作者：泰克科技

如果你仔細(xì)觀察過(guò)油罐車(chē)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)油罐車(chē)車(chē)尾通常都安裝了一條鐵鏈，可是你有沒(méi)有想過(guò)它的存在有何意義呢？難道這根鐵鏈和灑水車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)播放的音樂(lè)一樣，只是為了提醒我們油罐車(chē)來(lái)了嗎？

其實(shí)不然，作為運(yùn)輸石油衍生品的專(zhuān)屬用車(chē)，在它金屬制作的車(chē)身里，裝著諸如汽油、煤油等很多類(lèi)型的燃油。盡管工作人員已經(jīng)從控制車(chē)內(nèi)氧氣含量等各個(gè)方面，來(lái)降低燃油燃燒的可能性，然而在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中，一旦遇到不平的地勢(shì)或者擁擠的交通，勢(shì)必會(huì)造成速度上的改變，進(jìn)而造成燃油的晃動(dòng)，導(dǎo)致燃油和車(chē)壁的不斷摩擦和碰撞，這樣就會(huì)使油槽充滿或正或負(fù)的電荷。可是汽車(chē)的輪胎材質(zhì)是橡膠做的，橡膠本身是一種不良導(dǎo)體，具有過(guò)大的電阻率，當(dāng)對(duì)橡膠施加電壓時(shí)，其內(nèi)部的電子無(wú)法順利移動(dòng)，因而無(wú)法使電荷及時(shí)導(dǎo)出，電荷的不斷聚集會(huì)產(chǎn)生靜電，而當(dāng)達(dá)到一定靜電電位時(shí)，就會(huì)引起電荷的放電，也就是我們常說(shuō)的電火花，這對(duì)于燃油這種易燃的東西來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，即便是零星的火花，也可以將油罐車(chē)引燃并產(chǎn)生爆炸，造成無(wú)法預(yù)估的損失和傷亡事故。

鐵鏈在安全上的重要性為什么沒(méi)了？

所以也正是為了防止這樣的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生，人們便在汽車(chē)后面綁上一根鐵鏈，就像“接地線”一樣。這條鐵鏈的作用是：

• 將油罐感應(yīng)的靜電導(dǎo)走，避免與外界物質(zhì)發(fā)生跳火；
• 使油罐車(chē)和整個(gè)裝卸油設(shè)備保持等電位，防止出現(xiàn)電位差；
• 對(duì)油料中電荷有加快泄露的作用。

這就體現(xiàn)出了油罐車(chē)后面拖著一根鐵鏈的重要性了！那為什么現(xiàn)在我們?cè)诼飞弦?jiàn)到的油罐車(chē)后面都沒(méi)有鐵鏈的拖尾了呢？

其實(shí)是由于，現(xiàn)在的輪胎橡膠中都摻雜了一定濃度的碳黑。碳黑在塑膠工業(yè)的一個(gè)重要應(yīng)用就是導(dǎo)電性能，通過(guò)控制碳黑的添加量能得到不同導(dǎo)電率的聚合物。再摻用一定量的碳黑后，可使這些材料的電阻率降低至100Ω*cm以下，使高電阻的高分子材料變成具有半導(dǎo)電性能或抗靜電屏蔽性能的材料，可用于生產(chǎn)高壓電纜的導(dǎo)電屏蔽材料，油罐車(chē)的輪胎橡膠和制作高精度電子產(chǎn)品的防靜電包裝材料。

如何量化材料的電阻率？

那么我們應(yīng)該用什么方式方法來(lái)量化材料的電阻率呢？電阻率測(cè)定有兩種基本方法：體積和表面電阻率。

體積電阻率測(cè)量

體積電阻率測(cè)量一般采用下圖1所示的測(cè)試夾具完成，將電壓源V-Source施加到上電極，測(cè)試流經(jīng)測(cè)試樣品的小電流I，隨后體積電阻率ρv用公式ρv=kvτR計(jì)算得出。其中，ρv=體積電阻率，kv=電極接觸的有效面積，τ=樣品厚度，R=V/I（施加的V-Source和測(cè)試的電流值的電阻比值）。

圖1 測(cè)試夾具

表面電阻率測(cè)試

表面電阻率測(cè)量一般采用下圖2所示的電極配置，將電壓源V-Source施加到環(huán)狀電極上，再測(cè)試樣品表面上的電流從保護(hù)電極流向主電極的電流，即表面電流I。隨后表面電阻率ρs用公式ρs=ksR計(jì)算得出。其中，ρs=表面電阻率，R=V/I（施加的V-Source和測(cè)試的電流值的電阻比值），ks=P∕g，P=保護(hù)電極的有效周長(zhǎng)（mm），g=保護(hù)電極與環(huán)形電極間距（mm）。

