도전 선 (단면 1mm $ ^ 2 $ )을 알루미늄 물체. 알루미늄은 전도성이 높기 때문에 저항이 거의없는 물체 내부로 전기가 원활하게 흐릅니다. 그러나 알루미늄 역시 반응성이 매우 높기 때문에 물체 표면에 저항성이 높은 산화 알루미늄의 얇은 층이 있습니다. Wikipedia에 따르면이 레이어의 두께는 약 4nm 입니다 (이 문서 인용). 순진하게 알루미나의 저항률을 사용하여 산화물 층의 저항을 계산할 수 있습니다. 이는 약 $ 10 ^ {14} \, \입니다. 오메가 \ cdot \ text {cm} $ :
$$ R = \ rho \ frac {l} {A} \ 약 4 \ times 10 ^ 9 \, \ Omega $$
물론 우리는 실제로 그렇게 큰 저항을 측정하지는 않습니다.하지만 왜 측정하지 않습니까? 전류는 정확히 어떻게 통과합니까? 산화물 층?
분명한 대답은 전자가 단순히 산화물 층을 통해 터널링한다는 것입니다. 터널링 확률을 계산해 보겠습니다. MIT OpenCourseWare의이 문서 에 따르면 산화 알루미늄 층은 10eV의 잠재적 장벽을 나타냅니다. 그런 다음 4nm 층의 투과 계수는 다음과 같이 지정됩니다.
$$ T \ approx e ^ {-2 \ left (\ sqrt {2 m_e / \ hbar ^ 2 \ cdot (10 \ text {eV})} \ right) (4 \ text {nm})} = 5.16 \ times 10 ^ {-57} $$
이것은 극히 적은 수입니다. 원칙적으로 우리는 이제 상태 밀도와 페르미의 황금률에서 실제 비율을 찾을 수 있지만 결과는 매우 작은 전류가 될 것 같습니다.
매개 변수가 사용하고있는 것이 잘못되었을 수 있습니다. 몇 가지 다른 출처를 확인한 결과 잠재적 장벽과 산화물 두께에 대해 매우 다양한 값을 발견했습니다. 그러나 산화막 두께가 더 두꺼운 (예 : 수십 nm) 약간 양극 산화 처리 된 알루미늄이 여전히 전기를 전도한다는 사실은 터널링 속도가 산화막 두께에 따라 기하 급수적으로 감소하기 때문에 터널링이 완전한 설명이 아니라고 생각하게합니다.
다른 가능한 설명은 전기적 고장이나 용융과 같은 산화물 결정 구조의 다른 변화 일 수 있습니다. 그러나 이것이 정답이라면 산화물 층을 전기 전도성으로 만들기 위해 정확히 무엇이 변경됩니까? 일반적으로 산화물은 산소 원자가 자유 전자를 청소하기 때문에 전도성이 없습니다. 어떤 이유로 이런 일이 중단됩니까?
좋은 이론적 답변을 기꺼이 받아들이지 만 가능하면 실험적인 증거를 기대합니다.
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- 충분히 강한 전기장을 가하면 절연체가 전기 고장으로 인해 전기를 전도하기 시작합니다. 산화 알루미늄의 경우 항복 전기장은 ~ 5 MV / cm (IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 47, NO. 1, January 2000)이므로 4nm 층에 걸쳐 몇 볼트의 전위차가 충분해야합니다. 하세요.
- @MaximUmansky 저는 전기적 고장의 일반적인 개념을 이해하지만 박막은 종종 예상보다 높은 고장 전압을 가지고 있습니다. 항복 전계 강도가 몇 nm 두께의 필름에도 여전히 적용됩니까?
- @MaximUmansky 또한이 주제에 대해 더 많이 알고 있다면 저는 ‘ 산화층이 분해 될 때 정확히 어떤 일이 발생하는지 자세히 알고 싶습니다. 재료가 전류를 전도 할 수 있도록 결정 구조가 어떻게 변경됩니까? 예를 들어 STM으로 효과를 관찰 할 수 있습니까?
