Κατανόηση της ηλεκτρικής αντίστασης του γραφίτη

Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του γραφίτη είναι μια ποσότητα ενός φυσικού μεγέθους, που δείχνει την αγωγιμότητά του. Αυτή η μέθοδος είναι η τεχνική για την αποτελεσματική αξιολόγηση της αγωγιμότητας σε διάφορα υλικά γραφίτη. Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του γραφίτη αφορά το μέγεθος της αντίστασης ανά μονάδα μήκους και εκφράζεται γενικά σε Ω-μέτρα, εν συντομία ως Ω-m.

Μέτρηση ηλεκτρικής αντίστασης γραφίτη

Μέθοδος τεσσάρων ανιχνευτών

Η μέθοδος τεσσάρων ανιχνευτών είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη στο εργαστήριο με μέθοδο μέτρησης υψηλής ακρίβειας. Τέσσερις ανιχνευτές, πιέστε το ρεύμα στο δείγμα για να υπολογίσετε την ειδική αντίσταση με τη μέτρηση της διαφοράς τάσης. Το πλεονέκτημα της μεθόδου τεσσάρων αισθητήρων απαιτεί την αποφυγή της επιρροής της αντίστασης επαφής, η ακρίβεια μέτρησης είναι πολύ υψηλή και μπορεί να εφαρμοστεί στα δείγματα με τη μορφή χύδην και λεπτού φιλμ.

Μέθοδος δύο ανιχνευτών

Η μέθοδος των δύο αισθητήρων εφαρμόζει απευθείας το ρεύμα και στα δύο άκρα του δείγματος και μετρά την τάση. Υπολογίστε τη συνολική αντίσταση. Το πλεονέκτημα της μεθόδου δύο αισθητήρων είναι ότι είναι απλή και εύκολη στη λειτουργία. Επιπλέον, η μέθοδος δύο αισθητήρων προσαρμόζεται επίσης σε γρήγορες και χαμηλής ζήτησης σκηνές μέτρησης.

Μέθοδος θερμού σύρματος

Η μέθοδος θερμού σύρματος χρησιμοποιεί το ρεύμα για να θερμάνει το θερμό σύρμα ή το πηνίο μέσα στο δείγμα, προκειμένου να μετρηθούν τα χαρακτηριστικά της αντίστασης που μεταβάλλονται από τη θερμοκρασία. Η μέθοδος αυτή μελετά επίσης την αγωγιμότητα σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας διαφόρων υλικών.

Μέθοδος τεσσάρων ανιχνευτών υψηλής θερμοκρασίας

Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να ελεγχθεί η ειδική αντίσταση σε συνθήκες περιβάλλοντος υψηλής θερμοκρασίας. Η μέθοδος τεσσάρων ανιχνευτών υψηλής θερμοκρασίας συνδυάζει τον κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας με μια συσκευή τεσσάρων ανιχνευτών για την αξιολόγηση της απόδοσης σε υψηλές θερμοκρασίες.

Μέθοδος αντίστασης επαφής

Η μέθοδος αντίστασης επαφής χρησιμοποιείται κυρίως για στενές εργαστηριακές μελέτες. Μία από τις ακριβείς μετρήσεις που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της αντίστασης ενός δείγματος είναι το ισορροπημένο κύκλωμα μέτρησης με γέφυρα Wheatstone.

Ανάλυση εξάρτησης από τη θερμοκρασία

Η ανάλυση εξάρτησης από τη θερμοκρασία μπορεί να μελετήσει τον κανόνα της μεταβαλλόμενης αντίστασης με τη θερμοκρασία στο υλικό γραφίτη, να αποκτήσει τη σταθερή και σχετική αγώγιμη ιδιότητα του γραφίτη και να προσφέρει υποστήριξη δεδομένων για την εφαρμογή υλικών σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο ακόλουθος πίνακας δείχνει την αντίσταση των διαφόρων υλικών γραφίτη

Παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική ηλεκτρική αντίσταση του γραφίτη

Καθαρότητα υλικού

Όσο λιγότερες προσμίξεις περιέχει ένα υλικό τόσο μικρότερη είναι η ειδική αντίστασή του.

Μέγεθος και προσανατολισμός κόκκων

Μέγεθος κόκκων

Η ηλεκτρική αντίσταση του γραφίτη εξαρτάται σημαντικά από το μέγεθος και τον προσανατολισμό των κόκκων. Οι κόκκοι μεγαλύτερου μεγέθους μειώνουν το φαινόμενο της σκέδασης των ορίων των κόκκων και επιτρέπουν μεγαλύτερη συνέχεια της αγώγιμης διαδρομής, μειώνοντας την αντίσταση- αντίθετα, οι μικρότεροι κόκκοι έχουν αυξημένα όρια κόκκων με αποτέλεσμα συχνότερη σκέδαση ηλεκτρονίων και συνεπώς αύξηση της αντίστασης.

