CN106501636B - 一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置及其测试方法。测试装置包括底座、绝缘磁流体混合液、两块导电板、两块可调挡板和可调电磁线圈。测试方法包括：选用绝缘磁流体；将微纳米导电颗粒混入绝缘磁性流体中；将绝缘磁流体混合液滴在载玻片上并加盖玻片，通过显微镜测出自组装线长度；调整可调挡板之间距离和磁场大小；将绝缘磁流体混合液滴入可调挡板中间，覆盖导电板，即可测得磁组装后微纳米导电颗粒的电性能。本发明结构紧凑，等待时间较短，利于多次试验，只需要微量的颗粒溶液或悬浮液便可对微纳米导电颗粒进行电性能测量，减少材料浪费，极大地降低了测试成本，有利于新型材料的开发和电性能测试。

Description

一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及高精度电性能测试领域，尤其是涉及一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置及其测试方法。

背景技术

目前，纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展，并且在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。在产业化发展方面，除了纳米粉体材料在美国、日本、中国等少数几个国家初步实现规模生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗诊断材料等产品仍处于开发研制阶段。在当前纳米电子器件材料应用中，许多电性能的试验往往是针对成品的试验。这样极大地增大了成本和不可避免的浪费。而单一纳米颗粒以及纳米管是无法进行精确测量的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置及其测试方法，通过微纳米导电颗粒和感温绝缘磁性流体的混合液来进行电性能试验，利用磁场实现微纳米导电颗粒的磁组装，同时磁流体又具有良好的密封和散热功能，极大地提高了微纳米颗粒材料测试的精确性、稳定性和可靠性,解决现有的单个和少量微纳米颗粒电测性无法测量的问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案。一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，用于测试磁组装后微纳米导电颗粒的电性能，包括底座、绝缘磁流体混合液、两块导电板、两块可调挡板和可调电磁线圈。所述底座用于支撑和连接所述可调挡板，包括底板、支架、导杆和双头螺纹杆，所述支架设置在所述底板上，所述导杆和所述双头螺纹杆均穿过所述两块可调挡板并设置在所述支架上。所述绝缘磁流体混合液设置在所述两块导电板之间，所述绝缘磁流体混合液是将微纳米导电颗粒混入绝缘磁性流体中，并通过保持剂保持其均匀混合状态的混合液体。所述两块导电板分别设置在所述两块可调挡板上并相向设置，所述可调挡板下端设置有弱磁，利用磁流体自身的零泄漏性能进行密封，防止泄漏。所述可调挡板上设置有供所述导杆穿过的通孔和供所述双头螺纹杆穿过的螺纹孔，所述双头螺纹杆上设置有方向相反的两段螺纹，所述两块可调挡板的螺纹孔分别设置在所述两段螺纹上。所述可调电磁线圈设置在所述底座外围，用于控制磁场方向和大小来实现微纳米导电颗粒的磁组装。通过旋转双头螺纹杆能够控制两块可调挡板之间的距离，以选择适合被测的绝缘磁流体混合液的距离。绝缘磁流体混合液主要用于驱动微纳米导电颗粒进行磁组装，在实验研究中，磁流体中的微纳米导电颗粒在一定的磁场作用下，会出现沿磁感线方向呈线性自组装性能，因此可以通过控制磁场的大小和方向对微纳米导电颗粒成链率进行控制。

所述底板不具有磁性或导磁性，所述底板为铝材或非磁性铝合金材料。

所述可调挡板不具有磁性或导磁性，所述可调挡板下端设置有通槽，所述通槽内嵌有磁性材料。通过通槽内磁性材料产生的弱磁场，使可调挡板实现零泄漏。

所述双头螺纹杆为非磁性材料。

所述可调电磁线圈可设置为两个小电磁线圈，对称设置在所述两块可调挡板的外侧，所述两个小电磁线圈的旋向、电流、电压相同。

所述可调电磁线圈也可设置为一个大电磁线圈，所述底座设置在所述大电磁线圈内。

上述微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置的电性能测试方法，包括以下步骤：

S1根据微纳米导电颗粒的物理化学性质选用不同基质的绝缘磁流体；

S2将微纳米导电颗粒混入绝缘磁性流体中，并通过保持剂保持其均匀混合状态，制得用于促使微纳米导电颗粒磁组装的绝缘磁流体混合液，备用；

S3进行显微镜试验，将绝缘磁流体混合液滴在载玻片上并加盖玻片，挤出气泡后，用不同磁力大小的永磁铁进行磁组装试验，通过显微镜测出自组装线长度；

S4根据显微镜观察结果进行估算，调整可调挡板之间距离和磁场大小，磁场大小由可调电磁线圈的电流电压大小决定；

S5将绝缘磁流体混合液滴入可调挡板中间，覆盖导电板，在磁场开启一段时间后再将导电板连接外部测试装置进行测试，即可测得磁组装后微纳米导电颗粒的电性能，包括电压、电流、电阻及导电率。