- @Thorondor 아니요, 저는 전기 고장에 대한 전문가가 아닙니다. 단지 수치를 빨리 찾아보고 그럴듯하다고 결론을 내 렸습니다. 산화 알루미늄 박막 200nm의 경우 사람들은 항복 장에 대해 0.1V / nm를보고합니다. 인터넷 검색만으로도 많은 참고 자료가 제공됩니다.
- 고장 가설을 확인하는 한 가지 방법은 알루미늄 시트의 IV 곡선을 측정하는 것입니다. 분명한 점프와 히스테리시스가 있어야합니다. 저는 ‘ 일반 알루미늄에서도 발생하지 않는다고 생각합니다. 대부분의 경우 고장 아이디어는 완전한 고정입니다.
답변
@Maxim Umansky가 그의 의견에 맞다고 생각합니다. 산화 알루미늄 층의 파괴 전위는 몇 볼트에 불과합니다 (예 : http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.877.5366&rep=rep1&type=pdf (J. Electrochem. Soc., Solid-State Science and Technology, 1976 년 10 월, 1479 페이지). 레이어 두께 약 4nm에서 몇 볼트의 항복 전압을 얻습니다.
답변
알루미늄을 코팅하는 천연 산화물은 약간 다공성입니다. 그리고 모공은 그 안에 소량의 수분을 가두는 경향이 있습니다.(사실, 더운 환경에서 산화 알루미늄 층이 두꺼워 지려면 알루미늄 원자가 기존 산화물을 통해 확산되어 대기 중 산소에 도달 할 수 있어야하고 산소 원자가 산화물을 통해 아래로 확산 될 수 있어야합니다. 산화 된 알루미늄 표면에 기공이 없도록하려면 알루미늄 조각을 산소 분위기가있는 오븐에서 구워서 기공을 막아야합니다.)
산화물에 다공성이없는 경우 전도 메커니즘은 Frenkel-Poole 방출 이며, 여기서 임의의 열 변동이 때때로 결합 된 전자를 전도대로 촉진합니다. 그런 다음 외부 장의 영향으로 표류 할 수 있습니다.
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- 알루미늄 물체의 표면 산화층을 완전히 건조한 상태로 긁어 냈다고 가정합니다. 공기. 새로운 산화물 층이 형성되면 전도성 와이어를 부착합니다. 산화물에 수분이 없기 때문에 매우 높은 (메가 / 기가 옴) 저항을 측정 할 수 있습니까?
- 산화물은 빠르게 형성됩니다 … 이런 종류의 실험은 화학 용액으로 가득 찬 비커에서 수행되어야합니다. , 및 전원 공급 장치에 연결된 전극 등. ‘ 방송에서 유용한 결과를 얻기가 매우 어렵습니다.
- @Thorondor, “에서 Wikipedia 기사를 찾아보세요. 아노다이징 “. 일반 알루미늄과 처리 된 알루미늄 사이의 산화막 품질 차이에 대한 몇 가지 진술이 있습니다.
- 한 번도 시도해 본 적이 없으므로 ‘ 알지 못합니다.하지만 기억하세요. 산화막을 100 % 적용하려면 양극 산화막의 기공을 구워야합니다.
- @Thorondor 종이는 어떻습니까 이 답변의 출처로 복합 알루미늄 산화막 이 있습니까? ” 개방 회로에서 잠시 후 수백 볼트를 지원했던 필름이 갑자기 10–20V 이하를 유지합니다. […] 물의 확산으로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다. 배리어 산화물 층 내의 내부 공극으로. 공극은 개질 과정에서 양극 산화물로 채워집니다. ”
답변
공학적인 대답은 전류가 산화물 층을 전혀 잘 통과하지 못한다는 것입니다. 알루미늄 물체에 잘 접촉하려면 어떻게해야하는지 매우 조심해야합니다.
