碳素材料四端法测试仪所需夹具

关于碳素材料四端法测试仪所需夹具（北京北广精仪仪器设备有限公司专业生产四端法电阻测试仪）

四端法（又称开尔文法）的核心思想是分离电流施加和电压测量回路，以消除引线电阻和接触电阻对测量结果的影响。这对于测量像碳素材料这类电阻率可能较低的材料至关重要。

因此，为其设计的夹具不仅仅是简单的夹持工具，而是一个精密的测量系统组成部分。

核心要求

一个合格的四端法夹具必须满足以下几点核心要求：

1.四电极物理隔离：必须有两对独立的电极：

电流电极：用于向样品施加电流。需要与电源或源表紧密连接。

电压电极：用于检测样品两端的电压降。需要与高阻抗、高精度的电压表连接。

这两对电极在夹具上必须是电气隔离的。

2.优异的接触性能：

低接触电阻：电极与样品之间的接触电阻应尽可能小且稳定。

高一致性：所有电极，特别是同一对电压电极，与样品的接触状态应高度一致，避免引入不对称误差。

可重复性：每次夹持样品，接触电阻的变化要小，保证测试结果的重复性。

3.稳定的机械结构：

恒定的压力：需要提供稳定且可重复的接触压力。压力过小会导致接触不良，压力过大会可能压伤脆性样品或改变材料性质。

良好的对中与平行度：电极应能精确地对准样品，并保持平行，确保测量区域的几何尺寸准确。

4.适应不同样品：碳素材料形态多样（如块体、棒状、片状、薄膜等），夹具需要有一定的通用性或可更换部件以适应不同形状和尺寸的样品。

夹具的关键组成部分与材料选择

一个典型的四端法夹具通常包含以下几个部分：

1.电极探针/触点

这是与样品直接接触的部分，其材料和形状至关重要。

材料：

黄铜/磷青铜镀金：黄铜和磷青铜具有良好的导电性和弹性，镀金可以防止氧化，提供稳定、低阻的接触。适用于大多数碳素材料。

铍铜：弹性，适合需要频繁开合或对压力敏感的场合。

钨钢/硬质合金：硬度高，耐磨性好，适合对高密度、高硬度的碳素材料（如各向同性石墨）进行反复测试，或需要“刺破"样品表面氧化层时使用。

纯银：导电性最佳，但质地较软，容易磨损和氧化，多用于对接触电阻要求的科研场合。

形状：

针尖型：点接触，适用于不规则表面或需要精确定位电压探针位置的场合。

刀口型/线接触：刀刃状的边缘可以减少接触面积，增大压强，有利于刺破表面污染层，形成稳定接触。这是块状和棒状样品的理想选择。

平面型：面接触，适用于薄膜或表面非常平整的样品，需要配合一定的压力确保全面积接触。

2.压力施加机构

弹簧加载：最常见的方式。通过精密弹簧提供恒定且可调的接触压力。优点是简单、可靠、成本低。

气动/液压：可提供非常精确和稳定的压力，且易于通过计算机控制。适用于自动化测试系统或对压力控制要求的科研领域。

螺杆加载：通过手动旋拧螺杆来施加压力。结构简单，但压力的重复性和一致性较差，多用于低端或教学设备。

3.底座与绝缘

底座：通常由高强度的工程塑料（如PEEK、Vespel）、陶瓷或复合材料制成，确保所有电极之间以及电极与地之间的良好绝缘。

样品台：可能需要可移动的样品台，以便精确调节样品位置，确保电压电极之间的距离准确。

4.屏蔽与防护

法拉第笼/屏蔽罩：在测量电阻或进行低电平电压测量时，需要金属屏蔽罩来隔绝外部电磁干扰。

总结

为碳素材料选择四端法测试夹具时，您需要综合考虑：

1.样品形态：决定夹具的整体结构（平行四探针、范德堡等）。

2.电阻范围：决定对接触电阻和屏蔽的要求。

3.测试精度要求：决定对压力控制、探针材料和机械精度的要求。

4.预算和自动化需求：手动弹簧夹具成本，全自动气动夹具则价格昂贵。

一个设计精良的夹具是获得准确、可重复的碳素材料电阻率数据的前提。建议在采购时，向专业的测量仪器或夹具供应商详细说明您的样品情况和测试需求。