本发明专利技术提出一种用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置及方法，包括测试箱体、红外测温机构、加热台机构、制冷台机构和加压夹具，测试箱体的顶板上间隔设有两个可视窗口，红外测温机构对应可视窗口的正上方设置，加热台机构和制冷台机构分别对应于两个可视窗安设于测试箱体的内部底板上，待测试铁电材料分别置于加热台机构及制冷台机构上，加压夹具分别对应于加热台机构和制冷台机构设置，与待测试铁电材料及加热台机构和制冷台机构相接触，本发明专利技术测量材料的介电和铁电性能时，既能施加高电场，又能进行快速升降温操作；同时施加或移除电场，可以直接获得电卡材料的温变。可以直接获得电卡材料的温变。可以直接获得电卡材料的温变。
【技术实现步骤摘要】
用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置及方法
[0001]本专利技术涉及原位变温测试领域，具体涉及一种用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置及方法。
技术介绍
[0002]在全球的电力消耗占比中，只有约10％的电力用于帮助人们制冷，而制冷方式仍然由含有气体制冷剂的蒸汽压缩所主导。在蒸汽压缩制冷的过程中会向环境中释放温室气体，这些气体极大地加剧了全球变暖，使环境恶化。因此，研究高效环保的新一代制冷方式迫在眉睫。
[0003]铁电材料，是一种介电材料，一般应用于电子信息技术和能源转换领域，是一种附加值高的先进功能材料。其具有压电效应、电致伸缩和电卡效应等多种铁电特性。电卡效应作为一种新型高效的制冷方式，其原理是指材料在电场的作用下，经历了极性熵变化，在绝热条件下，这些熵变表现为温变，可以给物体降温。电卡材料在其居里温度附近，一般具有最大的温变。所以，材料的变温介电、变温铁电性能对电卡效应的影响尤为重要。
[0004]目前关于电卡效应测试装置大多是基于陶瓷材料的变温铁电性能，运用麦克斯韦方程组间接计算出材料的熵变和温变，从而获得陶瓷材料的电卡性能数据。给材料施加电场的关键在于加压夹具的设计，陶瓷铁电材料的击穿场强较低，所加电压多为几十伏至几百伏；聚合物铁电材料的击穿场强较高，所加电压从几千伏到上万伏。在高压下，测量陶瓷材料铁电性能的加压夹具会产生尖端放电现象，导致测试结果曲线紊乱甚至线路短路，因此这种陶瓷材料的变温铁电测试装置无法施加高电场。聚合物铁电材料的变温铁电测试台虽然可以施加高电压，其加压夹具一般放置在硅油或者全氟聚醚油中避免空气击穿，因此，其升降温速率缓慢，无法满足快速变温测试的要求。在这两类不同的变温铁电性能测试装置中，均无法直接获得材料电卡性能的关键参数之一，即温变。间接法计算出的温变无法真实地评估材料的制冷能力，缺乏对材料电卡性能的直接测量，严重限制了电卡材料的应用潜力。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置及方法。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：
[0007]本申请实施例提供一种用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，包括测试箱体、红外测温机构、加热台机构、制冷台机构和加压夹具，所述测试箱体的顶板上间隔设有两个可视窗口，所述红外测温机构对应所述可视窗口的正上方设置，所述加热台机构和制冷台机构分别对应于两个可视窗安设于测试箱体的内部底板上，待测试铁电材料分别置于加热台机构及制冷台机构上，所述加压夹具分别对应于加热台机构和制冷台机构设置，与待测试铁电材料及加热台机构和制冷台机构相接触。
[0008]在一些可选的实施方案中，所述加热台机构包括加热板支架、电加热板、陶瓷加热台和第一金属电极片，所述加热板支架固定于所述测试箱体底板上，所述电加热板和陶瓷加热台依次叠置于加热板支架上，陶瓷加热台顶部中心设有第一盲槽，所述第一金属电极片置于所述第一盲槽内，陶瓷加热台上设有第一热敏电阻，测量陶瓷加热台及待测铁电材料的温度。
[0009]在一些可选的实施方案中，所述制冷台机构包括半导体制冷片、陶瓷制冷台、第二金属电极片，所述半导体制冷片固定于所述测试箱体底板上，所述陶瓷制冷台置于半导体制冷片上，陶瓷制冷台顶部中心设有第二盲槽，所述第二金属电极片置于所述第二盲槽内，陶瓷制冷台上设有第二热敏电阻，所述第二金属电极片和第一金属电极片高度相等。
[0010]在一些可选的实施方案中，所述加压夹具包括支撑架和探针组件，所述支撑架包括倒T型立柱和探针夹持梁，所述倒T型立柱对称设于所述加热台机构和制冷台机构的两侧，所述探针夹持梁水平设于倒T型立柱的上部内侧端，所述探针组件包括绝缘套管和探针，所述绝缘套管垂直穿设于探针夹持梁上，所述探针包括探针杆和半球探针头，所述探针杆设有外螺纹，与绝缘套管的内螺纹相配置螺接，所述半球探针头设于探针杆的底部。
[0011]在一些可选的实施方案中，所述测试箱体的侧壁上设有线孔，所述线孔上设有水密接头，所述水密接头穿设有外接导线，所述外接导线分别连接所述电加热板、半导体制冷片和半球探针头。
[0012]在一些可选的实施方案中，所述红外测温机构包括红外窗口镜片、红外测温传感器、可调直径透镜夹和连接螺杆，所述红外窗口镜片嵌设于所述可视窗口内，所述红外测温传感器固定于所述可调直径透镜夹的顶部中心，可调直径透镜夹通过多根连接螺杆固定于所述测试箱体顶部。
