CN101718729A - 粉体材料电极性的测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明粉体材料电极性的测试装置及其测试方法，涉及材料电学性能的测试。该装置由电压输入装置、温度控制装置、样品承载装置和电荷检测输出装置四部分组成，测试方法中k为表征粉体材料样品电极性强弱的系数，k值的计算公式为：

，当0＜k≤1时，粉体材料样品无电极性；当1＜k≤10时，粉体材料样品具有较弱电极性；当k＞10时，粉体材料样品具有较强电极性。该装置结构简单，使用方便，对粉体材料电极性进行测试的准确度高。

Description

粉体材料电极性的测试装置及其测试方法

技术领域

本发明的技术方案涉及材料电学性能的测试，具体地说是粉体材料电极性的测试装置及其测试方法。

背景技术

目前，具有电极性的粉体材料在环保、医药、电子、化工和建材等领域获得了广泛应用，特别是在空气净化、重金属离子吸附、人体保健、水体活化、新型建材等方面应用前景广阔，因此对粉体材料电极性强弱的测试评价具有重要的理论研究价值和现实意义，受到了国内外专家的广泛关注。现有技术中对粉体材料的电极性能的测试评价主要可以通过阈值电场、方波或三角波方法直接或间接进行测量，但是这些方法都复杂繁琐，且对设备要求苛刻。目前，尚未出现相对简单和使用方便的检测粉体材料电极性的测试装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供粉体材料电极性的测试装置及其测试方法，该装置结构简单，使用方便，对粉体材料电极性进行测试的准确度高。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

粉体材料电极性的测试装置，由电压输入装置、温度控制装置、样品承载装置和电荷检测输出装置四部分组成，其中电压输入装置由稳压直流电源和两个电极板组成，两个电极板用导线分别与稳压直流电源的正负两极相连；温度控制装置由两支红外加热灯和红外温度探测器组成；样品承载装置由中下部位开有一小孔的硬质管组成；电荷检测输出装置由红外温度探测器、上方的电极片和下方的电极片、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表组成，上下两个电极片用导线分别与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器的输出端与带有数字表头的灵敏万用表相连接；该测试装置中的两个电极板、两支红外加热灯、红外温度探测器和硬质管均通过通用连接件或铆件按自行设定的图纸固定在一个金属外壳内部，上方的电极片通过橡胶塞固定在硬质管内上端，下方的电极片通过万能胶固定在硬质管的底端，稳压直流电源、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表安置在金属外壳外面。

上述粉体材料电极性的测试装置中，所述电极板为铁片、铜片或铝片电极板，其长度为5～15cm，宽度为5～15cm，厚度为0.1～0.5cm。

上述粉体材料电极性的测试装置中，所述硬质管为陶瓷管或玻璃管，长度为5～15cm，内径为2～4cm，外径为4～6cm，在该硬质管的中下部位所开小孔的半径为0.1～0.5cm。

上述粉体材料电极性的测试装置中，所述上方的电极片和下方的电极片为相同的圆形铁片、铜片或铝片，厚度为0.1～0.5cm，两个电极片面积相等，分别等于硬质管的内截面积。

上述粉体材料电极性的测试装置中，所述金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.1～0.5cm的铁板。

上述粉体材料电极性的测试装置中，所述稳压直流电源、红外加热灯、红外温度探测器、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表都是通过商购获得的公知的仪器。稳压直流电源为东方集团易事特公司生产的WYK-3030直流稳压稳流电源；红外加热灯为杰韦弗公司生产的1600T3红外加热灯；红外温度探测器为广州泰纳电子科技有限公司生产的ST650型红外温度探测器；电荷放大器为绵阳市奇石缘科技有限公司生产的QSY7701L型电荷放大器。

