《DB32T 4027-2021石墨烯粉體電導(dǎo)率測定 動態(tài)四探針法》

ICS17.040.20

CCSQ53

DB32

江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB32/T4027-2021

石墨烯粉體電導(dǎo)率測定動態(tài)四探針法

Determinationofelectricalconductivityofgraphenepowder—Dynamicfourpoint

probemethod

2021-05-14發(fā)布2021-06-14實施

江蘇省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB32/T4027-2021

I

DB32/T4027-2021

石墨烯粉體電導(dǎo)率的測定動態(tài)四探針法

1范圍

本文件規(guī)定了利用四探針動態(tài)測定石墨烯粉體電導(dǎo)率的方法。

本文件適用于氧化還原法和化學(xué)插層剝離法等方法制備的壓實后電導(dǎo)率無宏觀各向異性的石墨烯

粉體的電導(dǎo)率測定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T30544.13納米技術(shù)術(shù)語第13部分：石墨烯及相關(guān)二維材料

GB/T31838.2固體絕緣材料介電和電阻特性第2部分：電阻特性（DC方法）體積電阻和體積電

阻率

JJG508四探針電阻率測試儀檢定規(guī)程

SJ/T10315四探針探頭通用技術(shù)條件

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

石墨烯graphene

由一個碳原子與周圍三個近鄰碳原子結(jié)合形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳原子單層。

注1：它是許多碳納米物體的重要構(gòu)建單元。

注2：由于石墨烯僅有一層，因此通常被稱為單層石墨烯。石墨烯縮寫為1LG，以便區(qū)別于縮寫為2LG的雙層石墨

烯和縮寫為FLG的少層石墨烯。

注3：石墨烯有邊界，并且在碳-碳鍵遭到破壞的地方有缺陷和晶界。

[來源:GB/T30544.13—2018，定義3.1.2.1]

體積電阻率electricalresistivity；ρ

在給定的時間及電壓下，直流電場強(qiáng)度與材料內(nèi)部電流密度之比。

注1：在實際中，體積電阻率通常被視為單位體積內(nèi)的體積電阻。

注2：體積電阻率的單位用Ω·m表示。實際上由于石墨烯粉體電阻率較小，可使用Ω·cm。

[來源:GB/T31838.2-2019，定義3.2]

1

DB32/T4027-2021

3.1

粉體電導(dǎo)率powderconductivity；

粉體被壓實后的體積電阻率的倒數(shù)。?

3.2

四探針法fourpointprobemethod

使用分離的載流和電壓傳感電極對測量薄膜方塊電阻、阻抗或?qū)щ娦缘姆椒ā?/p>

注：此法快速、可復(fù)位并有局域性。

[來源:GB/T30544.13—2018，定義3.3.3.1]

3.3

動態(tài)四探針法dynamicfourpointprobemethod

利用四探針法原位測定石墨烯粉體電導(dǎo)率的方法。

4原理

將石墨烯粉體填裝至樣品槽中（見圖1），通過對加壓板逐步施加壓力，使樣品槽內(nèi)石墨烯粉體與

含四探針探頭的上電極接觸并逐漸被壓緊，在T1、T4兩處探針間施加電流強(qiáng)度，則T2、T3探針間產(chǎn)生電

位差。通過動態(tài)四探針法，測試不同壓強(qiáng)下的方塊電阻，分別利用公式（1）和公式（2）計算得到不同

壓強(qiáng)下的電阻率和電導(dǎo)率，再利用公式（3）計算不同壓強(qiáng)下的石墨烯壓實密度。最后得到電導(dǎo)率對壓

實密度的關(guān)系曲線（見圖2）。

圖1動態(tài)四探針法測定石墨烯粉體電導(dǎo)率的示意圖

1—T1、T4兩根探針之間施加電流強(qiáng)度；2—T2、T3探針間產(chǎn)生的電位差；3—等間距排列的四探針

探頭；4—含四探針探頭的上電極；5—樣品槽；6—石墨烯粉體；7—加壓板。

…………………⑴

???

?=?×??×??×?2

DB32/T4027-2021

式中：

——石墨烯粉體的電阻率；

——石墨烯粉體受壓下的高度；

?h

——樣品槽直徑；

——四探針相鄰兩針的間距；

?T

C——探針間距修正系數(shù)；

——高度修正系數(shù)；

?

——形狀位置修正系數(shù)；

??

?

——T2、T3探針間產(chǎn)生的電位差；

?U?

I——T1、T4兩根探針之間通入的電流強(qiáng)度。

………………⑵

式中：

?=1/?

——石墨烯粉體的電導(dǎo)率；

140

——石墨烯粉體的電阻率。

?

120

?

100

)

80………………⑶

S??

