本发明专利技术公开了一种纳米线压电系数d33的测量装置及测量方法，所述测量装置与水平放置的纳米线(1)连接，所述测量装置包括：电极单元(2)，用于连接所述纳米线(1)的两个接触点，使所述纳米线的两个接触点处的电势相同；位移检测单元(3)，用于接触所述纳米线的两接触点之间的任意位置，在位移检测单元(3)与电极单元(2)之间存在电压差时，检测所述纳米线(1)的横向位移；以及信号处理单元(4)，分别连接所述电极单元(2)和位移检测单元(3)，用于根据所述电极单元与位移检测单元之间的电压差以及所述横向位移，得到所述纳米线的压电系数。本发明专利技术纳米线压电系数d33的测量装置可避免纳米线两端引线电极的束缚，提高测量的准确度。
【技术实现步骤摘要】
纳米线压电系数d33的测量装置及测量方法
本专利技术涉及一种测量技术，具体地，涉及一种纳米线压电系数d33的测量装置及测量方法。
技术介绍
随着纳米科学技术的迅速发展，人们对纳米线的研究也越来越深入广泛。纳米线不仅具有极其优良的机械性能、高比表面积和准一维特性，而且还具备优良的光学、电学、磁学等性质，因而被广泛的应用于各类微纳器件当中，例如：激光发生器、场效应晶体管、发光二极管、纳米发电机以及压电晶体管等。而且，随着市场的需求和生活水平的提高，器件的高稳定性和高性能成为进一步发展的主要方向，而围绕着纳米线进行的电学、力学性能的精密测量则成为促进器件高稳定性、高性能的重点所在。纳米线通常作为准一维结构，沿轴向的压电系数d33是表征纳米线压电性能的重要参数，它反映了纳米线沿轴向将机械能转变成电能或者将电能转变成机械能的能力，通常被用来衡量纳米线材料的压电性能。目前，纳米线压电系数d33的测量方法包括：静态法和动态法两种测量方式。其中，静态法具有重复性不好，精度过低的缺陷。而对于以往纳米线压电系数d33的动态法测量而言，通常又分为两种方法：第一种是利用AFM(AtomicForceMicroscope，即原子力显微镜)导电探针压在竖直生长于导电基底上的纳米线顶端，通过在针尖和基底之间施加周期性交变电压，使得具有压电性能的纳米线出现周期性伸缩振动，然后利用AFM来探测到这种伸缩振动，从而间接地得到纳米线的形变量，最终算出压电系数d33。这种测量方法的精度受限于测量过程中纳米线顶端的自由振动以及纳米线的倾斜与弯曲，测量误差较大。第二种则是通过在水平设置于绝缘基底的纳米线两端分别引出电极，并在两电极间施加一周期性交变电压，使纳米线周期性伸长和缩短，利用AFM绝缘探针落于两电极间的纳米线上来采集横向(Lateral)位移，从而间接地估测纳米线在两侧电压信号作用下的形变量，最终算出压电系数d33。这种测量方法的缺陷在于，当纳米线在外加电压信号作用下发生的伸长和缩短都会被两端的引线电极束缚，因此AFM所采集到的信号并不是样品的实际形变量，而会引入较大的误差，无法得到高精确度的测量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米线压电系数d33的测量装置及测量方法，可避免纳米线两端引线电极的束缚，提高测量的准确度。为了实现上述目的，本专利技术提供一种纳米线压电系数d33的测量装置，与水平放置的纳米线连接，所述测量装置包括：电极单元，用于连接所述纳米线的两个接触点，使所述纳米线的两个接触点处的电势相同；位移检测单元，用于接触所述纳米线的两接触点之间的任意位置，在所述位移检测单元与电极单元之间存在电压差时，检测所述纳米线的横向位移；以及信号处理单元，分别连接所述电极单元和位移检测单元，用于根据所述电极单元与所述位移检测单元之间的电压差以及横向位移，得到所述纳米线的压电系数。优选地，所述测量装置还包括：信号矫正单元，设置于所述位移检测单元和信号处理单元之间，用于对所述位移检测单元输出的横向位移进行矫正，输出形变量并发送至所述信号处理单元；所述信号处理单元还用于根据所述形变量以及电压差，获得所述纳米线的压电系数。优选地，所述电极单元包括：块状电极，以及至少两根引线，分别用于连接所述纳米线的两个接触点以及块状电极，使所述块状电极和纳米线形成回路，且所述纳米线的两个接触点处的电势相同。优选地，所述位移检测单元包括导电探针，用于接触所述纳米线的两个接触点之间的任意位置。优选地，所述测量装置还包括：基底，所述纳米线水平设置在所述基底上，且所述纳米线能够在所述基底上伸缩振动。优选地，所述基底为光滑的绝缘刚性基底。优选地，所述测量装置还包括：凹槽，所述纳米线水平设置在所述凹槽上，且所述纳米线两接触点之间的部分处于悬空状态。本专利技术还提供一种纳米线压电系数d33的测量方法，用于测量水平放置的纳米线，所述测量方法包括：在所述纳米线的两个接触点上连接电极单元，使所述纳米线的两个接触点处的电势相同；位移检测单元接触所述纳米线的两接触点之间的任意位置，在所述位移检测单元与所述电极单元之间存在电压差时，检测所述纳米线的横向位移；信号处理单元根据所述电极单元与所述位移检测单元之间的电压差以及所述横向位移，得到所述纳米线的压电系数。优选地，所述测量方法还包括：信号矫正单元对所述横向位移进行矫正，获得形变量；所述信号处理单元还根据所述形变量以及电压差，获得所述纳米线的压电系数。