在導電金屬材料體系中，銅（Cu）以卓越導電性及遠低于金、銀的成本優勢，成為電子漿料、催化等領域貴金屬替代潛力材料。但納米銅表面活性高，易氧化形成絕緣層，嚴重限制實際應用。因此，行業多通過合金化改性銅材料，利用組分協同效應賦予其優于單一金屬的獨特性能。本研究聚焦CuC合金，采用碳熱還原法合成，借助Xfilm埃利的四探針技術系統測試導電性能，為開發高性能低成本銅基導電材料提供數據支撐。

本研究采用碳熱還原法制備CuC合金。在惰性氣氛保護下，將特定的銅源與碳源前驅體進行高溫燒結還原，成功合成出目標材料。為準確評估其導電性能，并對比其與商用銅粉的差異，選用四探針電阻率測試法作為核心表征手段。

四探針電阻測試原理

Xfilm埃利四探針方阻儀

導電性能是評估導電漿料及薄膜的關鍵指標，本研究采用四探針電阻測試儀對燒結后的導電薄膜進行電阻率表征。該測試系統主要由計算機、測試臺與四探針探頭構成，具有測量速度快、范圍廣、精度高等優點。其基本原理是：將兩個電流探針接觸樣品并輸入恒定電流，同時在另外兩個電壓探針間檢測產生的電壓降，最終根據歐姆定律計算得到材料的電阻或電導率。

碳含量與材料結構對導電性的影響

/Xfilm

不同碳含量的CuC 合金與銅基材料的導電性

為探究碳含量及材料結構對導電性的影響，將不同配比合成的CuC合金粉體及對比樣品通過壓片法制成薄片，并使用四探針測試儀系統測量了其薄層電阻率。

1. 碳含量對CuC合金導電性能的影響

測試數據清晰表明，碳含量對CuC合金的導電性有決定性影響。隨著碳源比例增加，薄層電阻呈現上升趨勢。當碳源摩爾比超過0.3時，電阻急劇增大。這是因為過量的碳會沉積在銅顆粒表面，形成核殼結構，表面的碳層阻礙了電子傳輸，導致電阻升高。反之，當碳源摩爾比低于或等于0.15時，電阻也出現異常升高。這是由于還原劑不足，未能將銅前驅體完全還原，樣品中殘留了大量導電性差的氧化銅。因此，實驗發現，當銅源與碳源的摩爾比控制在10.3之間時，CuC合金能獲得最優異的導電性能。

2.材料結構對導電性能的影響

不同結構的銅粒子的導電性能，CuC 為合金結構，PVP@Cu 為核殼結構

研究進一步對比不同結構材料的導電性，結果顯示，具有合金結構的CuC薄片電阻率僅為商用銅粉薄片的約1/7，展現出顯著的導電優勢。而另一種核殼結構的PVP@Cu材料，其電阻率（0.09 mΩ·cm）則高于商用銅。

這種性能差異主要源于微觀形貌：本研究合成的合金結構樣品呈塊狀，顆粒間接觸面積大，電子更易傳輸；而核殼結構多為球形，顆粒間為點接觸，導電通道受限，導致電阻增高。這證明，通過合金化構建合適的微觀結構，是大幅提升銅基材料導電性的有效途徑。

本研究通過碳熱還原法成功制備CuC合金，并利用四探針測試揭示了碳含量與材料結構對導電性的影響規律。實驗表明，在銅碳摩爾比為1:0.175～0.3時，材料導電性最優；塊狀合金結構的CuC導電性能顯著優于商用銅粉與核殼結構樣品，得益于優化的成分有效抑制氧化，且塊狀形貌可構建更佳的導電通路。

Xfilm埃利四探針方阻儀

/Xfilm

Xfilm埃利四探針方阻儀用于測量薄層電阻（方阻）或電阻率，可以對最大230mm 樣品進行快速、自動的掃描， 獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

• 超高測量范圍，測量1mΩ~100MΩ
• 高精密測量，動態重復性可達0.2%
• 全自動多點掃描，多種預設方案亦可自定義調節
  
• 快速材料表征，可自動執行校正因子計算

基于四探針法的Xfilm埃利四探針方阻儀，憑借智能化與高精度的電阻測量優勢，可助力評估電阻，推動多領域的材料檢測技術升級。