Capire la resistività elettrica della grafite

La resistività elettrica della grafite è una quantità di una grandezza fisica che indica la sua conducibilità. Questo metodo è la tecnica per valutare efficacemente la conduttività di diversi materiali di grafite. La resistività elettrica della grafite si riferisce alla dimensione della resistenza per unità di lunghezza e viene generalmente espressa in ohm-metro, abbreviato in Ω-m.

Misura della resistività elettrica della grafite

Metodo a quattro sonde

Il metodo a quattro sonde è il più utilizzato in laboratorio con un metodo di misurazione ad alta precisione. Quattro sonde, premono la corrente sul campione per calcolare la resistività misurando la differenza di tensione. Il vantaggio del metodo a quattro sonde consiste nell'evitare l'influenza della resistenza di contatto, la precisione di misura è molto elevata e può essere applicato a campioni in forma di massa e di film sottile.

Metodo a due sonde

Il metodo a due sonde applica direttamente la corrente a entrambe le estremità del campione e misura la tensione. Calcolare la resistenza totale. Il vantaggio del metodo a due sonde è che è semplice e facile da usare. Inoltre, il metodo a due sonde si adatta anche a scene di misura veloci e a bassa richiesta.

Metodo del filo caldo

Il metodo del filo caldo utilizza la corrente per riscaldare il filo caldo o la bobina all'interno del campione, al fine di misurare le caratteristiche della resistenza che cambia in base alla temperatura. Questo metodo studia anche la conduttività in condizioni di alta temperatura di diversi materiali.

Metodo a quattro sonde ad alta temperatura

Con questo metodo è possibile testare la resistività nelle condizioni di un ambiente ad alta temperatura. Il metodo a quattro sonde per alte temperature combina il forno per alte temperature con un dispositivo a quattro sonde per la valutazione delle prestazioni ad alta temperatura.

Metodo della resistenza di contatto

Il metodo della resistenza di contatto viene utilizzato soprattutto per gli studi di laboratorio. Una delle misure accurate utilizzate per testare la resistenza di un campione è il circuito di misura bilanciato a ponte di Wheatstone.

Analisi della dipendenza dalla temperatura

L'analisi della dipendenza dalla temperatura può studiare la regola della variazione della resistenza con la temperatura nel materiale di grafite, ottenere la proprietà conduttiva stabile e correlata della grafite e offrire un supporto di dati per l'applicazione di materiali ad alte temperature.

La seguente tabella mostra la resistenza dei diversi materiali di grafite

Fattori che influenzano la resistività elettrica della grafite

Purezza del materiale

Meno impurità contiene un materiale, minore è la sua resistività.

Dimensione e orientamento dei grani

Dimensione dei grani

La resistenza elettrica della grafite dipende in modo significativo dalla dimensione e dall'orientamento dei grani. I grani di dimensioni maggiori riducono l'effetto di dispersione dei confini dei grani e consentono una maggiore continuità del percorso conduttivo, riducendo la resistenza; al contrario, i grani più piccoli hanno confini dei grani più estesi, con conseguente dispersione di elettroni più frequente e quindi aumento della resistenza.

Orientamento

La grafite è un anisotropo con una bassa resistenza al flusso di elettroni lungo il piano dello strato (piano a-b) e lungo una bassa resistenza. Al contrario, la sua resistenza aumenta notevolmente a causa della forza di van der Waals che agisce perpendicolarmente al piano dello strato (asse c). Pertanto, più grande è il grano e più vicina è l'orientazione del grano alla direzione del flusso di corrente, minore sarà la resistenza della grafite.

Difetti strutturali

Difetti del reticolo

I difetti puntiformi nella grafite, come le vacancies e gli atomi di impurità, distruggono il sistema completo di legami π degli atomi di carbonio, bloccano il libero movimento degli elettroni all'interno di uno strato e quindi aumentano la resistività.

Difetti dei confini dei grani

La presenza di confini dei grani aumenta la dispersione degli elettroni, ostacolando il flusso di elettroni attraverso i grani e portando a un aumento della resistività. Inoltre, quanto maggiore è il numero di confini dei grani o quanto minore è la dimensione dei grani, tanto più pronunciato diventa questo effetto.

Difetti interstrato

Questa dislocazione, grinza o lacuna tra gli strati ridurrebbe la conduttività tra la grafite e i suoi strati. strati, rendendo più difficile il flusso degli elettroni lungo la direzione dell'asse c, aumentando così in modo considerevole la resistività verticale.

Porosità e crepe

I pori e le fessure presenti nel prodotto rendono l'area conduttiva effettiva della grafite più bassa e il percorso della corrente più lungo, con conseguente aumento della resistività.

Effetti della temperatura

Si può osservare che con la calcinazione o la grafitizzazione La temperatura aumenta e la resistività specifica del prodotto diminuisce gradualmente. Le ragioni della diminuzione sono tuttavia diverse. Durante la fase di tostatura, il calo della resistività specifica è causato principalmente dal rilascio di volatili, dalla cokizzazione dei leganti e dal continuo restringimento del prodotto. Durante la fase di grafitizzazione, il calo della resistività specifica è dovuto alla trasformazione del carbonio amorfo in grafite struttura cristallina.

Pressione esterna

La pressione esterna aumenta la densificazione del materiale comprimendo i pori della struttura della grafite. La pressione influenza anche la disposizione degli strati cristallini della grafite e diminuisce la resistività in direzione dell'asse c. In generale, la pressione esterna si riflette nella riduzione della porosità, nel miglioramento della connessione dei grani e nell'aumento della disposizione degli strati intermedi.

Confronto della conducibilità elettrica di grafite e rame

In applicazioni a temperatura normale, il rame ha una conduttività superiore a quella della grafite; tuttavia, in applicazioni ad alta temperatura, la grafite mantiene una conduttività superiore a quella del rame.

Conclusione

La resistività ha un grande effetto sulle proprietà elettriche della grafite. La resistività elettrica è uno dei fattori critici che determinano le proprietà elettriche della grafite. Quanto minore è la resistività della grafite, tanto migliore è la sua conducibilità e minore è il consumo di energia.