上述粉体材料电极性的测试装置的测试方法，其步骤是：

第一步，粉体材料电极性的测试装置的安装

将两个电极板、两支红外加热灯、红外温度探测器和中下部位开有一小孔的硬质管均通过通用连接件或铆件按自行设定的图纸固定在一个金属外壳内，上方的电极片通过橡胶塞固定在硬质管内，下方的电极片通过万能胶固定在硬质管的底端，稳压直流电源、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表安置在金属外壳外面，两个电极板用导线分别与稳压直流电源的两极相连，上下两个电极片用导线分别与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器的输出端与带有数字表头的灵敏万用表相连接；

第二步，粉体材料电极性的测试装置的调试

打开电荷检测输出装置组成部分，即红外温度探测器、上方的电极片和下方的电极片、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表组成部分电路的电源开关，预热30min，调节电荷放大器的调零旋钮，使得电荷输出值为零，即带有数字表头的灵敏万用表的读数为零；

第三步，填充被测试的粉体材料样品

将被测试的粉体材料样品填充到硬质管内并堆实，该粉体材料样品的两端分别与上下两个电极片相接触；

第四步，测试操作

A.打开两支红外加热灯对该粉体材料样品进行加热，红外温度探测器通过硬质管上的小孔测试该粉体材料样品温度，5～10min后开始记录数据，红外温度探测器测得该粉体材料样品在加热过程中的温度，带有数字表头的灵敏万用表测得该粉体材料样品在加热过程中的电压，以每一时间变化区间2min端点为基准，记录此每个瞬时点所对应的温度值和电压值，测试时间为10～30min，然后关掉两支红外加热灯，让该粉体材料样品自然冷却至室温，测试完毕后，按照电荷放大器设定的转换系数为1×10^-12C/mV，将记录到的每个瞬时点所对应的电压值转换为对应的电荷量，然后将所得的全部每个瞬时点对应的电荷量相加，得到两个电极板之间未加电压时测试时间内的极化电荷总量Q₂；记录到的测试开始时温度值为T₁，记录到的测试结束时温度值为T₂。

B.然后打开并调节稳压直流电源，使两个电极板之间的电压为10～50V中某一固定值，重复上述A步的测试步骤，由此测得两个电极板之间加电压时测试时间内的极化电荷总量Q₁，记录到的测试开始时温度值T₁及记录到的测试结束时温度值T₂与上述A步相同。

第五步，粉体材料样品电极性能的计算：

规定k为表征粉体材料样品电极性强弱的系数，k值的计算公式为：

$k=\frac{m(Q_1-Q_2)}{{\mathrm{\πr}}^2(T_2-T_1)}$

其中，Q₁为两个电极板之间加电压时测试时间内的产生的电荷总量，Q₂为两个电极板之间未加电压时测试时间内的电荷总量，单位为C；r为电极片半径，单位为cm；T₂为测试结束时温度值，T₁为测试开始时温度值，系K氏温度，单位为K；m为修正系数，m＝10¹²，单位为Kcm²/C；

当0＜k≤1时，粉体材料样品无电极性；当1＜k≤10时，粉体材料样品具有较弱电极性；当k＞10时，粉体材料样品具有较强电极性。

上述粉体材料电极性的测试装置的测试方法中，所用电极板为铁片、铜片或铝片电极板，其长度为5～15cm，宽度为5～15cm，厚度为0.1～0.5cm；所述硬质管为陶瓷管或玻璃管，长度为5～15cm，内径为2～4cm，外径为4～6cm，在该硬质管的中下部位所开小孔的半径为0.1～0.5cm；所用上方的电极片和下方的电极片为圆形铁片、铜片或铝片，厚度为0.1～0.5cm，两个电极片面积相等，分别等于硬质管的内截面积。

上述粉体材料电极性的测试装置的测试方法中，所述粉体材料样品的平均粒径在0.05～100μm之间。

上述粉体材料电极性的测试装置的测试方法中，所用稳压直流电源、红外加热灯、红外温度探测器、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表都是通过商购获得的公知的仪器。稳压直流电源为东方集团易事特公司生产的WYK-3030直流稳压稳流电源；红外加热灯为杰韦弗公司生产的1600T3红外加热灯；温度探测器为广州泰纳电子科技有限公司生产的ST650型红外温度探测器；电荷放大器为绵阳市奇石缘科技有限公司生产的QSY7701L型电荷放大器。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的设计原理

