CN108267483B - 一种测试多铁性液体性能的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试多铁性液体性能的装置及方法。装置包括无磁性、透明、绝缘材料制成的容器，容器的顶壁、底壁分别立设有一根导电的磁性材料制成的电极棒，容器的顶壁上的电极棒为上电极棒，容器的底壁上的电极棒为下电极棒，所述上电极棒包括空心部以及位于空心部下方的实心部，所述空心部的下部设有出液口，所述空心部的上端孔口为进液口，所述空心部的出液口伸入容器内，所述下电极棒的上部伸入容器内，且与上电极棒的下部相向，所述上电极棒、下电极棒的相向端抛光为半球型，所述上电极棒的上部、下电极棒的下部均位于容器外，所述容器的顶壁上还立设有排气管。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，特别是涉及一种测试多铁性液体性能的装置及方法。
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)(Multiferroicfluids，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(fluidcarrier)，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。
目前对于块体材料、薄膜材料的铁电性能测试均是利用平板电容器的原理，采用的是均匀电场，并没有研究采用非均匀电场来测试材料的铁电性。而多铁性液体由于同时具有铁电性、磁性和流动性，对其施加电场或磁场的时候，液体中的微粒就会形成链状结构，并且链状结构(长度、粗细、链之间的距离等参数)是可以通过电场、磁场的强度、梯度来进行调整的。链状结构对磁性、电性能以及光学性能都有很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测试多铁性液体性能的装置及方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种测试多铁性液体性能的装置，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，所述容器的顶壁、底壁的中心部位分别立设有一根导电的磁性材料制成的电极棒，所述容器的顶壁上的电极棒为上电极棒，所述容器的底壁上的电极棒为下电极棒，所述上电极棒包括空心部以及位于空心部下方的实心部，所述空心部的下部设有出液口，所述空心部的上端孔口为进液口，所述空心部的出液口伸入容器内，所述下电极棒的上部伸入容器内，且与上电极棒的下部相向，所述上电极棒、下电极棒的相向端抛光为半球型，所述上电极棒的上部、下电极棒的下部均位于容器外，所述容器的顶壁上还立设有一根绝缘、非磁性材料制成的排气管，所述排气管位于上电极棒的一侧，用于排出容器内的空气，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间分别密封。
优选地，所述容器呈圆柱体状。
优选地，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间通过绝缘硅胶粘接密封。
优选地，所述上电极棒、下电极棒的材料采用304不锈钢。
一种测试多铁性液体性能的方法，包括一种测试多铁性液体性能的装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从进液口注入，使容器里的气体从排气管排出，当上电极棒空心部内的液面不在下降时，此时容器中没有气体，且装满多铁性液体，多铁性液体同时与上电极棒、下电极棒接触，停止注入多铁性液体，堵住进液口、排气管，确保容器密封；
步骤2.测试过程
将上电极棒、下电极棒通过导线连接到测试仪器，测试仪器通过上电极棒、下电极棒对多铁性液体施加非均匀性电场、梯度磁场，进而测试出多铁性液体在非均匀性电场、梯度磁场下的介电性曲线、电滞回线、漏电电流密度曲线、磁性、光的透过性。
优选地，步骤1中，用橡皮塞或胶水堵住进液口、排气管。
优选地，所述导线焊接固定在对应的电极棒上。
优选地，所述测试仪器为介电分析仪。
优选地，测试过程中，容器处于室温下。
优选地，测试过程中，将容器置入变温中加热。
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棒，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。
本发明可以产生发散型电场、梯度磁场，通过本发明可以研究不同外场作用下链的结构如何变化，这些变化对磁、电、光学性能如何影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为上电极棒的结构示意图；
图3为下电极棒的结构示意图；
图4为本发明的工作示意图。
附图标记
附图中，1为容器，2为上电极棒，3为下电极棒，4为导线，5为排气管，6为进液口，7为出液口，8为电场线。
具体实施方式
