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GB/T 40007-2021

基本信息

标准号: GB/T 40007-2021

中文名称:纳米技术 纳米材料电阻率的接触式测量方法 通则

标准类别:国家标准(GB)

标准状态:现行

出版语种:简体中文

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相关标签: 纳米技术 纳米材料 电阻率 接触式 测量方法

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标准简介

GB/T 40007-2021.Nanotechnology—Contacting methods for measuring the resistivity of nanomaterials—General rules.
1范围
GB/T 40007规定了纳米材料电阻率的接触式测量方法﹐包括测量原理、仪器设备、测量条件、测量步骤、影响因素等。
GB/T 40007中静态四探针法(A法)适用于纳米薄膜、纳米浆料和纳米粉体的电阻率测量;动态四探针法(B法)、动态四线两电极法(C法)适用于纳米粉体电阻率的测量。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件.
GB/T 32269纳米科技纳米物体的术语和定义瞭纳米颗粒﹑纳米纤维和纳米片
3术语和定义
GB/T 32269界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
纳米材料 nanomaterial
任一外部维度﹑内部或表面结构处于纳米尺度的材料。
[GB/T 30544.1-2014,定义2.4]
3.2
电阻率 resistivityp
材料内部的电流电场强度和稳态电流密度之比,即单位体积内的体积电阻。
3.3
静态四探针法 static four probe method
纳米粉体材料预压成型,用四探针电阻率测量仪测量成型试样过程中,由于无持续施压,待测成型试样的压实密度保持静止不变,测量该压实密度下的电阻率的方法。
3.4
动态四探针法 dynamic four probe method
纳米粉体材料不需预压成型,用四探针电阻率测量仪测量过程中,由于持续加压,待测样的压实密度不断变化,测量待测样在不同压实密度下的电阻率的方法。