알루미늄 전선에 구리선 (예 : 구리선)을 대면 매우 높은 저항 접점을 얻을 수 있습니다. 아마도 4 기가 옴은 아니지만 수백 또는 수천 옴 정도일 수 있습니다. 산화물 층이 부서져서 약간의 접촉을 허용 할만큼 충분히 연약하다는 이전 답변에 대한 것입니다.
그러나 예를 들어, 사포로 산화물을 연마 한 다음 기밀하게 만들 수 있습니다. 산화물이 재 형성되기 전에 다른 물체를 알루미늄에 연결 (또는 납땜 또는 용접)합니다.
충분히 작은 형상 (예 : 집적 회로 칩을 t에 연결하는 데 사용되는 본드 와이어) 상속인 리드 프레임) 알루미늄을 금이나은과 같은 다른 재료에 직접 압력을 가할 수 있습니다. 이것은 알루미늄 와이어를 실질적으로 변형시키는 경향이 있으며, 이는 접촉을 방해하지 않도록 산화물을 충분히 퍼뜨려 야합니다.
또는 알루미늄에 화학적 “코팅”또는 표면 처리를 사용하여 산화물을 유지할 수 있습니다. 형성에서. 이러한 치료법 중 하나는 “Alodine”, “chromate conversion”또는 “chem film”과 같은 여러 이름으로 사용됩니다. (참고 : RoHS 지침으로 인해 유럽에서 판매되는 제품에는 전통적인 알 로딘 처리를 사용할 수 없지만 RoHS에 따라 허용되는 새로운 화학 처리를 사용할 수 있습니다.)
또는 매우 공격적인 플럭스를 사용하여 대체 할 수 있습니다. 납땜 중 산화물. 그러나이 플럭스는 부품의 지속적인 부식을 방지하기 위해 매우 철저하게 청소해야합니다.
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- 이 답변에는 꽤 흥미로운 정보가 있지만 ‘ 전류가 ” 전류가 ‘ 산화물을 통과하지 않는다는 생각에 회의적입니다. 아주 잘 겹칩니다. ” 표준 저항계의 두 프로브를 알루미늄 호일에 연결하면 ‘ 수백 또는 수천 옴을 측정하십시오. 기본적으로 저항을 전혀 측정하지 않습니다.
- ” 알루미늄 와이어를 크게 변형 시키려면 방해를 방지 할 수 있도록 산화물을 충분히 펴야합니다. 연락처로. “-그렇습니다. AL 와이어를 사용할 때 ‘ 토크 사양과 부식 방지 페이스트를 사용해야합니다. 예전에는 크립의 대상이 훨씬 더 많았지 만 지금은 ‘ 훨씬 나아졌습니다. 토크를 제대로 조정했다면 ‘ 아주 작은 레이어를지나갑니다.
- 알루미늄에 가장 인기있는 ” 코팅 “은 CCA
- @DmitryGrigoryev, ‘ 일부 애플리케이션에서는 일반적이지만 다른 애플리케이션에서는 전혀 알려지지 않았습니다.
답변
내 가설은 알루미늄 조각 표면의 산화 알루미늄 층이 너무 얇고 가단해서 구리가 (예를 들어) 도체가 그것에 밀착되면 산화 알루미늄이 쉽게 밀려 전기 접촉이 이루어집니다. 저는 QM 터널링이 그러한 경우에 관찰되는 것처럼 큰 전류 흐름을 설명 할 수 없다고 생각합니다.
수정 : 알루미나 층은 실제로 매우 얇지 만 (알루미늄 표면의 추가 산화를 방지하는 알루미늄 산화물의 능력과 결합 된 알루미늄의 높은 산소 반응성으로 인해 알루미늄이 반짝이는 상태를 유지할 수 있기 때문에) 알루미늄에 비해. 매우 단단하고 단단합니다. 내 의견에서 언급했듯이 알루미나 층의 저항은 얇기 때문에 낮습니다.
