Как графит проводит электрический ток
Табл. 5 Зависимость от твёрдости карандаша
Рис. 13 Тензодатчик [4]
Рис. 12 Искривлённые линии
2 .4.5 От положения бумаги в пространстве. Линия может быть искривлена в двух направлениях, в зависимости от них поверхность будет выпуклой либо вогнутой (рис. 12, рис. 14). Деформируя лист, мы можем менять радиус кривизны нашей поверхности. Как оказалось, будет меняться и её сопротивление.
Данная зависимость демонстрирует тензоэффект – это эффект изменения электропроводимости под действием механических напряжений [3]. Графит, как упомяналось ранее, обладает двумя типами электропроводимости[2]: металлической, где тензоэффект связан с изменением размеров проводника, и полупроводниковой, где он объясняется тем, что при деформации меняется расстояние между атомами кристаллической решетки, что меняет концентрацию свободных электронов и проводимость полупроводника.
В действительносьти, мы наблюдаем этот эффект и получаем у графита такую же зависимость от деформации линии. Это даёт нам право сделать предположение, что у графита есть потенциал к использованию его в качестве тензорезистора. Поскольку в настоящее время основой для тензорезистора в основном служит кремний, то замена его на графитовую пленку (графен) сможет уменьшить стоимость устройства [7]. Пленочные тензорезисторы превалируют отсутствием клеевого слоя и возможностью производить большое количество идентичных резисторов.
Рис. 14 Искривлённые линии
Табл. 6 Зависимость от радиуса кривизны
2.4.6 От интенсивности нажатия линии(рис. 15)
Рис. 15 Графитовые линии, используемые в эксперименте
Интенсивность нажатия линий подразумевает количество проведенных слоев карандаша с помощью автоматизированной установки (рис. 6). В начале сила тока возрастает, так как растёт высота линии, а следовательно значение поперечного сечения. Но далее зависимость проходит сложным образом из-за того, что при нанесении слоёв графита друг на друга структура линии рушится и сила тока уменьшается.
Табл. 7 Зависимость от интенсивности нажатия
Изучив разные зависимости от различных параметров, я установила, что электропроводность, а, точнее, сила тока в линии зависит от характеристик карандашной линии следующим образом.
1) длины проведённой линии. Чем она больше, тем сила тока меньше (табл. 2), что согласуется с теорией.
2)площади поперечного сечения. Чем она больше, тем сила тока больше. При этом график (табл. 3) близок к прямой линии, что соответствует теории, так как сила тока линейно зависит от площади.
3)температуры линии. Чем линия нагревалась дольше, то есть чем больше её температура, тем сила тока больше (табл. 4).
4)твёрдости карандаша или состава. Наблюдалась сложная зависимость (табл. 5), которая расходится с имеющейся теорией. Поэтому для более глубокого понимания данной зависимости необходимы дополнительные исследования, а именно определение химического состава каждого графитового стержня.
5)положения бумаги в пространстве. В выпуклых поверхностях, чем больше радиус кривизны, сила тока будет меньше. В вогнутых поверхностях, наоборот (табл. 6). Данная зависимость отлично объясняется тензоэффектом, поэтому в перспективе стоят исследования данного эффекта не только в графите, но и в графене: например, определение показателя тензочувствительности, зависимости сопротивления от показателя приложенной силы.
6) интенсивности нажатия. Наблюдалась сложная зависимость (табл. 7), которую можно объяснить теоритически.
Графит –материал, применимый в различных областях, именно поэтому он и другие модификации углерода пользуются спросом среди учёных и исследуются до сих пор.
В своей работе я изучила некоторые факторы, влияющие на электропроводность графита. Опыты можно проводить и дальше, и исследовать поведение графита в экстремальных условиях, а также пытаться добиться идеальной линии без промежутков, чтобы устранить погрешности, которые могли быть допущены мною при измерениях.
