Comprendre la résistivité électrique du graphite

La résistivité électrique du graphite est une quantité physique qui indique sa conductivité. Cette méthode permet d'évaluer efficacement la conductivité de différents matériaux en graphite. La résistivité électrique du graphite se rapporte à la taille de la résistance par unité de longueur et est généralement exprimée en ohm-mètre, en abrégé Ω-m.

Mesure de la résistivité électrique du graphite

Méthode des quatre sondes

La méthode des quatre sondes est la plus couramment utilisée en laboratoire avec une méthode de mesure de haute précision. Quatre sondes appuient le courant sur l'échantillon pour calculer la résistivité en mesurant la différence de tension. L'avantage de la méthode des quatre sondes est qu'elle permet d'éviter l'influence de la résistance de contact, que la précision de la mesure est très élevée et qu'elle peut être appliquée aux échantillons sous forme de masse et de couche mince.

Méthode à deux sondes

La méthode des deux sondes applique directement le courant aux deux extrémités de l'échantillon et mesure la tension. Calculer la résistance totale. L'avantage de la méthode des deux sondes est qu'elle est simple et facile à utiliser. En outre, la méthode à deux sondes s'adapte également à des scènes de mesure rapides et peu exigeantes.

Méthode du fil chaud

La méthode du fil chaud utilise le courant pour chauffer le fil chaud ou la bobine à l'intérieur de l'échantillon afin de mesurer les caractéristiques de la résistance qui varient en fonction de la température. Cette méthode permet également d'étudier la conductivité à haute température de différents matériaux.

Méthode des quatre sondes à haute température

Cette méthode permet de tester la résistivité dans un environnement à haute température. La méthode des quatre sondes à haute température combine le four à haute température avec un dispositif à quatre sondes pour l'évaluation des performances à haute température.

Méthode de résistance de contact

La méthode de la résistance de contact est principalement utilisée pour des études de laboratoire approfondies. L'une des mesures précises utilisées pour tester la résistance d'un échantillon est le circuit de mesure équilibré du pont de Wheatstone.

Analyse de la dépendance à l'égard de la température

L'analyse de la dépendance à la température permet d'étudier la règle du changement de résistance en fonction de la température dans le matériau graphite, d'obtenir les propriétés conductrices stables et connexes du graphite et d'offrir des données de soutien pour l'application de matériaux à des températures élevées.

Le tableau suivant indique la résistance de différents matériaux en graphite

Facteurs affectant la résistivité électrique du graphite

Pureté des matériaux

Moins un matériau contient d'impuretés, plus sa résistivité est faible.

Taille et orientation des grains

Taille des grains

La résistance électrique du graphite dépend de manière significative de la taille et de l'orientation des grains. Les grains de grande taille réduisent l'effet de diffusion des joints de grains et permettent une plus grande continuité du chemin conducteur, ce qui réduit la résistance ; inversement, les grains plus petits ont des joints de grains plus importants, ce qui entraîne une diffusion plus fréquente des électrons et donc une augmentation de la résistance.

Orientation

Le graphite est un anisotrope Le matériau de la couche a-b, qui présente une faible résistance au flux d'électrons le long du plan de la couche (plan a-b) et une faible résistance le long du plan de la couche (axe c). En revanche, sa résistance augmente considérablement en raison de la force de van der Waals agissant perpendiculairement au plan de la couche (axe c). Par conséquent, plus le grain est gros et plus l'orientation du grain est proche de la direction du courant, plus la résistance du graphite est faible.

Défauts structurels

Défauts du réseau

Les défauts ponctuels dans le graphite, comme les vides et les atomes d'impureté, détruisent le système complet de liaisons π des atomes de carbone, bloquent la libre circulation des électrons dans une couche et augmentent ainsi la résistivité.

Défauts au niveau des joints de grains

La présence de joints de grains augmente la diffusion des électrons, entravant le flux d'électrons à travers les grains et conduisant à une résistivité accrue. En outre, plus le nombre de joints de grains est élevé ou plus la taille des grains est petite, plus cet effet est prononcé.

Défauts entre les couches

Cette dislocation, cette ride ou cet espace entre les couches réduirait la conductivité entre le graphite et les autres matériaux. couchesLa résistivité de l'axe c est plus élevée que celle de l'axe b, ce qui rend le flux d'électrons plus difficile le long de l'axe c, augmentant ainsi considérablement la résistivité verticale de l'axe c.

Porosité et fissures

Les pores et les fissures du produit réduisent la surface conductrice effective du graphite et allongent le trajet du courant, ce qui accroît la résistivité.

Effets de la température

On peut observer qu'à mesure que la calcination ou la graphitisation température augmente, la résistivité spécifique du produit diminue progressivement. Les raisons de cette diminution sont toutefois différentes. Au cours de la phase de torréfaction, la baisse de la résistivité spécifique est principalement due à la libération de substances volatiles, à la cokéfaction des liants et au rétrécissement continu du produit. Au cours de la phase de graphitisation, la baisse de la résistivité spécifique est due à la transformation du carbone amorphe en graphite structure cristalline.

Pression externe

La pression externe augmente la densification du matériau en comprimant les pores de la structure du graphite. La pression influence également la disposition des couches de cristaux de graphite et diminue la résistivité dans la direction de l'axe c. En général, la pression externe se traduit par une réduction de la porosité, une amélioration de la connexion des grains et une meilleure disposition des couches intermédiaires.

Comparaison de la conductivité électrique du graphite et du cuivre

Dans les applications à température normale, le cuivre a une conductivité supérieure à celle du graphite ; cependant, dans les applications à haute température, le graphite conserve une conductivité supérieure à celle du cuivre.

Conclusion

La résistivité a un effet important sur les propriétés électriques du graphite. La résistivité électrique est l'un des facteurs critiques qui déterminent les propriétés électriques du graphite. Plus elle est faible, meilleure est la conductivité du graphite et plus faible est la consommation d'énergie.