所述绝缘磁流体采用感温绝缘磁流体，感温绝缘磁流体混合液具有良好的散热性。常用的感温绝缘磁流体有水基、油基、酯基和氟醚油等磁流体，选用时综合考虑颗粒直径和经济性来选择不同磁化强度的磁流体，磁化强度越高，微纳米导电颗粒的成链率越高，成本越高。

所述步骤S4中，可调挡板之间距离取显微镜试验中微纳米导电颗粒链长的近似平均值，在求取近似平均值时舍弃极短链。因为试验中极短链在一段时间内会合成为长链，试验中只需短时间求得近似平均值，因此可以舍弃。

所述步骤S5中，绝缘磁流体混合液要充分接触导电板，在测试之前导电板短接可以测得设备整体的电阻值，测试前通磁场5分钟以上用于合成长链，合成长链的时间由颗粒直径和颗粒物理化学属性决定。试验给出经验值5分钟以上80%的短链都会合成为长链，8分钟以上90%短链都会合成为长链。

本发明的优点与效果是：

结构紧凑，通过外部磁场对感温绝缘磁流体的作用实现微纳米导电颗粒的线性磁组装，且各个功能部件各自独立，方便后期的检修和维护；

对工作环境无特殊要求，由于磁性流体自身的优异性能使测试设备其极易满足密封和防泄漏的要求，可适应粉尘环境等各种恶劣工作环境；

测试溶液只需要微量的颗粒溶液或悬浮液便可对微纳米导电颗粒进行电性能测量，测试过程更经济，有利于新型材料的开发和电性能测试。

与现有技术相比，本发明结构紧凑，等待时间较短，利于多次试验，只需要微量的颗粒溶液或悬浮液便可对微纳米导电颗粒进行电性能测量，减少材料浪费，极大地降低了测试成本，有利于新型材料的开发和电性能测试。

附图说明

图1为本发明的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置整体结构示意图；

图2为本发明的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置正面结构示意图；

图3为本发明的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置内部结构示意图；

图4为本发明的可调挡板的结构示意图；

图5为实施例显微镜下磁组装试验结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明的装置的整体结构如图1、图2所示，内部结构如图3所示。本发明的装置包括底座1、绝缘磁流体混合液2、两块导电板3、两块可调挡板4和可调电磁线圈5。底座1包括底板11、支架12、导杆13和双头螺纹杆14，支架12设置在底板11上，导杆13和双头螺纹杆14均穿过两块可调挡板4并设置在支架12上。绝缘磁流体混合液2设置在两块导电板3之间。两块导电板3可采用纯铜导电板，分别设置在两块可调挡板4上并相向设置，可调挡板4下端设置有弱磁，可通过设置通槽41并内嵌磁性材料实现，如图4所示。可调挡板4上设置有供导杆13穿过的通孔和供双头螺纹杆14穿过的螺纹孔，双头螺纹杆14上设置有方向相反的两段螺纹，两块可调挡板4的螺纹孔分别设置在两段螺纹上。双头螺纹杆14的端部可设置手轮15，用于旋转双头螺纹杆14。可调电磁线圈5设置在底座1外围，可设置为两个小电磁线圈，对称设置在两块可调挡板4的外侧，两个小电磁线圈的旋向、电流、电压必须相同。

实施例，采用上述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，可以根据不同的实际需求，进行快速电性能测试，包括以下步骤：

第一步，根据微纳米导电颗粒的物理化学性质选用不同基质的绝缘磁流体，一般常用感温绝缘磁流体，因为感温绝缘磁流体混合液具有良好的散热性，常用的感温绝缘磁流体有水基、油基、酯基和氟醚油等磁流体，选用时综合考虑颗粒直径和经济性来选择不同磁化强度的磁流体；

第二步，制备用于促使微纳米导电颗粒磁组装的感温绝缘磁流体混合液，将一定量的微纳米导电颗粒混入感温绝缘磁性流体，并通过保持剂（如：苯乙烯）保持其均匀混合状态，将混合液装入棕色玻璃试剂瓶中备用；