粉体材料具有电极性的主要原因是晶体结构的不对称性，表现为当外界环境，包括温度、压力等变化时，粉体材料表面会产生极化电荷。但是由于粉体材料颗粒堆积无序性，使得不同颗粒产生的电荷相互中和，对外不显电性。由电磁学理论可知，电荷在外界电场的作用下会做定向运动。因此，如果粉体材料所处的空间存在电场，当温度变化时，粉体材料产生的极化电荷会受到电场力的作用做定向移动，从而达到了极化电荷的累积。极化电荷产生量与粉体材料晶体结构不对称性密切相关，电极性越强，晶体结构不对称性越强，当外界温度变化时，材料晶体结构扭曲程度越大，产生极化电荷量越多。因此，可以用当外界温度变化时粉体材料产生的极化电荷量的多少来表征粉体材料电极性的强弱。

然而，由于粉体材料产生的电荷很微弱，现有的电荷检测设备均无法检测。本发明的粉体材料电极性的测试装置是通过电荷放大器将电荷变换为与其成正比的电压，将高输出阻抗变为低输出阻抗，通过数字化万用表测量输出电压值，然后通过转换得到极化电荷量。由于被测粉体材料的电荷非常微弱，极易受外界干扰，故将本测试装置中的主要部件被放置在金属外壳内。

上述粉体材料电极性的测试装置的测试方法中规定k为表征粉体材料样品电极性强弱的系数，这是发明人根据理论及大量实验后制定的一个表征电极性强弱的系数。其依据在于：粉体材料电极性的一个重要的表现就是能够在外界环境变化时产生极化电荷，特别是在温度变化时产生极化电荷量也相应变化，所以通过相同温度变化下产生极化电荷量的变化比对来表征电极性的强弱。实践证明这个理论和测试计算公式得到的结果都是正确的。为了使k值能够简洁，我们在公式中引进了一个修正系数m，这个修正系数只是起到修正数量级的作用。

(2)本发明的粉体材料电极性的测试装置是一种首创的发明，结构简单，组成部件容易得到，价格都比较便宜。

本发明的粉体材料电极性的测试装置的测试方法容易操作，使用方便，对粉体材料电极性进行测试的准确度高。通过如此对粉体材料电极性强弱的测试评价，使得具有电极性的粉体材料在各种科技领域得到更加合理有效的应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明粉体材料电极性的测试装置结构的横向示意图。

图2是不同被测试粉体材料样品在不同时间内产生的极化电荷量对比图。

图中，1.红外加热灯，2.电极片，3.电极板，4.红外温度探测器，5.硬质管，6.金属外壳，7.橡皮塞，8.稳压直流电源，9.电荷放大器，10.带有数字表头的灵敏万用表。

具体实施方式

图1表明，本发明粉体材料电极性的测试装置由电压输入装置、温度控制装置、样品承载装置和电荷检测输出装置四部分组成，其中电压输入装置由稳压直流电源8和两个电极板3组成，两个电极板3用导线分别与稳压直流电源8的正负两极相连；温度控制装置由两支红外加热灯1和红外温度探测器4组成；样品承载装置由中下部位开有一小孔的硬质管5组成；电荷检测输出装置由红外温度探测器4、上方的电极片2和下方的电极片2、电荷放大器9和带有数字表头的灵敏万用表10组成，上下两个电极片2用导线分别与电荷放大器9的输入端相连，电荷放大器9的输出端与带有数字表头的灵敏万用表10相连接；测试装置中的两个电极板3、两支红外加热灯1、红外温度探测器4和硬质管5均通过通用连接件或铆件按图1固定在一个金属外壳6内，上方的电极片2通过橡胶塞7固定在硬质管5内上端，下方的电极片2通过万能胶固定在硬质管5的底端，稳压直流电源8、电荷放大器9和带有数字表头的灵敏万用表10安置在金属外壳6外面。

