一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具

摘要

本发明提供一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具，包括：形成有一对中空部的支架；分别安装于所述一对中空部内的一对夹具主体（1A、1B）；和覆盖所述一对夹具主体（1A、1B）并固定于所述支架的上部的顶盖（4）；其中，各夹具主体（1A、1B）包括上下方向上相连且电气导通的导电棒（11）和钢柱（12），所述导电棒（11）的自由端延伸出所述顶盖（4）以形成与电滞回线测量仪连接的第一端口（11a），所述钢柱（12）的自由端形成与待测的铁电材料连接的第二端口；且所述导电棒和钢柱与所述支架绝缘。根据上述结构，不仅有利于研究材料相变规律和加深对相变机理的认知，还可以获取材料实际所受外场下的电性能，此外，其结构简单成本低廉适于普及。

权利要求

1.一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具，其特征在于，包括：形成有一对中空部的支架；

分别安装于所述一对中空部内的一对夹具主体；和覆盖所述一对夹具主体并固定于所述支架的上部的顶盖；

其中，各夹具主体包括上下方向上相连且电气导通的导电棒和钢柱，所述导电棒的自由端延伸出所述顶盖以形成与电滞回线测量仪连接的第一端口，所述钢柱的自由端形成与待测的铁电材料连接的第二端口；且所述导电棒和钢柱与所述支架绝缘；

所述支架包括：

形成有所述中空部的支架主体；

从所述支架主体向内突出以夹持所述导电棒的夹持部；

所述导电棒与所述夹持部之间设有第一绝缘部；

所述钢柱与所述支架主体之间设有第二绝缘部；

所述第一绝缘部和第二绝缘部均为聚四氟乙烯材质；

所述夹具主体还具备用于保持其密封性以及绝缘性的多个密封层，所述多个密封层在所述夹持部的下方、安装于所述支架主体的所述中空部内，以阻止在施加静水压过程中所述夹具主体结构中材料过度形变而影响密封性；

所述多个密封层从上至下依次包括三角垫、过渡环、第一密封环、以及第二密封环；所述三角垫、所述过渡环及所述第一密封环套装于所述第一绝缘部外侧；所述第二密封环套装于所述钢柱外侧；

所述三角垫的上侧表面与所述夹持部的下侧表面抵接，其外侧表面与所述支架主体的内侧表面抵接，其内侧表面与所述第一绝缘部的外侧表面抵接；

所述过渡环的上侧表面与所述三角垫的下侧表面抵接，其外侧表面与所述支架主体的内侧表面抵接，其内侧表面与所述第一绝缘部的外侧表面抵接。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述三角垫为紫铜三角垫，所述过渡环为氧化锆环或氧化铝环，所述第一密封环为聚四氟乙烯环，所述第二密封环为氟硅胶环。

3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一绝缘部为聚四氟乙烯套管，所述第二绝缘部为聚四氟乙烯环。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述顶盖为聚四氟乙烯环，与所述支架螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述钢柱形成为上端径向尺寸大于下端径向尺寸的T字型。

6.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述导电棒为铜棒。

说明书

一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具

技术领域

[0001] 本发明属于铁电材料的电学性能参数测量技术领域，具体地，涉及铁电材料的电滞回线的测量，尤其涉及一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具。

背景技术

[0002] 高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料，从目前的研究现状来看，对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段，研究者们选用不同的铁电材料进行研究，并不断开展其性能研究，只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步。

[0003] 铁电材料是指具有铁电性的一类材料，其最基本的特性为在某些温度范围会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。电滞回线是铁电体的主要特征，是表征材料铁电性的一种重要手段，它能反映材料的多种性能，如饱和极化强度Ps、剩余极化强度Pr、矫顽场Ec等。测试铁电材料电滞回线随外场的变化可以有效获得材料外场诱导相结构转变的相关信息。

[0004] 铁电材料发生相变时往往伴随着体积、畴翻转的变化，而等静压对铁电/反铁电材料体积的变化、畴翻转等行为有显著的影响，主要体现在电滞回线上伴随着剩余极化强度Pr、矫顽场Ec等特性的改变。因此，通过测试等静压下铁电材料电滞回线有助于研究该类材料有关相变、畴翻转的物理机理。

[0005] 同时，铁电材料对等静压和电场非常敏感，可产生新的相结构和新的物理效应，该发现引起人们浓厚的科学兴趣。已有实验表明，等静压既可以直接诱导铁电-反铁电相变，也可以改变温度或电场诱导的铁电-反铁电相变特性，这些相变往往通过不同特征的电滞回线表现出来。

[0006] 此外，研究等静压下电滞回线能直观的建立相变与电滞回线之间的对应关系，有利于深化等静压下材料相变过程和相变机理的认知，以及相变特性的理解，同时扩展铁电材料的应用。