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标准内容

ICS 17.220.20
中华人民共和国国家标准
GB/T 40007—2021
纳米技术
纳米材料电阻率的
接触式测量方法
Nanotechnology-Contacting methods for measuring theresistivity of nanomaterials-General rules2021-05-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-12-01实施
GB/T40007—2021
规范性引用文件
术语和定义
静态四探针法(A法)
动态四探针法(B法)
动态四线两电极法(C法)
5仪器设备
通用设备
专用设备
6测量条件bZxz.net
7试样制备
膜片尺寸测定
8试样测量
方法选择
9影响因素
9.1含水量对电导率测定方法的影响9.2施加压强对电导率测定方法的影响9.3湿度对电导率测定方法的影响10测量报告..
附录A(资料性附录)A法测量示例…附录B(资料性附录)B法测量示例附录((资料性附录)C法测量示例参考文献
KaeerkAca-
本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。本标准出中国科学院提山。
GB/T40007—2021
本标准由全国纳米技术标准化委员会纳来材料分技术委员会(SAC/TC270/SC1)归:本标准起草单位:中国科学院山西煤炭化学研究所、冶金工业信息标准研究院、江苏省特种设备安全监督检验研究院国家石墨烯产品质量监督检验中心(汇苏)门、中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心、中国计量科学研究院、苏州品格电子有限公司、厦门大学、波大学、山四美锦能源股份有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、嘉庚创新实验室。本标准主要起草人:陈成猛、李晓明、黄显虹、樂燕、葛广路、孔庆强、在玲玲、刘、丁海龙、阮殿波孙国华、苏方远、朱庆华、周涵婿、魏变民、王勒牛、曹凌云、杜兆丽、李倩。I
rrKaeerkAca-
1范围
纳米技术纳米材料电阻率的
接触式测量方法
GB/T40007-2021
本标准规定了纳米材料电阻率的接触式测量方法,包括测量原理、仪器设备、测量条件、测量步骤、影响因素等。
本标准中静态四探针法(A法)适用于纳米薄膜、纳米浆料和纳米粉体的电阳率测量:动态四探针法(B法),动态四线两电极法((法)适用丁纳米粉体电阻率的测量2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的:凡是注口期的引用文件,仅注口期的版本适用于本文件,凡是不注Ⅱ期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T32269纳米科技纳米物体的术语和定义纳米颗粒、纳米纤维和纳米片3术语和定义
GB/T32269界定的以及下列术语和定义适用于本文件,3.1
纳米材料nanomatcrial
任一外部维度、内部或表面结构处于纳米尺度的材料,[GB/T30541.12014,定义2.4]
电阻率resistivity
材料内部的电流电场强度和稳态电流密度之比,即单位体积内的体积电。3.3
staticfourprobemethod
静态四探针法
纳米粉体材料预压成型,用四探针电阻率测量仪测量成型试样过程中,由于无持续施压.待测成型试样的压实密度保持静止不变,测量该压实密度下的电阻率的方法:3.4
动态四探针法dynamicfourprobemethod纳米粉体材料不需预压成型,用四探针电阻率测量仪测量过程中,由于持续加压,待测样的压实密度不断变化·测量待测样在不同压实密度下的电阳率的方法。1
rKaeerkAca-
GB/T 40007—2021
4原理
4.1静态四探针法(A法)
测量原现见图1排列成一百绒的四探针年压在半无穷人的试样平圳表面【外侧探针1,探针4叫通电流I,内侧探针2、探针3叫形成电压0回路,当试样厚度>4时,四探针附近试样的中阳率0按照公式(1)计算,试样序度h4时,四探针附近试样的电阳率按照公式(2)计算。0=2元l
0=2元/
式中:
四探针附近试样的电阻率,单位为欧姆厘米(α·crm);-探针系数,单位为厘米(cm);一一内侧两根中搬所测的直流中压值,单位为伏特():外侧两根电极所施加直流电流值,单位为安培(A):F
