Grafit Elektriksel Direncini Anlamak

Grafit elektriksel özdirenci, iletkenliğini gösteren fiziksel bir niceliktir. Bu yöntem, farklı grafit malzemelerdeki iletkenliği etkili bir şekilde değerlendirmek için kullanılan bir tekniktir. Grafit elektrik direnci, birim uzunluk başına direncin büyüklüğü ile ilgilidir ve genellikle ohm-metre cinsinden, kısaca Ω-m olarak ifade edilir.

Grafit Elektriksel Özdirenç Ölçümü

Dört prob yöntemi

Dört prob yöntemi, yüksek hassasiyetli ölçüm yöntemi ile laboratuvarda en yaygın kullanılan yöntemdir. Dört prob, voltaj farkını ölçerek özdirenci hesaplamak için numune üzerindeki akıma basar. Dört prob yönteminin avantajı, temas direncinin etkisinden kaçınmayı gerektirir, ölçüm doğruluğu çok yüksektir ve yığın ve ince film şeklindeki numunelere uygulanabilir.

İki problu yöntem

İki problu yöntem, akımı doğrudan numunenin her iki ucuna uygular ve voltajı ölçer. Toplam direnci hesaplayın. İki problu yöntemin avantajı, basit ve kullanımının kolay olmasıdır. Ayrıca, iki problu yöntem hızlı ve düşük talepli ölçüm sahnelerine de uyum sağlar.

Sıcak Tel Yöntemi

Sıcak tel yöntemi, sıcaklığa göre değişen direnç özelliklerini ölçmek amacıyla numunenin içindeki sıcak teli veya bobini ısıtmak için akım kullanır. Bu yöntem aynı zamanda farklı malzemelerin yüksek sıcaklık koşulları altındaki iletkenliğini de inceler.

Yüksek Sıcaklık Dört Prob Yöntemi

Yüksek sıcaklık ortamının koşulları altındaki özdirenç bu yöntemle test edilebilir. Yüksek sıcaklık dört prob yöntemi, yüksek sıcaklık performans değerlendirmesi için yüksek sıcaklık fırınını dört problu bir cihazla birleştirir.

Temas Direnci Yöntemi

Temas direnci yöntemi çoğunlukla yakın laboratuvar çalışmaları için kullanılır. Bir numunenin direncini test etmek için kullanılan doğru ölçümlerden biri Wheatstone köprüsü dengeli ölçüm devresidir.

Sıcaklık bağımlılığı analizi

Sıcaklık bağımlılığı analizi, grafit malzemede sıcaklıkla değişen direnç kuralını inceleyebilir, grafitin kararlı ve ilgili iletken özelliğini kazanabilir ve yüksek sıcaklıklarda malzeme uygulamak için veri desteği sunabilir.

Aşağıdaki tablo farklı grafit malzemelerin direncini göstermektedir

Grafit elektrik direncini etkileyen faktörler

Malzeme saflığı

Bir malzeme ne kadar az safsızlık içerirse, direnci o kadar düşük olur

Tane boyutu ve yönelimi

Tane büyüklüğü

Grafitin elektrik direnci önemli ölçüde tane boyutuna ve yönelimine bağlıdır. Daha büyük boyutlu taneler, tane sınırı saçılma etkisini azaltır ve iletken yolun daha fazla sürekliliğine izin vererek direnci azaltır; tersine, daha küçük taneler, daha sık elektron saçılmasına ve dolayısıyla direncin artmasına neden olan artan tane sınırlarına sahiptir.

Oryantasyon

Grafit bir anizotropik katman düzlemi (a-b düzlemi) boyunca elektronların akışına karşı düşük dirençli ve düşük dirençli malzeme. Buna karşılık, katman düzlemine (c ekseni) dik olarak etki eden van der Waals kuvveti nedeniyle direnci önemli ölçüde artar. Bu nedenle, tane ne kadar büyükse ve tane yönü akım akış yönüne ne kadar yakınsa, grafitin direnci o kadar düşük olacaktır.

Yapısal kusurlar

Kafes kusurları

Grafitteki boşluklar ve safsızlık atomları gibi noktasal kusurlar, karbon atomlarının tam π bağ sistemini yok edecek, elektronların bir katman içindeki serbest hareketini engelleyecek ve böylece direnci artıracaktır.

Tane sınırı kusurları

Tane sınırlarının varlığı elektron saçılmasını artırarak elektronların taneler arasında akışını engeller ve direncin artmasına neden olur. Dahası, tane sınırlarının sayısı arttıkça veya tane boyutu küçüldükçe, bu etki daha belirgin hale gelir.

Ara katman kusurları

Katmanlar arasındaki bu dislokasyon, kırışıklık veya boşluk grafit arasındaki iletkenliği azaltacaktır katmanlarelektronların c-ekseni yönünde daha zor akmasını sağlayarak direncini dikey olarak önemli ölçüde artırır.

Gözeneklilik ve çatlaklar

Üründeki gözenekler ve çatlaklar grafitin etkin iletkenlik alanını düşürür, akım yolunu uzatır ve direncin artmasına neden olur.

Sıcaklık etkileri

Kalsinasyon veya grafitleştirme sıcaklık arttıkça, ürünün özgül direnci kademeli olarak azalır. Ancak azalmanın nedenleri farklıdır. Kavurma aşaması sırasında, özgül dirençteki düşüş temel olarak uçucuların salınması, bağlayıcıların koklaşması ve ürünün sürekli büzülmesinden kaynaklanmaktadır. Grafitleştirme aşaması sırasında, özgül dirençteki düşüş amorf karbonun grafit Kristal yapı.

Dış basınç

Dış basınç, grafit yapının gözeneklerini sıkıştırarak malzemenin yoğunlaşmasını artırır. Basınç ayrıca grafit kristal katmanlarının düzenini etkiler ve c ekseni yönündeki direnci azaltır. Genel olarak, dış basınç gözenekliliğin azaltılmasına, tane bağlantısının iyileştirilmesine ve katmanlar arası düzenlemenin geliştirilmesine yansır.

Grafit ve bakırın elektrik iletkenliğinin karşılaştırılması

Normal sıcaklık uygulamalarında bakır grafitten daha yüksek iletkenliğe sahiptir; ancak yüksek sıcaklık uygulamalarında grafit bakırdan daha yüksek bir iletkenliğe sahiptir.

Sonuç

Direncin grafitin elektriksel özelliği üzerinde büyük bir etkisi vardır. Elektriksel direnç, grafitin elektriksel özelliğini belirleyen kritik faktörlerden biridir. Grafitin iletkenliği ne kadar küçükse, iletkenliği o kadar iyi ve enerji tüketimi o kadar düşük olur.