CN108254412B - 一种多铁性液体的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多铁性液体的测试装置及方法。装置包括无磁性、透明、绝缘材料制成的容器，所述容器侧壁的上端、下端分别设置一个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘胶管，各绝缘胶管与对应连接孔之间密封，其中，位于下方的绝缘胶管用于将多铁性液体注入容器内，位于上方的绝缘胶管用于将容器内的空气排出，所述容器的上端、下端分别设有透明、无磁性材料制成的电极板，形成对容器上端、下端的密封。测试方法包括：步骤1.测试前准备；步骤2.测试过程。
Description
技术领域
本发明涉及多铁性材料技术领域，特别是涉及一种多铁性液体的测试装置及方法。
背景技术
随着电子信息产业的快速发展，大容量、低能耗、高速度、高性能的电子元器件的急迫需求对材料提出了越来越高的要求。多铁材料作为两种或三种基本铁性(铁电性、铁磁性、铁弹性)共存的多功能材料，不但在单一铁电材料的应用领域，更在新型磁-电传感器器件、自旋电子器件、新型信息存储器件等领域展现出巨大的应用前景。
所谓铁电性就是指某些晶体处于自发极化的状态，并且具有自发极化强度，在一定温度范围内，自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变。这些自发极化的区域称为电畴，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。从宏观上来看，整个晶体是非极化的，呈中性。在外电场作用下，极化沿电场方向的电畴扩大，极化方向趋于外场方向排列，其自发极化能够随外电场做可逆转动，这种性质称为铁电性，同铁磁材料一样，铁电材料也可以用于信息存储。由于铁电材料具有优良的铁电、介电、热释电性、电光特性、声光特性、非线性光学等特性，它们在铁电存储器、红外探测器、传感器、声表面波、集成光电器件、电容器等固态器件方面有着非常重要的应用，这也极大地推动了铁电材料及铁电物理学的研究和发展。基于铁电材料的铁电随机存储器由于其非易失性和读取速度快等特点而具有巨大的应用前景。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。
所谓铁磁性是指在没有外磁场存在的情况下，材料也处于自发磁化状态，并且具有自发磁化强度。自发磁化的区域称为磁畴，在同一磁畴内自发磁化的方向是一致的，但不同磁畴内部的磁化方向无序排列，因此，宏观上不显示磁性。当有外加磁场的时候，磁畴内部的磁化方向趋于外场方向排列，磁性材料表现出强磁性。强磁性主要有两种表现形式，一种是铁磁性，另一种是亚铁磁性。在铁磁性材料中，宏观磁化是由原子磁矩的同向排列所引起的，而亚铁磁材料中存在着磁矩排列方向相反但大小不等的两种原子或离子。磁滞回线是铁磁性材料在外加磁场下表现出的宏观磁性特性，同时反应了磁畴随外加磁场的变化而发生转向。当铁磁体从高温的顺磁相转变到低温铁磁相时，铁磁相变的临界温度Tc称为铁磁居里温度。
所谓的多铁性液体(或者叫多铁性流体)(Multiferroic fluids，Multiferroicliquid)，并非是指严格意义上的“液态”Multiferroic性材料，而是指由粒径在10nm左右的具有多铁性的微粒均匀分散在基液中(fluid carrier)，通过吸附离子(电荷排斥力)或在表面带上长链分子(位力)达到抗团聚而形成的稳定的胶体体系。纳米微粒通常是指具有多铁性的纳米微粒或纳米线，基液通常是水、有机多铁性液体或者有机水溶液。
相对于固态的多铁材料而言，多铁多铁性液体具有如下特点：1、多铁材料具有可流动性，其形态是无定形的；2、多铁性微粒由于同时具有铁电性和磁性，因此在电场或磁场作用下，具有多铁性的微粒能够发生转动，而且由于在多铁性液体中，所以其矫顽场会比较小，由于布朗运动，在电场或磁场下的转向更容易。3、在电场或磁场作用下，固态多铁材料中电畴的取向只能沿着接近于电场方向的某些取向，并不一定沿着电场方向，而对于铁电性多铁性液体而言，由于铁电微粒可以在多铁性液体中自由转动，因此其电畴的取向可以完全沿着电场方向。
虽然多铁性液体同时具有铁电性、铁磁性和流动性，因此也许会具有许多独特的电学、磁学、流体力学、光学和声学特性，但是由于多铁性液体同时具有固体多铁性材料的磁电性能、又具有多铁性液体的流动性。因此，测量多铁性液体的性能不但需要测量电学性能，还需要测量磁学性能，同时，还需要考虑到多铁性液体的流动性。因此，不能照搬普通固体材料的测量装置。然而，目前没见报道有一种装置能够测试它的电性能、磁性能、光学性能以及磁电耦合效应。针对这个问题，在这里，我们提出了几种装置结构及测试方法，有望在多铁性液体材料测试方面得到推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多铁性液体的测试装置及方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种多铁性液体的测试装置，包括用于盛装多铁性液体的无磁性、透明、绝缘材料制成的容器，所述容器侧壁的上端、下端分别设置一个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘胶管，各绝缘胶管与对应连接孔之间密封，其中，位于下方的绝缘胶管用于将多铁性液体注入容器内，位于上方的绝缘胶管用于将容器内的空气排出，所述容器的上端、下端分别设有透明、无磁性材料制成的电极板，形成对容器上端、下端的密封。
