Resistividad eléctrica del grafito

La resistividad eléctrica del grafito es una cantidad física que indica su conductividad. Este método es la técnica para evaluar eficazmente la conductividad en diferentes materiales de grafito. La resistividad eléctrica del grafito corresponde al tamaño de la resistencia por unidad de longitud y se expresa generalmente en ohmios-metro, abreviado como Ω-m.

Medición de la resistividad eléctrica del grafito

Método de cuatro sondas

El método de cuatro sondas es el más utilizado en el laboratorio con un método de medición de alta precisión. Cuatro sondas, pulse la corriente en la muestra para calcular la resistividad mediante la medición de la diferencia de tensión. La ventaja del método de cuatro sondas requiere evitar la influencia de la resistencia de contacto, la precisión de la medición es muy alta, y se puede aplicar a las muestras en forma de masa y película delgada.

Método de dos sondas

El método de dos sondas aplica directamente la corriente a ambos extremos de la muestra y mide la tensión. Calcula la resistencia total. La ventaja del método de dos sondas es que es sencillo y fácil de manejar. Además, el método de dos sondas también se adapta a escenas de medición rápidas y de baja demanda.

Método de hilo caliente

El método del hilo caliente utiliza la corriente para calentar el hilo caliente o la bobina dentro de la muestra con el fin de medir las características de la resistencia que cambia con la temperatura. Este método también estudia la conductividad en condiciones de alta temperatura de diferentes materiales.

Método de cuatro sondas a alta temperatura

Este método permite comprobar la resistividad en condiciones de alta temperatura. El método de cuatro sondas de alta temperatura combina el horno de alta temperatura con un dispositivo de cuatro sondas para evaluar el rendimiento a alta temperatura.

Método de resistencia de contacto

El método de la resistencia de contacto se utiliza sobre todo para estudios de laboratorio cercanos. Una de las medidas precisas utilizadas para comprobar la resistencia de una muestra es el circuito de medida equilibrado de puente de Wheatstone.

Análisis de la dependencia de la temperatura

El análisis de la dependencia de la temperatura puede estudiar la regla del cambio de resistencia con la temperatura en el material de grafito, obtener la propiedad conductora estable y relacionada del grafito, y ofrecer datos de apoyo para la aplicación de materiales a altas temperaturas.

La siguiente tabla muestra la resistencia de diferentes materiales de grafito

Factores que afectan a la resistividad eléctrica del grafito

Pureza del material

Cuantas menos impurezas contenga un material, menor será su resistividad

Granulometría y orientación

Granulometría

La resistencia eléctrica del grafito depende en gran medida del tamaño y la orientación de los granos. Los granos de mayor tamaño reducen el efecto de dispersión de los límites de grano y permiten una mayor continuidad de la trayectoria conductora, reduciendo la resistencia; por el contrario, los granos más pequeños tienen límites de grano más marcados, lo que provoca una dispersión de electrones más frecuente y, por tanto, un aumento de la resistencia.

Orientación

El grafito es un anisótropo material, con baja resistencia al flujo de electrones a lo largo del plano de la capa (plano a-b) y a lo largo de una resistencia baja. Por el contrario, su resistencia aumenta considerablemente debido a la fuerza de van der Waals que actúa perpendicularmente al plano de la capa (eje c). Por lo tanto, cuanto mayor sea el grano y más próxima esté la orientación del grano a la dirección de flujo de la corriente, menor será la resistencia del grafito.

Defectos estructurales

Defectos de red

Los defectos puntuales en el grafito, como las vacantes y los átomos de impureza, destruirán el sistema de enlace π completo de los átomos de carbono, bloquearán el movimiento libre de los electrones dentro de una capa y, por tanto, aumentarán la resistividad.

Defectos del límite de grano

La presencia de límites de grano aumenta la dispersión de electrones, dificultando el flujo de electrones a través de los granos y provocando un aumento de la resistividad. Además, cuanto mayor es el número de límites de grano o menor el tamaño de grano, más pronunciado es este efecto.

Defectos entre capas

Esta dislocación, arruga o hueco entre capas reduciría la conductividad entre el grafito capashaciendo que los electrones fluyan más difícilmente a lo largo de la dirección del eje c, aumentando así verticalmente su resistividad de forma considerable.

Porosidad y grietas

Los poros y las grietas del producto hacen que la superficie conductora efectiva del grafito sea menor y que el recorrido de la corriente sea más largo, lo que aumenta la resistividad.

Efectos de la temperatura

Se puede observar que a medida que la calcinación o grafitización aumenta la temperatura, la resistividad específica del producto disminuye gradualmente. Sin embargo, las razones de la disminución son diferentes. Durante la etapa de tostado, el descenso de la resistividad específica se debe principalmente a la liberación de volátiles, la coquización de los aglutinantes y la contracción continua del producto. Durante la etapa de grafitización, el descenso de la resistividad específica se debe a la transformación del carbono amorfo en grafito estructura cristalina.

Presión externa

La presión externa aumenta la densificación del material al comprimir los poros de la estructura del grafito. La presión también influye en la disposición de las capas de cristal de grafito y disminuye la resistividad en la dirección del eje c. En general, la presión externa se refleja en la reducción de la porosidad, la mejora de la conexión de los granos y la mejora de la disposición entre capas.

Comparación de la conductividad eléctrica del grafito y el cobre

En aplicaciones a temperatura normal, el cobre tiene mayor conductividad que el grafito; sin embargo, en aplicaciones a alta temperatura, el grafito sigue manteniendo una conductividad superior a la del cobre.

Conclusión

La resistividad tiene un gran efecto en la propiedad eléctrica del grafito. La resistividad eléctrica es uno de los factores críticos que determinan la propiedad eléctrica del grafito. Cuanto menor sea, mejor será la conductividad del grafito y menor será su consumo de energía.