Grafiet elektrische weerstand begrijpen

De elektrische weerstand van grafiet is een fysische grootheid die de geleidbaarheid aangeeft. Deze methode is de techniek om geleidbaarheid in verschillende grafietmaterialen effectief te beoordelen. De elektrische weerstand van grafiet heeft betrekking op de grootte van de weerstand per lengte-eenheid en wordt over het algemeen uitgedrukt in ohm-meter, afgekort als Ω-m.

Grafiet Elektrische weerstandsmeting

Vier-sonde methode

De vier-sondemethode wordt het meest gebruikt in het laboratorium met een zeer nauwkeurige meetmethode. Vier sondes, druk de stroom op het monster om de weerstand te berekenen door het spanningsverschil te meten. Het voordeel van de vier-sondemethode is het vermijden van de invloed van contactweerstand, de meetnauwkeurigheid is zeer hoog en kan worden toegepast op monsters in de vorm van bulk en dunne film.

Methode met twee sondes

Bij de twee-sondemethode wordt de stroom direct toegepast op beide uiteinden van het monster en wordt de spanning gemeten. Bereken de totale weerstand. Het voordeel van de twee-sondemethode is dat deze eenvoudig en gemakkelijk te bedienen is. Bovendien is de twee-sondemethode ook geschikt voor snelle en veeleisende meetscenario's.

Methode met hete draad

De gloeidraadmethode maakt gebruik van stroom om de gloeidraad of spoel in het monster te verhitten om zo de weerstandskenmerken te meten die veranderen door temperatuur. Deze methode bestudeert ook de geleidbaarheid onder hoge temperatuur van verschillende materialen.

Methode met vier sondes bij hoge temperatuur

Het weerstandsvermogen onder de omstandigheden van een omgeving met hoge temperatuur kan met deze methode worden getest. De vier-sondemethode voor hoge temperaturen combineert de oven voor hoge temperaturen met een apparaat met vier sondes voor prestatie-evaluatie bij hoge temperaturen.

Contactweerstandsmethode

De contactweerstandmethode wordt meestal gebruikt voor nauwkeurig laboratoriumonderzoek. Een van de nauwkeurige metingen die gebruikt wordt om de weerstand van een monster te testen is het gebalanceerde meetcircuit van de brug van Wheatstone.

Analyse temperatuurafhankelijkheid

Analyse van de temperatuurafhankelijkheid kan de regel van veranderende weerstand met temperatuur in grafietmateriaal bestuderen, de stabiele en gerelateerde geleidende eigenschap van grafiet verkrijgen en gegevensondersteuning bieden voor het toepassen van materialen bij hoge temperaturen.

De volgende tabel toont de weerstand van verschillende grafietmaterialen

Factoren die de elektrische weerstand van grafiet beïnvloeden

Materiaalzuiverheid

Hoe minder onzuiverheden een materiaal bevat, hoe lager de weerstand is

Korrelgrootte en oriëntatie

Korrelgrootte

De elektrische weerstand van grafiet is sterk afhankelijk van de korrelgrootte en -oriëntatie. Grotere korrels verminderen het verstrooiingseffect van de korrelgrenzen en maken meer continuïteit van het geleidende pad mogelijk, waardoor de weerstand afneemt; omgekeerd hebben kleinere korrels meer korrelgrenzen, waardoor elektronen vaker verstrooid worden en de weerstand toeneemt.

Oriëntatie

Grafiet is een anisotroop materiaal, met een lage weerstand voor de elektronenstroom langs het laagvlak (a-b-vlak) en langs lage weerstand. De weerstand neemt daarentegen aanzienlijk toe door de van der Waals-kracht loodrecht op het laagvlak (c-as). Daarom geldt: hoe groter de korrel en hoe dichter de korreloriëntatie bij de stroomrichting, hoe lager de weerstand van grafiet.

Structurele gebreken

Roosterdefecten

Puntdefecten in grafiet, zoals vacatures en onzuiverheidsatomen, vernietigen het volledige π-bindsysteem van koolstofatomen, blokkeren de vrije beweging van elektronen binnen een laag en verhogen zo de weerstand.

Korrelgrensdefecten

De aanwezigheid van korrelgrenzen verhoogt de elektronenverstrooiing, waardoor de elektronenstroom door de korrels wordt gehinderd en de weerstand toeneemt. Hoe groter het aantal korrelgrenzen of hoe kleiner de korrelgrootte, hoe geprononceerder dit effect wordt.

Tussenlaagdefecten

Deze dislocatie, rimpel of spleet tussen lagen zou de geleiding tussen grafiet lagenwaardoor elektronen moeilijker langs de c-as stromen en de weerstand verticaal aanzienlijk toeneemt.

Poreusheid en scheuren

Poriën en scheuren in het product maken het effectieve geleidende oppervlak van grafiet kleiner, het pad van de stroom langer, wat leidt tot een hogere weerstand.

Temperatuur

Het kan worden waargenomen dat als het branden of grafitisatie temperatuur toeneemt, neemt de soortelijke weerstand van het product geleidelijk af. De redenen voor de afname zijn echter verschillend. Tijdens het roosteren wordt de daling van de specifieke weerstand voornamelijk veroorzaakt door het vrijkomen van vluchtige stoffen, verkooksing van bindmiddelen en het voortdurend krimpen van het product. Tijdens het grafitisatiestadium werd de daling van de specifieke weerstand veroorzaakt door de transformatie van amorfe koolstof in grafiet kristalstructuur.

Externe druk

De externe druk verhoogt de verdichting van het materiaal door de poriën van de grafietstructuur samen te drukken. De druk beïnvloedt ook de rangschikking van grafietkristallagen en verlaagt de weerstand in c-asrichting. In het algemeen wordt de externe druk weerspiegeld in het verminderen van de porositeit, het verbeteren van de korrelverbinding en het verbeteren van de tussenlaagindeling.

Vergelijking van de elektrische geleidbaarheid van grafiet en koper

Bij normale temperaturen heeft koper een hoger geleidingsvermogen dan grafiet, maar bij hoge temperaturen heeft grafiet nog steeds een hoger geleidingsvermogen dan koper.

Conclusie

Weerstand heeft een groot effect op de elektrische eigenschappen van grafiet. Elektrische weerstand is een van de kritieke factoren die de elektrische eigenschappen van grafiet bepalen. Hoe kleiner het geleidingsvermogen van grafiet, hoe beter het geleidingsvermogen en hoe lager het energieverbruik.