알루미늄 표면을 간단히 긁어 알루미늄 섀시에 구리 다중 가닥 와이어를 직접 납땜했습니다. 땜납 (로진 플럭스 주위에 60/40 납 / 주석)과 납땜 인두 (건 유형)를 도포 한 다음 와이어를 납땜하면서 스틸 와이어 브러시를 반복합니다. 그 결과로 생긴 접합부는 양호 해 보였고 측정 가능한 저항없이 전기를 전도했습니다.
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- Isn ‘ 알루미늄에 강하게 결합 된 산화층? 산화물 층을 옆으로 밀어내는 것이 정말 쉬웠다면 알루미늄 물체를 흔들거나 무언가에 부딪 힐 때마다 작은 산화 알루미늄 필름 조각이 떨어지는 것을 보게 될 것입니다.
- @Thorondor, You 산화층의 두께는 약 4 나노 미터라고 말했습니다. 이는 ‘ 가장 짧은 가시 광선 파장의 1/100 미만입니다. 박편으로 벗겨져도 ‘ 볼 수 없습니다.
- 원칙적으로 기질에 따라 차이를 볼 수 있습니다. 원자 적으로 얇은 필름과 전혀없는 필름 …. (예 : SiO2 웨이퍼의 그래 핀에 의한 자주색 색상 대비 변화)
- ” 압축 “-어, 앨런 렌치로 조여진 과 비슷하여 기본적으로 내부에 ‘ 있지만 어쨌든 +1 .
- 가정용 전기 배선에 사용되는 알루미늄 와이어를 본 적이 있습니다. 이 경우, 예, 알루미늄 와이어는 작은 구리 브래킷을 사용하여 구리 와이어에 눌려졌습니다. 참조 : en.wikipedia.org/wiki/Aluminum_building_wiring 섹션 ” 알루미늄 산화 “에서는 알루미나 층이 너무 얇아서 저항이 작다고 설명합니다 (산화물 층은 매우 단단하게 결합하므로 벗겨 질 수 없음). 물론 알루미나 벌크는 세라믹과 유사한 좋은 절연체입니다. 갈바닉 부식을 언급하는 ” 알루미늄 및 구리 와이어 결합 ” 섹션도 참조하세요.
답변
산화 알루미늄이 자연적으로 형성되면 먼지 입자, 금속 오염, 갇힌 습기 등과 같은 결함이 필연적으로 포함됩니다. 또한 기계적 연결은 산화물 층을 끊기에 충분합니다. 결과적으로 접촉 면적이 충분히 크면 산화물 층의 유효 두께는 예상되는 4nm보다 훨씬 적어지며 본질적으로 0이됩니다. 결과적으로 일반적인 조건에서는 측정 가능한 항복 전압이 없으며 전선을 알루미늄 물체에 연결하면 단순히 도체 역할을합니다.
그런데 산화물 층은 고유 한 특징이 아닙니다. 알루미늄의. 주목할만한 것은 산화 속도 (대부분의 경우 납땜 방지)와 구리와 같은 이종 금속에 연결되었을 때 갈바닉 부식이 얼마나 나쁜지 (하루에 많은 집 화재를 일으켰습니다)입니다. 두 개의 구리선을 연결하면 산화물 층에 대한 동일한 논리가 적용됩니다.
답변
산화 알루미늄의 저항은 1×10 ^ 14입니다. / cm ohms. 열전도율이 우수하고 열충격 저항을 줄일 수 있습니다. 알루미나는 94 %에서 99.9 %까지 다양한 순도 범위에서 사용할 수 있다는 점에서 매우 유용합니다. 일반적으로 흰색이지만 때로는 분홍색 (88 % 알루미나) 및 갈색 (알루미나 96 %) 산화 알루미늄의 조성은 경도 나 색상과 같은 특정 바람직한 재료 특성을 향상시키기 위해 쉽게 변경할 수 있습니다. 산화 알루미늄은 순도에 따라 증가하는 높은 저항률을 가진 전기 절연 재료입니다.
좋은 절연체이지만 순수한 절연체는 아니므로 전류는 그것을 통해 여행하십시오.