[0007] 然而，在实际服役条件下，铁电材料常常受到压力（等静压）和电场的耦合作用，电滞回线及相关性能与单一实验室环境下的测量结果有所不同，因此，为了研究实际应用中铁电材料的电滞回线及相关性能，必须模拟实际工况条件，才能得到准确的测量结果。只有通过模拟材料实际所受压力场（等静压），并测试其电滞回线，才能够真实反映材料在不同外界条件下的电学性能。

发明内容

[0008] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种等静压下测量铁电材料电滞回线的夹具，其可测量等静压下铁电材料的电滞回线，一方面有利于研究材料相变规律和加深对相变机理的认知，另一方面可以获取材料实际所受外场下的电性能，具有重要的学术意义和工程应用价值。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明所提供的一种等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具，包括：形成有一对中空部的支架；分别安装于所述一对中空部内的一对夹具主体；和覆盖所述一对夹具主体并固定于所述支架的上部的顶盖；其中，各夹具主体包括上下方向上相连且电气导通的导电棒和钢柱，所述导电棒的自由端延伸出所述顶盖以形成与电滞回线测量仪连接的第一端口，所述钢柱的自由端形成与待测的铁电材料连接的第二端口；且所述导电棒和钢柱与所述支架绝缘。

[0010] 根据本发明测量夹具，可模拟实际工作情况，即、模拟铁电材料实际所受压力场，施加等静压压力的同时，施加高电场，实现电滞回线的测量，以此得到能够真实反映材料在不同外界条件下的电学性能的准确的测量结果，为研究实际应用中铁电材料的电滞回线及相关性能提供了有利条件。根据上述结构，不仅有利于研究材料相变规律和加深对相变机理的认知，还可以获取材料实际所受外场下的电性能，此外，结构简单，成本低廉，适于普及。

[0011] 此外，根据本发明的等静压下测量铁电材料的电滞回线的夹具还具备结构简单，组装方便，成本低廉等有益效果。

[0012] 又，在本发明中，也可以是，所述支架包括：形成有所述中空部的支架主体；从所述支架主体向内突出以夹持所述导电棒的夹持部；所述导电棒与所述夹持部之间设有第一绝缘部；所述钢柱与所述支架主体之间设有第二绝缘部。

[0013] 又，在本发明中，也可以是，还包括在所述夹持部的下方、安装于所述支架主体的所述中空部内的多个密封层。根据该结构，可使密封层在静水压压力作用下保持密封性。

[0014] 又，在本发明中，也可以是，所述多个密封层从上至下依次包括三角垫、过渡环、第一密封环、以及第二密封环；优选地，所述三角垫、所述过渡环及所述第一密封环套装于所述第一绝缘部外侧；所述第二密封环套装于所述钢柱外侧；再优选地，所述三角垫为紫铜三角垫，所述过渡环为氧化锆环或氧化铝环，所述第一密封环为聚四氟乙烯环，所述第二密封环为氟硅胶环。

[0015] 又，在本发明中，也可以是，所述第一绝缘部为聚四氟乙烯套管，所述第二绝缘部为聚四氟乙烯环。

[0016] 又，在本发明中，也可以是，所述顶盖为聚四氟乙烯环，与所述支架主体螺纹连接。

[0017] 又，在本发明中，也可以是，所述钢柱形成为上端径向尺寸大于下端径向尺寸的T字型。

[0018] 又，在本发明中，也可以是，所述导电棒为铜棒。

[0019] 又，在本发明中，也可以是，所述第二端口通过焊锡连接与待测的铁电材料连接。

[0020] 又，在本发明中，也可以是，所述电滞回线测量仪为aixACCT TF Analyzer 2000。

[0021] 根据本发明，可提供一种组装方便且可测量等静压下铁电材料的电滞回线的夹具，具有重要的学术意义和工程应用价值。

[0022] 根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

[0023] 图1是概略地示出根据本发明一实施形态的测量夹具的内部结构的剖视图；

[0024] 图2是示意性地示出图1所示测量夹具中一方的夹具主体的内部结构的剖视图；

[0025] 图3是示出根据本发明一实施形态的测量夹具的顶盖的结构示意图；

[0026] 图4是示出根据本发明一实施例的等静压下电滞回线的测量结果的图表；

[0027] 附图标记：

[0028] 1A、1B    夹具主体；

[0029] 2     支架主体；

[0030] 2a、2b  中空部；

[0031] 3A、3B    夹持部；

[0032] 4     顶盖；

[0033] 11     导电棒；

[0034] 11a     第一端口（导电棒上端）；

[0035] 12     钢柱；

[0036] 12a   钢柱的上端部分；

[0037] 12b   第二端口；

[0038] 13     第一绝缘部；

[0039] 14     第二绝缘部；

[0040] 15a     三角垫；

[0041] 15b     过渡环；

[0042] 15c     第一密封环；

[0043] 15d     第二密封环。

具体实施方式

[0044] 下面结合具体实施形态和附图来说明本发明的实质性特点和显著性的进步。应理解，这些实施形态仅用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。以下所示方向概念仅为方便说明，并非限定，具体实施时可根据需要变更。