图1所示实施例中，电极板3为铁片、铜片或铝片电极板，其长度为5～15cm，宽度为5～15cm，厚度为0.1～0.5cm，硬质管5为陶瓷管或玻璃管，长度为5～15cm，内径为2～4cm，外径为4～6cm，在该硬质管5的中下部位所开小孔的半径为0.1～0.5cm，上方的电极片2和下方的电极片2为同样的圆形铁片、铜片或铝片，厚度为0.1～0.5cm，两个电极片2面积相等，分别等于硬质管5的内截面积，金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.1～0.5cm的铁板。

实施例1

第一步，粉体材料电极性的测试装置的安装

按图1，将两个电极板3、两支红外加热灯1、红外温度探测器4和硬质管5均通过通用连接件或铆件按图固定在一个金属外壳6内，上方的电极片2通过橡胶塞7固定在硬质管5内上端，下方的电极片2通过万能胶固定在硬质管5的底端，稳压直流电源8、电荷放大器9和带有数字表头的灵敏万用表10安置在金属外壳6外面，两个电极板3用导线分别与稳压直流电源8的两极相连，上下两个电极片2用导线分别与电荷放大器9的输入端相连，电荷放大器9的输出端与带有数字表头的灵敏万用表10相连接。所用电极板3为铁片，其长度为5cm，宽度为5cm，厚度为0.1cm，所用硬质管5为陶瓷管，长度为5cm，内径为2cm，外径为4cm，在硬质管5中下部位所开小孔的半径为0.1cm，所用上方的电极片2和下方的电极片2为相同的圆形铁片，厚度同样为0.1cm，两个电极片2面积相等，分别等于硬质管5的内截面积，所用金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.1cm的铁板。

第二步，粉体材料电极性的测试装置的调试

打开电荷检测输出装置部分，即红外温度探测器4、上方的电极片2和下方的电极片2、电荷放大器9和带有数字表头的灵敏万用表10组成部分电路的电源开关，预热30min，调节电荷放大器的调零旋钮，使得电荷输出值为零，即带有数字表头的灵敏万用表读数为零。

第三步，填充被测试的粉体材料样品

将被测试的纯度达到质量百分比99％以上和平均粒径7.2μm的锂电气石粉体材料样品A填充到硬质管5内并堆实，该粉体材料样品的两端分别与上下两个电极片2相接触；

第四步，测试操作

A.打开两支红外加热灯1对该粉体材料样品A进行加热，红外温度探测器4通过硬质管5上的小孔测试该粉体材料样品A的温度，10min后开始记录数据，红外温度探测器4测得该粉体材料样品A在加热过程中的温度值，带有数字表头的灵敏万用表10测得粉体样品A在加热过程中的电压值，以每个时间的变化区间2min端点为基准，记录此每个瞬时点所对应的温度值和电压值，测试时间为20min，然后关掉红外加热灯，让该粉体材料样品A自然冷却至室温。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(℃)	60	65	71	78	85	91	95	102	108	116	125
电压(mV)	0	31	27	48	54	74	89	81	98	103	130

由此得到两个电极板3之间未加电压时测试时间内的电荷总量Q₂和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₂＝(31+27+48+54+74+89+81+98+103+130)mV×1×10^-12C/mV＝0.735×10^-9C；

T₁＝60℃＝333K；T₂＝125℃＝398K。

B.然后打开并调节稳压直流电源8，使两个电极板3之间的电压为30V，重复上述A的测试步骤，由此得到两个电极板3之间加电压时测试时间内的电荷总量Q₁和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(T)	60	65	71	78	85	91	95	102	108	116	125
电压(mV)	0	265	287	279	311	305	323	347	381	385	426