圖2 電極配置

復(fù)雜聚合物材料和超高電阻測(cè)試

當(dāng)我們測(cè)的材料并非一種均質(zhì)材料，而是像上面所述的是一種橡膠摻雜了碳黑的聚合物的時(shí)候，又會(huì)出現(xiàn)什么測(cè)試測(cè)量問(wèn)題呢？

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著我們施加在樣品上的+V持續(xù)一段施加后，聚合物中的碳黑顆粒，會(huì)漸漸的形成更利于電流流過(guò)的導(dǎo)電通路，導(dǎo)致測(cè)試電流慢慢變大，那這顯然并不是我們想去真正表征的材料本身電阻率特性，這時(shí)候我們只需要將樣品兩端的+V反向成－V即可破壞掉已經(jīng)建立的導(dǎo)點(diǎn)通路，再進(jìn)行均值化測(cè)試測(cè)量了。（以體積電阻率測(cè)試舉例，見(jiàn)下圖示意）

那在測(cè)試一些復(fù)雜聚合物材料或者超高電阻和電阻率的時(shí)候，為了提高測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性，我們會(huì)用一種叫做交變極性測(cè)量法的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)（alternating polarity measurement method）。實(shí)際測(cè)試流程如下，施加一個(gè)正電壓＋V，等待指定的時(shí)間（下圖選擇等待１５秒），然后進(jìn)行電流測(cè)量；緊接著，施加一個(gè)同樣大小的負(fù)電壓－V，等待相同的時(shí)間（１５秒），再進(jìn)行一次電流測(cè)量。

圖3 以體積電阻率測(cè)試舉例

圖4 交變極性測(cè)量法

Keithley完整的高電阻率測(cè)量解決方案

可以使用以下套件，采用標(biāo)準(zhǔn) ASTM D-257 “絕緣材料的DC 電阻或電導(dǎo)”規(guī)定的方法執(zhí)行高電阻率測(cè)量：6517B 靜電計(jì)/高阻表 + 8009 夾具盒 + KickStart HRMA測(cè)試軟件。

Keithley 6517B 靜電計(jì) / 高阻表是全球科研實(shí)驗(yàn)室靈敏測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。吉時(shí)利在弱電測(cè)量方面擁有 60 多年的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，吉時(shí)利靜電計(jì)能夠可靠地測(cè)量最低 10 aA （10×10-18A） 電流、最低 1 fC 電荷，并支持最高 1018Ω 的電阻測(cè)量。6517B 還能夠測(cè)量高達(dá) 200 V 的最大電壓范圍，輸入阻抗超過(guò) 200 TΩ。所有這些性能都融合在一臺(tái)儀器中，操作起來(lái)像數(shù)字萬(wàn)用表一樣簡(jiǎn)便。

8009 電阻率測(cè)試夾具滿足美國(guó)測(cè)試材料協(xié)會(huì) （ASTM） D257 標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的絕緣材料 DC 電阻或電導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。8009 與 6517B 相結(jié) 合，為進(jìn)行優(yōu)質(zhì)安全的電阻率測(cè)量提供了完整的系統(tǒng)。8009 帶有 6517B-ILC-3 安全互鎖電纜、7078-TRX-3 三同軸到三同軸電纜及 8607 1 kV 源電壓香蕉插口成套電纜。

KickStart 高電阻率應(yīng)用控制著執(zhí)行所需測(cè)量的靜電計(jì)和測(cè)試夾具，進(jìn)行 ASTM- D-257 標(biāo)準(zhǔn)電阻率測(cè)量。它可以以高達(dá)1000V 電壓測(cè)試材料，確定高達(dá) 1018 Ω-cm 的電阻率，分析電流隨時(shí)間變化的階躍響應(yīng)圖，確定測(cè)量要等多長(zhǎng)時(shí)間被測(cè)材料才會(huì)穩(wěn)定，分析多個(gè)讀數(shù)圖，確保獲得穩(wěn)定一致的測(cè)量。KickStart 高阻應(yīng)用采用交換電極技術(shù)，消除固有的背景電流，實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確的電阻率測(cè)量。還可以使用這個(gè)應(yīng)用，使用選配的熱電偶和相對(duì)濕度探頭，觀測(cè)電阻率與溫度和相對(duì)濕度的關(guān)聯(lián)度。