Verständnis des elektrischen Widerstands von Graphit

Der elektrische Widerstand von Graphit ist ein Maß für eine physikalische Größe, die seine Leitfähigkeit angibt. Mit dieser Methode lässt sich die Leitfähigkeit verschiedener Graphitmaterialien effektiv beurteilen. Der elektrische Widerstand von Graphit bezieht sich auf die Größe des Widerstands pro Längeneinheit und wird im Allgemeinen in Ohm-Meter, kurz Ω-m, angegeben.

Messung des elektrischen Widerstands von Graphit

Vier-Sonden-Methode

Die Vier-Sonden-Methode ist die im Labor am häufigsten verwendete Messmethode mit hoher Präzision. Vier Sonden, drücken Sie den Strom auf die Probe, um den spezifischen Widerstand durch Messung der Spannungsdifferenz zu berechnen. Der Vorteil der Vier-Sonden-Methode erfordert die Vermeidung des Einflusses von Kontaktwiderstand, die Messgenauigkeit ist sehr hoch, und kann auf die Proben in Form von Bulk-und Dünnschicht angewendet werden.

Zwei-Sonden-Methode

Bei der Methode mit zwei Sonden wird der Strom direkt an beiden Enden der Probe angelegt und die Spannung gemessen. Berechnen Sie den Gesamtwiderstand. Der Vorteil der Zwei-Sonden-Methode ist, dass sie einfach und leicht zu bedienen ist. Darüber hinaus eignet sich die Zweifühler-Methode auch für schnelle und wenig anspruchsvolle Messszenarien.

Heißer Draht Methode

Bei der Hitzdrahtmethode wird der Hitzdraht oder die Spule im Inneren der Probe mit Strom erhitzt, um die Merkmale des sich durch die Temperatur verändernden Widerstands zu messen. Diese Methode untersucht auch die Leitfähigkeit verschiedener Materialien unter Hochtemperaturbedingungen.

Hochtemperatur-Vier-Sonden-Methode

Mit dieser Methode kann die Widerstandsfähigkeit unter den Bedingungen einer Hochtemperaturumgebung geprüft werden. Die Hochtemperatur-Vier-Sonden-Methode kombiniert den Hochtemperaturofen mit einem Vier-Sonden-Gerät zur Bewertung der Hochtemperaturleistung.

Kontaktwiderstandsmethode

Die Durchgangswiderstandsmethode wird meist für genaue Laboruntersuchungen verwendet. Eine der präzisen Messungen, die zur Prüfung des Widerstands einer Probe verwendet werden, ist die symmetrische Wheatstone-Brücken-Messschaltung.

Analyse der Temperaturabhängigkeit

Die Analyse der Temperaturabhängigkeit kann die Regel des sich mit der Temperatur ändernden Widerstands im Graphitmaterial untersuchen, die stabile und damit zusammenhängende leitende Eigenschaft des Graphits ermitteln und Daten zur Unterstützung der Anwendung von Materialien bei hohen Temperaturen liefern.

Die folgende Tabelle zeigt die Widerstandsfähigkeit der verschiedenen Graphitmaterialien

Faktoren, die den elektrischen Widerstand von Graphit beeinflussen

Reinheit des Materials

Je weniger Verunreinigungen ein Material enthält, desto geringer ist sein spezifischer Widerstand.

Korngröße und Ausrichtung

Größe der Körner

Der elektrische Widerstand von Graphit hängt wesentlich von der Korngröße und -orientierung ab. Größere Körner verringern den Streueffekt an den Korngrenzen und ermöglichen eine größere Kontinuität der Leiterbahn, wodurch der Widerstand sinkt; umgekehrt haben kleinere Körner mehr Korngrenzen, was zu häufigerer Elektronenstreuung führt und damit den Widerstand erhöht.

Orientierung

Graphit ist ein anisotrop Material mit geringem Widerstand gegen den Elektronenfluss entlang der Schichtebene (a-b-Ebene) und entlang des geringen Widerstands. Im Gegensatz dazu steigt der Widerstand aufgrund der van-der-Waals-Kraft, die senkrecht zur Schichtebene (c-Achse) wirkt, erheblich an. Je größer das Korn und je näher die Kornorientierung an der Stromflussrichtung liegt, desto geringer ist der Widerstand von Graphit.

Strukturelle Mängel

Defekte des Gitters

Punktdefekte in Graphit, wie Leerstellen und Fremdatome, zerstören das vollständige π-Bindungssystem der Kohlenstoffatome, blockieren die freie Bewegung der Elektronen innerhalb einer Schicht und erhöhen somit den spezifischen Widerstand.

Korngrenzendefekte

Das Vorhandensein von Korngrenzen erhöht die Elektronenstreuung, behindert den Elektronenfluss durch die Körner und führt zu einem erhöhten spezifischen Widerstand. Außerdem ist dieser Effekt umso ausgeprägter, je größer die Anzahl der Korngrenzen oder je kleiner die Korngröße ist.

Zwischenschichtdefekte

Diese Versetzungen, Falten oder Lücken zwischen den Schichten würden die Leitfähigkeit zwischen Graphit SchichtenDadurch wird der Elektronenfluss entlang der c-Achse erschwert, was zu einem erheblichen Anstieg des Widerstandes in vertikaler Richtung führt.

Porosität und Risse

Durch Poren und Risse im Produkt wird die effektive leitfähige Fläche des Graphits kleiner und der Stromweg länger, was zu einem erhöhten spezifischen Widerstand führt.

Auswirkungen der Temperatur

Es ist zu beobachten, dass mit zunehmender Kalzinierung oder Graphitierung Mit steigender Temperatur nimmt der spezifische Widerstand des Produkts allmählich ab. Die Gründe für die Abnahme sind jedoch unterschiedlich. In der Röstphase ist der Rückgang des spezifischen Widerstands hauptsächlich auf die Freisetzung flüchtiger Stoffe, die Verkokung von Bindemitteln und das kontinuierliche Schrumpfen des Produkts zurückzuführen. Während der Graphitierungsphase ist der Rückgang des spezifischen Widerstands auf die Umwandlung von amorphem Kohlenstoff in Graphit Kristallstruktur.

Externer Druck

Der äußere Druck erhöht die Verdichtung des Materials durch Komprimierung der Poren der Graphitstruktur. Der Druck beeinflusst auch die Anordnung der Graphitkristallschichten und verringert den spezifischen Widerstand in Richtung der c-Achse. Im Allgemeinen wirkt sich der äußere Druck auf die Verringerung der Porosität, die Verbesserung der Kornverbindung und die Verbesserung der Anordnung der Zwischenschichten aus.

Vergleich der elektrischen Leitfähigkeit von Graphit und Kupfer

Bei normalen Temperaturen hat Kupfer eine höhere Leitfähigkeit als Graphit; bei hohen Temperaturen hat Graphit jedoch immer noch eine höhere Leitfähigkeit als Kupfer.

Schlussfolgerung

Der spezifische Widerstand hat einen großen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften von Graphit. Der elektrische Widerstand ist einer der entscheidenden Faktoren, die die elektrischen Eigenschaften von Graphit bestimmen. Je geringer der Widerstand von Graphit ist, desto besser ist seine Leitfähigkeit und desto geringer ist der Energieverbrauch.