由此得到两个电极板3之间加电压时测试时间内的电荷总量Q₁和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₁＝(265+287+279+311+305+323+347+381+385+426)mV×1×10^-12C/mV

  ＝3.309×10^-9C；T₁＝60℃＝333K；T₂＝125℃＝398K。

图2中的曲线1为本实施例被测试粉体材料样品A在不同时间内产生的极化电荷量的曲线图，其中某点的Q值是指该点对应的时间T内两个电极板3之间加电场产生的电荷总量与两个电极板3之间未加电场产生的电荷总量的差值，即极化电荷量。通过曲线1可以看出，随着测试时间延长，被测试粉体材料样品A在不同时间内产生的极化电荷量逐渐增加，且增加幅度较大。

C.粉体材料样品A电极性能的计算：

通过以下公式计算，得出表征粉体材料样品A电极性能强弱的系数k；

$k=\frac{m(Q_1-Q_2)}{{\mathrm{\πr}}^2(T_2-T_1)}=\frac{1\×{10}^{12}\×(3.309-0.735)\×{10}^{-9}}{3.14\×1^2(398-333)}\text{=12.61}$

k＞10，表明该粉体材料样品A具有较强电极性。

实施例2

第一步，粉体材料电极性的测试装置的安装

除了电极板3为铜片，其长为8cm，宽为7cm，厚度为0.5cm，所述硬质管5为玻璃管，长度为6.5cm，内径为3cm，外径为5cm，在硬质管5中下部位所开小孔的半径为0.2cm，上方的电极片2和下方的电极片2为同样的圆形铜片，厚度同样为0.3cm，两个电极片2面积相等，分别等于硬质管5的内截面积，所用金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.3cm的铁板之外，其他均同实施例1；

第二步，粉体材料电极性的测试装置的调试

同实施例1；

第三步，填充被测试的粉体材料样品

将被测试的纯度达到质量百分比99％以上和平均粒径8.2μm的铁电气石粉体材料样品B填充到硬质管5内并堆实，该粉体材料样品的两端分别与上下两个电极片2相接触；

第四步，测试操作

A.操作过程同实施例1。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(T)	56	65	72	78	84	91	95	101	108	115	122
电压(mV)	0	89	91	101	120	119	104	123	119	127	131

由此得到两个电极板3之间未加电压时测试时间内的电荷总量Q₂和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₂＝(89+91+101+120+119+104+123+119+127+131)mV×1×10^-12C/mV＝1.124×10^-9C；

T₁＝56℃＝329K；T₂＝122℃＝395K。

B.操作过程同实施例1。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(T)	56	65	72	78	84	91	95	101	108	115	122
电压(mV)	0	162	167	193	186	185	199	190	195	196	188

由此得到两个电极板3之间加电压时测试时间内的电荷总量Q₁和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₁＝(162+167+193+186+185+199+190+195+196+188)mV×1×10^-12C/mV

  ＝1.861×10^-9C；T₁＝56℃＝329K；T₂＝122℃＝395K。

图2中的曲线2为本实施例被测试粉体材料样品B在不同时间内产生的极化电荷量的曲线图，其中某点的Q值是指该点对应的时间T内两个电极板3之间加电场产生的电荷总量与两个电极板3之间未加电场产生的电荷总量的差值，即极化电荷量。通过曲线2可以看出，随着测试时间延长，被测试粉体材料样品B在不同时间内产生的极化电荷量逐渐增加，但增加幅度小于被测试粉体材料样品A。

C.粉体材料样品B电极性能的计算：

通过以下公式计算，得出表征粉体材料样品B电极性能强弱的系数k；

$k=\frac{m(Q_1-Q_2)}{{\mathrm{\πr}}^2(T_2-T_1)}=\frac{1\×{10}^{12}\×(1.861-1.124)\×{10}^{-9}}{3.14\×1^2(395-329)}=3.56$

