CN111948095A - 一种测试pzt气凝胶密度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试PZT气凝胶密度的方法，属于气凝胶领域。首先，取N份PZT气凝胶在研钵中以1分钟为时间梯度分别研磨1、2、3、…、N分钟，得到的N个样品混合均匀，得到混合的研磨PZT气凝胶；然后，称取混合的研磨PZT气凝胶的质量Ma，并将混合的研磨PZT气凝胶在量筒中振实后，读出其体积V；最后，根据公式ρ＝Ma/V，计算得到PZT气凝胶的密度。本发明方法具有以下优势：(1)简单而无需复杂设备；(2)不破坏PZT气凝胶的微纳孔结构，不引入杂质；(3)经过该密度测试后，PZT气凝胶粉体还可以继续使用，不浪费气凝胶。

Description

一种测试PZT气凝胶密度的方法
技术领域
本发明属于气凝胶领域，具体涉及一种测试PZT气凝胶密度的方法。
背景技术
PZT压电气凝胶是一种具有优异压电性能的压电材料，其极低的密度可较好地与水的声阻抗相匹配，其较低的介电常数可大大提高作为压电材料的静水压品质因数，从而提高水声换能器的灵敏度。
由于PZT气凝胶的众多性质均与其密度密切相关，因此要定量地知晓该气凝胶的性能，必须首先定量地测出其密度。然而和多数无机气凝胶一样，PZT气凝胶也具有脆性大、易成粉及不易加工成型等固有缺陷，难以直接测试出其体积，因此难以测出其密度，严重影响其其它性能的测量，根本上制约其应用。
对于具有疏水性的二氧化硅气凝胶等，水不会进入其孔洞内部，可使用排水法测出其体积，进而测出其密度；对于具有亲水性且具有一定强度和韧性的气凝胶，可用石蜡将其包裹后再使用排水法测出其体积，从而测出其密度。但是，PZT气凝胶兼具亲水和易成粉的特点，不能将其置于水中，也不能使用石蜡将其包裹，很难测出其体积和密度。若使用堆密度代替其体积密度时，气凝胶颗粒之间的空隙使所测堆密度偏小。因此，急需寻找一种测试PZT气凝胶密度的方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的PZT压电气凝胶脆性大、易成粉、不易加工成型等局限性而导致的难以较为准确地测出其体积和密度的问题，提供了一种简单、成本低的测试PZT气凝胶密度的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取N份PZT气凝胶，在研钵中以1分钟为时间梯度分别研磨1、2、3、…、N分钟，得到研磨1分钟后的样品A1、研磨2分钟后的样品A2、研磨3分钟后的样品A3、…、研磨N分钟后的样品AN；
步骤2、将步骤1得到的样品A1、样品A2、样品A3、…、样品AN这N个样品混合均匀，得到混合的研磨PZT气凝胶；
步骤3、称取步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶的质量Ma；
步骤4、将步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶在量筒中振实后，读出其体积V；
步骤5、根据公式ρ＝Ma/V，计算得到PZT气凝胶的密度，即可完成PZT气凝胶密度的测试。
进一步地，步骤1中，N的取值范围为：N≥10。
进一步地，步骤1中，N份PZT气凝胶的质量均相同。
进一步地，步骤2中混合气凝胶的方法为：将研磨不同时间的N个气凝胶样品置于样品管中，然后将样品管密封并上下颠倒混合50～100次，得到混合的研磨PZT气凝胶。
进一步地，步骤5计算得到密度后，重复“步骤1至步骤5”的过程至少二次，得到三个以上的密度值，然后取平均，即可得到最终的PZT气凝胶的密度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种测试PZT气凝胶密度的方法，该方法具有以下优势：(1)简单而无需复杂设备；(2)不破坏PZT气凝胶的微纳孔结构，不引入杂质；(3)经过该密度测试后，PZT气凝胶粉体还可以继续使用，不浪费气凝胶；(4)该方法为定量测试其它气凝胶及粉体的密度提供技术支撑。
附图说明
图1为实施例5研磨后的PZT气凝胶颗粒光学显微镜照片；其中，(a)为研磨1分钟的样品，(b)为研磨4分钟的样品，(c)为研磨8分钟的样品，(d)为研磨12分钟的样品。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行具体说明，但发明的实施方式不限于此。
一种测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取N份PZT气凝胶，在研钵中以1分钟为时间梯度分别研磨1、2、3、…、N分钟，得到研磨1分钟后的样品A1、研磨2分钟后的样品A2、研磨3分钟后的样品A3、…、研磨N分钟后的样品AN，其中，N≥10；
步骤2、将步骤1得到的样品A1、样品A2、样品A3、…、样品AN这N个样品混合均匀，得到混合的研磨PZT气凝胶；
步骤3、先使用高精度电子天平称出空量筒的质量Mc，之后将步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶粉体倒入量筒中，称取量筒和气凝胶的质量之和Mc+a，之后用公式Ma＝Mc+a-Mc得到混合的研磨PZT气凝胶粉体的质量Ma；
步骤4、步骤3完成后，将混合的研磨PZT气凝胶粉体在量筒中振实后，读出其体积V；
步骤5、根据公式ρ＝Ma/V，计算得到PZT气凝胶的密度，即可完成PZT气凝胶密度的测试。
进一步地，步骤2中混合气凝胶的方法为：将质量相同的、研磨不同时间即具有不同颗粒尺寸的N个气凝胶样品置于样品管中，然后将样品管密封并上下颠倒混合50～100次，得到混合的研磨PZT气凝胶。
进一步地，步骤3中所使用的量筒材质为玻璃，量程为5mL，分度值为0.1mL。
实施例1
一种测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取4份质量相同的PZT气凝胶，在研钵中以1分钟为时间梯度分别研磨1、2、3、4分钟，得到研磨1分钟后的样品A1、研磨2分钟后的样品A2、研磨3分钟后的样品A3、研磨4分钟后的样品A4；
步骤2、将步骤1得到的样品A1、样品A2、样品A3、A4置于样品管中，然后将样品管密封并上下颠倒混合80次，得到混合的研磨PZT气凝胶；
步骤3、先使用高精度电子天平称出空量筒的质量Mc＝37.5106g，之后将步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶粉体倒入量筒中，称取量筒和气凝胶的质量之和Mc+a＝37.7902g，之后用公式Ma＝Mc+a-Mc得到混合的研磨PZT气凝胶粉体的质量Ma＝0.2796g；
步骤4、步骤3完成后，将混合的研磨PZT气凝胶粉体在量筒中振实后，读出其体积V＝0.73cm3；
步骤5、根据公式ρ＝Ma/V，计算得到PZT气凝胶的密度ρ1为0.383g/cm3；
步骤6、重复“步骤1至步骤5”的过程两次，计算得到密度ρ2和ρ3，分别为0.387g/cm3和0.383g/cm3，取ρ1、ρ2和ρ3的平均值，得到PZT气凝胶的平均密度为0.384g/cm3。
实施例2
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1中取6份质量相同的PZT气凝胶，分别研磨1、2、3、4、5、6分钟，得到样品A1、A2、A3、A4、A5、A6，其余步骤与实施例1相同。最后测得密度的平均值为0.391g/cm3。
实施例3
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1中取8份质量相同的PZT气凝胶，分别研磨1、2、3、4、5、6、7、8分钟，得到样品A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，其余步骤与实施例1相同。最后测得密度的平均值为0.430g/cm3。
实施例4
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1中取10份质量相同的PZT气凝胶，分别研磨1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分钟，得到样品A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10，其余步骤与实施例1相同。最后测得密度的平均值为0.447g/cm3。
实施例5
本实施例与实施例1相比，区别在于：步骤1中取12份质量相同的PZT气凝胶，分别研磨1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12分钟，得到样品A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12，其余步骤与实施例1相同。最后测得密度的平均值为0.454g/cm3。
实施例6
本实施例作为对比例，操作步骤与实施例1相同，不同之处在于该实施例只使用1种研磨时间的PZT气凝胶样品，即其研磨时间为1分钟，所测密度的平均值为0.228g/cm3。
由上述实施例可知，不同的研磨时间对应不同的气凝胶粉体颗粒尺寸，而混合不同颗粒尺寸的气凝胶粉体越多，所得到的气凝胶的堆密度就越大，10种不同的气凝胶颗粒混合所得的气凝胶粉体的密度与12种不同尺寸的气凝胶混合的密度之间相差不大，与McGolry的理论相符，也得到该PZT气凝胶的密度即堆密度约0.45g/cm3。

