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石墨课堂—炭素材料的电磁学性质

在电的传递上,物质可以分为电的良导体、半导体和绝缘体三类。它们导电能力的大小一般用电阻率(p)来表示。石墨晶体在层面方向上碳原子之间的结合是共价键叠合金属键所以在石墨层面方向有良好的导电性,而在石墨晶体的层与层之间是由较弱的分子键连结所以导电能力弱。因此,石墨化程度高的炭素材料的导电能力有明显的各向异性。

例如,天然鳞片石墨和热解石墨的各向异性比可高达10^4。人造石墨制品的电阻率各向异性比只有1.2~1.4.各种炭素材料的导电能力是不同的,石墨化度高,层面排列近于平行,晶体缺陷少,有利于自由电子流动,所以电阻率就低。一些常用炭素材料的电阻率列于表1-9.炭素阳极作为铝电解的导电材料,要求具有良好的导电性、较低的电阻率,以减少阳极的申耗,提高铝电解的电流效率。电阻率与煅后焦的煅烧程度、阳极的体积密度及焙烧温度有直接的关系。

炭素材料导电性随温度的变化受两方面因素的制约。一方面石墨晶体受热时,在价带上的电子激发跃迁到导带上,成为自由电子,自由电子的数量增多,电阻率减小;另一方面,温度升高时,晶格点阵的热振动加剧,振幅增大,自由电子的流动阻力加大,电阻率增加。所以,当温度使电子激发作用起主导时,炭素材料的电阻温度系数为负值,而当晶格热振动起主导作用时,电阻温度系数为正值。石墨的电阻温度系数在100~900K以下时为负值,而在900 K 以上时为正值。

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