[发明专利]电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置及测试方法有效

专利信息
申请号: 201210156426.7 申请日: 2012-05-18
公开(公告)号: CN102645372A 公开(公告)日: 2012-08-22
发明(设计)人: 方岱宁;毛卫国;冯雪;李法新;裴永茂;于泽军 申请(专利权)人: 北京大学
主分类号: G01N3/10 分类号: G01N3/10;G01R31/00;G01R33/14
代理公司: 北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙) 11360 代理人: 张肖琪
地址: 100871*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 电磁 智能 材料 耦合 行为 实验 装置 测试 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于薄膜涂层材料性能表征技术领域,特别涉及一种电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置及测试方法。

背景技术

在薄膜涂层材料科学技术中,功能性薄膜样品具有许多基底材料所不具备的力、电、磁、热、光以及化学性能,已广泛应用在高性能传感器、微电子器件、磁存储器等领域,在国防建设和经济发展中发挥了不可替代的重要作用。例如近年来快速发展的层状电磁复合智能薄膜样品由于具有独特的热力电磁多场耦合性能而日益受到人们的密切关注。因此,如何在多场耦合环境下有效测试和表征这类功能性薄膜样品的自身性能、薄膜与基底之间的结合性能对于提高它们的可靠性具有非常重要的科学意义和工程价值,也已成为这些领域中迫切需要解决的关键问题。

目前研究人员主要集中在力电、力磁、热力或热磁载荷条件下对传统单一的铁磁、铁电和巨磁阻等智能材料分别进行其力学、磁学或电学性能的表征,进行了大量的科学研究,提出了许多较好的实验装置和方法。然而,电磁复合材料是一种由铁磁和铁电两相材料组合而成的新型材料,具有单一铁电或铁磁材料所不具备的功能和特性。现有的试验方法和装置已难以满足这种新型材料的测试要求,迫切需要完善和发展新的测试方法和匹配的实验仪器,实现在力电磁三场耦合作用下同步加载和测试这类功能材料的力学、电学和磁学性能响应,探索其内在机制和原理。目前对普通薄膜样品性能测试和表征的实验方法主要有鼓泡法、纳米压痕法、直接拉伸法、剥离测量法和四点梁弯曲法等。其中,鼓泡法是指在密封油腔中,通过驱使活塞压缩液压油,促使被测的薄膜发生不同程度的鼓涨变形,采用光学方法测试出薄膜样品表面的变形情况,最后分析出薄膜的力学性能。该方法不仅能够测试简单几何形状基底上的薄膜力学性能,而且还能测试复杂不规则几何形状基底上的薄膜力学性能;同时能够定量测试薄膜样品的弹性模量、断裂韧性、残余拉应力以及本构关系等多个指标;而且测量范围很大,可以测试不同类型不同结合强度薄膜基底材料体系的力学性能;容易与其它测试方法和设备高度集成,实现多功能一体化测试;操作简单、分析快捷,容易实现工程推广应用。因此鼓泡法最有可能发展成为全面测试和表征功能性薄膜样品的力学、电学和磁学性能的方法。

现有技术中鼓泡法表征功能性薄膜样品性能的实验装置包括:计算机1、驱动系统2、油压鼓泡装置3、活塞4、薄膜样品5、光学测试系统6和数据采集处理器7,其中,计算机1连接至驱动系统2,驱动系统2通过活塞4连接至油压鼓泡装置3,油压鼓泡装置3上放置薄膜样品5,光学测试系统6设置在薄膜样品5的上方,并通过数据采集处理器7连接至计算机1,如图1所示。通过活塞4驱使油压鼓泡装置3中的液压油促使薄膜样品变形直至破坏;油压施加方式单一,无法实现多种油压施加方式(例如疲劳加载、以设定的油压增加率加载等),属于开环控制方式。采用非接触式光学测试系统测试薄膜样品的表面各点位移情况,其精度大约在0.4微米。其功能主要是在常温下表征功能性薄膜样品的力学性能,不具备电场加载、电学量测试、磁场加载及标定、磁学量测试功能。

综上所述,目前已报道的电磁智能材料力电磁耦合行为的实验装置及测试方法主要存在以下几点不足:(1)现有的试验方法和装置已难以满足新型电磁材料的测试要求,迫切需要完善和发展新的测试方法和匹配的实验仪器,实现在力电磁三场耦合作用下同步加载和测试这类功能材料的力学、电学和磁学性能响应;(2)目前主要集中在单一力场作用下测试普通薄膜材料力学性能;(3)油压加载方式单一,属于开环控制模式,这样难以控制加载压力的大小和速率,也无法实现其它特殊方式的加载和测试;(4)目前光学系统对薄膜位移测试精度偏低,大约在0.4微米到几个微米,难以测试厚度很小的薄膜样品,容易造成巨大的试验误差。

发明内容

为了实现在力电磁三场全耦合下利用鼓泡法表征电磁智能材料的力电磁耦合性能,填补仪器空白,本发明经过对现有的油压鼓泡实验装置基础上进行改进,提出了在力电磁场耦合条件下表征不同类型不同结合强度功能性薄膜样品性能的实验装置和测试方法。

本发明的一个目的在于提供一种电磁智能材料力电磁耦合行为的鼓泡实验装置。

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