修正系数.根据试样厚度1,白径)和探系数,从仪器的修正系数衣查询恒流源
电压表
标胜市魁
图1静态四探针法测量原理示意图4.2动态四探针法(B法)
*(2)
测量原理见图2,将纳米粉体材料填装绝缘试样筒巾,试样一端面与排列成一古线的四探针紧疮接触,对试样简内的试样逐步施力,使纳来粉体材料逐渐被压紧,测量试样在不同压实密度下的电阻率β,单个压实密度状态下电阻率的测量原理和4.1中静态四探针法的测量原现一致,计算同式(1)或式(2)。测量不向压实密度d下电阳率p,直至纳米粉体材料被压实,电阳率趋于稳定,得到d0关系曲线图,见图3。
-KaeerkAca-
4.3动态四线两电极法(C法)
恒流源
电压表
标准电阻
图2动态四探针法测量原理示意图d/(g/emt)
图3d-p关系曲线
GB/T40007—2021
测量原理见图4。将纳米粉休材料装人绝缘试样箭中,「、下标准电被与待测样紧密接触.Ⅱ「下标准电极连接加压装置,在一定的压力下,通过标准电极给试样两端通电流「,电压表测量上、下标准电极之问的电压(},根据欧姆定律,试样的电阳率按公式(3)计算。逐渐增加施压压力,测量不同压实密度d下的电阻率o,直至纳米粉体材料被压实,电阻率趋丁稳定,得到d-关系曲线图,同图3,0
武中:
试样的电阻率,单位为欧姆厘米(α·cm);上、下标准电极间的电乐,单位为伏特(V);上、下标准电极间的占流电流值,单位为安培(A):-材料横截面积,单位为平方毫米(rnm\);试样筒中试样的厚度,单位为毫米(mm)。-rrKaeerka-
(3)
GB/T 40007—2021
5仪器设备
5.1通用设备
上标准电极
下标准电极
图4动态四线两电极法电阻率测量原理通用设备主要包括恒流电源、数字电压表、燥箱、电子天平、厚度计或干分表。5.2
专用设备
5.2.1A法仪器设备
压片机:最大压强至少15MPa,模H容腔占径D101(该模H可将粉体试样压成厚度h415.2.1.1
的薄圆片,(为探针间距)或D11/(该模具可将粉体试样乐成厚度h4/的棒材或厚度h41的薄片为探针间距)
5.2.1.2涂膜机或抽滤装置。
3四探针装置。
5.2.2B法仪器设备
5.2.2.1加压装置:加压柱接触试样端为绝缘材料试样简:内衬为绝缘材料,容腔直径D101(该模具可将粉体试样于压制成厚度h41的满圆5.2.2.2
片)或D111(该模且可将粉体试样压成厚度h4的棒材或厚度h41的博圆片)5.2.2.3四探装置:四探销除尖外,H余部分预包埋在下(或上)加压柱绝缘材料里,针尖与加压料处于同一平面.探评间的绝缘电阻(包括与外壳)大于10°M2。见图5-rKaeerkca-
说明:
加压装置:
上加压板:
上加压柱;
试样简筒;
5.2.3C法仪器设备
试样;
下社;
压力传感器:
底座;
厚度游标卡尺;
试样筒绝缘内壁;
原度测母仪:
四探轩针:
图5动态四探针电阻率测量仪装置示意图13
GB/T400072021
恒电流回路;
电压测量国路,
恒压力加载装置,加压柱接触试样端为圆形平板装的标准出极:「,下标准出极与试样筒是有较好配介度,电极表面平整,可紧密接触试样表面;内衬为绝缘材料的试样筒。如图6所示。10
说明:
加压装置:
厚度测量仪:
上标准电极:
QQ88888888
电话电流
试简内衬:
下标准电被;
升降宁向柱;
7—压力传感器:
压力显示器;
试样:
动态四线两电极电阻率仪装置示意图图6
-rrKaeerKAca-
10——试简:
电压表:
恒流电源。
GB/T 40007—2021
6测量条件
6.1测量环境条件:温度为20℃~30(,测量时温度波动+1℃,相对湿度小于或等于65%。6.2为消除邻近高频发生器在测量电路中可能引人奇生电流,建议电阻率测量在电磁屏蔽条件下进行。
6.3在其他环境条件下进行测量时.应在测量报告中注明。7试样制备
7.1薄膜
将纳米薄膜干燥至恒重.然后置于干燥器中冷却至室温备用。把预处理得到的薄膜制成直径D101的等径薄圆片至少3片,或试样边缘到任一探针的最近距离101的片材至少3片,确保片材表面均匀平整。
7.2浆料
将纳米材料浆制成薄膜.除去溶剂,干燥后膜层厚度片宜为25tm:也可根据实际应用做调整.但应满足序度h41:把预处理得到的薄膜制成直径D101的等径圆片至少3片,或试样边缘到任-探针的最近距离101的片材至少3片.硫保片材表面均匀平整,7.3粉体
7.3.1将纳米粉体1燥至恒重备用。7.3.2将定质量(m)的纳米粉体材料置于压片机内.在定的压强()下压成厚度h4l的均平整的薄圆片·或压成厚度4H试样边缘到任一探针的最近距离4的棒材,然后将压好的试样干燥牟恒重备用。该步骤适用于A法。7.4膜片尺寸测定
