CN112114001A - 一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法 - Google Patents

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张翠婷
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Abstract

本发明的一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法属于高压电致伸缩技术领域，在金刚石对顶砧中将CaZrO3样品置于由金刚石对顶砧砧面、垫片和绝缘粉组成的密闭样品腔中，将阻抗分析仪与样品电极引线接通，对待测样品施加交流电压，利用金刚石对顶砧装置对样品腔内部施加0～30.5GPa的压力，通过阻抗分析仪测量不同压力下的阻抗实部和阻抗虚部的关系，得到CaZrO3材料高压下的电致伸缩效应。本发明通过测量高压原位交流阻抗谱，对CaZrO3材料在高压下的电致伸缩性能进行了测试，为CaZrO3材料的科学研究和应用开发提供了一个新的方向。同时本发明还具有操作简单、可控等优点。

Description

一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法
技术领域
本发明属于高压电致伸缩技术领域，具体涉及一种高压下CaZrO3材料电致伸缩效应的测试新方法。
背景技术
在电致伸缩材料出现之前，各行业都是利用压电材料来制造致动器的。与压电材料相比，电致伸缩有下几方面优势：老化性能好，不会随着外界环境(温度、电场)因素的变化而导致性能的衰减；不需要高温极化；基本无滞后，重复性比较好，电致伸缩材料中存在较多的极性微区，其应变在外部电场的激励下会做出较快的应变响应，而且应变得滞后回度非常低。随着科学技术的发展，为了进一步挖掘电致伸缩材料在航空航天、光学、电子学等技术领域的应用潜力，对电致伸缩材料的特性测量变得非常重要。
目前，国内对于电致伸缩材料的分析主要集中在内部应力的数值计算方面，实验方面，数字图像相关方法与电容法等被用来进行材料的电致伸缩效应测量。电致伸缩材料传统的测量方法是无法应用在一些极端条件下，对于CaZrO3材料在高压环境下的研究只停留在XRD实验以及第一性原理计算这两个方面，但这两种手段都不是一种对电致伸缩材料性能进行直观测量的一种手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试新方法。
本发明的具体技术方案如下所述
一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法，是在金刚石对顶砧中进行的，选择T301钢片作垫片，Al2O3作为绝缘粉，用红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象，垫片打孔后，将绝缘粉置于垫片上加压，再在所压的绝缘粉中打孔得到样品腔，将CaZrO3样品置于由金刚石对顶砧砧面、垫片和绝缘粉组成的密闭样品腔中，将阻抗分析仪与样品电极引线接通，对待测样品施加交流电压，利用金刚石对顶砧装置对样品腔内部施加0～30.5GPa的压力，通过阻抗分析仪测量不同压力下的阻抗实部和阻抗虚部的关系，得到CaZrO3材料高压下的电致伸缩效应。
本发明中，阻抗分析仪接入电压优选峰值为1V、频率范围为0.01～107Hz的交流电。
有益效果；
CaZrO3作为典型的电致伸缩材料，传统的测量方法是无法应用在高压这样的极端条件下，本发明对材料施加压力后通过使用配备Solartron1296介电接口的Solartron1260阻抗分析仪，测量其高压原位交流阻抗谱，对CaZrO3材料在高压下的电致伸缩性能进行了测试，为CaZrO3材料的科学研究和应用开发提供了一个新的方向。同时本发明还具有操作简单、可控等优点。
附图说明：
图1是实施例1条件下的CaZrO3原位高压阻抗谱图。
图2是实施例2条件下的CaZrO3原位高压阻抗谱图。
图3是实施例3条件下的CaZrO3原位高压阻抗谱图。
图4是实施例4条件下的CaZrO3原位高压阻抗谱图。
图5是实施例5通过Zview软件拟合出的CaZrO3电感随压力变化曲线。
具体实施方式：
本发明实施例中原位阻抗谱测试，是使用配备Solartron1296介电接口的Solartron1260阻抗测量仪进行的，接入电压为1V(峰值)的交流电，频率范围为0.01～107Hz，实验条件为室温。
实施例1
利用T301钢片作垫片，Al2O3作为绝缘粉，用红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象，垫片打孔后，将绝缘粉置于垫片上加压，再在所压的绝缘粉中打孔，将CaZrO3样品置于由金刚石对顶砧砧面、垫片和绝缘粉组成的密闭样品腔中，金刚石对顶砧装置样品腔内部施加0～30.5GPa的压力范围。进行高压原位交流阻抗谱测试，结果如图1所示，在0GPa、0.4GPa、1.1GPa、1.6GPa时观察到有电感出现，说明CaZrO3在高压下的电致伸缩效应被成功观测。
实施例2
将实施例1中的金刚石对顶砧装置样品腔内部压力从1.6GPa缓慢增加到13.3GPa，在2.6GPa、7.8GPa、10.5GPa、13.3GPa等压力点测试原位高压阻抗谱。此条件下，电感稳定存在，具体的原位阻抗谱测试结果见图2。
实施例3
将实施例2中的金刚石对顶砧装置样品内部压力从13.3GPa缓慢增加到21.3GPa，此区间范围内取14.9GPa、16.2GPa、19.1GPa、21.3GPa等压力点测试样品原位高压阻抗谱。此条件下，电感随压力的增大一直存在，具体测试结果见图3。
实施例4
将实施例3中的金刚石对顶砧装置样品腔内部压力从21.3GPa缓慢增大到30.5GPa，此区间范围内取23.2GPa、25.8GPa、28.1GPa、30.5GPa等压力点测试原位高压阻抗谱，具体原位阻抗谱图见图4。
实施例5
将实施例1～4测得的原位阻抗谱数据中的电感通过Zview软件拟合出电感值，得到图5。从图5看出，随着压力的增大电感在相应的增加，相应的电致伸缩效应一直存在。

Claims (2)

1.一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法，是在金刚石对顶砧中进行的，选择T301钢片作垫片，Al2O3作为绝缘粉，用红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象，垫片打孔后，将绝缘粉置于垫片上加压，再在所压的绝缘粉中打孔得到样品腔，将CaZrO3样品置于由金刚石对顶砧砧面、垫片和绝缘粉组成的密闭样品腔中，将阻抗分析仪与样品电极引线接通，对待测样品施加交流电压，利用金刚石对顶砧装置对样品腔内部施加0～30.5GPa的压力，通过阻抗分析仪测量不同压力下的阻抗实部和阻抗虚部的关系，得到CaZrO3材料高压下的电致伸缩效应。
2.根据权利要求1所述的一种CaZrO3电致伸缩效应在高压下的测试方法，其特征在于，阻抗分析仪接入的信号是电压峰值为1V、频率范围为0.01～107Hz的交流电。
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