本發(fā)明涉及鐵電材料的電學(xué)性能參數(shù)測量，具體地，涉及一種檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置及方法。

背景技術(shù)：

剩余極化強(qiáng)度是評(píng)價(jià)鐵電陶瓷儲(chǔ)能特性的重要參數(shù)，有著重要的實(shí)用意義，因此需要建立一種測試裝置及方法實(shí)現(xiàn)鐵電陶瓷實(shí)際儲(chǔ)存能量的測量。鐵電陶瓷儲(chǔ)存的能量通常用剩余極化強(qiáng)度來表示，目前常用測試方法有熱退極化法。

極化了的鐵電陶瓷儲(chǔ)存能量，在外場作用下會(huì)發(fā)生退極化，由于實(shí)際應(yīng)用場合的不同，外場可以是溫度場，也可以是應(yīng)力場。鐵電材料在應(yīng)力場作用下會(huì)產(chǎn)生大電壓或大電流，有著重要的應(yīng)用價(jià)值，因此需要建立應(yīng)力加載作用下材料剩余極化強(qiáng)度的檢測裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置及方法，使相變鐵電陶瓷能在應(yīng)力場作用下退極化，從而測得鐵電陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

為了解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明所提供的檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置，包括：樣品、積分電容、靜電計(jì)、加壓單元、壓力檢測單元、以及控制單元；所述樣品置于所述加壓單元中，所述樣品分別與所述積分電容和靜電計(jì)并聯(lián)連接，所述靜電計(jì)的控制接口接至所述控制單元，所述壓力檢測單元置于所述加壓單元中，將檢測到的壓力信號(hào)傳輸給所述控制單元。

本發(fā)明通過加壓單元對(duì)相變鐵電陶瓷施加壓力，施壓過程中，測量相變鐵電陶瓷釋放的電荷，從而得到陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。由此，本發(fā)明可通過測量相變鐵電陶瓷應(yīng)力場下的退極化電荷，測得陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

又，在本發(fā)明中，也可以是，所述加壓單元包括容納有傳壓介質(zhì)的靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)，所述樣品置于所述靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)的傳壓介質(zhì)中。

根據(jù)本發(fā)明，可通過靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)相變鐵電陶瓷施加壓力，施壓過程中，測量相變鐵電陶瓷釋放的電荷，從而得到陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

優(yōu)選地，所述壓力檢測單元包括壓力傳感器，所述壓力傳感器通過a/d轉(zhuǎn)換卡將檢測到的壓力信號(hào)傳輸給所述控制單元。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的方法，包括下列步驟：測量樣品的有效電極面積a，測量積分電容的電容值c；將所述樣品置于加壓單元中，所述樣品分別與所述積分電容和靜電計(jì)并聯(lián)連接；用導(dǎo)線將所述積分電容兩端短路連接；使所述加壓單元進(jìn)行加壓，同時(shí)斷開所述積分電容兩端的短路導(dǎo)線；加壓過程中，記錄壓力值；同時(shí)用所述靜電計(jì)記錄所述積分電容兩端的電壓值v，不斷增大壓力，直至電壓值v基本不變，記錄下此時(shí)的電壓值v；將所述樣品的有效電極面積a、所述積分電容的電容值c和所述電壓值v代入公式pr=c×v/a，計(jì)算得到陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

根據(jù)本發(fā)明，可通過測量相變鐵電陶瓷應(yīng)力場下的退極化電荷，測得陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

又，在本發(fā)明中，也可以是，所述加壓單元包括容納有傳壓介質(zhì)的靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)，使所述加壓單元進(jìn)行加壓的步驟包括設(shè)置所述靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)的靜水壓加壓范圍，啟動(dòng)靜水壓加壓程序。

根據(jù)本發(fā)明，通過靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)向相變鐵電陶瓷施加應(yīng)力，加至超過材料的相變應(yīng)力，加壓過程中通過測量相變鐵電陶瓷釋放出的電荷，得到其剩余極化強(qiáng)度。

根據(jù)下述具體實(shí)施方式并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了采用圖1所示裝置及方法測得的相變鐵電陶瓷pzt靜水壓下積分電容測得電壓-應(yīng)力關(guān)系曲線；

