淺談物質(zhì)的導(dǎo)電性

周曉雨

（安徽師范大學(xué)皖江學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

導(dǎo)電材料在國(guó)防工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)，隨著人們對(duì)物質(zhì)導(dǎo)電性基本原理的深入探究，許多具有高導(dǎo)電性能的合成金屬、導(dǎo)電聚合物等出現(xiàn)在人類的日常生活和生產(chǎn)中。在此研究的基礎(chǔ)上，本文主要概述了物質(zhì)導(dǎo)電性的研究背景和意義，以及金屬電阻率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，了解了這些基本的物理特性以后，討論了石墨烯新型導(dǎo)電材料的應(yīng)用現(xiàn)狀以及其未來(lái)的發(fā)展前景以及應(yīng)用價(jià)值。

導(dǎo)電性是描述物質(zhì)物理性能的重要參數(shù)。早在很久之前，人們就發(fā)現(xiàn)，用毛皮摩擦過(guò)的琥珀能夠吸引很多輕小的物體。在之后的研究中，人們又發(fā)現(xiàn)多種材料如玻璃、水晶等經(jīng)過(guò)摩擦以后，同樣能夠吸引輕小物體。因此，我們就把這種經(jīng)過(guò)摩擦后能夠吸引輕小東西的物體稱為帶電體，同時(shí)，把經(jīng)過(guò)摩擦使物體有了電荷的過(guò)程稱為摩擦起電。在我們的日常生活中，摩擦起電現(xiàn)象應(yīng)用十分廣泛。

在物質(zhì)導(dǎo)電性能理論研究日趨完善的同時(shí)，人們對(duì)物質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)驗(yàn)探究也在同步進(jìn)行。借助直流四端電極法、四探針?lè)ㄒ约叭穗姕y(cè)量等實(shí)驗(yàn)方法，人們得出不同物質(zhì)的導(dǎo)電性能與溫度、壓強(qiáng)、磁場(chǎng)等各種外界環(huán)境之間的變化關(guān)系。隨著研究的深入，人們已經(jīng)基本探明了各種常見(jiàn)物質(zhì)的導(dǎo)電性，也了解到一些合金材料、高分子材料、玻璃、某些液體和氣體的導(dǎo)電性。另外，隨著人們對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入探討，對(duì)物質(zhì)導(dǎo)電理論的探索也將進(jìn)入新的階段。

1 金屬電阻率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

電阻率是表示物質(zhì)電阻特性的一個(gè)物理量，根據(jù)歐姆定律和電阻定律，某種物質(zhì)的電阻率可以通過(guò)該電阻絲的長(zhǎng)度L、橫截面積S 以及其電阻R 計(jì)算得出：

實(shí)驗(yàn)步驟：

第一步，用螺旋測(cè)微器在待測(cè)金屬絲不同位置上各測(cè)一次直徑，通過(guò)多次測(cè)量和計(jì)算求出待測(cè)金屬絲直徑的平均值d；第二步，按照電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，同時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使滑動(dòng)變阻器接入電路部分的阻值處于最大的位置；第三步，用毫米刻度尺測(cè)量待測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度（即接入電路部分的金屬絲長(zhǎng)度），多次測(cè)量求出待測(cè)金屬絲接入電路部分有效長(zhǎng)度的平均值L。第四步再次檢查實(shí)驗(yàn)電路，確認(rèn)無(wú)誤后閉合開(kāi)關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，然后，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)值I 和U，將其填入對(duì)應(yīng)的記錄表格內(nèi)，多組讀數(shù)結(jié)束后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，根據(jù)相應(yīng)公式求出待測(cè)金屬絲電阻的平均值R；第五步將測(cè)得的R、L、d代入電阻率的計(jì)算公式中，最終求出待測(cè)金屬絲的電阻率ρ；最后，整理好實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

表1 金屬絲的長(zhǎng)度和直徑

表2 金屬絲的電阻

根據(jù)表1 和表2 中的測(cè)量數(shù)據(jù)，求出待測(cè)金屬絲的電阻率為：

通過(guò)分析可得，在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，誤差主要來(lái)源于三個(gè)方面：一是待測(cè)金屬絲的直徑和長(zhǎng)度測(cè)量以及電流表和電壓表讀數(shù)所產(chǎn)生的誤差；二是由于本實(shí)驗(yàn)采用電流表外接法，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值偏小；三是隨著待測(cè)金屬導(dǎo)線通電后發(fā)熱，會(huì)使得測(cè)量值偏大，造成實(shí)驗(yàn)誤差。

2 簡(jiǎn)述新型碳納米材料石墨烯導(dǎo)電性能方面的應(yīng)用

隨著人們對(duì)碳材料的深入認(rèn)識(shí)和了解，越來(lái)越多的新型碳材料漸漸被人們發(fā)現(xiàn)，其中，石墨烯作為已知的強(qiáng)度最高的物質(zhì)，由于其具有優(yōu)越的導(dǎo)電性、很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此，這種新型的碳納米材料在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用價(jià)值成為人們研究的熱點(diǎn)。石墨烯是一種由碳原子以sp2 雜化軌道成鍵，具有非常獨(dú)特的二維平面構(gòu)造的新型材料，正是由于石墨烯這種特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，使其分子表面被一層巨大的電子云包圍，這就使石墨烯在室溫下的載流子遷移率相比傳統(tǒng)的硅材料等提高了數(shù)10 倍，可以快速地輸送電能，在定向?qū)щ娦阅芊矫姹憩F(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著科技的快速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注清潔能源的運(yùn)用，氫能源的應(yīng)用漸漸融入人們的生活和生產(chǎn)之中，而石墨烯本身良好的導(dǎo)電性能，以及在回收處理過(guò)程中的環(huán)保性，因此，將石墨烯材料和電極材料相結(jié)合，在原有的制止工藝上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而制造出具有更好導(dǎo)電性以及環(huán)保優(yōu)勢(shì)的新型燃料電池。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于高分子材料、合金材料等新型導(dǎo)電材料提出了更多、更高的要求，對(duì)于具有優(yōu)良綜合性能且具有高導(dǎo)電性材料的需求也越來(lái)越大，因此，本文在深入了解物質(zhì)導(dǎo)電性的基本原理上，簡(jiǎn)單介紹了金屬絲電阻率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，在本文的最后簡(jiǎn)單敘述了新型材料石墨烯在導(dǎo)電方面的應(yīng)用，對(duì)于進(jìn)一步拓寬物質(zhì)材料在導(dǎo)電方面的發(fā)展具有非常重要的實(shí)際意義。