[发明专利]一种基于石墨烯的表面摩擦力测量装置及使用方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯的表面摩擦力测量装置，其特征在于包括底座（1）、圆台形测量体（2）、石墨烯片层（3）和铜箔电极（4）；所述圆台形测量体（2）固定在底座（1）上，在圆台形测量体（2）侧面均匀分布若干块等面积的石墨烯片层（3），铜箔电极（4）对应各石墨烯片层（3）两侧弧线的边缘设置。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的表面摩擦力的测量装置，其特征在于所述石墨烯片层（3）有四块。

3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯的表面摩擦力的测量装置，其特征在于圆台形测量体（2）的侧面与底面夹角为45°。

4.一种权利要求1所述基于石墨烯的表面摩擦力测量装置的使用方法，该装置中石墨烯片层（3）为四块，其特征在于包括以下步骤：

1）将表面摩擦力测量装置放置于摩擦力标定系统内，在已知来流摩擦力大小和角度的情况下，使来流流过该装置，产生钝体绕流,标定出摩擦力系数C和角度系数K_q；

2）校准出表面摩擦力测量装置各石墨烯片层区域的系数曲线；

3）将校准后的表面摩擦力测量装置放入待测流体中，使待测流体流过测量装置产生钝体绕流；测量出各石墨烯片层区域两端电压，依据电压最大原则初步判断来流所在区域；依据该区域和相邻两个区域的电压大小，求出角度系数K_α和总电压系数为K_q；再依据该区已经校准出的系数曲线，插值求出摩擦力的大小和方向。

5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的表面摩擦力测量装置的使用方法，其特征在于步骤1）具体为：

1.1）测量各石墨烯片层区域两端电极之间的电压U；比较各区域的电压大小，定义最大的电压所在区为1区；顺时针依次为2、3、4区；则各区电压分别为U₁、U₂、U₃、U₄；

1.2）定义1区和3区所在方向为轴向，定义2区和4区所在方向为法向； 定义摩擦力方向与轴线之间角度为α角，角度系数为K_α，定义总电压系数为K_q，所涉及的公式如下：

  。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯的表面摩擦力测量装置的使用方法，其特征在于步骤2）具体为：改变α角，校准出该区系数曲线，包括：K_α-α曲线、K_q-α曲线；

根据权利要求4、5或6所述的基于石墨烯的表面摩擦力测量装置的使用方法，其特征在于步骤3）中，把若干个表面摩擦力测量装置按照阵列排布在待测流体中执行步骤3），实现全局摩擦力场的测量。