CN108287179A - 一种多铁性液体的性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多铁性液体的性能测试装置及方法。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，所述容器呈长方体状，所述容器的两个平行侧壁上相向设置有安装孔，各安装孔内分别密封固定有透明、无磁性材料制成的电极板，形成密封结构的容器，所述容器的顶壁上设有两个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘、非磁性材料制成的立管，各立管与对应连接孔之间密封，其中，一根立管用于将多铁性液体注入容器内，另一根立管用于将容器内的空气排出。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性能测试装置及方法。
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)(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。
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性能测试装置及方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种多铁性液体的性能测试装置，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，所述容器呈长方体状，所述容器的两个平行侧壁上相向设置有安装孔，各安装孔内分别密封固定有透明、无磁性材料制成的电极板，形成密封结构的容器，所述容器的顶壁上设有两个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘、非磁性材料制成的立管，各立管与对应连接孔之间密封，其中，一根立管用于将多铁性液体注入容器内，另一根立管用于将容器内的空气排出。
优选地，所述电极板为圆形，电极板的直径大于安装孔的孔径。
优选地，所述电极板靠近容器的底壁。
优选地，所述立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安装孔的边缘部位，且位于容器内侧。
一种多铁性液体的性能测试方法，包括一种多铁性液体的性能测试装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从一根立管注入，使容器里的气体从另一根立管排出，当位于两根立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，堵住两根立管，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，将一根立管堵住，给另一根立管施加气压，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立管。
优选地，所述导线焊接固定在电极板上。
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。
本发明避免了以下情况带来的测试结果不准确：在低温的状态下，液体的体积会减小，导致容器内的液体体积减小，在液体的上表面出现空气，一是空气的耐压能力很弱，造成空气被击穿的问题；二是上面出现空气，空气与液体形成串联关系，影响测试结果。
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为立管，3为电极板，4为导线。
具体实施方式
参见图1，一种多铁性液体的性能测试装置，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，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。两个电极板之间的距离不能太大(距离太大就需要较大的电压，测量磁性的时候误差很大)，所以就要求这种结构中电极板之间的距离小，因此就要求容器的宽度较小，本实施例中，在1cm以下。测量磁性的时候，需要容器的整个体积都比较小，因此制作的时候尽量把尺寸控制在一定的尺寸以内。
所述容器呈长方体状，所述容器的两个平行侧壁上相向设置有安装孔，各安装孔内分别密封固定有透明、导电、无磁性材料制成的圆形电极板(例如透明导电玻璃，ITO，FTO等)，形成密封结构的容器，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。电极板的直径大于安装孔的孔径，电极面积大于孔的面积，这样可以避免粘不牢。本实施例中，所述电极板粘接固定在安装孔的边缘部位，且位于容器内侧。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。所述电极板靠近容器的底壁，为了避免液体没有充满容器，在两电极板正对区域有空气的存在。然后分别从两电极板引出导线。所述容器的顶壁上设有两个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘、非磁性材料制成的立管，各立管与对应连接孔之间密封(要求：立管不能深入圆柱容器内部，且直径要小)，其中，一根立管用于将多铁性液体注入容器内，另一根立管用于将容器内的空气排出。本实施例中，连接孔直径小于5mm，连接孔直径越小越好，但不得小于35μm，否则无法安装立管，也不利于多铁性液体的装入。，本实施例中，各立管与对应连接孔之间用绝缘硅胶粘合密封。
一种多铁性液体的性能测试方法，包括一种多铁性液体的性能测试装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从一根立管注入，使容器里的气体从另一根立管排出，当位于两根立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，堵住两根立管，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，将一根立管堵住，给另一根立管施加气压，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 (7)
1.一种多铁性液体的性能测试装置，其特征在于，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，所述容器呈长方体状，所述容器的两个平行侧壁上相向设置有安装孔，各安装孔内分别密封固定有透明、无磁性材料制成的电极板，形成密封结构的容器，所述容器的顶壁上设有两个连接孔，各连接孔内分别连接一根绝缘、非磁性材料制成的立管，各立管与对应连接孔之间密封，其中，一根立管用于将多铁性液体注入容器内，另一根立管用于将容器内的空气排出。
2.根据权利要求1所述的一种多铁性液体的性能测试装置，其特征在于，所述电极板为圆形，电极板的直径大于安装孔的孔径。
3.根据权利要求1或2所述的一种多铁性液体的性能测试装置，其特征在于，所述电极板靠近容器的底壁。
4.根据权利要求1或2所述的一种多铁性液体的性能测试装置，其特征在于，所述立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安装孔的边缘部位，且位于容器内侧。
5.一种多铁性液体的性能测试方法，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的一种多铁性液体的性能测试装置，测试方法包括：
步骤1.测试前准备
将待测的多铁性液体从一根立管注入，使容器里的气体从另一根立管排出，当位于两根立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，堵住两根立管，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，将一根立管堵住，给另一根立管施加气压，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。
6.根据权利要求5所述的一种多铁性液体的性能测试方法，其特征在于，步骤1中，用橡皮塞或胶水堵住两根立管。
7.根据权利要求5所述的一种多铁性液体的性能测试方法，其特征在于，所述导线焊接固定在电极板上。
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