一种基于强关联氧化物阻抗频率响应的电场探测方法技术

本发明专利技术提供一种基于强关联氧化物海洋电场敏感的阻抗信号探测方法，属于电子器件与电信号探测领域，具体地涉及一种基于强关联氧化物阻抗频率响应的电场探测方法。其主要利用具有电子相变特性的强关联氧化物在电场触发下的交变阻抗与频率关系的变化，实现对电解质环境中存在的低频电场进行探测。所使用的稀强关联氧化物有稀土镍基钙钛矿氧化物ReNiO3、二氧化钒、氧化钨、氧化镍、稀土铁基尖晶石氧化物ReFe2O4、BiNiO3、稀土铜铁基电子相变氧化物Re

【技术实现步骤摘要】
一种基于强关联氧化物阻抗频率响应的电场探测方法


[0001]本专利技术属于电子器件与电信号探测传感领域，具体地涉及一种基于强关联氧化物阻抗频率响应的电场探测方法。

技术介绍

[0002]我国的国土面积居世界第三，毗邻世界上最大的海洋，拥有长达一万八千多公里的海岸线，且拥有的岛屿数量众多，海域面积广阔，这表明我国拥有丰富的海洋资源。随着可采集的陆地资源的减小，海洋将成为新的资源开采地【1】，因此对海洋探索和海洋环境监测是必不可少的。
[0003]海洋电场作为几大主要的物理海洋场(磁场、水压场、声场)之一【2,3】，其信号丰富，来源有海水运动、海床地质结构、海底矿物质储备以及海洋生物等等【4】，因此海洋电场的研究对于海洋结构以及海洋资源以及海洋生物等都具有重要作用。
[0004]海洋电场主要包括两部分，天然场和人工场。【5】天然场的来源有海水运动，如海平面上的起伏运动、海洋内部的涡旋和湍流等【5
‑
8】，同时地球磁场的变化以及电离层电流、海底金属矿物以及海洋生物活动等【9,10】也会对天然电场有一定的贡献。这些海洋中的天然场一般具有电场微小的特点，因此对于一般的电场信号探测器难以进行准确探测。人工电场主要是来源于工业干扰及其谐波【11】，例如工业上使用的阴极保护系统，海底管道、石油开采设施以及船舶的运动等【12】。这些人工电场的范围从小到大都有，分布十分广泛，具有十分复杂的组成部分。因此，只要能够合理探测海洋电场，就能够获得所需要的海洋资源。
[0005]然而，海洋电场的探测却是十分不易的【13
‑
14】。首先，海水对高频电场信号具有较强的衰减作用，故通常探测使用的都是低频信号；其次，海水中的电场分布十分复杂，探测噪声较大；第三，电场的检测依赖于距离，而在海洋中当距离过大时测得的电场很不准确；最后，海水中富含钠、氯等离子，通常具有较强的腐蚀性，而许多氧化物材料都不具有强腐蚀能力，这进一步限制了海洋电场探测的材料种类。基于以上几点原因，海洋电场探测用的较多的是Ag/AgCl以及碳纤维两种材料【15
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16】，这两种材料已经都能探测到nV的信号了，且碳纤维材料在海水中具有容抗效应，无法探测静电场【17】，因此Ag/AgCl材料又是目前海洋电场探测的主要材料。2018年，美国普度大学Ramanathan团队【18】基于稀土镍基氧化物在氢致相变前后直流电阻的剧烈变化，基于简单可靠的电子器件结构实现了海洋电场探测功能；然而其探测灵敏度相比于传统的Ag/AgCl电极较低【19】。
[0006]综上所述，现有海洋电场探测技术主要依赖于对直流电位、直流电阻等直流电性能的探测，其探测手段与方法相对单一。未来亟需从新的角度发展新型海洋电场探测方法，从而使得海洋电场探测方法变得更加丰富和多样，拓展我国对海洋认知的手段。
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217.
[0024]【17】王泽臣，林君,辛青,等.新型碳纤维海洋电场电极的制备及性能研究.仪器仪表学报,2019(9).
[0025]【18】Zhang Z,Schwanz D,Narayanan B,et al.Perovskite nickelates as electric
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72.
[0026]【19】王泽臣，林君,辛青,等.新型碳纤维海洋电场电极的制备及性能研究.仪器仪表学报,2019(9).