Claims (5)

1.一种测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、取N份PZT气凝胶，在研钵中以1分钟为时间梯度分别研磨1、2、3、…、N分钟，得到研磨1分钟后的样品A1、研磨2分钟后的样品A2、研磨3分钟后的样品A3、…、研磨N分钟后的样品AN；
步骤2、将步骤1得到的样品A1、样品A2、样品A3、…、样品AN混合均匀，得到混合的研磨PZT气凝胶；
步骤3、称取步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶的质量Ma；
步骤4、将步骤2得到的混合的研磨PZT气凝胶在量筒中振实后，读出其体积V；
步骤5、根据公式ρ＝Ma/V，计算得到PZT气凝胶的密度。
2.根据权利要求1所述的测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，步骤1中，N的取值范围为：N≥10。
3.根据权利要求1所述的测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，步骤1中，N份PZT气凝胶的质量均相同。
4.根据权利要求1所述的测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，步骤2中混合气凝胶的方法为：将研磨不同时间的N个气凝胶样品置于样品管中，然后将样品管密封并上下颠倒混合50～100次，得到混合的研磨PZT气凝胶。
5.根据权利要求1所述的测试PZT气凝胶密度的方法，其特征在于，步骤5计算得到密度后，重复“步骤1至步骤5”的过程至少二次，得到三个以上的密度值，然后取平均，即可得到PZT气凝胶的平均密度。
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