O que determina as características de condutor/isolante em um determinado material?

Passo 1

O enunciado pergunta o que, no nível microscópico, faz um material comportar-se como condutor ou isolante. Para responder vamos recorrer à teoria de bandas de energia em sólidos, que nos mostra como elétrons se movem no material.

Passo 2

Em um sólido, os níveis atômicos discretos dos átomos se combinam e formam duas bandas principais:
– A banda de valência, onde estão os elétrons ligados;
– A banda de condução, onde os elétrons podem se mover livremente e conduzir corrente.

Passo 3

Entre essas duas bandas há um espaço vazio chamado banda proibida, cuja largura é \,E_g.
– Se \,E_g\approx0 ou as bandas chegam a se sobrepor, há muitos elétrons na banda de condução: o material é condutor (metal).
– Se \,E_g for grande (tipicamente \,E_g>3\text{ eV}), quase nenhum elétron salta para a banda de condução: o material é isolante.

Passo 4

Materiais semimetálicos ou semicondutores têm \,E_g intermediário ( \sim0{,}1\text{–}3\text{ eV}) e sua condutividade depende de temperatura e dopagem, pois calor ou impurezas ajudam elétrons a vencer \,E_g.

Resposta

A característica de condutor ou isolante é determinada principalmente pela largura da banda proibida \,E_g e pela disponibilidade de elétrons livres na banda de condução.

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