1＜k≤10，该粉体材料样品B具有较弱电极性；

实施例3

第一步，粉体材料电极性的测试装置的安装

除了电极板3铝片电极板，其长为15cm，宽为15cm，厚度为0.5cm，所述硬质管5为陶瓷管，长度为15cm，内径为4cm，外径为6cm，在硬质管5中下部位所开小孔的半径为0.3cm，上方的电极片2和下方的电极片2为同样的圆形铝片，厚度同样为0.5cm，两个电极片2面积相等，分别等于硬质管5的内截面积，所用金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.5cm的铁板之外，其他均同实施例1；

第二步，粉体材料电极性的测试装置的调试

同实施例1；

第三步，填充被测试的粉体材料样品

将被测试的纯度达到质量百分比99％以上和平均粒径6.7μm的二氧化硅粉体材料样品C填充到硬质管5内并堆实，该粉体材料样品的两端分别与上下两个电极片2相接触；

第四步，测试操作

A.操作过程同实施例1。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(T)	58	67	73	78	85	92	97	106	113	119	129
电压(mV)	0	59	38	55	54	50	64	68	80	70	76

由此得到两个电极板3之间未加电压时测试时间内的电荷总量Q₂和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₂＝(59+38+55+54+50+64+68+80+70+76)mV×1×10^-12C/mV＝0.614×10^-9C；

T₁＝58℃＝331K；T₂＝129℃＝402K。

B.操作过程同实施例1。

记录的每个瞬时点所对应的温度和电压是：

时间(min)	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
												温度(T)	58	67	73	78	85	92	97	106	113	119	129
电压(mV)	0	92	94	87	69	69	96	103	65	62	79

由此得到两个电极板3之间加电压时测试时间内的电荷总量Q₁和测试结束时温度T₂及测试开始时温度T₁：

Q₁＝(92+94+87+69+69+96+103+65+62+79)mV×1×10^-12C/mV＝0.816×10^-9μC；

T₁＝58℃＝331K；T₂＝129℃＝402K。

图2中的曲线3为本实施例被测试粉体材料样品C在不同时间内产生的极化电荷量的曲线图，其中某点的Q值是指该点对应的时间T内两个电极板3之间加电场产生的电荷总量与两个电极板3之间未加电场产生的电荷总量的差值，即极化电荷量。通过曲线3可以看出，随着测试时间延长，被测试粉体材料样品C在不同时间内产生的极化电荷量呈现先降低然后升高、随后又降低的无规律变化，且变化值很小。

C.粉体材料样品C电极性能的计算：

通过以下公式计算，得出表征粉体材料样品C电极性能强弱的系数k；

$k=\frac{m(Q_1-Q_2)}{{\mathrm{\πr}}^2(T_2-T_1)}=\frac{1\×{10}^{12}\×(0.816-0.614)\×{10}^{-9}}{3.14\×1^2(402-331)}=0.91$

0＜k≤1，该粉体材料样品C无电极性。

实施例1～3的总体对比结果见表1。

表1不同粉体材料样品的电极性测试结果

样品	Q1(C)	Q2(C)	ΔT(K)	k
					粉体材料样品A	0.735×10-9	3.309×10-9	65	12.61
粉体材料样品B	1.124×10-9	1.861×10-9	66	3.57
					粉体材料样品C	0.614×10-9	0.816×10-9	71	0.91

对比图2中的分别由实施例1、2和3得到的三条曲线1、2和3，可以看出，随着测试时间的延长，粉体材料样品A和粉体材料样品B产生的极化电荷量逐渐增加，且粉体材料样品A的增长幅度大于粉体材料样品B。粉体材料样品C的极化电荷量在0～40pC之间呈现先降低然后升高、随后又降低的不符合具有电极性样品应有规律的变化，而这与测试时间无相关关系。图2中的纵坐标的电荷单位pC与电荷单位C的换算关系是：pC＝10^-12C。

