申请/专利权人：重庆大学

申请日：2021-05-20

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN113281380B

主分类号：G01N27/00

分类号：G01N27/00;H02N1/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2021.09.07#实质审查的生效;2021.08.20#公开

摘要：本发明涉及一种摩擦纳米发电机驱动的电介质陷阱态测量和成像系统及方法，属于电介质技术领域。该系统包括陷阱激励电源装置和测试样品室；陷阱激励电源装置包括独立层旋转式摩擦纳米发电机与旋转电动机，能够输出恒电荷、高电压，在电介质表面激励微功率的介质阻挡均匀放电，使得电子充分入陷、脱陷，产生足够强度且稳定的脱陷电流脉冲；测试样品室，用于固定被测电介质薄膜，并提供可控填充气体；测试电极结构可拆卸，能够更换不同测量模式的电极组；上下电极之间气隙距离能够调节。本系统具有无损、精准、二维成像的优势，进而获取高聚物薄膜材料表面陷阱态分布的详细信息，有助于功能材料的绝缘、储能、微纳表面特性等各项性能的检测与提升。

主权项：1.一种摩擦纳米发电机驱动的电介质陷阱态测量和成像装置，其特征在于：包括陷阱激励电源装置和测试样品室；所述陷阱激励电源装置包括独立层旋转式摩擦纳米发电机与旋转电动机，能够输出恒电荷、高电压，在电介质表面激励微功率的介质阻挡均匀放电，使得电子充分入陷、脱陷，产生足够强度且稳定的脱陷电流脉冲；所述测试样品室，用于固定被测电介质薄膜，并提供可控的温度、湿度、气压、不同种类的填充气体；测试电极结构可拆卸，能够更换不同测量模式的电极组；上下电极之间气隙距离能够调节；所述独立层旋转式摩擦纳米发电机包括传动装置和发电装置；所述传动装置包括联轴器和联动转轴，用于固定连接摩擦纳米发电机与外部旋转电机，摩擦纳米发电机运行所需要的机械能由外部旋转电机提供；所述发电装置包括上下两个定子圆盘和中间的转子摩擦层，以及定子与转子之间的缓冲层；所述定子圆盘朝向转子摩擦层的一面排列有两组内外互补分布的电极组，且内电极组以圆盘中心为中心点呈辐射状向边沿延伸，外电极组则以相反方向由边沿向圆盘中心延伸，相邻电极属于内外两个不同的电极组，且各电极圆心角度相同；所述转子摩擦层包括转子叶片和改性柔性聚合物薄膜；所述转子叶片与定子电极面积相同，共有两组转子叶片，以背靠背的方式分别面向上下定子内侧；所述改性柔性聚合物薄膜包覆在所述转子叶片上，聚合物薄膜的外侧表面能够覆盖一个定子电极的同时，而不与其相邻电极发生接触；所述定子与转子之间的缓冲层包括缓冲材料与支撑弹簧，缓冲材料填充在转子叶片与聚合物薄膜之间，支撑弹簧则被固定在两组转子之间，其目的是保持定子与转子的充分接触，提高摩擦起电电荷密度，并使其保持稳定；所述独立层旋转式摩擦纳米发电机中，转子叶片和定子圆盘的组合形式为：将上下两个定子圆盘和中间两个转子叶片竖直排列，中心对齐，使用轴承将转子与转轴在垂直方向上固定，并采用连接销将其与转子内圆孔进行稳固，过程中需要保持两个转子不发生错位，然后旋转两个定子圆盘的角度，使其上方的电极位置相互对应；接着，调整转子叶片和上下两个定子圆盘之间的垂直距离，填入缓冲层与支撑弹簧并将其粘接固定，并使用铜线以串联的形式分别连接两组定子电极上的终端，并形成一对引出电极；所述测试样品室包括外壳、测试电极和气体调节装置；所述测试样品室外壳为有机玻璃材质，上部盖板能够开闭，盖板与四周贴合处采用橡胶垫密封圈，保持关闭后具有良好的气密性；所述测试电极在外壳内部中心位置，并留有引出接线端，测试电极具有两种模组：单针-板式测试电极模组和针阵列-板式测试电极模组，分别用于单点分析和多点扫描成像；所述单针-板式测试电极模组包括上部针电极、针电极高度调节旋钮以及底部平板电极，电极材料为黄铜、紫铜或镍铬合金，针电极尖端直径小于30微米，针电极的顶部连接螺柱与可调旋钮，通过旋钮控制针电极的垂直位置，平板电极尺寸可根据样品电介质尺寸调整；所述针阵列-板式测试电极模组包括上部针阵列电极、高度调节旋钮以及底部平板电极，针阵列电极以环氧树脂绝缘材料为基底，并在基底上固定一定数量的金属微针形成阵列分布，针尖直径0.5~10微米，针阵列的平面分布方式由陷阱态参数成像精度确定，各针电极之间相互绝缘，高度调节旋钮和底部平板电极与所述的单针-板式测试电极模组相同；所述气体调节装置包括进气口换气阀门、出气口换气阀门、气压表和导气管，安装在外壳的适当位置，其中气压表的作用为监测样品室内气压值，需耐负压；导气管需穿过外壳壁延伸入测试电极附近，保证换气；导气管在样品室外的部分使用橡胶或尼龙材质，延伸入样品室内的部分需采用环氧树脂或玻璃纤维增强环氧树脂的绝缘材料，两者之间通过进气口换气阀门衔接；出气口换气阀门安装在进气口的另一侧。

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百度查询： 重庆大学 一种摩擦纳米发电机驱动的电介质陷阱态测量和成像系统及方法

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