测得7.1、7.2和7.3.2中薄圆片或涂层的厚度为h,直径为D.8试样测量
8.1方法选择
预处理后的试样根据表1选择合适的方法进行测量。表1薄膜、浆料、粉体电阻率测定的测量方法选择测量方法
可选用
不可用
不可用
可选用
不可用
不可用
-rKaeerkca-
可选用
可选用
可选用
8.2.1A法测量
四探针电阻率测量仪至少预热30 minGB/T40007—2021
8.2.1.2待测样的厚度h4/时,选择薄圆片测量模式;待测样的厚度h41时,选择棒材(或厚片)测量模式。
将探针下降到试样衣而,使四探针针尖端阵列的巾心路在试样巾心,并与试样衣而紧密接触。8.2.1.4
接表2选取合适电流量程测量电阻率0,记录测量数据。表2四探针法测量不同电阻率试样电流量程选择表电阻率/(Q·cn)
100--3000
电流量程/IA
1×103
8.2.1.5将试样平面分别旋转30*~90重复8.2.1.38.2.1.4的测量步骤,至少测3个点的数据,取平均估为该圆片的测定结果
“个试样,至少测定三个薄圆片,试样的电阻率最终结果为这三个薄圆片的平均估。测量示例参见附录A。
A法计算
诚样的压实状态以压实密度d表示按照公式(4)计算:H
式中:
压实密度,单位为克每立方厘米(g/cma)试样的质量.单位为克(g);
试样简的横截面积,单位为平方毫米(mm\):试样的厚度单危为毫来(mm)
当试样的厚度,且试样边缘到任一探钟的最近距离时,试样在该压实密度下的电阻率β按公式(1)计算。试样的厚度h41时,试样在该压实密度d下的电阻率β按公式(2)计算,8.3B法
8.3.1B法测量
8.3.1.1动态四探针电阻率测量仪至少顶热30min8.3.1.2称取一定质量(m)预处理好的试样置于动态四探针电阳率测量仪的试样筒内,使试样在筒内分布均勾平坦
-rrKaeerkca-
GB/T 40007—2021
放人加压柱,对试样元始施压,从起始压力元始每隔定压力(或压独),测量试样的是度在和电阻率0.直牟电阻率趋于稳定。加压过程中,当试样序度h41,用棒材模式,当试样被压到序度五41,用薄圆片模式。
二个试样,至少平行测定两次:测量示例参见附录B.
8.3.2B法计算
8.3.2.1试样在某一压力下的压实密度d按照公式(1)计算8.3.2.2施压过程中,在单个压万下,试样的电阻率0按公式(1)或公式(2)逛行计算,该值一般四探针电阻率测量仪都可以白动给出。8.3.2.3作待测样的-p关系曲线图,见图38.4C法
8.4.1C法测量
8.4.1.1动态四线两电极电阻率仪至少预热30min8.4.1.2称取-定量预处理好的试样署于动态四线两电极电阻率仪的试样简内,使试样在简内分布均勾平坦:
8.4.1.3放人上标准电极,对试样巡行施压,从起始压力开始每隔一定压力(或压强),按表3选合适的电流,测试样的厚度和电阻率,白至电阻率趋丁稳定。表 3 不同电阻率试样电流选择表电流
1OCμA
10----10-
10----2
10-1~2
电阳率/(α·cm)
2--200
10-209
200-2000
1000--2×10
1101~2×10
1X10-2X10°
注:当电流量程选择不当时,会出现电流供给不足,造成测量错读的现象,所以在测量个未知材料时,可以先选川小电流测量,然后逐渐加人电流,以得到更精确的测量,8.4.1.4一个试样,至少平行测定两次。8.4.1.5测量示例参见附录C。
8.4.2C法计算
8.4.2.1 试样在某一压力下的压实密度 d 按照公式(4)计算施压过程中,在单个压力下,试样的电阳率β按公式(3)逊行计算,该值一般四线两电极电阳率8.4.2.2
仪都可以白动给山
8.4.2.3作待测样的d-0美系两线图,见图38
KaeerkAca-
影响因素
含水量对电导率测定方法的影响9.1
GB/T40007—2021
如果材料含水将导致材料电阻率测定产生测量误差,因此在做电阻率测量前,待测样应1燥处理9.2
施加压强对电导率测定方法的影响压力不足,将导致纳米粉休不密实,使相互之问的连接减少.导致电阻率测量结果偏高,因此在测粉体电阳率时.需要对粉休加载压力.直至粉体压实。湿度对电导率测定方法的影响
电阻率对湿度变化非常敏感
测量报告
测量报告包括但不限于以下信息:a)
测量日期;
测量者及单位;
标准样品米源、规格、编号:
样本的详细描述,包括!家、序列号;测量环境温湿度;
测量所用方法;
平行测量结果的相对误差;
测量仪器的奖型和型号:
试验数据
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