Entendendo a resistividade elétrica do grafite

A resistividade elétrica do grafite é um valor de uma quantidade física que indica sua condutividade. Esse método é a técnica para avaliar a condutividade em diferentes materiais de grafite de forma eficaz. A resistividade elétrica do grafite refere-se ao tamanho da resistência por unidade de comprimento e é geralmente expressa em ohm-metro, abreviado como Ω-m.

Medição da resistividade elétrica do grafite

Método de quatro sondas

O método de quatro sondas é o mais comumente usado no laboratório, com método de medição de alta precisão. Quatro sondas pressionam a corrente na amostra para calcular a resistividade medindo a diferença de tensão. A vantagem do método de quatro sondas é que ele evita a influência da resistência de contato, a precisão da medição é muito alta e pode ser aplicado às amostras na forma de filme fino e em massa.

Método de duas sondas

O método de duas sondas aplica diretamente a corrente a ambas as extremidades da amostra e mede a tensão. Calcule a resistência total. A vantagem do método de duas sondas é que ele é simples e fácil de operar. Além disso, o método de duas sondas também se adapta a cenas de medição rápidas e de baixa demanda.

Método de fio quente

O método de fio quente usa a corrente para aquecer o fio quente ou a bobina dentro da amostra a fim de medir as características da resistência que mudam com a temperatura. Esse método também estuda a condutividade sob uma condição de alta temperatura de diferentes materiais.

Método de quatro sondas em alta temperatura

A resistividade sob as condições de um ambiente de alta temperatura pode ser testada por esse método. O método de quatro sondas de alta temperatura combina o forno de alta temperatura com um dispositivo de quatro sondas para avaliação do desempenho em alta temperatura.

Método de resistência de contato

O método de resistência de contato é usado principalmente para estudos de laboratório. Uma das medições precisas usadas para testar a resistência de uma amostra é o circuito de medição balanceado da ponte de Wheatstone.

Análise de dependência de temperatura

A análise da dependência da temperatura pode estudar a regra de alteração da resistência com a temperatura no material de grafite, obter a propriedade condutora estável e relacionada do grafite e oferecer suporte de dados para a aplicação de materiais em altas temperaturas.

A tabela a seguir mostra a resistência de diferentes materiais de grafite

Fatores que afetam a resistividade elétrica do grafite

Pureza do material

Quanto menos impurezas um material contiver, menor será sua resistividade

Tamanho e orientação dos grãos

Tamanho do grão

A resistência elétrica do grafite depende significativamente do tamanho e da orientação dos grãos. Grãos maiores reduzem o efeito de dispersão dos limites dos grãos e permitem maior continuidade do caminho condutor, reduzindo a resistência; por outro lado, grãos menores têm limites de grãos maiores, resultando em dispersão de elétrons mais frequente e, portanto, aumentando a resistência.

Orientação

O grafite é um anisotrópico com baixa resistência ao fluxo de elétrons ao longo do plano da camada (plano a-b) e com baixa resistência. Em contrapartida, sua resistência aumenta significativamente devido à força de van der Waals que atua perpendicularmente ao plano da camada (eixo c). Portanto, quanto maior o grão e quanto mais próxima a orientação do grão estiver da direção do fluxo de corrente, menor será a resistência do grafite.

Defeitos estruturais

Defeitos na rede

Defeitos pontuais no grafite, como vacâncias e átomos de impureza, destruirão o sistema completo de ligação π dos átomos de carbono, bloquearão a livre circulação de elétrons em uma camada e, portanto, aumentarão a resistividade.

Defeitos nos limites dos grãos

A presença de limites de grãos aumenta a dispersão de elétrons, dificultando o fluxo de elétrons através dos grãos e levando a uma maior resistividade. Além disso, quanto maior o número de limites de grão ou quanto menor o tamanho do grão, mais pronunciado se torna esse efeito.

Defeitos entre camadas

Esse deslocamento, ruga ou lacuna entre as camadas reduziria a condutividade entre o grafite camadasfazendo com que os elétrons fluam com mais dificuldade ao longo da direção do eixo c, aumentando consideravelmente sua resistividade verticalmente.

Porosidade e rachaduras

Os poros e as rachaduras no produto diminuem a área condutora efetiva do grafite e aumentam o caminho da corrente, o que leva a uma maior resistividade.

Efeitos da temperatura

Pode-se observar que, à medida que a calcinação ou grafitização Quando a temperatura aumenta, a resistividade específica do produto diminui gradualmente. No entanto, os motivos da diminuição são diferentes. Durante o estágio de torrefação, a queda da resistividade específica é causada principalmente pela liberação de voláteis, coqueificação de aglutinantes e encolhimento contínuo do produto. Durante o estágio de grafitização, a queda na resistividade específica foi causada pela transformação do carbono amorfo em grafite estrutura cristalina.

Pressão externa

A pressão externa aumenta a densificação do material ao comprimir os poros da estrutura do grafite. A pressão também influencia o arranjo das camadas de cristal de grafite e diminui a resistividade na direção do eixo c. Em geral, a pressão externa se reflete na redução da porosidade, na melhoria da conexão dos grãos e no aprimoramento da disposição entre as camadas.

Comparação da condutividade elétrica do grafite e do cobre

Em aplicações de temperatura normal, o cobre tem condutividade mais alta do que o grafite; entretanto, em aplicações de alta temperatura, o grafite ainda mantém uma condutividade mais alta do que o cobre.

Conclusão

A resistividade teve um grande efeito na propriedade elétrica do grafite. A resistividade elétrica é um dos fatores críticos que determinam a propriedade elétrica do grafite. Quanto menor for a condutividade do grafite, melhor será sua condutividade e menor será o consumo de energia.