炭素膜の電気抵抗・シート抵抗・炭素の抵抗率を簡便に測定

黒鉛膜の抵抗を測りたいので、
簡単な測り方をやってみた。
テスター(電流電圧抵抗器)をつかって、
抵抗×1kっていう所にツマミをセットして、プラスとマイナスの端子を箔上に
1センチほど離して付けると、
目盛りが、20から40Ωを指します。
これが2万から4万Ωってことか。。

アルミ箔と墨汁で作った炭素膜の抵抗を比較しているんですが、
10ミクロンぐらいのアルミ箔はテスターの×10の目盛りで振りきれてしまいます。

プラスチック上の炭素膜の抵抗値として、
どのくらいのオーダーが正しいのかよく分かりません。
4端子法が正確らしいですが、とりあえず簡便にオーダーだけでも
見極めたいのです。

炭素膜の厚さは1ミクロンぐらいだと想像してます。
大きさは10センチ角です。

炭素って電気を流しやすいと思っていたので、
抵抗が高すぎないか?と思っています。

電気抵抗率は

10 µΩm1.64 × 10-5炭素*

って値がウィキに出てます。

アルミ箔からは3桁小さな値です。

ちなみに、同じテスターでシャーペンの芯を測ると3-5Ωで5センチ長さ(5×10^-2 m)で

断面積が、0.25mm×0.25mm×3.14で2×10^-7(平方m)

抵抗率は、

抵抗=抵抗率×長さ÷断面積

抵抗率=抵抗×断面積÷長さ

実測抵抗率=5Ω × 2×10^-7÷(5×10^-2)

実測抵抗率=2×10^-5 Ω・mとなる。

シャー芯では、ウィキの値と近い値がちゃんと測定できる。

炭素膜では、

抵抗値 4*10^4Ω

抵抗率=4*10^4×10^-6×10^-3÷(10^-3)

実測値=4×10^-2 Ω・m

これは幅が1mm、厚さ1μmで端子距離1ミリで計算してます。

1000倍の抵抗率になってしまう。

さらに、シート抵抗は、

Rs=R×幅÷長さ

Rs=抵抗率÷厚さ

=40000Ω/sq.

透明導電性電極(TCE:transparent conductive electrode)。

TCE 用の新規材料には、カーボンナノチューブ(CNT:carbonnanotube)、

ナノ構造金属(例:金属グリッド、金属ナノワイヤ)およ
びグラフェンなどがあります。

通常、ITO 代替 TCE は、可視光域において透過率 T > 90% であるとともに、

シート抵抗が RS < 100Ω /sq. でなければなりません

可視光は通さないし、抵抗も高すぎる。

どうしたんだ、この炭素膜は??

これが、40Ω /sq. ぐらいだと納得できるんだけどなあ。

どうしてか??という疑問が湧きました。

グラフェンは、金属に近い抵抗率らしいですね。

つまり普通の炭素の1000分の1の抵抗率。

墨汁炭素膜は普通の炭素の1000倍の抵抗率。

墨汁炭素膜でも普通の炭素同じ桁の抵抗率が計算できると思っていたので、
意外です。

テスターの仕組みを考えてみる。

短絡すると針が振り切れる抵抗値0になるので、

一定の電圧で流れる電流を測る仕組みかと思う。

つまり、

針が振れれば流れやすい。

これが、Ω×10とΩ×kのレンジを比べると、

×kの方が、抵抗は大きい。針は振れやすい。

つまり、電圧が100倍かけてある。

以下に興味を引く記述を見つけた。

http://d.hatena.ne.jp/marifunohito2/20071103/p5

表1.炭化温度と竹炭の物性
電気抵抗(Ω/cm) 109 109 104 101 100

炭の表面電気抵抗は、200から1000℃の焼成温度によって

1、000、000、000Ω/センチから10Ω/センチ

まで変わりうるということだ。

煤が元になっている墨には、凝集物という側面が強くて、

グラファイトの劈開できる面のSP2軌道に由来する電気伝導度は低い・・・・・のかもしれない。

さらに検索すると。

http://www.pref.hiroshima.lg.jp/uploaded/attachment/4960.pdf

導電性と
低摩擦性を両立させる表面処理技術が必要とされている。
炭素を主成分とする膜(炭素膜)で特に低摩擦かつ耐
摩耗性に優れた性質を示す材料としてダイヤモンドライ
クカーボン(diamond-like carbon:DLC)があり,ドリ
ルや鋏などの切削部品やエンジン部品などに使用されて
いる。しかし sp3 結合を多く含み絶縁性を示すことから,
電気接点に使用するために導電性を付与する試みが行わ
れ て き た 。

The results showed that the resistivity varied from 2.88x102Ω/□ to 2.48x106Ω/□, however the resistivity was not depending on the Ni contents.

炭素膜のシート抵抗は、10^6Ω/sq.から10^2Ω/sq.まで変化することもあるらしい。

じゃあ今回の私の墨汁膜のシート抵抗4×10^4は普通なのか。

http://www.ntn.co.jp/japan/products/review/pdf/NTN_TR77_P087.pdf

DLC膜の特性とその応用
Characteristics and Applications of DLC films

ってPDFによると、

DLC膜の物性値に幅があるのは,sp3結合とsp2結合の割合および
水素含有量の違いで様々な組成や構造のDLC膜が存
在し,物性が大きく変化するためである。

カーボンは実は、奥が深そうだ。

グラフェン以外にも研究テーマあるんだね

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