: Alle Metalle und einige wenige Nichtmetalle (z.B Graphit). Die Leitfähigkeit sinkt etwas mit steigender Temperatur.
Die Elektronen sind lokalisiert, daher haben sie nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit und meist (aber nicht immer) auch eine kleine thermische Leitfähigkeit. Sie sind oft durchsichtig, da die Lichtenergie von den fest gebundenen Elektronen nicht absorbiert werden kann.
Beispiele: Gläser, Keramik, die meisten Polymere.
Sie besitzen wenig freie Ladungsträger (Elektronen und sog. "Löcher " oder "Defektelektronen") und sind bei tiefen Temperaturen nichtleitend. Die Leitfähigkeit steigt mit der Temperatur stark an. Sie kann durch Kristalldefekte stark beeinflußt werden. Durch Einstrahlung von Licht können freie Ladungsträger erzeugt werden (Solarzelle).
Beispiele: Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs).
Die verfügbaren Ladungsträger sind positive oder negative Ionen. Der Leitungsmechanismus erfolgt über Platzwechsel der Ionen entlang Gitterdefekten und Leerstellen. Die Leitfähigkeit nimmt mit bei festen Ionenleitern mit der Temperatur stark zu.
Beispiel: Metalloxide, ZrO2 in der l-Sonde; (und alle flüssigen Elektrolyte).
Polymere sind überwiegend Isolatoren. In neuerer Zeit hat man aber auch elektrisch leitende und halbleitende Polymere gefunden mit Leitfähigkeiten bis zu 5 · 104 W–1 m–1 entlang den Polymerketten.
Sie besitzen eine nach außen wirksame Magnetisierung (Ferromagnete) oder ein magnetisches Moment der Einzelatome. Viele Metalle sind paramagnetisch, einige wenige ferromagnetisch. Die magnetische Eigenschaft als solche hängt nicht unmittelbar von der Struktur des Materials ab; ist aber immer durch die Elektronen bedingt.
Immer Isolatoren, interessant sind Dielektrizitätskonstanten er und die Durchbruchsfeldstärke im Sinne des 1. Hauptsatzes der Materialwissenschaft.
| Physikalischer Effekt |
Feld |
Fluß und Mechanismus |
Anwendung |
|---|---|---|---|
| elektrisch | Bewegung von Elektronen | Elektrotechnik, Kabel, Schalter etc. | |
|
elektrisch | Bewegung von gekoppelten Elektronenpaaren |
Kabel, Magnete | |
| elektrisch |
Bewegung von Ionen | Sensoren |
|
| elektromagnetisch |
Quantensprünge von Elektronen zwischen diskreten Energieniveaus, Bandschema |
Detektoren | |
| magnetisch |
Magnetischer Fluß oder Induktion; Ausrichtung magnetischer Momente, Spins | Trafo, Datenspeicherung | |
|
"thermisch" |
Energieausgleich, Beweglichkeit von Elektronen in Metallen |
Maschinenbau, Turbinen, Kühlung |
