絕緣體
概念
絕緣體是指在通常情況下不傳導電流的物質。又稱電介質。絕緣體的特點是分子中正負電荷束縛得很緊，可以自由移動的帶電粒子極少，其電阻率很大，約為10～10Ω·m，所以一般情況下可以忽略在外電場作用下自由電荷移動所形成的巨觀電流，而認為是不導電的物質。絕緣體可分為氣態(如氫、氧、氮及一切在非電離狀態下的氣體)、液態(如純水、油、漆及有機酸等)和固態(如玻璃、陶瓷、橡膠、紙、石英等)三類。固態的絕緣體又分為晶體和非晶體兩種。實際的絕緣體並不是完全不導電的，在強電場作用下，絕緣體內部的正負電荷將會掙脫束縛，而成為自由電荷，絕緣性能遭到破壞，這種現象稱為電介質的擊穿。電介質材料所能承受的最大電場強度稱為擊穿場強。在絕緣體中，存在著束縛電荷，在外電場作用下，這種電荷將作微觀位移，從而產生極化電荷，就是所謂電介質的極化。電介質按其物理性能可分為各向同性電介質和各向異性電介質兩種。就極化機制可分為無極分子和有極分子兩種。絕緣體在工程上大量用作電氣絕緣材料、電容器的介質和特殊的電介質器件如壓電晶體等。
原理
絕緣體在某些外界條件，如加熱、加高壓等影響下，會被“擊穿”，而轉化為導體。在未被擊穿之前，絕緣體也不是絕對不導電的物體。如果在絕緣材料兩端施加電壓，材料中將會出現微弱的電流。
絕緣材料中通常只有微量的自由電子，在未被擊穿前參加導電的帶電粒子主要是由熱運動而離解出來的本徵離子和雜質粒子。絕緣體的電學性質反映在電導、極化、損耗和擊穿等過程中。
套用
絕緣體通常用做電纜的外表覆層。事實上空氣本身就是一種絕緣體，並不需要其他的物質進行絕緣。高壓輸電線就是通過空氣絕緣的，因為使用固體（例如塑膠）覆層並不實際。然而，導線相互接觸可能造成短路和火災。在同軸電纜中，中心的導體必須位於正中，以防止電磁波的反射。另外，任何高於60V的電壓都會對人體造成電擊或觸電危險。使用絕緣體作為外表覆層可以防止這些問題。
在電子系統中，印刷電路板通常由環氧塑膠和玻璃纖維製成，不導電的基板對銅導線層起支撐作用。在電子設備中，微小而精密的有效部件鑲嵌在不導電的環氧樹脂，酚醛樹脂，玻璃或陶瓷塗覆層之中。
在諸如電晶體和積體電路等微電子元器件中，摻雜的矽材料通常是一種導體。但是通過在氧氣環境加熱，矽也可以很容易地轉變為絕緣體。矽被氧化將得到石英，也叫二氧化矽。
在帶有變壓器和電容器的高壓系統中，液態的絕緣的機油通常用來防止電弧放電的發生。在需要承受相當高的電壓而不被電擊穿的地方，人們用油替代空氣進行絕緣。其他的絕緣方法包括使用陶瓷，玻璃，真空等，或者在導線相距很遠時亦可使用空氣作為絕緣。
塗覆玻璃絕緣子用於運行在惡劣環境下。
在變電站中, 套用RTV矽橡膠材料防止污閃已經超過30年了。最近, 世界各地的電力公司採用同樣的補救措施解決由於線路絕緣子受重度污穢的影響而帶來的運行問題。當前, 甚至傾向於在設計階段規定採用矽橡膠塗層, 而不是隨後應現場的需求再塗覆絕緣子以及處理相關的費用。雖然對這一解決方案的需求在明顯擴大, 但是關於最佳的塗層材料、性能和預期使用壽命仍然存在著問題。
半導體
概念
半導體（Semiconductor）是指一種導電性可受控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產品，如計算機、行動電話或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等，而矽更是各種半導體材料中，在商業套用上最具有影響力的一種。
原理
材料的導電性是由導帶中含有的電子數量決定。當電子從價帶獲得能量而跳躍至導電帶時，電子就可以在帶間任意移動而導電。一般常見的金屬材料其導電帶與價電帶之間的能隙非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至導電帶而導電，而絕緣材料則因為能隙很大（通常大於9電子伏特），電子很難跳躍至導電帶，所以無法導電。
一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特，介於導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。
半導體通過電子傳導或空穴傳導的方式傳輸電流。電子傳導的方式與銅線中電流的流動類似，即在電場作用下高度電離的原子將多餘的電子向著負離子化程度比較低的方向傳遞。空穴導電則是指在正離子化的材料中，原子核外由於電子缺失形成的“空穴”，在電場作用下，空穴被少數的電子補入而造成空穴移動所形成的電流（一般稱為正電流）。
