Nichtleiter sindStoffe, derenelektrische Leitfähigkeit mit weniger als 10⁻⁸ S·cm⁻¹ bzw. einemspezifischen Widerstand von über 10⁸ Ω·cm vergleichsweise gering und daher meist nicht relevant ist und unterhalb der vonHalbleitern liegt.^[1][2][3]

Während der Begriff in derPhysik für beliebige Materialien wie auchGase und dasVakuum benutzt wird, meint man in der Technik meist nurFestkörper.

Andere teilweise synonyme Bezeichnungen sind:

• Isolator: Der Begriff Isolator meint neben der hier beschriebenMaterialeigenschaft auch das nichtleitende Bauteil, das der Befestigung von elektrischen Bauteilen dient.
• Isolierstoff: Werden Nichtleiter zur Isolationelektrischer Leiter verwendet, etwa beiKabeln, so nennt man sie Isolierstoffe.
• Dielektrikum: Bestimmen die Isolierstoffe die elektrischen Eigenschaften vonelektrischen oder elektronischen Bauteilen (z. B.Kondensatoren oderKoaxialkabel), so bezeichnet man sie als Dielektrikum.

Zu den Nichtleitern gehören die meistenNichtmetalle sowieKohlenwasserstoffe und viele andereorganischeVerbindungen.

Ideale Nichtleiter leiten keinenelektrischen Strom, sie haben einen unendlich hohenWiderstand und keine freien beweglichenLadungsträger, wodurch ihre Leitfähigkeit null beträgt. Ideale Nichtleiter gibt es allerdings nicht (da auch das vollkommene Vakuum in der Natur nicht existiert)^[4], nur in einigen Experimenten konnten die Eigenschaften der idealen Nichtleiter (annähernd) erreicht werden,^[5][6] sieheIsolierstoff: Supraisolator-Effekt bzw.Superisolator.

Reale Nichtleiter hingegen besitzen, abhängig von der Temperatur, immer eine schwache Leitfähigkeit und somit einen endlichenspezifischen Widerstand.^[7] Dennoch können sie oft wie ideale Nichtleiter behandelt und ihre Leitfähigkeit vernachlässigt werden.^[8][9]

Aufgrund der Vielfältigkeit der nichtleitenden Materialien ist eine allgemeingültige Beschreibung ihrer physikalischen Eigenschaften außer der elektrischen Leitfähigkeit nicht möglich.

Nichtleiter sind Stoffe, bei denen dieDichte freier elektrischer Ladungsträger (Elektronen und/oder Ionen) sehr klein ist, d. h. die meisten Ladungsträger sind fest gebunden (Elektronen an dieAtome bzw.Ionen imKristallgitter) und haben somitkeine bedeutendeBeweglichkeit.^[10][11] Nur sehr wenige Teilchen sind frei beweglich und bilden Ableitungsströme.

Die Anzahl der frei beweglichen Ladungsträger vergrößert sich mit steigender Temperatur ((starkes) Erhitzen) und mit steigenderSpannung (Feldstärke). Daher können alle Nichtleiter trotz ihrer Benennung mit ausreichend vielEnergie, z. B. bei (sehr) hohen Temperaturen oder durch das Anlegen einer genügend hohen Spannung, zum Leiten von (höheren bzw. hohen) elektrischen Strömen gebracht werden. Dadurch verwandeln sie sich in elektrische Leiter, allerdings oft nur kurzfristig, da vor allem Festkörper dabei häufigirreversibel zerstört werden,^[12][13][14] sieheIsolator: Überlastungsschäden.

So wird auch Diamant, abgesehen vom Anlegen einer sehr hohen Spannung, beiRotglut zum Leiter,^[15] ebenso wieGlas, das dann jedochschmilzt.^[16]

Am Beispiel eines nichtleitenden Festkörpers wie demDiamanten lässt sich dies am besten über dasEnergiebändermodell darstellen.