(

式中：/

c??×?

m60?==

d——不同壓強(qiáng)下的石墨烯的壓實密度；

電40

m——投樣質(zhì)量；

導(dǎo)

V——不同壓強(qiáng)下被率壓2實0的石墨烯的體積；

A——被壓實的石墨烯塊0的橫截面積；

0.00.20.40.60.81.0

h——不同壓強(qiáng)下的石墨烯的厚度。

3

壓實密度(g/cm)

圖2石墨烯粉體電導(dǎo)率-壓實密度的關(guān)系示例圖

5材料和試劑

乙醇：分析純。

其他：玻璃培養(yǎng)皿、尖頭鑷子、無塵布、無塵紙、稱量紙、樣品勺。

6儀器設(shè)備

3

DB32/T4027-2021

動態(tài)四探針儀：包埋四探針探頭的材料為絕緣材料；加壓板接觸樣品端為絕緣材料；樣品槽內(nèi)襯為絕緣

材料?？蓽y電導(dǎo)率范圍為0.01S/cm～10000S/cm；相對分辨率不低于量程的1%?？墒┘幼畲髩簭?qiáng)不低于

30Mpa。

烘箱：最高工作溫度大于150℃，控溫精度為±5℃。

分析天平：準(zhǔn)確度為0.1mg。

7電阻率測試

7.1環(huán)境要求

室內(nèi)溫度為25℃±1℃，濕度不高于65%RH。

7.2操作要求

整個實驗過程需穿實驗服并佩戴手套和口罩，防止吸入石墨烯粉體。

7.3樣品前處理

將粉體置于烘箱內(nèi)105℃干燥2h，之后轉(zhuǎn)移至干燥器內(nèi)自然冷卻，備用。

7.4測試步驟

測試前對設(shè)備進(jìn)行零位校準(zhǔn)，使壓強(qiáng)零位在±0.1MPa，高度零位在±0.05mm范圍內(nèi)。

稱重樣品槽，記為。

用稱量紙稱取一定質(zhì)量的石墨烯粉體，將粉體緩慢的填充到樣品槽內(nèi)，應(yīng)確保粉體無局部堆積，且均勻、

?0

平坦的填充于樣品槽內(nèi)。稱重，記為。和的差值為投樣質(zhì)量。

將載有石墨烯粉體的樣品槽放置于動態(tài)四探針儀上的加壓部位，然后對樣品進(jìn)行加壓，從起始壓強(qiáng)開始

?1?1?0△?

每隔一定壓強(qiáng)記錄樣品厚度h、電導(dǎo)率、電阻率，保存原始測量數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)點(diǎn)不少于10個；每

個數(shù)據(jù)點(diǎn)的保壓時間為10s；最大壓強(qiáng)不低于30MPa，且最大壓強(qiáng)下的樣品厚度應(yīng)大于0.2mm。若樣

??

品厚度小于0.2mm,則舍棄該數(shù)據(jù)，然后按該要求，加大投樣質(zhì)量并重新進(jìn)行測量。

樣品測完后，取下樣品槽退出樣品，清理樣品槽內(nèi)腔和測試頭表面殘留的樣品。將空樣品槽放置于動態(tài)

四探針儀的加壓部位進(jìn)行空跑測試，監(jiān)控高度零位。若高度零位超出±0.05mm，舍去上述測試數(shù)據(jù)，

按7.4.1～7.4.5要求，重新校準(zhǔn)設(shè)備并測量。

按照7.4.2～7.4.5步驟進(jìn)行下一次投樣測試。每個樣品取2～3個不同質(zhì)量進(jìn)行測試，保存原始測量數(shù)

據(jù)。

按照7.4.2～7.4.5步驟，測試不同制備方法的石墨烯粉體的電導(dǎo)率。

8結(jié)果計算

按照公式（1）計算不同壓強(qiáng)下的電阻率，按照公式（2）計算出相應(yīng)的電導(dǎo)率，按照公式（3）計算可

得到對應(yīng)壓強(qiáng)下的壓實密度。

對同一被測樣品的至少2個～3個不同質(zhì)量，做電導(dǎo)率-壓實密度曲線(見圖3)。

4

DB32/T4027-2021

160

0.0559g

1400.0387g

0.0259g

120

)100

S

(80

/

c

m

60

電40

導(dǎo)

率20

0

0.00.20.40.60.81.0

3

壓實密度(g/cm)

圖3同一石墨烯粉體不同質(zhì)量下的電導(dǎo)率-壓實密度曲線示例圖

對不同制備方法的石墨烯粉體的至少2個～3個不同質(zhì)量，做電導(dǎo)率-壓實密度曲線（見圖4）。

1400.0387g1200

0.0425g

0.0256g

0.0384g

0.0130g

12010000.0318g

100A

800B

80

(600

(

S

S

/

/

60c

c

m

m

)400

)

電

電40

導(dǎo)