实施例4～6

除了第三步所用粉体材料样品A的平均粒径分别改为100μm、8μm和0.05μm之外，其他操作过程、方法均同实施例1。通过测试数据计算得到的k值与实施例1相差分别为：0.03、0.09、0.11。

实施例7

除了第四步测试操作中改为5min后开始记录数据，测试时间为10min，两个电极板3之间的电压为10V之外，其他操作过程、方法均同实施例2。其测试结果与实施例2相同。

实施例8

除了第四步测试操作中改为7min后开始记录数据，测试时间为30min，两个电极板3之间的电压为50V之外，其他操作过程和方法均同实施例3。其测试结果与实施例3相同。

上述实施例中所用的锂电气石粉体材料样品A、铁电气石粉体材料样品B和二氧化硅粉体材料样品C均是通过商购途径得到的公知原料。

通过所述实施例得出，应用本发明粉体材料电极性的测试装置其测试方法测试粉体材料电极性的评价如下：

(1)应用本发明粉体材料电极性的测试装置及其测试方法所得出的表征粉体材料电极性能强弱的系数k可以对粉体材料的电极性作出评价：

当0＜k≤1时，粉体材料样品无电极性；当1＜k≤10时，粉体材料样品具有较弱电极性；当k＞10时，粉体材料样品具有较强电极性。

(2)不同成分和结构的粉体材料的电极性不同：通过表1可以看出，粉体材料样品粒度相差不大时，粉体材料的电极性取决于其成分和结构。粉体材料样品C无电极性，粉体材料样品B具有较弱的电极性，粉体材料样品A具有较强的电极性。

(3)粒度对粉体材料电极性的影响：通过表1可以看出，相同的粒度范围内，粉体材料样品A的电极性强于粉体材料样品B，粉体材料样品C无电极性；从实施例5看出对于同种粉体材料样品，平均粒径虽然有较大差距，但是其电极性相差不大，因此就微米级的粉体材料来说，粒度对粉体材料电极性的影响较小。

Claims (8)

1.粉体材料电极性的测试装置，其特征在于：由电压输入装置、温度控制装置、样品承载装置和电荷检测输出装置四部分组成，其中电压输入装置由稳压直流电源和两个电极板组成，两个电极板用导线分别与稳压直流电源的正负两极相连；温度控制装置由两支红外加热灯和红外温度探测器组成；样品承载装置由中下部位开有一小孔的硬质管组成；电荷检测输出装置由红外温度探测器、上方的电极片和下方的电极片、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表组成，上下两个电极片用导线分别与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器的输出端与带有数字表头的灵敏万用表相连接；该测试装置中的两个电极板、两支红外加热灯、红外温度探测器和硬质管均通过通用连接件或铆件按自行设定的图纸固定在一个金属外壳内部，上方的电极片通过橡胶塞固定在硬质管内上端，下方的电极片通过万能胶固定在硬质管的底端，稳压直流电源、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表安置在金属外壳外面。

2.根据权利要求1所述粉体材料电极性的测试装置，其特征在于：所述电极板为铁片、铜片或铝片电极板，其长度为5～15cm，宽度为5～15cm，厚度为0.1～0.5cm。

3.根据权利要求1所述粉体材料电极性的测试装置，其特征在于：所述硬质管为陶瓷管或玻璃管，长度为5～15cm，内径为2～4cm，外径为4～6cm，在该硬质管的中下部位所开小孔的半径为0.1～0.5cm。

4.根据权利要求1所述粉体材料电极性的测试装置，其特征在于：所述上方的电极片和下方的电极片为相同的圆形铁片、铜片或铝片，厚度同样为0.1～0.5cm，两个电极片面积相等，分别等于硬质管的内截面积。

5.根据权利要求1所述粉体材料电极性的测试装置，其特征在于：所述金属外壳为长方体，长为20cm，宽为18cm，高为18cm，其材质是厚度为0.1～0.5cm的铁板。