Bei Nichtleitern ist dasValenzband voll besetzt. Da die „verbotene Zone“ (Energielücke zwischen Valenz- undLeitungsband) sehr groß ist (E_G>3 eV), können Elektronen durch einfache thermische Anregung (beiRaumtemperatur oder unterNormalbedingungen) kaum ins Leitungsband wechseln.^[17][18][19] Ihre gering ausgeprägte Leitfähigkeit kommt daher vor allem durch Ionen zustande.^[20]

Auch bei stark erhöhten Temperaturen, bei denen die mittlere Energie der Elektronen theoretisch ausreichen würde, um ins Leitungsband zu wechseln, ist dies vergleichsweise selten der Fall. Eher kommt es vorher zuIonisationsprozessen, Verunreinigungen führen zu Verlusteffekten, oder das Material wird durch die thermische Belastung zerstört.

In dieser Hinsicht unterscheiden sich Nichtleiter von Halbleitern. Auch diese besitzen eine „Verbotene Zone“, sie ist allerdings so klein, dass viele Elektronen auch bei geringen Temperaturen vom Valenzband in das Leitungsbandangeregt werden können und somit für den Ladungstransport zur Verfügung stehen, ohne dass der Halbleiter beschädigt wird.

Der Grenzbereich zwischen Nichtleitern und Halbleitern liegt bei einer ungefähren Größe der Energielücke von drei Elektronenvolt: unterhalb Halbleiter, oberhalb Nichtleiter.^[21]

Viele Stoffe sind Nichtleiter, einer der bekanntesten Vertreter ist reinerKohlenstoff in derModifikationDiamant. Aber auch zahlreicheKohlenstoffverbindungen zählen zu den Nichtleitern, beispielsweiseBernstein oder verschiedeneKunststoffe. Letztere werden u. a. für die Isolation von Kabeln oder für Gehäuse verwendet. Weitere Nichtleiter sindKeramikwerkstoffe,Glas oder auchSilikone.

Nichtionisierte, trockeneGase, wieArgon,Sauerstoff oder auch normale trockene Luft, sind ebenfalls Nichtleiter. Generell ist die Anwesenheit vonWasser für viele natürliche Stoffe bzw.Stoffgemische (z. B.Holz), die den elektrischen Strom von sich aus nicht bedeutend leiten, dafür verantwortlich, dass diese zum Leiter werden. Denndestilliertes oderdeionisiertes Wasser gilt zwar als Isolator, da aber immer einige Wassermoleküledissoziiert sind, stehenIonen zur Verfügung, die den elektrischen Strom leiten und Wasser zu einem schlechten Isolator machen. Bei normalemLeitungswasser oder Wasser in Seen kommen noch diegelöstenSalze (Metall- und Nichtmetallionen) usw. dazu. Diese erhöhen die Leitfähigkeit enorm und machen Wasser dadurch zu einemLeiter.

Salze im festen Zustand sind – trotz ihres Ionenaufbaus – meist Nichtleiter. Die Bindungskräfte zwischen den Ionen sind zu groß, als dass sich genug Ionen ausreichend frei bewegen könnten. Werden Salze jedochgeschmolzen, so ändert sich das: die Ionen sind nun nicht mehr so fest an ihren Nachbarionen gebunden, und so könnenSalzschmelzen den elektrischen Strom durchIonenleitung gut transportieren.

