基于四探针电阻测试的CuC 合金的导电性能研究

 

在导电金属材料体系中，铜（Cu）以卓越导电性及远低于金、银的成本优势，成为电子浆料、催化等领域贵金属替代潜力材料。但纳米铜表面活性高，易氧化形成绝缘层，严重限制实际应用。因此，行业多通过合金化改性铜材料，利用组分协同效应赋予其优于单一金属的独特性能。本研究聚焦CuC合金，采用碳热还原法合成，借助Xfilm埃利的四探针技术系统测试导电性能，为开发高性能低成本铜基导电材料提供数据支撑。

 

本研究采用碳热还原法制备CuC合金。在惰性气氛保护下，将特定的铜源与碳源前驱体进行高温烧结还原，成功合成出目标材料。为准确评估其导电性能，并对比其与商用铜粉的差异，选用四探针电阻率测试法作为核心表征手段。

四探针电阻测试原理

 

Xfilm埃利四探针方阻仪

导电性能是评估导电浆料及薄膜的关键指标，本研究采用四探针电阻测试仪对烧结后的导电薄膜进行电阻率表征。该测试系统主要由计算机、测试台与四探针探头构成，具有测量速度快、范围广、精度高等优点。其基本原理是：将两个电流探针接触样品并输入恒定电流，同时在另外两个电压探针间检测产生的电压降，最终根据欧姆定律计算得到材料的电阻或电导率。

 

碳含量与材料结构对导电性的影响

/Xfilm

 

 

不同碳含量的CuC 合金与铜基材料的导电性

为探究碳含量及材料结构对导电性的影响，将不同配比合成的CuC合金粉体及对比样品通过压片法制成薄片，并使用四探针测试仪系统测量了其薄层电阻率。

1. 碳含量对CuC合金导电性能的影响

测试数据清晰表明，碳含量对CuC合金的导电性有决定性影响。随着碳源比例增加，薄层电阻呈现上升趋势。当碳源摩尔比超过0.3时，电阻急剧增大。这是因为过量的碳会沉积在铜颗粒表面，形成核壳结构，表面的碳层阻碍了电子传输，导致电阻升高。反之，当碳源摩尔比低于或等于0.15时，电阻也出现异常升高。这是由于还原剂不足，未能将铜前驱体完全还原，样品中残留了大量导电性差的氧化铜。因此，实验发现，当铜源与碳源的摩尔比控制在10.3之间时，CuC合金能获得最优异的导电性能。

2. 材料结构对导电性能的影响

不同结构的铜粒子的导电性能，CuC 为合金结构，PVP@Cu 为核壳结构

研究进一步对比不同结构材料的导电性，结果显示，具有合金结构的CuC薄片电阻率仅为商用铜粉薄片的约1/7，展现出显著的导电优势。而另一种核壳结构的PVP@Cu材料，其电阻率（0.09 mΩ·cm）则高于商用铜。

这种性能差异主要源于微观形貌：本研究合成的合金结构样品呈块状，颗粒间接触面积大，电子更易传输；而核壳结构多为球形，颗粒间为点接触，导电通道受限，导致电阻增高。这证明，通过合金化构建合适的微观结构，是大幅提升铜基材料导电性的有效途径。

本研究通过碳热还原法成功制备CuC合金，并利用四探针测试揭示了碳含量与材料结构对导电性的影响规律。实验表明，在铜碳摩尔比为1:0.175～0.3时，材料导电性最优；块状合金结构的CuC导电性能显著优于商用铜粉与核壳结构样品，得益于优化的成分有效抑制氧化，且块状形貌可构建更佳的导电通路。

 

Xfilm埃利四探针方阻仪

/Xfilm

 

 

Xfilm埃利四探针方阻仪用于测量薄层电阻（方阻）或电阻率，可以对最大230mm 样品进行快速、自动的扫描， 获得样品不同位置的方阻/电阻率分布信息。

• 超高测量范围，测量1mΩ~100MΩ
• 高精密测量，动态重复性可达0.2%
• 全自动多点扫描，多种预设方案亦可自定义调节
   
• 快速材料表征，可自动执行校正因子计算

基于四探针法的Xfilm埃利四探针方阻仪，凭借智能化与高精度的电阻测量优势，可助力评估电阻，推动多领域的材料检测技术升级。