优选地，所述电极板的一侧设置用于连接导线的支耳，所述容器的上端、下端的支耳在水平方向对称设置。
优选地，所述位于下方的绝缘胶管的长度大于容器的高度。
优选地，所述位于上方的绝缘胶管、位于下方的绝缘胶管在水平方向对称设置。
优选地，所述容器呈圆管状。
优选地，所述绝缘胶管粘接固定在容器侧壁上的连接孔内，所述电极板粘接固定在容器的上端或下端。
一种多铁性液体的测试方法，包括一种多铁性液体的测试装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从位于下方的绝缘胶管注入，使容器里的气体从位于上方的绝缘胶管排出，当位于上方的绝缘胶管中多铁性液体和位于下方的绝缘胶管中的多铁性液体的液面高于容器时，此时确保容器中没有气体，容器内装满多铁性液体，多铁性液体同时与两个电极板接触，停止注入多铁性液体，堵住两根绝缘胶管，确保容器密封；
步骤2.测试过程
将两个电极板通过导线连接到介电分析仪，测出多铁性液体的介电性；
当两个电极板通过导线连接到介电分析仪时，将容器置入变温中加热，测出多铁性液体的介电常数、介电损耗随温度的变化曲线；
将两个电极板通过导线连接到铁电分析仪，测出多铁性液体的电滞回线、漏电电流密度；
将两个电极板通过导线连接电源，测量电场作用下多铁性液体的透光性能，即电光耦合效应；测量电场作用下多铁性液体的磁性，即磁电耦合效应；
给容器施加磁场，测量液体的电学性能，即磁电耦合效应；测量液体的光学性能，即磁光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，测量多铁性液体的透光性能，即磁电光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场时，再将容器置入变温中加热，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，再将容器置入变温中加热时，将位于下方的绝缘胶管堵住，给位于上方的绝缘胶管施加气压，改变容器内多铁性液体的压力，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热力耦合效应。
优选地，步骤1中，用橡皮塞或胶水堵住两根绝缘胶管。
优选地，所述导线焊接固定在支耳上。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用容器盛装多铁性液体，容器采用无磁性、透明、绝缘材料制成，容器的上端、下端分别设有透明材料制成的电极板，可以通过容器测试多铁性液体的磁性能、电性能、光学性能(比如光的投射)，通过本发明还可以方便地测量多铁性液体的各种耦合性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记
附图中，1为容器，2为绝缘胶管，3为电极板，4为支耳，5为导线。
具体实施方式
参见图1，一种多铁性液体的测试装置，包括用于盛装多铁性液体的无磁性、透明、绝缘材料制成的容器，所述容器呈圆管状，当然，也可以是其它形状，例如方形。之所以要求绝缘，是因为在测量电学性能，比如介电性能、导电性能的时候，在容器的上下面需要安装电极板。此时容器绝缘的话可以保证上下电极板不被短路；当然，如果仅仅是测量透光性，就不需要电极板；透明，是希望可以实时观察容器里面的状态。容器不能太高，本实施例中，在1cm以下，容器太高的话，测量磁性的时候误差很大；此外，太高的话，测量电场作用下各种性能变化的时候，需要施加很高的电压。所述容器侧壁的上端、下端分别设置一个连接孔，连接孔直径不大于2mm(直径越小越好，但不得小于35μm，否则无法安装绝缘胶管，也不利于多铁性液体的装入)，各连接孔内分别连接一根绝缘胶管，各绝缘胶管与对应连接孔之间用绝缘硅胶粘合密封，使绝缘胶管管口的高度大于容器上表面的高度，形成一个气密性很好的容器，其中，位于下方的绝缘胶管用于将多铁性液体注入容器内，位于上方的绝缘胶管用于将容器内的空气排出，所述位于上方的绝缘胶管、位于下方的绝缘胶管在水平方向对称设置。绝缘胶管是为了将多铁性液体注射进去，防止容器里面残留空气。所述位于下方的绝缘胶管的长度大于容器的高度。这两根管不能太粗，太粗的话就影响整个容器结构，太细的话，液体不容易装进去，因为要考虑到液体的表面张力。所述容器的上端、下端分别设有透明、导电、无磁性材料(例如透明导电玻璃，ITO，FTO等)制成的圆形电极板，圆形电极板的直径大于等于容器的内径，形成对容器上端、下端的密封。之所以需要电极板透明，是为了考虑测量透光性的时候需要；只所以需要电极板，是考虑到测量电学性能。之所以需要无磁性，是考虑到测量磁性的时候，电极板不会产生额外的磁性信号。如果只测量其中一种性能，则没有这么多要求。本实施例中，所述电极板粘接固定在容器的上端或下端。当然，电极板也可以是其它形状，例如正方形。圆形的话，优势就是边缘效应比较弱，如果不是圆形，则在棱角处就会有较大的电场，容易产生放电、击穿现象。
所述电极板的一侧设置用于连接导线的支耳，所述容器的上端、下端的支耳在水平方向对称设置，以避免连线的时候将两个圆形电极板短路。