圖3示出了采用圖1所示裝置及方法測得的相變鐵電陶瓷pzt靜水壓下剩余極化強(qiáng)度-應(yīng)力關(guān)系曲線。

附圖標(biāo)記：

1、樣品，

2、積分電容，

3、靜電計(jì)，

4、傳壓介質(zhì)，

5、靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)，

6、壓力檢測單元，

7、a/d轉(zhuǎn)換卡，

8、控制單元。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

為了應(yīng)對(duì)檢測鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的需求，本發(fā)明提供了一種檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置及方法，該裝置包括：樣品、積分電容、靜電計(jì)、加壓單元、壓力檢測單元、以及控制單元；所述樣品置于所述加壓單元中，所述樣品分別與所述積分電容和靜電計(jì)并聯(lián)連接，所述靜電計(jì)的控制接口接至所述控制單元，所述壓力檢測單元置于所述加壓單元中，將檢測到的壓力信號(hào)傳輸給控制單元。

具體地，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)的檢測相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的裝置包括：樣品1、積分電容2、靜電計(jì)3、容納有傳壓介質(zhì)4的靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)5、壓力檢測單元6、a/d轉(zhuǎn)換卡7以及控制單元8。

樣品1置于靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)5的傳壓介質(zhì)4中，樣品1分別與積分電容2和靜電計(jì)3并聯(lián)連接，靜電計(jì)3的控制接口接至控制單元8。壓力檢測單元6置于傳壓介質(zhì)4中，通過a/d轉(zhuǎn)換卡7將檢測到的壓力信號(hào)傳輸給控制單元8。上述壓力檢測單元6例如可以是壓力傳感器等用于檢測壓力的器件。

利用上述裝置實(shí)現(xiàn)相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的方法，該方法包括以下步驟：

首先，測量樣品1的有效電極面積值a；并測量積分電容2的電容值c。

隨后，按圖1所示的裝置結(jié)構(gòu)示意圖連接好整個(gè)檢測裝置，并將樣品1置于靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)5的傳壓介質(zhì)4中。

然后，打開上述裝置中的各部件電源，各部件開始工作。

接著，用導(dǎo)線將積分電容2兩端短路連接；并設(shè)置靜水壓加壓范圍，啟動(dòng)靜水壓加壓程序，同時(shí)斷開積分電容2兩端的短路導(dǎo)線。

在加壓過程中，記錄應(yīng)力值；同時(shí)用靜電計(jì)3記錄積分電容2兩端的電壓值v，不斷增大壓力，直至電壓值v基本不變，記錄下此時(shí)的電壓值v。

最后，將樣品1的有效電極面積a、積分電容2的電容值c和電壓值v代入公式pr=c×v/a，計(jì)算得到陶瓷的剩余極化強(qiáng)度。

本發(fā)明通過靜水壓壓力試驗(yàn)機(jī)向相變鐵電陶瓷施加應(yīng)力，加至超過材料的相變應(yīng)力，加壓過程中通過測量相變鐵電陶瓷釋放出的電荷，得到其剩余極化強(qiáng)度。

本測量裝置及方法實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力場加載作用下相變鐵電陶瓷剩余極化強(qiáng)度的測量。

下面結(jié)合優(yōu)選的具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

按照?qǐng)D1所示的裝置結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行接線，對(duì)相變鐵電陶瓷樣品進(jìn)行剩余極化強(qiáng)度測量。圖2示出了采用圖1所示裝置及方法測得的相變鐵電陶瓷pzt靜水壓下積分電容測得電壓-應(yīng)力關(guān)系曲線；圖3示出了采用圖1所示裝置及方法測得的相變鐵電陶瓷pzt靜水壓下剩余極化強(qiáng)度-應(yīng)力關(guān)系曲線。

測量參數(shù)如下：樣品有效電極面積281.25mm²，厚度2mm，積分電容的電容值10μf，施加靜水壓壓力范圍0~300mpa。測試結(jié)果如圖2、圖3所示。隨著靜水壓壓力的增加，樣品逐步釋放出電荷，不斷增大壓力，直至積分電容兩端電壓值v基本不變，此時(shí)積分電容兩端電壓為0.61v。將樣品面積281.25mm²，積分電容電容值10μf和電容器兩端電壓10.3v，代入公式pr=c×v/a，得到剩余極化強(qiáng)度pr為36.6μc/cm²。

測試結(jié)果表明：相變鐵電陶瓷隨施加的靜水壓壓力的增大而逐漸釋放電荷，當(dāng)壓力增大至相變壓力時(shí)，電荷急劇增大，繼續(xù)增大壓力，電荷基本不變。施加的靜水壓壓力超過相變壓力后，釋放電荷基本保證不變，該基本不變的數(shù)值為該樣品在應(yīng)力加載作用下的退極化電荷，從而計(jì)算得到剩余極化強(qiáng)度。

最后有必要在此說明的是：以上實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。