【科研进展】科学家首次实现单根碳纤维的横向电阻率的直接测量

碳纤维增强聚合物复合结构在航空航天、基础设施、能源生产和运输中发挥着越来越重要的作用。然而，由于组成碳纤维的导电性和复合材料的复杂分层微观结构，复合材料的电性能很难测量或预测。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员首次直接测量了单根碳纤维的横向电阻率。研究人员将精确的样品制备与称为 van der Pauw 方法的技术相结合，以完成这项具有挑战性的测量。

电路中的碳纤维片通过铂/碳电极与金/铬电极电连接

“我们的实验证实，横向测量碳纤维的电性能与沿纤维长度测量的性能不同，”共同作者说。

当制造碳纤维时，强的碳-碳共价键在纵向平行于纤维轴的平面内排列。横向平面之间仅存在弱范德华键，导致方向相关的特性。

研究人员使用一种称为范德堡法的技术来准确测量碳纤维横向的电阻率。使用聚焦离子束在碳纤维切片上进行电阻测量，并连接到电极进行电阻测量。

“我们的结果表明，IM7 碳纤维在平行于长度的方向上更具导电性，”共同作者说。

以前，范德堡法主要用于测量薄膜或圆盘的电阻率。研究人员使用聚焦离子束、针切割来操作一片碳纤维，这种针是一种更常用于制备透射电子显微镜标本的工具。

研究人员现在正在研究两种碳纤维之间的电接触电阻测量。接触电阻取决于电阻率和接触面积，这也取决于两条纤维彼此交叉的角度。

接下来，他们计划在不同的测量条件（如环境温度）下检查不同类型碳纤维的横向电阻率测量值。

研究人员说：“这个程序也可以应用于其他具有微米级直径的同质导电纤维材料，例如导电聚合物纤维或金属纤维。”

文章来源：贤集网

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