為什么金屬可以導電

秋葉

人們通常用電阻率這個量來衡量材料導電性質的好壞，判斷它是不是金屬。金屬的導電性質好，電阻率小，比如說金、銀、銅、鐵、鋁等。絕緣體不導電，電阻率非常大，比如說陶瓷、干燥的木材等。

參與導電的微觀粒子稱為載流子（運載電流的粒子）。不同材料里的載流子不一樣，簡單地說，材料的導電性質取決于載流子的數量多少、載流子本身的性質以及外界對載流子傳輸過程的影響。一般來說，液體里的載流子是離子，而固體材料中是電子，因為離子的質量大、數量少、運動速度慢，所以液體的導電性比固體材料差得多。

但是，并非所有的固體材料都導電。金屬和陶瓷里都有大量的電子，在材料的兩端加電壓，金屬里的電子可以在電場的作用下移動，而陶瓷里的不能動，這就是它們導電性質差別很大的原因。同樣是可以導電的金屬，它們的電阻率也不一樣，比如說，金、銀、銅的導電性質比鐵、鋁好得多。這有很多原因，包括：不同金屬中包含的能自由運動的電子數目有差別；不同金屬的具體結構有差別；金屬本身的結構不是那么完美，有各種各樣的缺陷；金屬中包含的雜質數量有差別。

材料的導電性質還受到它所處的環境溫度的影響，因為溫度影響了參與導電的電子數量和單個電子的導電本領。一般來說，溫度越低，金屬的導電性質越好，而半導體在一些特定的溫度范圍里，隨著溫度的升高，半導體的導電性質可能會變好，甚至變好了很多。這是由金屬和半導體的結構差異造成的。

在非常低的溫度下，有些材料在導電的時候甚至可以完全沒有電阻——這就是超導體。科學家對這種現象的物理機制已經有了相當深入的了解，并努力探索和制造新的材料，爭取讓它們在室溫下也能保持電阻為零的特性。如果真的能夠實現這個目標，就會顯著地改變我們的用電方式。