價電子的定義：價電子是原子最外層的電子，能夠參與化學鍵的形成和電流的流動。

電導率：電導率衡量材料允許電流通過的能力，取決于自由電子的數(shù)量和行為。

導體：導體（如金屬）具有高電導率，因為它們的原子有1至3個價電子，這些電子容易成為自由電子。

半導體：半導體（如硅）具有中等電導率，它們的原子有4個價電子，通過添加雜質可以提高其電導率。

絕緣體：絕緣體具有低電導率，因為它們的原子有5個或更多價電子，這些電子緊密地束縛在原子上。

那么價電子的是什么呢？以及它如何影響不同元素和材料的電導率。

什么是價電子？

價電子是原子最外層的電子，能夠參與化學鍵的形成和電流的流動。價電子的數(shù)量和排列決定了元素的許多物理、化學和電學性質。

原子由包含質子和中子的原子核以及圍繞其排列的電子組成。原子核帶正電，電子帶負電。原子是電中性的，因為它們的質子和電子數(shù)量相等。

原子中的電子根據(jù)其能量水平排列在不同的殼層中。離原子核最近的殼層能量最低，而離原子核最遠的殼層能量最高。每個殼層都有一個電子的最大容量：第一殼層最多容納2個電子，第二殼層最多容納8個電子，依此類推。

價電子是原子最外層殼層中的電子。它們參與化學鍵的形成，并且可以受到電場或磁場的影響。價電子的數(shù)量從1到8不等，取決于元素。

價電子在決定元素的物理、化學和電學性質方面至關重要。具有相似價電子數(shù)量的元素通常具有相似的反應性和鍵類型。不同的價電子數(shù)量導致不同的電導率和材料類型。

什么是電導率？

電導率衡量材料允許電流通過的能力。電流由移動的電荷組成，通常由自由電子或離子攜帶。高電導率的材料容易導電，而低電導率的材料則電阻較大。

材料的電導率取決于多個因素，如溫度、結構、成分和純度。然而，最重要的因素之一是材料中自由電子的數(shù)量和行為。

自由電子是不受原子緊密束縛的價電子，可以在材料中自由移動。這些電子可以響應外加的電場或電勢差，并朝一個方向漂移，從而形成電流。

材料中自由電子的數(shù)量和行為由其組成原子的價電子數(shù)量決定。通常，價電子數(shù)量較少的材料傾向于有更多的自由電子，而價電子數(shù)量較多的材料傾向于有較少的自由電子。

導體是什么？

導體是具有高電導率的材料，因為它們有許多可以輕松運動的自由電子。導體通常在其原子中有1、2或3個價電子。這些價電子能量較高，與原子的結合較松散。當施加電場或電勢差時，它們可以輕松地從原子中脫離或在材料中移動。

大多數(shù)金屬是良好的電導體，因為它們的原子中價電子數(shù)量較少。例如，銅有一個價電子，鎂有兩個價電子，鋁有三個價電子。這些金屬在其晶體結構中有許多自由電子，當施加電場時可以自由移動。

某些非金屬在特定條件下也可以作為導體。例如，石墨（碳的一種形式）的原子中有四個價電子，但其中只有三個用于與其他碳原子在六邊形晶格中鍵合。當施加電場時，第四個價電子可以在晶格中自由移動。

半導體是什么？

半導體是具有中等電導率的材料，因為它們在特定條件下只有少量可以攜帶電流的自由電子。半導體的原子中有四個價電子，如碳、硅和鍺。這些價電子用于與其他原子在規(guī)則的晶格結構中鍵合。然而，在室溫下，這些價電子中的一些可以獲得足夠的能量脫離鍵合，成為自由電子。當施加電場時，這些自由電子可以攜帶電流。

然而，純半導體中的自由電子數(shù)量非常少，電導率很低。因此，半導體通常會摻雜雜質原子，這些雜質原子的價電子數(shù)量比宿主原子多或少。這會在半導體中產(chǎn)生自由電子的過剩或不足，從而提高其電導率。

摻雜有兩種類型：n型和p型。在n型摻雜中，添加具有五個價電子的雜質原子，如磷或砷。這些原子向半導體捐贈一個額外的價電子，形成稱為電子的負電荷載流子。在p型摻雜中，添加具有三個價電子的雜質原子，如硼（B）。這些原子從半導體中接受一個價電子，形成稱為空穴的正電荷載流子。

半導體廣泛用于各種電子設備，如晶體管、二極管、太陽能電池、發(fā)光二極管（LED）、激光和集成電路。這些設備利用半導體的獨特特性，如它們在導電和絕緣狀態(tài)之間切換的能力、對光和溫度的敏感性以及與其他材料的兼容性。

絕緣體是什么？

絕緣體是具有低電導率的材料，因為它們幾乎沒有或沒有可以攜帶電流的自由電子。絕緣體通常在其原子中有五個或更多價電子。這些價電子緊密地束縛在母原子上，需要大量能量才能脫離或激發(fā)。因此，絕緣體不會響應外加的電場或電勢差，會抵抗或阻斷電流的流動。

大多數(shù)非金屬是良好的電絕緣體，因為它們的原子中價電子數(shù)量較多。例如，氮有五個價電子，硫有六個價電子，氖有八個價電子。這些元素在其結構中沒有自由電子，不允許電流通過。

某些材料在特定條件下也可以作為絕緣體。例如，玻璃和橡膠在室溫下是良好的絕緣體，但在高溫下可以成為導體，因為它們的一些價電子獲得足夠的能量成為自由電子。

絕緣體主要用于防止電流流向不需要或不需要的地方。例如，絕緣體用于涂層電線和電纜，以保護它們免受短路和電擊。絕緣體還用于分離電子設備或電路的不同部分，以防止不必要的相互作用或干擾。

Reference:

1.eletrical: Understanding Valence Electrons and Electrical Conductivity

2.TOSHIBA ELECTRONIC DEVICES