Список литературы
Admin в рубрике Техническая физика с метками атомов углерода, между собой, силами Ван-дер-Ваальса, слабыми силами[Электронный ресурс]-2015-URL: . http://neftandgaz.ru/?p=5670
А. Дунаев, А.Шапорев
Источник: Нанометр-2007-2020 © «Исследовательский центр Модификатор» -[Электронный ресурс] URL:http://www.modificator.ru/articles/carbon_mat.html
Василий Новицкий, преподаватель дисциплин ТОЭ и Электротехника./ решение задач ТОЭ//[Электронный ресурс]URL:http://ргр-тоэ.рф/electrical-engineering/112-tenzorezistor.html
Визуализация рабочей концепции , лежащего тензодатчика на балке под преувеличенным изгибом. URL:https://ru.qwe.wiki/wiki/Strain_gauge
Владимир Королёв Семь обличий углерода//N+1[Электронный ресурс]:научно-популярное издание о том, что происходит в науке, технике и технологиях прямо сейчас-2017-URL:https://nplus1.ru/material/2017/10/23/carbon-atom
Владимир Кузнецов/Графит: авторский канал на YouTube .[Электронный ресурс]-2014-URL: https :// www . youtube . com / watch ? time _ continue =49& v =5 cOUB 5 R 0 ZBA & feature = emb _ logo https :// proprovoda . ru / provodka / vixrevye — toki . html
Дмитриев Александр Викторович/Датчики на основе тензоризистивного эффекта/Бакалаврская работа//URL:https://elib.pnzgu.ru/files/eb/doc/JtNHU4a51hoG.pdf
Межмолекулярные взаимодействия (ММВ).//Студопедия: общедоступная информация для студентов разных предметных областей.[Электронный ресурс] URL :https://studopedia.ru/19_399001_mezhmolekulyarnie-vzaimodeystviya-mmv-sili-van-der-vaalsa-potentsialnie-krivie-lennarda-dzhonsa-tipi-mezhmolekulyarnih-vzaimodeystviy-effekti-keezoma-debaya-i-londona.html
Удельное электрическое сопротивление проводников/справочная таблица// Copyright © FXYZ . ru / 2007 — 2017. URL : https :// www . fxyz . ru /справочные_данные/электрические_свойства_веществ/удельное_электрическое_сопротивление_проводников_при_20_ c /
Источник
Свойства графита в электротехнике
В этой статье я расскажу про то, чем мы все пользуемся почти каждый день. Это обычный КАРАНДАШ, если быть точнее это ГРАФИТ.
Свойство графита проводить электрический ток используется давно, например, в электродвигателях используются графитовые щетки. Грифель современного карандаша имеет малое сопротивление и через него может проходить ток достаточный для свечения лампочки.
СОВЕТ НАЧИНАЮЩИМ РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ: Крайне НЕ рекомендуется ковыряться карандашом в розетке, надеясь на диэлектрические свойства дерево.
Простейший резистор можно изготовить самому. Возьмите бумагу и простой карандаш, желательно с мягким грифелем. Нарисуйте прямоугольник и равномерно закрасьте его карандашом — резистор готов. На рис. Внизу показан такой резистор и небольшой эксперимент с измерением зависимости сопротивления графитового прямоугольника от его длины.
При помощи карандаша можно ремонтировать графитовые реостаты – достаточно натереть износившуюся графитовую полоску, по которой скользит ползунок, простым карандашом. Кстати реостат B50K тоже графитовый.
Всем спасибо! С вами был: Эксцентриситет012
Подключение и испытание усилительного модуля на транзисторах КТ835 от электрофона «Россия 321 Стерео».
Увеличение мощности интегральных усилителей транзисторами. Рассматривается на примере схем LM3886 и TDA7294.
Кодовая кнопка для ограничения доступа к объектам, простая схема с реле на МК Attiny13.
Источник
Электропроводность графита и тонких углеродных плёнок.
Исследования монокристаллов графита обнаруживают сильную анизотропию его электропроводности: удельное сопротивление при прохождении тока поперёк атомных слоёв составляет около 3×10 -1 Ом×см, а вдоль атомных слоёв — 7×10 -5 Ом×см [3], т.е. удельная проводимость графита вдоль слоёв на четыре порядка лучше, чем поперёк слоёв.
Графит считается проводником – его проводимость всего на порядок хуже, чем у золота, серебра и меди. Но атомы в металлах упакованы весьма плотно, а в графите имеются огромные, по атомным меркам, промежутки между атомными слоями. Если допустить, что эти промежутки обусловлены ван-дер-ваальсовыми силами [1,2], то что мешает электронам двигаться в межслойных промежутках графита ещё свободнее, чем в металлах? Если же допустить, что атомные слои в графите держатся на p-связях (см., например, [3]), и что электронная проводимость графита обусловлена переходами p-электронов из одного атома в другой – то для таких переходов требовалось бы разрывать p-связи. Как ни слабы эти связи, а для их разрыва требовались бы напряжённости, превышающие некоторое пороговое значение – но, как и у металлов, у графита не наблюдается феномен пробивной напряжённости. В приложении к электропроводности графита, ничего не проясняет и зонная теория твёрдых тел [2] – которая, как обычно, лишь протоколирует значения подгоночных параметров, требуемые для согласия с экспериментом. Таким образом, мы не приходим к пониманию механизма электронной проводимости графита в рамках традиционных представлений.