Προσανατολισμός

Ο γραφίτης είναι ένα ανισοτροπική υλικό, με χαμηλή αντίσταση στη ροή των ηλεκτρονίων κατά μήκος του επιπέδου του στρώματος (επίπεδο α-β) και κατά μήκος της χαμηλής αντίστασης. Αντίθετα, η αντίστασή του αυξάνεται σημαντικά λόγω της δύναμης van der Waals που δρα κάθετα στο επίπεδο του στρώματος (άξονας c). Επομένως, όσο μεγαλύτερος είναι ο κόκκος και όσο πιο κοντά είναι ο προσανατολισμός του κόκκου στη διεύθυνση ροής του ρεύματος, τόσο μικρότερη θα είναι η αντίσταση του γραφίτη.

Δομικά ελαττώματα

Ατέλειες πλέγματος

Οι σημειακές ατέλειες στο γραφίτη, όπως τα κενά και τα άτομα πρόσμιξης, καταστρέφουν το πλήρες σύστημα δεσμών π των ατόμων άνθρακα, εμποδίζουν την ελεύθερη κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα στρώμα και έτσι αυξάνουν την ειδική αντίσταση.

Ατέλειες ορίων κόκκων

Η παρουσία των ορίων των κόκκων αυξάνει τη σκέδαση των ηλεκτρονίων, εμποδίζοντας τη ροή των ηλεκτρονίων διαμέσου των κόκκων και οδηγώντας σε αυξημένη ειδική αντίσταση. Επιπλέον, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ορίων κόκκων ή όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των κόκκων, τόσο πιο έντονο γίνεται αυτό το φαινόμενο.

Ατέλειες μεταξύ των στρώσεων

Αυτή η εξάρθρωση, η ρυτίδα ή το κενό μεταξύ των στρωμάτων θα μείωνε την αγωγιμότητα μεταξύ του γραφίτη στρώματα, κάνοντας τα ηλεκτρόνια να ρέουν πιο δύσκολα κατά μήκος της διεύθυνσης του άξονα γ, αυξάνοντας έτσι κάθετα την ειδική αντίστασή του σημαντικά.

Πορώδες και ρωγμές

Οι πόροι και οι ρωγμές στο προϊόν καθιστούν την αποτελεσματική αγώγιμη επιφάνεια του γραφίτη μικρότερη, τη διαδρομή του ρεύματος μεγαλύτερη, οδηγώντας σε αυξημένη ειδική αντίσταση.

Επιδράσεις της θερμοκρασίας

Μπορεί να παρατηρηθεί ότι καθώς η πύρωση ή η γραφιτοποίηση η θερμοκρασία αυξάνεται, η ειδική αντίσταση του προϊόντος μειώνεται σταδιακά. Ωστόσο, οι λόγοι της μείωσης είναι διαφορετικοί. Κατά το στάδιο του ψησίματος, η πτώση της ειδικής αντίστασης προκαλείται κυρίως από την απελευθέρωση πτητικών ουσιών, την κοκκοποίηση των συνδετικών ουσιών και τη συνεχή συρρίκνωση του προϊόντος. Κατά το στάδιο της γραφιτοποίησης, η πτώση της ειδικής αντίστασης οφείλεται στη μετατροπή του άμορφου άνθρακα σε γραφίτης κρυσταλλική δομή.

Εξωτερική πίεση

Η εξωτερική πίεση αυξάνει τη συμπύκνωση του υλικού συμπιέζοντας τους πόρους της δομής του γραφίτη. Η πίεση επηρεάζει επίσης τη διάταξη των κρυσταλλικών στρωμάτων γραφίτη και μειώνει την ειδική αντίσταση στη διεύθυνση του άξονα c. Γενικά, η εξωτερική πίεση αντανακλάται στη μείωση του πορώδους, στη βελτίωση της σύνδεσης των κόκκων και στην ενίσχυση της διάταξης μεταξύ των στρωμάτων.

Σύγκριση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του γραφίτη και του χαλκού

Σε εφαρμογές κανονικής θερμοκρασίας, ο χαλκός έχει υψηλότερη αγωγιμότητα από τον γραφίτη- ωστόσο, σε εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, ο γραφίτης εξακολουθεί να διατηρεί υψηλότερη αγωγιμότητα από τον χαλκό.

Συμπέρασμα

Η ειδική αντίσταση είχε μεγάλη επίδραση στην ηλεκτρική ιδιότητα του γραφίτη. Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση είναι ένας από τους κρίσιμους παράγοντες που καθορίζουν την ηλεκτρική ιδιότητα του γραφίτη. Όσο μικρότερη είναι η ειδική αντίσταση του γραφίτη, τόσο καλύτερη είναι η αγωγιμότητά του και τόσο μικρότερη η κατανάλωση ενέργειας.