Понимание электросопротивления графита

Электросопротивление графита - это физическая величина, указывающая на его проводимость. Этот метод позволяет эффективно оценивать проводимость различных графитовых материалов. Электросопротивление графита относится к величине сопротивления на единицу длины и обычно выражается в ом-метрах, сокращенно Ω-м.

Измерение удельного электрического сопротивления графита

Метод четырех зондов

Метод четырех зондов - наиболее часто используемый в лаборатории высокоточный метод измерения. Четыре зонда, нажимают ток на образец для вычисления удельного сопротивления путем измерения разности напряжений. Преимущество четырехзондового метода заключается в исключении влияния контактного сопротивления, точность измерения очень высока, и может применяться к образцам в виде объемных и тонких пленок.

Метод двух зондов

При двухзондовом методе ток подается непосредственно на оба конца образца и измеряется напряжение. Рассчитайте общее сопротивление. Преимущество двухзондового метода заключается в том, что он прост и удобен в эксплуатации. Кроме того, двухзондовый метод адаптируется к быстрым и малотребовательным сценам измерения.

Метод горячей проволоки

Метод горячей проволоки использует ток для нагрева горячей проволоки или спирали внутри образца с целью измерения характеристик сопротивления, изменяющихся под воздействием температуры. Этот метод также изучает проводимость различных материалов при высоких температурах.

Высокотемпературный четырехзондовый метод

С помощью этого метода можно проверить удельное сопротивление в условиях высокотемпературной среды. Высокотемпературный четырехзондовый метод - это сочетание высокотемпературной печи с четырехзондовым устройством для оценки высокотемпературных характеристик.

Метод контактного сопротивления

Метод контактного сопротивления в основном используется для тесных лабораторных исследований. Одним из точных измерений, используемых для проверки сопротивления образца, является сбалансированная измерительная схема моста Витстоуна.

Анализ температурной зависимости

Анализ температурной зависимости позволяет изучить правило изменения сопротивления с температурой в графитовом материале, получить стабильное и связанное с ним проводящее свойство графита и предложить данные для применения материалов при высоких температурах.

В следующей таблице показано сопротивление различных графитовых материалов

Факторы, влияющие на удельное электрическое сопротивление графита

Чистота материала

Чем меньше примесей содержит материал, тем ниже его удельное сопротивление

Размер и ориентация зерен

Размер зерна

Электрическое сопротивление графита существенно зависит от размера и ориентации зерен. Зерна более крупного размера уменьшают эффект рассеяния по границам зерен и обеспечивают большую непрерывность проводящего пути, снижая сопротивление; напротив, в зернах меньшего размера границы зерен увеличены, что приводит к более частому рассеянию электронов и, следовательно, к увеличению сопротивления.

Ориентация

Графит - это анизотропный Материал с низким сопротивлением потоку электронов вдоль плоскости слоя (плоскость a-b) и вдоль низкого сопротивления. Напротив, его сопротивление значительно возрастает из-за ван-дер-ваальсовых сил, действующих перпендикулярно плоскости слоя (ось c). Поэтому, чем крупнее зерна и чем ближе их ориентация к направлению протекания тока, тем ниже сопротивление графита.

Структурные дефекты

Дефекты кристаллической решетки

Точечные дефекты в графите, такие как вакансии и примесные атомы, разрушают полную систему π-связей между атомами углерода, блокируют свободное движение электронов внутри слоя и, таким образом, увеличивают удельное сопротивление.

Дефекты границ зерен

Наличие границ зерен увеличивает рассеяние электронов, препятствуя их прохождению через зерна и приводя к увеличению удельного сопротивления. Более того, чем больше количество границ зерен или чем меньше их размер, тем более выраженным становится этот эффект.

Межслойные дефекты

Такие дислокации, морщины или зазоры между слоями снижают проводимость между графитом слоичто затрудняет прохождение электронов вдоль оси c, тем самым значительно увеличивая удельное сопротивление по вертикали.

Пористость и трещины

Поры и трещины в изделии делают эффективную проводящую площадь графита меньше, путь тока длиннее, что приводит к повышению удельного сопротивления.

Температурные эффекты

Можно заметить, что по мере прокаливания или графитизация При повышении температуры удельное сопротивление изделия постепенно уменьшается. Однако причины снижения различны. На стадии обжига падение удельного сопротивления в основном вызвано выделением летучих веществ, коксованием связующих и непрерывной усадкой продукта. На стадии графитизации падение удельного сопротивления связано с превращением аморфного углерода в графит кристаллическая структура.

Внешнее давление

Внешнее давление увеличивает плотность материала, сжимая поры графитовой структуры. Давление также влияет на расположение кристаллических слоев графита и уменьшает удельное сопротивление в направлении оси c. В целом, внешнее давление отражается на уменьшении пористости, улучшении связи между зернами и улучшении межслоевого расположения.

Сравнение электропроводности графита и меди

При нормальных температурах медь имеет более высокую проводимость, чем графит; однако при высоких температурах графит все равно сохраняет более высокую проводимость, чем медь.

Заключение

Удельное сопротивление оказывает большое влияние на электрические свойства графита. Удельное электрическое сопротивление - один из важнейших факторов, определяющих электрические свойства графита. Чем меньше удельное сопротивление графита, тем лучше его электропроводность и тем меньше потребление энергии.