導(dǎo)200

率

率20

00

0.00.20.40.60.80.60.81.01.21.41.61.82.02.2

3

壓實密度(g/cm3)壓實密度(g/cm)

a)氧化還原法石墨烯電導(dǎo)率-壓實密度曲線b)插層剝離法石墨烯電導(dǎo)率-壓實密度曲線

圖4不同石墨烯粉體的電導(dǎo)率-壓實密度曲線示例圖

9測試報告

測試報告宜包括但不限于以下內(nèi)容：

——本標(biāo)準(zhǔn)編號；

——測試日期；

5

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——測試環(huán)境；

——測試人員及單位；

——儀器設(shè)備；

——樣品名稱；

——實驗結(jié)果。

電導(dǎo)率測試報告式樣(見附錄A)。

6

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A

A

附錄A

（資料性）

測試報告示例

測試報告示例如下：

石墨烯粉體電導(dǎo)率測試報告

1測試日期：2020年8月27日

2測試單位:江蘇江南烯元石墨烯科技有限公司

單位地址：常州市武進(jìn)區(qū)蘭香路8號聯(lián)系方式：XXXXXXXXXXX

3環(huán)境溫度：25.4℃環(huán)境濕度：62%RH

4樣品名稱：石墨烯粉體制備方法：插層剝離法

5測試儀器：動態(tài)四探針儀型號：XXXXXXX

6數(shù)據(jù)記錄表：見表A.1-A.3。

7電導(dǎo)率-壓實密度曲線：見圖A.1。

表A.1電導(dǎo)率測試數(shù)據(jù)記錄表

投樣測試空跑

投樣壓實電阻率電導(dǎo)溫濕高度高度

高度壓強(qiáng)序壓強(qiáng)壓強(qiáng)

序號質(zhì)量密度10-3Ω·c率度度零位零位

mmMPa號MPaMpa

gg/cm3m℃%RHmmmm

10.04251.0820.39357.4291S/3c4m.6256212-0.0130-0.01

20.04250.5940.72033.341299.3256224-0.0128-0.01

30.04250.4460.96592.266441.3256236-0.0126-0.01

40.04250.3681.1811.778562.4256248-0.0124-0.01

50.04250.32101.3281.586630.42562510-0.0122-0.01

60.04250.3121.4171.428700.42562612-0.0120-0.01

70.04250.28141.5181.313761.72562714-0.0118-0.01

80.04250.27161.5741.250799.92562816-0.0116-0.01

90.04250.26181.6351.195837.12562918-0.0114-0.01

100.04250.26201.6351.187842.525621020-0.0112-0.01

110.04250.25221.7001.133883.025621122-0.0110-0.01

120.04250.24241.7711.080925.725621224-0.018-0.01

130.04250.23261.8481.029971.525621326-0.016-0.01

140.04250.23281.8481.025975.225621428-0.014-0.01

7

DB32/T4027-2021

150.04250.23301.8480.97351027.225621530-0.012-0.01

表A.2電導(dǎo)率測試數(shù)據(jù)記錄表

投樣測試空跑

投樣壓實溫高度高度

高度壓強(qiáng)電阻率電導(dǎo)率濕度壓強(qiáng)壓強(qiáng)

序號質(zhì)量密度度序號零位零位

mmMPa10-3Ω·cmS/cm%RHMpaMPa

gg/cm3℃mmmm

10.03160.8020.39506.858145.8256212-0.0130-0.01

20.03160.4440.71823.116320.9256224-0.0128-0.01

30.03160.3360.95762.180458.8256236-0.0126-0.01

40.03160.2781.1701.754570.0256248-0.0124-0.01

50.03160.25101.2641.552644.22562510-0.0122-0.01

60.03160.23121.3741.400714.22562612-0.0120-0.01

70.03160.22141.4361.322756.32562714-0.0118-0.01

80.03160.20161.5801.206829.12562816-0.0116-0.01

90.03160.19181.6631.134881.92562918-0.0114-0.01

100.03160.19201.6631.125888.625621020-0.0112-0.01

110.03160.18221.7561.059944.125621122-0.0110-0.01

120.03160.18241.7561.054948.625621224-0.018-0.01

130.03160.17261.8590.9901010.625621326-0.016-0.01

140.03160.17281.8590.9861014.225621428-0.014-0.01

150.03160.17301.8590.9831017.225621530-0.012-0.01

表A.3電導(dǎo)率測試數(shù)據(jù)記錄表

投樣測試空跑

投樣高壓實溫

壓強(qiáng)電阻率電導(dǎo)率濕度序壓強(qiáng)高度零壓強(qiáng)高度零

序號質(zhì)量度密度度

MPa10-3Ω·cmS/cm%RH號Mpa位mmMPa位mm

gmmg/cm3℃

10.02200.5520.40006.568152.3256212-0.0130-0.01

20.02200.3040.73333.031330.0256224-0.0128-0.01

8

DB32/T4027-2021

30.02200.2261.0002.127470.1256236-0.0126-0.01

40.02200.1981.1581.759568.5256248-0.0124-0.01

50.02200.17101.2941.535651.42562510-0.0122-0.01

60.02200.16121.3751.420704.22562612-0.0120-0.01

70.02200.15141.4671.314761.12562714-0.0118-0.01

80.02200.13161.6921.214824.02562816-0.0116-0.01

90.02200.1318