参见图1-图4，一种测试多铁性液体性能的装置，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，所述容器呈圆柱体状(也可以是长方体、正方体或者其他任意形状)。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，容器上需要安装电极棒。此时容器绝缘的话可以保证上下电极棒不被短路；当然，如果仅仅是测量透光性，就不需要电极棒；透明，是希望可以实时观察容器里面的状态。所述容器的顶壁、底壁的中心部位分别立设有一根导电的磁性材料制成的电极棒，如果要研究梯度电场下液体的性能，那么这两根棒只需要导电；如果研究梯度磁场下液体的性能，那么棒的导磁能力要强，至少选用磁性强的材料，导电性不做要求；如果两种梯度都要研究，那么就需要导电的磁性材料，本实施例中，所述上电极棒、下电极棒的材料采用304不锈钢。所述容器的顶壁上的电极棒为上电极棒，所述容器的底壁上的电极棒为下电极棒，所述上电极棒包括空心部以及位于空心部下方的实心部，所述空心部的下部设有出液口，所述空心部的上端孔口为进液口，所述空心部的出液口伸入容器内，所述下电极棒的上部伸入容器内，且与上电极棒的下部相向，所述上电极棒、下电极棒的相向端抛光为半球型，所述上电极棒的上部、下电极棒的下部均位于容器外，所述容器的顶壁上还立设有一根绝缘、非磁性材料制成的排气管，所述排气管位于上电极棒的一侧，用于排出容器内的空气(要求：排气管不能深入圆柱容器内部，且直径要小)，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间分别密封。本实施例中，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间通过绝缘硅胶粘接密封。
一种测试多铁性液体性能的方法，包括一种测试多铁性液体性能的装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从进液口注入，使容器里的气体从排气管排出，当上电极棒空心部内的液面不在下降时，此时容器中没有气体，且装满多铁性液体，多铁性液体同时与上电极棒、下电极棒接触，停止注入多铁性液体，用橡皮塞或胶水堵住进液口、排气管，确保容器密封；
步骤2.测试过程
将上电极棒、下电极棒通过导线连接到测试仪器，所述导线焊接固定在对应的电极棒上。所述测试仪器为介电分析仪。测试仪器通过上电极棒、下电极棒对多铁性液体施加非均匀性电场、梯度磁场，进而测试出多铁性液体在非均匀性电场、梯度磁场下的介电性曲线、电滞回线、漏电电流密度曲线、磁性、光的透过性等。测试过程中，容器处于室温下。或者，将容器置入变温中加热测得变温条件下多铁性液体的各参数。
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 (9)
1.一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，包括一种测试多铁性液体性能的装置，一种测试多铁性液体性能的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，所述容器的顶壁、底壁的中心部位分别立设有一根导电的磁性材料制成的电极棒，所述容器的顶壁上的电极棒为上电极棒，所述容器的底壁上的电极棒为下电极棒，所述上电极棒包括空心部以及位于空心部下方的实心部，所述空心部的下部设有出液口，所述空心部的上端孔口为进液口，所述空心部的出液口伸入容器内，所述下电极棒的上部伸入容器内，且与上电极棒的下部相向，所述上电极棒、下电极棒的相向端抛光为半球型，所述上电极棒的上部、下电极棒的下部均位于容器外，所述容器的顶壁上还立设有一根绝缘、非磁性材料制成的排气管，所述排气管位于上电极棒的一侧，用于排出容器内的空气，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间分别密封；
测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从进液口注入，使容器里的气体从排气管排出，当上电极棒空心部内的液面不在下降时，此时容器中没有气体，且装满多铁性液体，多铁性液体同时与上电极棒、下电极棒接触，停止注入多铁性液体，堵住进液口、排气管，确保容器密封；
步骤2.测试过程
将上电极棒、下电极棒通过导线连接到测试仪器，测试仪器通过上电极棒、下电极棒对多铁性液体施加非均匀性电场、梯度磁场，进而测试出多铁性液体在非均匀性电场、梯度磁场下的介电性曲线、电滞回线、漏电电流密度曲线、磁性、光的透过性。
2.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，所述容器呈圆柱体状。
3.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，所述上电极棒、下电极棒、排气管与容器之间通过绝缘硅胶粘接密封。
4.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，所述上电极棒、下电极棒的材料采用304不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，步骤1中，用橡皮塞或胶水堵住进液口、排气管。
6.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，所述导线焊接固定在对应的电极棒上。
7.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，所述测试仪器为介电分析仪。
8.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，测试过程中，容器处于室温下。
9.根据权利要求1所述的一种测试多铁性液体性能的方法，其特征在于，测试过程中，将容器置入变温中加热。
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