[0013]在一些可选的实施方案中，所述红外测温传感器的测温中心与所述红外窗口镜片中心同轴设置，所述红外窗口镜片的中心与加热台陶瓷和/或制冷台陶瓷的中心同轴。
[0014]在一些可选的实施方案中，所述测试箱体的底板外侧设有水冷板散热器，冷却介质为乙醇。
[0015]在一些可选的实施方案中，所述测试箱体的侧壁上设有压力传感器和气阀接头，所述压力传感器测量所述测试箱体气压值，所述气阀接头外接真空泵，测试箱体底部四角设有高度可调支座。
[0016]用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0017]S1)根据不同的测温范围选择开启加热台机构或制冷台机构，若测温范围在0℃～150℃，则开启加热台机构；若测温范围在
‑
45℃～0℃，则开启制冷台机构；
[0018]S2)当开启加热台机构进行测试时，需将加压夹具的两个半球探针头均与第一金属电极片接触；待测铁电材料两面镀上电极后，裁成面积小于第一金属电极片大小的试样，放置在其中一个半球探针头与第一金属电极片中间，同时保持另一个半球探针头和第一金属电极片的接触；打开压力传感器，使用真空泵将真空腔体内抽至真空，待压力传感器示数稳定，关闭气阀接头，保持腔体内真空氛围；开启水冷板散热器，保持陶瓷加热台的初始温度恒定，在升温过程中，控制电加热板的输入功率，通过热传导将热量传递给陶瓷加热台和试样，温度通过第一热敏电阻读出；降温过程通过减少电加热板的输入功率，同时由于水冷
板散热器中冷却液温度低，实现快速降温；在变温过程中，通过导线施加不同的电信号到两个半球探针头上，电信号通过第一金属电极片传导至试样的上下表面，对试样进行变温铁电性能的测试；
[0019]S3)当开启制冷台机构进行测试时，需将加压夹具的两个半球探针头均与第二金属电极片接触；取出试样放置在其中一个半球探针头与第二金属电极片中间，同时保持另一个半球探针头和第二金属电极片的接触；剩余测试过程与步骤S2相同；
[0020]S4)当试样在外界电场的作用下产生温变，即电卡效应，试样表面的热量会以热辐射的形式传播，热辐射透过红外窗口镜片，被正上方的红外测温传感器接收，实现原位变温电卡效应的测试。
[0021]本申请的有益效果是：本申请提供的一种用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置及方法，避免了空气击穿和尖端放电现象，能够施加更高电压，在一定温度范围内能够实现快速升降温，变温介电、变温铁电测试时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，包括测试箱体、红外测温机构、加热台机构、制冷台机构和加压夹具，所述测试箱体的顶板上间隔设有两个可视窗口，所述红外测温机构对应所述可视窗口的正上方设置，所述加热台机构和制冷台机构分别对应于两个可视窗安设于测试箱体的内部底板上，待测试铁电材料分别置于加热台机构及制冷台机构上，所述加压夹具分别对应于加热台机构和制冷台机构设置，与待测试铁电材料及加热台机构和制冷台机构相接触。2.根据权利要求1所述的用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，所述加热台机构包括加热板支架、电加热板、陶瓷加热台和第一金属电极片，所述加热板支架固定于所述测试箱体底板上，所述电加热板和陶瓷加热台依次叠置于加热板支架上，陶瓷加热台顶部中心设有第一盲槽，所述第一金属电极片置于所述第一盲槽内，陶瓷加热台上设有第一热敏电阻，测量陶瓷加热台及待测铁电材料的温度。3.根据权利要求2所述的用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，所述制冷台机构包括半导体制冷片、陶瓷制冷台、第二金属电极片，所述半导体制冷片固定于所述测试箱体底板上，所述陶瓷制冷台置于半导体制冷片上，陶瓷制冷台顶部中心设有第二盲槽，所述第二金属电极片置于所述第二盲槽内，陶瓷制冷台上设有第二热敏电阻，所述第二金属电极片和第一金属电极片高度相等。4.根据权利要求3所述的用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，所述加压夹具包括支撑架和探针组件，所述支撑架包括倒T型立柱和探针夹持梁，所述倒T型立柱对称设于所述加热台机构和制冷台机构的两侧，所述探针夹持梁水平设于倒T型立柱的上部内侧端，所述探针组件包括绝缘套管和探针，所述绝缘套管垂直穿设于探针夹持梁上，所述探针包括探针杆和半球探针头，所述探针杆设有外螺纹，与绝缘套管的内螺纹相配置螺接，所述半球探针头设于探针杆的底部。5.根据权利要求4所述的用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，所述测试箱体的侧壁上设有线孔，所述线孔上设有水密接头，所述水密接头穿设有外接导线，所述外接导线分别连接所述电加热板、半导体制冷片和半球探针头。6.根据权利要求5所述的用于原位变温测试铁电材料的电卡效应的装置，其特征在于，所述红外测温机构包括红外窗口镜片、红外测温传感器、可调直径透镜夹和连接螺杆，所述红外窗口镜片嵌设于所述可视窗口内，所述红外测温传感器固定于所述可调直径透镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊传溪，张艺博，叶志威，杨全岭，王珊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。