6.粉体材料电极性的测试装置的测试方法，其特征在于步骤是：

第一步，粉体材料电极性的测试装置的安装

将两个电极板、两支红外加热灯、红外温度探测器和中下部位开有一小孔的硬质管均通过通用连接件或铆件按自行设定的图纸固定在一个金属外壳内，上方的电极片通过橡胶塞固定在硬质管内，下方的电极片通过万能胶固定在硬质管的底端，稳压直流电源、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表安置在金属外壳外面，两个电极板用导线分别与稳压直流电源的两极相连，上下两个电极片用导线分别与电荷放大器的输入端相连，电荷放大器的输出端与带有数字表头的灵敏万用表相连接；

第二步，粉体材料电极性的测试装置的调试

打开电荷检测输出装置组成部分，即红外温度探测器、上方的电极片和下方的电极片、电荷放大器和带有数字表头的灵敏万用表组成部分电路的电源开关，预热30min，调节电荷放大器的调零旋钮，使得电荷输出值为零，即带有数字表头的灵敏万用表的读数为零；

第三步，填充被测试的粉体材料样品

将被测试的粉体材料样品填充到硬质管内并堆实，该粉体材料样品的两端分别与上下两个电极片相接触；

第四步，测试操作

A.打开两支红外加热灯对该粉体材料样品进行加热，红外温度探测器通过硬质管上的小孔测试该粉体材料样品温度，5～10min后开始记录数据，红外温度探测器测得该粉体材料样品在加热过程中的温度，带有数字表头的灵敏万用表测得该粉体材料样品在加热过程中的电压，以每一时间变化区间2min端点为基准，记录此每个瞬时点所对应的温度值和电压值，测试时间为10～30min，然后关掉两支红外加热灯，让该粉体材料样品自然冷却至室温，测试完毕后，按照电荷放大器设定的转换系数为1×10^-12C/mV，将记录到的每个瞬时点所对应的电压值转换为对应的电荷量，然后将所得的全部每个瞬时点对应的电荷量相加，得到两个电极板之间未加电压时测试时间内的极化电荷总量Q₂；记录到的测试开始时温度值为T₁，记录到的测试结束时温度值为T₂。

B.然后打开并调节稳压直流电源，使两个电极板之间的电压为10～50V中某一固定值，重复上述A步的测试步骤，由此测得两个电极板之间加电压时测试时间内的极化电荷总量Q₁，记录到的测试开始时温度值T₁及记录到的测试结束时温度值T₂与上述A步相同。

第五步，粉体材料样品电极性能的计算：

规定k为表征粉体材料样品电极性强弱的系数，k值的计算公式为：

$k=\frac{m(Q_1-Q_2)}{\mathrm{\π}{r}^2(T_2-T_1)}$

其中，Q₁为两个电极板之间加电压时测试时间内的产生的电荷总量，Q₂为两个电极板之间未加电压时测试时间内的电荷总量，单位为C；r为电极片半径，单位为cm；T₂为测试结束时温度值，T₁为测试开始时温度值，系K氏温度，单位为K；m为修正系数，m＝10¹²，单位为Kcm²/C。

当0＜k≤1时，粉体材料样品无电极性；当1＜k≤10时，粉体材料样品具有较弱电极性；当k＞10时，粉体材料样品具有较强电极性。

7.根据权利要求6所述粉体材料电极性的测试装置的测试方法，其特征在于：所用电极板为铁片、铜片或铝片电极板，其长度为5～15cm，宽度为5～15cm，厚度为0.1～0.5cm；所述硬质管为陶瓷管或玻璃管，长度为5～15cm，内径为2～4cm，外径为4～6cm，在该硬质管的中下部位所开小孔的半径为0.1～0.5cm；所用上方的电极片和下方的电极片为圆形铁片、铜片或铝片，厚度为0.1～0.5cm，两个电极片面积相等，分别等于硬质管的内截面积。

8.根据权利要求6所述粉体材料电极性的测试装置的测试方法，其特征在于：所述粉体材料样品的平均粒径在0.05～100μm之间。

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