國際新研發:次成功測量到單根碳纖維絲束的橫向電阻率

碳纖維增強聚合物復合材料結構在能源生產、航空航天、交通運輸和基礎設施方面具有非常重要的作用。雖然組成復合材料的碳纖維具有優異的導電性,但是由于復合材料具有復雜的層次結構,復合材料的電學性能難以量化或預測。
  
近日,來自于美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign,縮寫為UIUC)的科學家們次直接測量了單根碳纖維的橫向電阻率。他們通過將精確的樣品制備與一種稱為van der Pauw技術的創新方法相結合,從而解決了碳纖維橫向電阻率難以測試的難題。
技
  微電路中的碳纖維片通過鉑/碳電極與金/鉻電極電連接
在碳纖維制備過程中,較強的碳-碳共價鍵傾向于在縱向平行于纖維軸向的平面上排列。而在碳纖維的橫向方向上,平面之間僅出現弱范德華鍵,會導致碳纖維在橫向和縱向方向上性能的顯著差異。
  
通過采用van der Pauw方法,研究小組精確測量了碳纖維橫向的電阻率。電阻測量是在使用聚焦離子束切割的一片碳纖維上進行的,并連接到電極進行電阻測量。
  
UIUC教授、相關課題負責人員Satoshi Matsuo指出,通過利用van der Pauw方法測試表明:IM7 碳纖維在平行于長度的方向上具有更高的導電性。
  
這種van der Pauw方法以前主要用于對薄膜或磁盤的電阻率進行定量測試。研究小組用聚焦離子束和針頭切割并操作碳纖維切片,這是一種更常用于制作透射電子顯微鏡標本的工具。
  
目前,該團隊正在測量兩種碳纖維之間的電接觸電阻。電接觸電阻取決于電阻率和接觸面積,這也會受到兩條光纖相互交叉的角度的影響。
  
在后續研究工作計劃中,研究人員將會進一步研究不同類型碳纖維在不同測量條件(如環境溫度)下的橫向電阻率。