四探针应用｜表征碳纳米管电导性能

碳纳米管(CNT)是上世纪九十年代初首先发现、制造的一种一维纳米碳材料,具有优良的机械性能,导电性能,导热性能和化学稳定性能,被预测将代替许多传统材料,大幅提高所制产品的性能,具有广阔的市场前景。CNT 在可充放电电池制造领域的应用包括移动电源和能源汽车自的动力电池的应用。丘山仪器四探针全自动电阻测试仪能够精准测量CNT的电阻率，帮助实验者观测CNT 的纯度。丘山仪器四探针可以对最大 150mm 样品（或 6 英寸晶 圆）进行快速、自动的扫描 ，获得样品不同位置的方阻/电阻率分布信息，十分便捷方便。

由于需要金属催化剂,所以化学气相沉积法生产的 CNT 坯料中通常含有百分之几的金属元素,这些金属主要是铁、钴、镍、钼等,对于锂电池,一般要求这些金属含量小于几十 ppm,所以应用于锂离子动力电池的 CNT 粉料都需要提纯处理。

在锂电池石墨负极生产加工中,采用了一种历史悠久的石墨化炉-艾奇逊炉,这种窑式炉采用石墨电极和碳材料电加热,一次加工出石墨可达10t以上,加工出的石墨纯度高、石墨化好,而且加工费较低。

表1 技术咨询176-5252-0563

表1统计了几家不同公司生产的CNT 的坯料,高温提纯 CNT 的体积电阻率。其中各公司的高温提纯设备不同,包括艾奇逊炉、真空高温炉。提纯温度不同,包括3 000 ℃、2600℃。江西晶纳新材料有限公司生产的 CNT 坏料的电阻率是0.122 0.cm.艾奇逊炉3 000℃提纯后,电阻率变为0.0350·cm。中科院城都有机化学研究生产的CNT 坯料的电阻率是 0.154 Ω·cm,艾奇逊炉2 800℃提纯后电阻率变为0.188 Ω·cm。中科纳米技术有限公司生产的CNT 坯料的电阻率为0.115 Ω·cm,2 600℃真空提纯后电阻率升高到 0.134Ω.cm。

从表中可以看出,高温提纯的 CNT 的电阻率发生了变化,有降低,也有升高。表中例举的3家公司高温提纯 CNT 的设备不同,提纯温度不同,提纯环境不同。分为三种情形,一种情形是艾奇逊炉、3 000℃,一氧化碳还原性气氛;第二种情形是艾奇逊炉、2 800 ℃、一氧化碳还原性气氛;第三种情形是真空高温炉，2 600 ℃、真空环境。可以看出在第一种情形下提纯的CNT样品的电阻率大幅下降,为0.035 Ω·cm。第二种和第三种情形提纯的CNT 的电阻率升高。由此可以初步认为高温提纯CNT时,要达到降低电阻率目的，主要措施是提高提纯温度。

与热解石墨和高纯石墨相比,化学气相沉积的CNT 压块电阻率较高,一般在 0.07 ~0.25 Ω.cm。而结晶程度很高的热解定向石墨的a向电阻率低至0.001 Ω·cm,一般标准隹石墨的a向电阻率为0.01 Ω.cm左右,c向电阻也在0.5 Ω·cm。高温热处理可以提高化学气相沉积CNT的石墨化程度,所以也可以提高CNT的导电率。但事实上有些生产CNT公司的经验表明,真空 2 000 ~2 6000℃高温提纯的CNT 的电阻率会增加。也有研究结果表明在艾奇逊炉提纯温度3000℃条件下,被提纯的勺 CNT的电阻率会大幅下降,接近标准石墨电阻率。分析艾奇逊炉3 000℃高温提纯 CNT 的组织结构,发现这种 CNT 的石墨化程度很高,如图所示。由此认为艾奇逊炉高温提纯 CNT,不仅可以使 CNT 纯度大幅提高,也可以使CNT 的导电率大幅提高。

丘山仪器全自动四探针

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