Модель же электродинамического удерживания атомных слоёв в графите (см. выше) позволяет, на наш взгляд, внести некоторое понимание в этот вопрос. Свободные электроны не могут двигаться в межслойных промежутках графита «свободно», в соответствии с приложенной к образцу разностью потенциалов – поскольку свободные электроны испытывают там переменное поперечное электродинамическое воздействие из-за упорядоченных колебаний зарядовых разбалансов в атомных слоях. Свободный электрон, вошедший в межслойный промежуток графита, недолго останется свободным: он притянется к ближайшей свободной валентной связке «протон-электрон», у которой в тепловом бытии [5] находится протон, и будет велика вероятность того, что этот электрон включится в состав этой валентной связки – с освобождением электрона, бывшего в её составе прежде. Таким образом, продвижение «лишних» электронов в межслойных промежутках графита будет результатом «ротации кадров» между свободными и связанными электронами. Такая модель электронной проводимости в графите, аналогичная модели электронной проводимости в металлах [11], на наш взгляд, более реалистична, чем вышеназванные модели на основе традиционных подходов.
Интересно, что, согласно модели переходов p-электронов, продвижение электронов в графите происходило бы по атомным слоям, и на основе этой некорректной, на наш взгляд, модели был сделан вывод о том, что и одиночный углеродный атомный слой (графен) должен иметь высокую электропроводность – что открывало бы перспективы для использования графена в качестве проводника в устройствах наноэлектроники. Считается, что высокая электропроводность графена подтверждена на опыте – в пионерской статье [12] сообщается о наблюдении полевого эффекта в графене, т.е. управляемости тока, идущего сквозь образец, посредством изменения электрического потенциала подложки. Но, странным образом, авторы [12] умолчали о величинах токов, которые удавалось пропускать по их «тончайшим образцам, образованным всего одним, двумя или тремя атомными слоями». Тонкие углеродные плёнки, состоящие из нескольких атомных слоёв, могли бы, по-видимому, пропускать электроны по межслойным промежуткам – посредством «ротации кадров» свободных и связанных электронов, как описано выше. В одинарном же углеродном атомном слое крайне затруднён такой механизм электронной проводимости, особенно если свободные валентности, с обеих сторон этого слоя, химически загрязнены – а это неизбежно при отсутствии выполнения экзотических условий вроде сверхвысокого вакуума. Поэтому мы полагаем, что в одинарном углеродном атомном слое возможен перенос электричества лишь с помощью связанных зарядов, т.е. с помощью зарядовых разбалансов [11] – подвижки которых могут происходить со скоростью света, ведь переноса вещества при этом не происходит. Мы сильно подозреваем, что авторы [12] имели дело именно с подвижками зарядовых разбалансов в графене – а сделали выводы об аномально больших подвижностях и аномально малых эффективных массах свободных носителей зарядов. Поэтому, на наш взгляд, не вполне корректен вывод авторов [12] о том, что графен, т.е. одинарный слой атомов углерода, «способен выдерживать токи с плотностью >10 8 А/см 2 » — не следует думать, что этот вывод окажется справедлив для постоянного тока электронов.
Заключение.
Причину огромных, по атомным меркам, равновесных расстояний между атомными слоями в графите изящно объясняет вышеизложенная модель электродинамического удерживания. Эта модель построена на допущении о том, что каждая из двух сторон углеродного атомного слоя имеет «щетину» из свободных валентностей – чем во многом должны определяться химические и электрические свойства углеродных каркасов, в том числе нанотрубок, «матрёшек», «луковиц», и др.
Заметим, что модель электродинамического удерживания основана на концепции зарядовых разбалансов [7,5] – и, на наш взгляд, эта концепция в очередной раз подтвердила свою эвристическую силу.
1. Л.Полинг. Общая химия. «Мир», М., 1974.
2. А.Р.Уббелоде, Ф.А.Льюис. Графит и его кристаллические соединения. «Мир», М., 1965.
3. Химия и периодическая таблица. Под ред. К.Сайто. «Мир», М., 1982.
4. С.С.Бацанов. Структурная химия. Факты и зависимости. «Диалог МГУ», М., 1976.
5. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы – отличительный признак валентных электронов.
6. А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир». 2010.
7. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы в «нейтральных» атомах.
8. А.А.Гришаев. Новый взгляд на химическую связь и на парадоксы молекулярных спектров.
