竹炭导电性能及应用研究进展

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竹炭导电性能及应用研究进展

2024-01-15 04:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

竹炭电阻率是衡量竹炭导电性能的一项重要指标。通过测量竹炭电阻率,在一定程度上可表征其导电性能,竹炭电阻率越小,导电性越好,反之亦然。竹炭电阻率的研究,主要集中在竹林立地条件、竹材部位、炭化工艺(炭化温度、炭化速率和保温时间)、竹炭粒径大小、微观结构及竹炭的基本理化性能指标等。

林新春等[28]采用5年生的集约经营型的毛竹Phyllostachys edulis,在相同炭化工艺条件下制备竹炭,测得不同产地的竹炭电阻率各不相同,其电阻率大小依次为宁波、景宁、江山、安吉。江泽慧等[27]使用数字式四探针测试仪研究了块状竹炭的导电性能,结果表明:750 ℃以上处理的竹炭内表面及内表面和外表面之间部分的电阻率差异很小,但竹炭外表面的电阻率低于其他部位,即导电性明显高于其他部位。张文标[29]研究认为炭化温度对竹炭的导电性影响显著,随着炭化温度升高,其电阻率减少,且在炭化温度600~800 ℃时电阻率显著降低;不同的炭化工艺条件下,其电阻率各不相同;在同一工艺条件下,竹材不同部位制备的竹炭的电阻率不同,呈现从基部到梢部降低趋势。电阻率大小还与竹炭的结构、灰分含量有关,竹炭微晶的取向趋于整齐一致时,导电性增加;灰分中的一些可溶性的钾和钠的硫酸盐,不溶性的硅酸盐以及少量磷酸盐等物质的含量增加,促使离子的移动产生极化,导致竹炭导电性增强。

Nomura[30]对竹炭的电阻特性进行了初步研究,得出电阻率与竹炭的烧制温度有关,并对竹炭的电阻率测定方法进行了研究。Yokochi等[31]研究发现竹炭电阻率随着炭化温度的上升,电阻率开始下降,在700~800 ℃范围内急剧下降,在1 000 ℃之后变化缓慢;岩田圭司[32]研究发现炭化炉中不同部位炭化时的升温速率不同,影响了相应位置竹材的热解程度,导致同一炭化炉中的竹炭电阻率相差较大。邵千钧等[33]采用竹炭二次炭化的方法来研究电阻率的影响因素。研究表明:对于同一炭化温度,随炭化时间延长,电阻率从开始的下降显著到后面下降趋于缓慢。Hwang[34]采用台湾的毛竹(当地称孟宗竹)在传统的砖土窑中烧制竹炭,发现炭化温度在窑中分布很不均匀,测得竹炭电阻率呈现从窑顶部到底部增大趋势,与窑体高度直接有关。

赵丽华等[26]研究认为:竹炭电阻率与微观结构、密度和灰分有关,竹炭维管束收缩越紧密,密度越大,细胞之间结合更紧密,形成规则晶格结构,因此,电阻率减小。灰分在竹炭中的金属元素的含量及离子络合物形式的存在减少了竹炭电阻率。傅秋华等[35]研究认为,竹炭灰分中的一些元素,如磷、硅、钙等杂质掺和在竹炭中,使竹炭成为杂质半导体的性质,使其电阻率变小,从而导致了导电性的增强;同时得出竹炭电阻率随固定碳含量和pH值的增加而不同程度的降低,而随着竹炭挥发分含量的降低而降低的结论。郑志锋等[36]对竹炭的微粉制备与性能结构进行了研究,得出竹炭颗粒粒径越小,电阻率越小,它与石墨、碳纤维等其他碳系导电变化规律相似的结论。



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