技术实现思路

[0027]本专利技术主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于强关联氧化物阻抗频率响应的电场探测方法，其特征在于，利用表面沉积贵金属催化剂阵列的强关联氧化物电子相变材料在电解质溶液中由于低频电场的存在而触发材料的实部阻抗、虚部阻抗随频率分布关系的变化，实现对低频电场强度以及相位分布的测量与感知；所述强关联氧化物电子相变材料在表面贵金属催化剂辅助下，可以在电解质溶液环境下通过门电压触发其在不同电子相结果间可逆转变；所述强关联氧化物电子相变材料为探测敏感材料，所涉及材料体系主要包括亚稳相稀土镍基氧化物ReNiO3、二氧化钒VO2、氧化钨WO3、氧化镍NiO、稀土铁基尖晶石氧化物ReFe2O4、BiNiO3、稀土铜铁基电子相变氧化物Re
x
Cu1‑
x
FeO3。2.如权利要求1所述一种基于强关联氧化物电子相变材料的海洋电场敏感及频率敏感的探测方法，其特征在于，所述的基于强关联氧化物电子相变材料对海洋电场敏感和其交流阻抗具有对频率变化敏感的两种特性，可以进行海洋电场的探测，具体的探测方法如下：1)校准所制备且使用的强关联氧化物电子相变材料的阻抗特性；2)测量未放入海洋电场环境中的强关联氧化物电子相变材料的阻抗特性；3)将做制备且使用的强关联氧化物电子相变材料放入待测试的海洋电场环境中，等待一段时间；4)测量从海洋电场环境中取出的强关联氧化物电子相变材料的阻抗特性；5)比较放入海洋电场环境之前和之后的阻抗特性差异，从而分析出海洋电场的相关的特征。3.如权利要求1或2所述一种基于强关联氧化物电子相变材料的海洋电场敏感及频率敏感的探测方法，其特征在于，所述强关联氧化物电子相变材料具有良好的可逆性以及耐腐蚀性；其中，可恢复性体现在，当强关联氧化物电子相变材料放入到一定的海洋环境中之后，其阻抗特性将发生改变，此时如果将一个与海洋电场反向的相同电场在海水中施加给该材料，其阻抗特性将会发生回复，从而使得该材料具有良好可重复利用特性；该材料的耐腐蚀性体现在无论是放入海洋电场环境前还是从海洋电场中取出后，该材料的阻抗性质都能表现的长时间很稳定，而材料本身不发生腐坏；除直接使用上述强关联氧化物外，还可通过在氧化物表面负载金属催化剂进一步提高探测灵敏度；所述金属催化剂为铂、金、钯、镍。4.如权利要求1或2所述一种基于强关联氧化物电子相变材料的海洋电场敏感及频率敏感的探测方法，其特征在于所使用的强关联氧化物电子相变材料之一为稀土镍基钙钛矿ReNiO3，所述ReNiO3具有对海洋电场敏感的特征：当ReNiO3处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗实部将会有明显的变化，第一，阻抗实部在低频下几乎不变，当交变频率超过某一个特定值后开始随频率增加而减小，第二，阻抗实部的电阻明显增大；当ReNiO3处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗虚部将会有明显的变化，阻抗虚部仍然随频率的增加先增加后减小，但是阻抗虚部的峰值发生变化，并且峰值所对应的频率位置发生明显左移；当ReNiO3处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗将会有明显的变化，阻抗图的半径呈现明显增大趋势甚至阻抗图的形状也会发生明显改变。5.如权利要求1或2所述一种基于强关联氧化物电子相变材料的海洋电场敏感及频率敏感的探测方法，所使用的强关联氧化物电子相变材料之二为二氧化钒VO2，所述VO2具有对海洋电场敏感的特征：当VO2处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗实部将会有明显的变化，第一，阻抗实部在低频下几乎不变，当交变频率超过某一个特定值后开始随频率增加而减小，第二，阻抗实部的电阻明显增大；当VO2处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗虚部将会有明显的变化，阻抗虚部仍然随频率的增加先增加后减小，但是阻抗虚部的峰值发生
变化，并且峰值所对应的频率位置发生明显左移；当VO2处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗将会有明显的变化，阻抗图的半径呈现明显增大趋势甚至阻抗图的形状也会发生明显改变。6.如权利要求1或2所述一种基于强关联氧化物电子相变材料的海洋电场敏感及频率敏感的探测方法，所使用的强关联氧化物电子相变材料之三为氧化钨WO3，所述WO3具有对海洋电场敏感的特征：当WO3处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗实部将会有明显的变化，第一，阻抗实部在低频下几乎不变，当交变频率超过某一个特定值后开始随频率增加而减小，第二，阻抗实部的电阻明显增大；当WO3处于海洋电场环境中时，测量其交变阻抗虚部将会有明显的变化，阻抗虚部仍然随频率的增加先增加后减小，但是阻抗虚部的峰值发生变化，并且峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉堃，鄢峰波，李海帆，姜勇，张秀兰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：