一种多铁性液体的测试方法，包括一种多铁性液体的测试装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从位于下方的绝缘胶管注入，使容器里的气体从位于上方的绝缘胶管排出，当位于上方的绝缘胶管中多铁性液体和位于下方的绝缘胶管中的多铁性液体的液面高于容器时，此时确保容器中没有气体，容器内装满多铁性液体，多铁性液体同时与两个电极板接触，停止注入多铁性液体，用橡皮塞或胶水堵住两根绝缘胶管，确保容器密封；将导线焊接固定在支耳上。
步骤2.测试过程
将两个电极板通过导线连接到介电分析仪，测出多铁性液体的介电性；
当两个电极板通过导线连接到介电分析仪时，将容器置入变温中加热，测出多铁性液体的介电常数、介电损耗随温度的变化曲线；
将两个电极板通过导线连接到铁电分析仪，测出多铁性液体的电滞回线、漏电电流密度；
将两个电极板通过导线连接电源，测量电场作用下多铁性液体的透光性能，即电光耦合效应；测量电场作用下多铁性液体的磁性，即磁电耦合效应；
给容器施加磁场，测量液体的电学性能，即磁电耦合效应；测量液体的光学性能，即磁光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，测量多铁性液体的透光性能，即磁电光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场时，再将容器置入变温中加热，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，再将容器置入变温中加热时，将位于下方的绝缘胶管堵住，给位于上方的绝缘胶管施加气压，改变容器内多铁性液体的压力，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热力耦合效应。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，包括一种多铁性液体的测试装置，一种多铁性液体的测试装置包括用于盛装多铁性液体的无磁性、透明、绝缘材料制成的容器，所述容器侧壁的上端、下端分别设置一个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘胶管，各绝缘胶管与对应连接孔之间密封，其中，位于下方的绝缘胶管用于将多铁性液体注入容器内，位于上方的绝缘胶管用于将容器内的空气排出，所述容器的上端、下端分别设有透明、无磁性材料制成的电极板，形成对容器上端、下端的密封；
测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从位于下方的绝缘胶管注入，使容器里的气体从位于上方的绝缘胶管排出，当位于上方的绝缘胶管中多铁性液体和位于下方的绝缘胶管中的多铁性液体的液面高于容器时，此时确保容器中没有气体，容器内装满多铁性液体，多铁性液体同时与两个电极板接触，停止注入多铁性液体，堵住两根绝缘胶管，确保容器密封；
步骤2.测试过程
将两个电极板通过导线连接到介电分析仪，测出多铁性液体的介电性；
当两个电极板通过导线连接到介电分析仪时，将容器置入变温中加热，测出多铁性液体的介电常数、介电损耗随温度的变化曲线；
将两个电极板通过导线连接到铁电分析仪，测出多铁性液体的电滞回线、漏电电流密度；
将两个电极板通过导线连接电源，测量电场作用下多铁性液体的透光性能，即电光耦合效应；测量电场作用下多铁性液体的磁性，即磁电耦合效应；
给容器施加磁场，测量液体的电学性能，即磁电耦合效应；测量液体的光学性能，即磁光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，测量多铁性液体的透光性能，即磁电光耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场时，再将容器置入变温中加热，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热耦合效应；
当两个电极板通过导线连接电源时，同时给容器施加磁场，再将容器置入变温中加热时，将位于下方的绝缘胶管堵住，给位于上方的绝缘胶管施加气压，改变容器内多铁性液体的压力，并且测量多铁性液体的透光性能，即磁电光热力耦合效应。
2.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述电极板的一侧设置用于连接导线的支耳，所述容器的上端、下端的支耳在水平方向对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述位于下方的绝缘胶管的长度大于容器的高度。
4.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述位于上方的绝缘胶管、位于下方的绝缘胶管在水平方向对称设置。
5.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述容器呈圆管状。
6.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述绝缘胶管粘接固定在容器侧壁上的连接孔内，所述电极板粘接固定在容器的上端、下端。
7.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，步骤1中，用橡皮塞或胶水堵住两根绝缘胶管。
8.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的测试方法，其特征在于，所述导线焊接固定在支耳上。
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