[0045] 为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种能够在模拟材料实际所受压力场下（即、等静压下），测量铁电材料的电滞回线的夹具。

[0046] 根据本发明的测量夹具可测量等静压下铁电材料的电滞回线，不仅有利于研究材料相变规律和加深对相变机理的认知，还可以获取材料实际所受外场下的电性能，扩展铁电材料的应用，具有重要的学术意义和工程应用价值。

[0047] 图1示出根据本发明一实施形态的测量夹具的结构概略图，图2是示出图1所示测量夹具中一方的夹具主体的结构示意图，图3是示出根据本发明一实施形态的测量夹具的顶盖的结构示意图。现结合图1、图2以及图3，详细说明本发明的测量夹具100的具体结构。

[0048] 本发明的测量夹具100包括：形成有一对中空部2a、2b的支架和分别安装于该对中空部2a、2b内的一对夹具主体1A、1B。该夹具还包括覆盖该对夹具主体1A、1B并固定于支架的上部的顶盖4。其中，各夹具主体1A、1B可包括上下方向上相连且电气导通的导电棒11和钢柱12。该导电棒11的自由端可延伸出顶盖4以形成与电滞回线测量仪连接的第一端口11a，钢柱12的自由端可形成与待测的铁电材料连接的第二端口12b；且导电棒11和钢柱12与支架绝缘。

[0049] 具体地，如图1和图2所示，上述支架可包括：形成有所述中空部2a、2b的支架主体2、和从所述支架主体2向内突出以夹持所述导电棒11的夹持部3A、3B。

[0050] 本实施形态中，顶盖4例如为聚四氟乙烯环，通过螺纹与支架主体2连接，但不限于此。此外，导电棒只要具备导电功能即可，例如可为铜棒等。

[0051] 其中，由于一对夹具主体1A、1B的结构相同，故仅举例说明其中一方的夹具主体1A的结构。

[0052] 夹具主体1A包括：上下方向上相连且电气导通的导电棒11和钢柱12，且导电棒11的上端向上延伸至超出顶盖4；钢柱12的下端向下延伸至超出支架主体2。且，如图2所示，还包括安装于导电棒11与夹持部3A之间的第一绝缘部13；安装于钢柱12与支架主体2之间的第二绝缘部14；以及在夹持部3A下方、安装于支架主体2的中空部2a内的多个密封层15。

[0053] 此外，夹具主体1A上，通过导电棒11的上端形成与电滞回线测量仪连接的第一端口11a，通过钢柱12的下端形成与待测的铁电材料的样品（以下，简称样品）连接的第二端口12b，而导电棒11的下端与钢柱12的上端电气连接，以形成导通关系。

[0054] 具体地，如图1及图2所示，导电棒11形状细长，由夹持部3A夹持，其上端向上延伸从顶盖4突出，下端与钢柱12的上端抵接，并形成导通关系。钢柱12在本实施形态中形成为上端径向尺寸大于下端径向尺寸的T字型，但形状不限于此，可根据实际情况变更。钢柱12的下端向下延伸并从支架主体2突出。

[0055] 第一绝缘部13套装于导电棒11的外部，并与导电棒11一起嵌合于夹持部3A，即，第一绝缘部13的内侧表面与导电棒11的外侧表面抵接，第一绝缘部13的外侧表面中至少一部分与夹持部3A的内侧表面抵接。第一绝缘部13用于保持导电棒11与夹持部3A的绝缘关系。

[0056] 本实施形态中，第一绝缘部13上端与支架主体2的上端齐平，下端抵接于钢柱12的上端表面，即，第一绝缘部13的长度略短于导电棒11。此外，本实施形态中，第一绝缘部13例如可为聚四氟乙烯套管，但材质及形状等不限于此，只要能实现上述功能即可。

[0057] 第二绝缘部14套装于钢柱12的外部，用于保持钢柱12与支架主体2的绝缘关系。具体地，第二绝缘部14套装于钢柱12中径向尺寸略大的上端部分12a，即，第二绝缘部14的内侧表面与钢柱12的上端部分12a的外侧表面抵接，第二绝缘部14的外侧表面与支架主体2的内侧表面抵接。

