Розуміння електричного опору графіту

Питомий електричний опір графіту - це фізична величина, що вказує на його провідність. Цей метод є технікою для ефективної оцінки провідності різних графітових матеріалів. Питомий електричний опір графіту відноситься до величини опору на одиницю довжини і зазвичай виражається в ом-метрах, скорочено Ω-м.

Вимірювання електричного опору графіту

Чотиризондовий метод

Чотиризондовий метод є найбільш часто використовуваним в лабораторії методом вимірювання з високою точністю. Чотири зонди подають струм на зразок, щоб розрахувати питомий опір, вимірюючи різницю напруг. Перевага чотиризондового методу полягає в тому, що він дозволяє уникнути впливу контактного опору, має дуже високу точність вимірювання і може застосовуватися до зразків у вигляді об'ємних і тонких плівок.

Двозондовий метод

Двозондовий метод безпосередньо подає струм на обидва кінці зразка і вимірює напругу. Розрахуйте загальний опір. Перевага двозондового методу полягає в тому, що він простий і зручний в експлуатації. Крім того, двозондовий метод також адаптується до швидких вимірювань з низьким попитом.

Метод гарячого дроту

Метод гарячого дроту використовує струм для нагрівання гарячого дроту або котушки всередині зразка з метою вимірювання характеристик опору, що змінюються залежно від температури. Цей метод також вивчає провідність різних матеріалів при високих температурах.

Високотемпературний чотиризондовий метод

Цим методом можна перевірити питомий опір в умовах високотемпературного середовища. Високотемпературний чотиризондовий метод - це поєднання високотемпературної печі з чотиризондовим пристроєм для оцінки високотемпературних характеристик.

Метод контактного опору

Метод контактного опору здебільшого використовується для близьких лабораторних досліджень. Одним з найточніших методів вимірювання опору зразка є збалансована вимірювальна схема моста Вітстона.

Аналіз температурної залежності

Аналіз температурної залежності дозволяє вивчити закономірність зміни опору з температурою в графітовому матеріалі, отримати стабільну і пов'язану з нею провідну властивість графіту, а також запропонувати підтримку даних для застосування матеріалів при високих температурах.

Наступна таблиця показує стійкість різних графітових матеріалів

Фактори, що впливають на питомий електричний опір графіту

Чистота матеріалу

Чим менше домішок містить матеріал, тим нижчий його питомий опір

Розмір та орієнтація зерен

Розмір зерна

Електричний опір графіту суттєво залежить від розміру та орієнтації зерен. Більші за розміром зерна зменшують ефект розсіювання на границях зерен і забезпечують більшу безперервність провідного шляху, зменшуючи опір; і навпаки, менші зерна мають збільшені границі зерен, що призводить до більш частого розсіювання електронів і, таким чином, збільшує опір.

Орієнтація

Графіт - це анізотропний матеріал, з низьким опором потоку електронів вздовж площини шару (площина a-b) і з низьким опором. На противагу цьому, його опір значно зростає через силу Ван-дер-Ваальса, що діє перпендикулярно до площини шару (вісь c). Отже, чим більше зерно і чим ближче орієнтація зерна до напрямку протікання струму, тим меншим буде опір графіту.

Структурні дефекти

Дефекти кристалічної решітки

Точкові дефекти в графіті, такі як вакансії та домішкові атоми, руйнують повну систему π-зв'язків атомів вуглецю, блокують вільний рух електронів всередині шару і, таким чином, збільшують питомий опір.

Дефекти границь зерен

Наявність меж зерен збільшує розсіювання електронів, перешкоджаючи потоку електронів через зерна і призводячи до підвищення питомого опору. Причому, чим більша кількість меж зерен або чим менший розмір зерен, тим більш вираженим стає цей ефект.

Міжшарові дефекти

Ця дислокація, зморшка або проміжок між шарами зменшить провідність між графітом шарищо ускладнює рух електронів вздовж осі с, тим самим значно збільшуючи його питомий опір по вертикалі.

Пористість і тріщини

Пори і тріщини у виробі роблять ефективну провідну площу графіту меншою, а шлях струму довшим, що призводить до підвищення питомого опору.

Температурні ефекти

Можна спостерігати, що в міру прожарювання або графітизація При підвищенні температури питомий опір продукту поступово зменшується. Причини цього зниження різні. На стадії випалу падіння питомого опору в основному спричинене виділенням летких речовин, коксуванням зв'язуючих речовин і безперервною усадкою продукту. На стадії графітації падіння питомого опору пов'язане з перетворенням аморфного вуглецю в графіт кристалічна структура.

Зовнішній тиск

Зовнішній тиск збільшує щільність матеріалу, стискаючи пори графітової структури. Тиск також впливає на розташування кристалічних шарів графіту і зменшує питомий опір у напрямку осі с. Загалом, зовнішній тиск відображається у зменшенні пористості, покращенні зв'язку між зернами та покращенні міжшарового розташування.

Порівняння електропровідності графіту та міді

При нормальних температурах мідь має вищу провідність, ніж графіт; однак при високих температурах графіт все ще зберігає вищу провідність, ніж мідь.

Висновок

Питомий опір має великий вплив на електричні властивості графіту. Питомий електричний опір є одним з найважливіших факторів, що визначає електричні властивості графіту. Чим менший питомий електричний опір графіту, тим краща його провідність і тим менше споживання енергії.