第三步，进行显微镜试验，在显微镜试验中，将被测混合液滴在载玻片上并加盖玻片，挤出气泡后，用不同磁力大小的永磁铁进行磁组装试验，测出自组装线长度，磁组装试验显微镜结果如图5所示；

第四步，根据显微镜观察结果进行估算，通过转动手轮调整两块可调挡板之间距离，通过调节可调电磁线圈的电流电压大小调整磁场大小；

第五步，将被测混合液滴入两块可调挡板之间，尽量多的覆盖导电板，开启已经调整好的电磁线圈，使磁场稳定开启一段时间。

第六步，在磁场开启一段时间后再将导电板连接外部测试装置，即可测得磁组装后微纳米导电颗粒的电压、电流、电阻及导电率；

第七步，取出如图3所示的内部结构，先用相应的磁流体基液进行稀释清洗，如水基、油基、酯基和氟醚油等磁流体就用相应的水、油、酯和氟醚油等基液进行清洗，最后再用去离子水清洗，干燥。

Claims (10)

1.一种微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，用于测试磁组装后微纳米导电颗粒的电性能，其特征在于，包括底座、绝缘磁流体混合液、两块导电板、两块可调挡板和两块可调电磁线圈；所述底座用于支撑和连接所述可调挡板，包括底板、支架、导杆和双头螺纹杆，所述支架设置在所述底板上，所述导杆和所述双头螺纹杆均穿过所述两块可调挡板并设置在所述支架上；

所述绝缘磁流体混合液设置在所述两块导电板之间，所述绝缘磁流体混合液是将微纳米导电颗粒混入绝缘磁性流体中，并通过保持剂保持其均匀混合状态的混合液体；

所述两块导电板分别设置在所述两块可调挡板上并相向设置，所述可调挡板下端设置有弱磁，所述可调挡板上设置有供所述导杆穿过的通孔和供所述双头螺纹杆穿过的螺纹孔，所述双头螺纹杆上设置有方向相反的两段螺纹，所述两块可调挡板的螺纹孔的旋向分别设置与所述两段螺纹的旋向相同；

所述可调电磁线圈设置在所述底座外围，用于控制磁场方向和大小来实现微纳米导电颗粒的磁组装。

2.根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，其特征在于，所述底板不具有磁性或导磁性，所述底板为铝材或非磁性铝合金材料。

3.根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，其特征在于，所述可调挡板不具有磁性或导磁性，所述可调挡板下端设置有通槽，所述通槽内嵌有磁性材料。

4.根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，其特征在于，所述双头螺纹杆为非磁性材料。

5.根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，其特征在于，所述可调电磁线圈为两个小电磁线圈，对称设置在所述两块可调挡板的外侧，所述两个小电磁线圈的旋向、电流、电压相同。

6.根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置，其特征在于，所述可调电磁线圈为一个大电磁线圈，所述底座设置在所述大电磁线圈内。

7.一种根据权利要求1所述的微纳米颗粒磁组装的电性能测试装置的电性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1根据微纳米导电颗粒的物理化学性质选用不同基质的绝缘磁流体；

S2将微纳米导电颗粒混入绝缘磁性流体中，并通过保持剂保持其均匀混合状态，制得用于促使微纳米导电颗粒磁组装的绝缘磁流体混合液备用；

S3进行显微镜试验，将绝缘磁流体混合液滴在载玻片上并加盖玻片，挤出气泡后，用不同磁力大小的永磁铁进行磁组装试验，通过显微镜测出自组装线长度；

S4根据显微镜观察结果进行估算，调整可调挡板之间距离和磁场大小；

S5将绝缘磁流体混合液滴入可调挡板中间，覆盖导电板，在磁场开启一段时间后再将导电板连接外部测试装置进行测试，即可测得磁组装后微纳米导电颗粒的电性能，包括电压、电流、电阻及导电率。

8.根据权利要求7所述的电性能测试方法，其特征在于，所述绝缘磁流体采用感温绝缘磁流体。

9.根据权利要求7所述的电性能测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，可调挡板之间距离取显微镜试验中微纳米导电颗粒链长的近似平均值，在求取近似平均值时舍弃极短链。

10.根据权利要求7所述的电性能测试方法，其特征在于，所述步骤S5中，绝缘磁流体混合液要充分接触导电板，在测试之前导电板短接可以测得设备整体的电阻值，测试前通磁场5分钟以上用于合成长链，合成长链的时间由颗粒直径和颗粒物理化学属性决定。