9. Ю.А.Дядин. Графит и его соединения включения. Веб-ресурс http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1092.html
10. Интеркаляция. Веб-ресурс http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/048.pdf
11. А.А.Гришаев. Металлы: нестационарные химические связи и два механизма переноса электричества.
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Электропроводность — графит
Добавка бора к графиту в количестве до 0 1 % не изменяет его коэффициент теплопроводности и увеличивает электропроводность графита на 20 % за счет увеличения концентрации носителей тока. [16]
В связи с рассматриваемым вопросом значительный интерес представляет работа Уббелода, Блэкмана и Метью [238], изучавших влияние Br, J, C1 и К на электропроводность графита . У продукта взаимодействия графита с калием рс уменьшается в 10, а ра — 100 — 200 раз. Он обладает электропроводностью большей, чем железо и никель, и немногим отличающейся от алюминия. Это указывает на то, что внедрение калия ведет к установлению квазиметаллических связей. В пользу этого говорит также и то, что вдоль оси а электросопротивление обладает положительным температурным. [17]
В качестве примера смешанной формы связей ( металлической и ковалентной) можно указать на графит: атом углерода в решетке графита связан с тремя соседними ковалентной связью, а четвертый электрон каждого атома является общим для всего атомного слоя, обусловливая электропроводность графита . Смешанные связи встречаются также в мышьяке, висмуте, селене и других простых веществах. Чисто металлическая связь характерна только для некоторых металлических монокристаллов. [18]
Однако некоторые неметаллы также обладают этим свойством, например, графит, черный фосфор, селен обладают очень хорошей электропроводностью. Электропроводность графита и селена ( в момент освещения его) широко используется в технике. [19]
В отличие от алмаза графит хорошо проводит электрический ток. Электропроводность графита можно объяснить, допустив, что все негибридизованные р-орбитали, расположенные перпендикулярно плоскости 5р2 — гибридных орбиталей, перекрываются между собой боковыми поверхностями, при этом возникает я-связь. В результате образуется одно размазанное электронное р-облако, расположенное выше и ниже 5р2 — плоскости. [20]
Кристаллы графита представляют собой своеобразный слоистый металл. Электропроводность графита приближается к электропроводности металлов по абсолютной величине, и температурный коэффициент имеет один и тот же знак. Металлический характер проводимости графита связан с наличием коллективизированных электронов. Механические свойства графита вдоль базисных плоскостей и перпендикулярно этим плоскостям различны. [21]
В образовании этих связей участвуют три электрона атома углерода, а четвертый электрон является свободным. Наличие свободных электронов обусловливает электропроводность графита . [23]
Для уменьшения потерь напряжения внутрь графитового стержня впаивается медный кабель или стержень, либо ввертывается на резьбе луженый медный или стальной стержень. Электропроводность меди и стали значительно выше электропроводности графита , поэтому ток проходит главным образом по металлическому стержню, лишь в конце его переходя в графит. [25]
Особенно велика анизотропия диамагнитной восприимчивости у графита. Другим существенным фактом, также свидетельствующим о подвижности it — электронов в ароматических системах, является анизотропия электропроводности графита . Как известно, электропроводность вдоль плоскостей графита значительно выше, чем в перпендикулярном направлении. [26]
Несмотря на то что в этой упрощенной квазиметалличе-ской модели графита совершенно не учитывается присутствие дефектов, особенно дефектов сетки и винтовых дислокаций, она позволяет объяснить некоторые явления, связанные с электрическими и магнитными свойствами многих кристаллических соединений графита. Если полученные данные относятся к поликристалличеекой текстуре этих соединений, то результаты по определению изменения электропроводности по сравнению с электропроводностью маточного графита следует интерпретировать с осторожностью, так как образование соединения может повлиять на электронные барьеры между кристаллитами. [27]
Желательно, чтобы материал электродов в дуговых печах и печах сопротивления прямого действия обладал максимальной электропроводностью и минимальной теплопроводностью. Наиболее распространены графитовые и угольные электроды. Электропроводность графита примерно в 2 25 раза больше, а теплопроводность в 10 раз выше, чем для угля. [28]
В поверхность механически втирают с помощью мягких волосяных щеток мелкодисперсные порошки графита, меди и ее сплавов. Графит обладает высокой адгезионной способностью и хорошо прилипает к ней. Для увеличения электропроводности графита к нему добавляют иногда металлические порошки или обрабатывают графит раствором азотнокислого серебра с последующим восстановлением нитрата серебра до металлического. [29]
Источник