优选地，所述电压差逐渐变化或稳定不变。本专利技术纳米线压电系数d33的测量装置及测量方法通过电极单元连接待测的纳米线的两接触点，使得纳米线的两个接触点处的电势相同，当位移检测单元与电极单元之间存在电压差时，位移检测单元一侧的纳米线伸长长度ΔL伸长刚好等于另一侧的缩短长度ΔL缩短，而纳米线的总长度保持不变，从而可避免了以往动态测量过程中两侧电极对纳米线的束缚这一缺陷，提高了测量的准确度。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术纳米线压电系数d33的测量装置的结构模块示意图；图2是本专利技术纳米线压电系数d33的测量装置中位移检测的结构示意图；图3是位移检测的电路图；图4是本专利技术纳米线压电系数d33的测量方法的流程图。附图标记说明1纳米线2电极单元21块状电极3位移检测单元31导电探针4信号处理单元5信号矫正单元6基底。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1和图2所示，本专利技术纳米线压电系数d33的测量装置与水平放置的纳米线1连接，用于测量所述纳米线的压电系数d33。其中，本专利技术测量装置包括电极单元2，用于连接所述纳米线1的两个接触点，使所述纳米线1的两个接触点处的电势相同；位移检测单元3，用于接触所述纳米线1的两个接触点之间的任意位置，在所述位移检测单元3与电极单元2之间存在电压差时，检测所述纳米线1的横向位移；以及信号处理单元4，分别连接所述电极单元2和位移检测单元3，用于根据所述电极单元2与所述位移检测单元3之间的电压差以及所述横向位移，得到所述纳米线1的压电系数d33。其中，所述位移检测单元3包括导电探针31(如图2所示)，用于接触所述纳米线1的两个接触点之间的任意位置。在本实施例中，所述位移检测单元3为AFM，且在所述AFM的PFM(PiezoresponseForceMicroscopy，压电力显微镜)中可分别向位移检测单元3与所述电极单元2提供电压，使所述位移检测单元3与所述电极单元2之间存在电压差，即所述电极单元2与位移检测单元3连接(如图2所示)。此外，电极单元2与位移检测单元3还可同时或任意一者与连接外接电源，使电极单元2的电极电压与位移检测单元3的检测电压之间有稳定的电压差。如图1所示，本专利技术纳米线压电系数d33的测量装置还包括信号矫正单元5，设置于所述位移检测单元3和信号处理单元4之间，用于对所述位移检测单元3输出的横向位移进行矫正，输出形变量并发送至所述信号处理单元4；所述信号处理单元4还用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米线压电系数d33的测量装置，与水平放置的纳米线(1)连接，其特征在于，所述测量装置包括：电极单元(2)，用于连接所述纳米线(1)的两个接触点，使所述纳米线(1)的两个接触点处的电势相同；位移检测单元(3)，用于接触所述纳米线(1)的两接触点之间的任意位置，在所述位移检测单元(3)与电极单元(2)之间存在电压差时，检测所述纳米线(1)的横向位移；以及信号处理单元(4)，分别连接所述电极单元(2)和位移检测单元(3)，用于根据所述电极单元(2)与所述位移检测单元(3)之间的电压差以及所述横向位移，得到所述纳米线(1)的压电系数。
【技术特征摘要】
1.一种纳米线压电系数d33的测量装置，与水平放置的纳米线(1)连接，其特征在于，所述测量装置包括：电极单元(2)，用于连接所述纳米线(1)的两个接触点，使所述纳米线(1)的两个接触点处的电势相同；位移检测单元(3)，用于接触所述纳米线(1)的两接触点之间的任意位置，在所述位移检测单元(3)与电极单元(2)之间存在电压差时，检测所述纳米线(1)的横向位移；信号矫正单元(5)，设置于所述位移检测单元(3)和信号处理单元(4)之间，用于对所述位移检测单元(3)输出的横向位移进行矫正，输出形变量并发送至所述信号处理单元(4)；以及信号处理单元(4)，分别连接所述电极单元(2)和位移检测单元(3)，用于根据所述电极单元(2)与所述位移检测单元(3)之间的电压差以及所述横向位移，得到所述纳米线(1)的压电系数，以及根据所述形变量以及电压差，获得所述纳米线的压电系数。2.根据权利要求1所述的纳米线压电系数d33的测量装置，其特征在于，所述电极单元(2)包括：块状电极(21)；以及至少两根引线，分别用于连接所述纳米线(1)的两个接触点以及块状电极(21)，使所述块状电极(21)和纳米线(1)形成回路，且所述纳米线(1)的两个接触点处的电势相同。3.根据权利要求1所述的纳米线压电系数d33的测量装置，其特征在于，所述位移检测单元(3)包括导电探针(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦勇，刘书海，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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