Wiktionary: Nichtleiter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Versuch der Leibniz Universität Hannover zur Leitfähigkeit von Glas

1. ↑Leonhard Stiny:Aktive elektronische Bauelemente: Aufbau, Struktur, Wirkungsweise, Eigenschaften und praktischer Einsatz diskreter und integrierter Halbleiter-Bauteile. Springer-Verlag, 2016,ISBN 978-3-658-14387-9,S. 7 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 26. November 2016]). 
2. ↑Steffen Paul, Reinhold Paul:Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik 1: Gleichstromnetzwerke und ihre Anwendungen. Springer-Verlag, 2014,ISBN 978-3-642-53948-0,S. 10 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 26. November 2016]). 
3. ↑Volkmar Seidel:Starthilfe Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-322-80016-9,S. 13 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. September 2016]). 
4. ↑Forschung, Februar 2007, CERN. In: FTE info - Sonderausgabe EIROforum. Abgerufen am 25. September 2016. 
5. ↑Plötzlicher Widerstand. In: wissenschaft.de vom 7. April 2008. Abgerufen am 14. September 2019. 
6. ↑Rolf Fischer, Hermann Linse:Elektrotechnik für Maschinenbauer: mit Elektronik, elektrischer Messtechnik, elektrischen Antrieben und Steuerungstechnik. Springer-Verlag, 2009,ISBN 978-3-8348-0799-1,S. 2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 18. November 2016]). 
7. ↑Max Born:Die Relativitätstheorie Einsteins und ihre physikalischen Grundlagen.Books on Demand, 2013,ISBN 978-3-95580-142-7,S. 125 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. September 2016]). 
8. ↑Johann Reth, Hellmut Kruschwitz, Dieter Müllenborn, Klemens Herrmann:Grundlagen der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-322-85081-2,S. 4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. September 2016]). 
9. ↑Burchard Kohaupt:Praxiswissen Chemie für Techniker und Ingenieure. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-663-07703-9,S. 169 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 26. November 2016]). 
10. ↑Wilhelm Heinrich Westphal:Kleines Lehrbuch der Physik: Ohne Anwendung Höherer Mathematik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-662-28562-6,S. 111 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 1. August 2016]). 
11. ↑Alfred X. Trautwein, Uwe Kreibig, Jürgen Hüttermann:Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten. Walter de Gruyter, 2014,ISBN 978-3-11-031682-7,S. 165 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 18. November 2016]). 
12. ↑Milan Vidmar:Vorlesungen über die wissenschaftlichen Grundlagen der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-642-52626-8,S. 76 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 13. Juni 2016]). 
13. ↑Helmut Simon, Rudolf Suhrmann:Der lichtelektrische Effekt und seine Anwendungen. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-642-92737-9,S. 186 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 29. August 2016]). 
14. ↑Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler:Werkstoffe in der Elektrotechnik: Grundlagen – Struktur – Eigenschaften – Prüfung – Anwendung – Technologie. Carl Hanser Verlag, 2013,ISBN 978-3-446-43748-7,S. 105 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. September 2016]). 
15. ↑Eugene G. Rochow:Silicium und Silicone: Über steinzeitliche Werkzeuge, antike Töpfereien, moderne Keramik, Computer, Werkstoffe für die Raumfahrt, und wie es dazu kam. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-662-09896-7,S. 38 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 29. August 2016]). 
16. ↑Klaus Lüders:Relativistische Physik - von der Elektrizität zur Optik. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2015,ISBN 978-3-11-038483-3,S. 170 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. Dezember 2016]). 
17. ↑Günther Oberdorfer:Kurzes Lehrbuch der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-7091-5062-7,S. 75 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 20. Juli 2016]). 
18. ↑Lutz Zülicke:Molekulare Theoretische Chemie: Eine Einführung. Springer-Verlag, 2015,ISBN 978-3-658-00489-7,S. 482 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. September 2016]). 
19. ↑Peter W. Atkins, Julio De Paula:Physikalische Chemie. John Wiley & Sons, 2013,ISBN 978-3-527-33247-2,S. 764 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 16. Dezember 2016]). 
20. ↑Karl Küpfmüller, Wolfgang Mathis, Albrecht Reibiger:Theoretische Elektrotechnik: Eine Einführung. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-642-37940-6,S. 263 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 5. Februar 2017]). 
21. ↑Wilhelm Oburger:Die Isolierstoffe der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-662-26196-5,S. 10 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 20. Juli 2016]). 

• Isolierstoff