黒鉛の電気抵抗率を理解する

黒鉛の電気抵抗率は、その導電性を示す物理量の量である。この方法は、異なる黒鉛材料の導電性を効果的に評価する技術である。黒鉛の電気抵抗率は、単位長さあたりの抵抗の大きさに関係し、一般にΩ・mで表されます。

グラファイト電気抵抗測定

4プローブ法

4探針法は、実験室で最も一般的に使用されている高精度測定法です。4本のプローブで試料に電流を流し、電圧差を測定して抵抗率を算出します。4探針法の利点は、接触抵抗の影響を避ける必要があり、測定精度が非常に高く、バルクと薄膜の形の試料に適用することができます。

2プローブ法

2プローブ法は、試料の両端に直接電流を流し、電圧を測定します。全抵抗値を計算する。2プローブ法の利点は、シンプルで操作が簡単なことです。また、2プローブ法は、高速で要求の少ない測定シーンにも適応します。

ホットワイヤー方式

熱線法は、試料内部の熱線やコイルを電流で加熱し、温度によって変化する抵抗の特性を測定する方法である。また、高温下での導電性を調べることもできる。

高温4探針法

この方法により、高温環境下での抵抗率を試験することができる。高温4探針法は、高温炉と4探針装置を組み合わせた高温性能評価法である。

接触抵抗法

接触抵抗法は、ほとんどの場合、密接な実験室研究に使用されます。試料の抵抗値をテストするために使用される正確な測定の1つは、ホイートストンブリッジ平衡測定回路です。

温度依存性分析

温度依存性解析は、黒鉛材料の温度による抵抗変化の法則を研究し、黒鉛の安定した導電特性と関連する導電特性を得ることができ、高温での材料応用のためのデータサポートを提供することができる。

次の表は、さまざまな黒鉛材料の抵抗を示している。

黒鉛の電気抵抗率に影響を与える要因

材料の純度

材料に含まれる不純物が少ないほど、その抵抗率は低くなる。

粒度と方位

粒度

黒鉛の電気抵抗は、粒径と方位に大きく依存する。逆に、粒径が小さいと粒界が大きくなり、電子の散乱が多くなるため抵抗が増加する。

オリエンテーション

グラファイトは 異方 材料であり、層平面（a-b平面）に沿った電子の流れに対する抵抗が低く、低抵抗である。一方、層面（c軸）に垂直に働くファンデルワールス力により、その抵抗は著しく増加する。したがって、粒子が大きく、粒方位が電流の流れる方向に近いほど、グラファイトの抵抗は低くなる。

構造上の欠陥

格子欠陥

グラファイト中の空孔や不純物原子のような点欠陥は、炭素原子の完全なπ結合系を破壊し、層内での電子の自由な動きを妨げ、その結果、抵抗率を増加させる。

粒界欠陥

粒界の存在は電子散乱を増大させ、粒界を横切る電子の流れを妨げ、抵抗率の上昇につながる。さらに、粒界の数が多いほど、あるいは粒径が小さいほど、この効果は顕著になる。

層間欠陥

この層間の転位、しわ、ギャップは、グラファイト間の導電性を低下させる。 レイヤーズそのため、c軸方向に電子が流れにくくなり、垂直方向の抵抗率が大幅に上昇する。

ポロシティとクラック

製品内の気孔やクラックは、グラファイトの有効導電面積を低くし、電流の経路を長くして、抵抗率の向上につながる。

温度効果

焼成が進むにつれて、あるいは 黒鉛化 温度が上昇すると、製品の比抵抗は徐々に低下する。しかし、低下する理由は異なる。焙焼段階では、比抵抗の低下は主に、揮発性物質の放出、結合剤のコークス化、製品の連続的な収縮によるものである。黒鉛化段階での比抵抗の低下は、アモルファス・カーボンの グラファイト 結晶構造。

外圧

外部圧力は、黒鉛構造の細孔を圧縮することにより、材料の緻密化を増加させる。また、圧力は黒鉛結晶層の配列に影響を与え、c軸方向の抵抗率を低下させる。一般に、外圧は気孔率の減少、結晶粒の連結の改善、層間配列の向上に反映される。

グラファイトと銅の電気伝導度の比較

常温用途では、銅の方がグラファイトよりも導電率が高いが、高温用途では、グラファイトの方が銅よりも高い導電率を維持している。

結論

抵抗率は黒鉛の電気特性に大きな影響を与える。電気抵抗率は、黒鉛の電気特性を決定する重要な因子の一つである。電気抵抗率が小さければ小さいほど、黒鉛の導電性は良くなり、エネルギー消費量も少なくなる。