[0058] 本实施形态中，第二绝缘部14厚度与钢柱12的上端部分12a相等。此外，本实施形态中，第二绝缘部14例如可为聚四氟乙烯环，但同样地，材质及形状等不限于此，只要能实现上述功能即可。

[0059] 本实施形态的夹具主体1A还具备用于保持其密封性以及绝缘性的多个密封层15。上述多个密封层15安装于夹具主体1A的下侧，更具体而言，多个密封层15在夹持部3A的下方、安装于支架主体2的下部中空部内，且位于导电棒11和钢柱12抵接部位附近，从上到下依次为：三角垫15a、过渡环15b、第一密封环15c、第二密封环15d。

[0060] 其中，三角垫15a的上侧表面与夹持部3A的下侧表面抵接，其外侧表面与支架主体2的内侧表面抵接，其内侧表面与第一绝缘部13的外侧表面抵接。本实施形态中，上述三角垫15a为紫铜三角垫，但不限于此。

[0061] 其中，过渡环15b的上侧表面与三角垫15a的下侧表面抵接，其外侧表面与支架主体2的内侧表面抵接，其内侧表面与第一绝缘部13的外侧表面抵接。本实施形态中，上述过渡环15b为氧化锆环，但不限于此。

[0062] 其中，第一密封环15c的上侧表面与过渡环15b的下侧表面抵接，其外侧表面与支架主体2的内侧表面抵接，其内侧表面与第一绝缘部13的外侧表面抵接，其下侧表面与第二绝缘部14和钢柱12的上端部分12a形成的上侧表面抵接。本实施形态中，上述第一密封环15c为聚四氟乙烯环，但不限于此。

[0063] 其中，第二密封环15d的上侧表面与第二绝缘部14和钢柱12的上端部分12a形成的下侧表面抵接，其外侧表面与支架主体2的内侧表面抵接，其内侧表面与钢柱12的外侧表面抵接，其下侧表面与支架主体2的下侧表面在同一平面内。本实施形态中，上述第一密封环15d为氟硅胶环，但不限于此。

[0064] 根据本实施形态的多个密封层15，不仅高绝缘，而且起到阻止在施加静水压过程中，夹具主体结构中材料过度形变而影响密封性的作用。但多个密封层15的具体材质、排列顺利以及形状等，不限于上述情况，只要能满足上述密封及绝缘的功能可根据实际需要变更。然而，排列顺序不能改变，否则达不到效果。

[0065] （组装）

[0066] 现结合附图说明根据本发明的上述实施形态的测量夹具100的组装方法。

[0067] 首先，分别如下组装夹具主体1A、1B：将导电棒11与钢柱12连接，第一绝缘部13在导电棒11外侧，以使钢柱12的上端依次为第二密封环15d、第一密封环15c、过渡环15b和三角垫15a的形式装配多个密封层15。

[0068] 然后，将钢柱12的外侧装配第二绝缘部14，以及在钢柱12下端装配第二密封环15d，随后将暂时组装完成的一对的夹具主体1A、1B分别装入支架主体2中，最后将顶盖4装配至支架主体2上。

[0069] 接着，将形成于夹具主体1A、1B下端的（即、如前所述由钢柱12的下端形成的）两个第二端口12b与样品连接。此处连接方式无特别限制，本实施形态中为焊锡连接。

[0070] 最后，将测量夹具100连同样品一起装入等静压机的测试仪器中，然后将形成于夹具主体1A、1B上端的（即、如前所述由导电棒11的上端形成的）两个第一端口11a与电滞回线测量仪连接。

[0071] 以下通过具体的实施例及测量结果进一步详细说明本发明。

[0072] （实施例1）

[0073] 已知，BNT铁电陶瓷样品的参数如下：样品有效电极面积50.26mm2，厚度0.5mm。此外，钢柱为17-4PH钢。

[0074] 现将根据上述实施形态的测量夹具100的一端与上述BNT铁电陶瓷样品连接后，置于等静压机的测试缸体（不限型号）中，另一端与型号为aixACCT TF Analyzer 2000的电滞回线测量仪连接。

[0075] 完成上述连接后，分别调节等静压机测试缸体的压力，例如在0、100Mpa、200MPa、300MPa、400MPa等静压压力下测量上述BNT铁电陶瓷样品的电滞回线，测试结果如图3所示。

[0076] 图3示出了不同静水压下BNT铁电陶瓷样品的电滞回线。换言之，通过本发明的测量夹具，可以实现不同静水压下铁电材料的电滞回线的测量。

[0077] 综上，本发明提供了一种组装方便且可测量等静压下铁电材料的电滞回线的夹具，其不仅有利于研究材料相变规律和加深对相变机理的认知，还可以获取材料实际所受外场下的电性能，具有重要的学术意义和工程应用价值。

[0078] 在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。