材料中載流子（carrier）的數量對半導體的導電特性極為重要。這可以通過在半導體中有選擇的加入其他“雜質”（IIIA、VA族元素）來控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個空穴（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。
半導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能頻寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬，意即絕緣體價帶中的載流子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶，進入導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體，只有極少數的載流子具有足夠的能量進入導帶。因此，對於一個在相同電場下的本徵半導體和絕緣體會有類似的電特性，不過半導體的能頻寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。
套用
半導體器件可以通過結構和材料上的設計達到控制電流傳輸的目的，並以此為基礎構建各種處理不同信號的電路。這是半導體在當前電子技術中廣泛套用的原因。
金屬導體
金屬的導電性能是由於在電場作用下自由電子的移動而發生 的。金屬的電阻是由於晶格的熱振動與晶格中的缺陷和雜質引起的。通常金屬的電阻由理想電阻率和剩餘電阻率組成。
在常溫或適度低溫下，純金屬的電阻主要是晶格的熱振動產生的，熱振動的大小正比於絕對溫度。因此金屬的電阻率同溫度存在著線性關係。溫度升高，電阻線性地增加。
在很低的溫度下，晶格的熱振動變得很小了，金屬的電阻幾乎與溫度無關而趨近極限值，變為常數。這個極限電阻值即所謂的剩餘電阻。剩餘電阻率同金屬內部的雜質和缺陷有重大關係。實驗證明，當金屬非常純時，剩餘電阻幾乎趨近於零。由高純銅經特殊加工並嚴格退火的試樣的剩餘電阻率為其室溫電阻的0.0006。在液氫溫度下，這種材料的電阻值已達到剩餘電阻值，亦即在液氫溫度下，高純銅的電阻已經很小了。利用這個特性可以製成液氫冷卻的電磁體，從而使電磁體的能耗降為室溫時的1%。
套用
利用金屬元素的電阻率與溫度的線性關係，可以製成電阻溫度 計和液位計。例如銅、鉬等元素製成的低溫溫度計。
超導體
超導體（superconductor），指可以在在特定溫度以下，呈現電阻為零的導體。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。超導體電阻轉變為零的溫度，稱為超導臨界溫度，據此超導材料可以分為低溫超導材料和高溫超導材料。這裡的“高溫”是相對於絕對零度而言的，其實遠低於冰點攝氏0℃。科學家一直在尋求提高超導材料的臨界溫度，目前高溫超導體的最高溫度記錄是馬克普朗克研究所的203K（-70°C）。
分類
現在對於超導體的分類並沒有統一的標準，通常的分類方法有以下幾種：
通過材料對於磁場的相應可以把它們分為第一類超導體和第二類超導體：對於第一類超導體只存在一個單一的臨界磁場，超過臨界磁場的時候，超導性消失；對於第二類超導體，他們有兩個臨界磁場值，在兩個臨界值之間，材料允許部分磁場穿透材料。
通過解釋的理論不同可以把它們分為：傳統超導體（如果它們可以用BCS理論或其推論解釋）和非傳統超導體（如果它們不能用上述理論解釋）。
通過材料達到超導的臨界溫度可以把它們分為高溫超導體和低溫超導體：高溫超導體通常指它們的轉變溫度達到液氮溫度（大於77K）；低溫超導體通常指它們需要其他特殊的技術才可以達到它們的轉變溫度。
通過材料可以將它們分為化學材料超導體比如：鉛和水銀；合金超導體比如：鈮鈦合金；氧化物超導體,比如釔鋇銅氧化物；有機超導體,比如：碳納米管。
套用
超導磁體可用於製作交流超導發電機、磁流體發電機和超導輸電線路等。目前超導量子干涉儀（SQUID）已經產業化。 另外，作為低溫超導材料的主要代表NbTi合金和NbSn，在商業領域主要套用於醫學領域的MRI（核磁共振成像儀）。作為科學研究領域，已經套用於歐洲的大型項目LHC項目，幫助人類尋求宇宙的起源等科學問題。
導體與絕緣體的相對性
導體與絕緣體的區分是相對的，不是絕對的。例如，螺絲刀的木 柄乾燥時是絕緣體，受潮了則絕緣作用減弱。有些物體碰到低壓時是絕緣體，但碰到高壓時就不再是絕緣體了，使用時千萬要注意。氣體，一般是不導電的，因為原子組成的氣體分 子都是中性的。但在定條件下，中性分子也會由於失去或得到電子而成為帶電的離子。這時氣體也就變成導體了。
