[发明专利]力、电、热场下铁电材料铁电性与铁弹性测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电材料领域，特别涉及一种力、电、热场下铁电材料铁电性与铁弹性的测量系统及测试方法。

技术背景

铁电材料是指具有铁电效应的材料，其是一类极其重要的功能材料。铁电材料具有自发极化的性能，即该材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，且其极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。近年来，铁电材料以其优异的性能而被广泛使用，尤其是载人航天、探月工程、以及能源领域等，对能在力、电、热场下稳定、可靠工作的铁电材料及其驱动和换能器件提出了迫切需求。因此，测量铁电材料在力、电、热场下的铁电性与铁弹性对于研究铁电材料在实际工作状态下的服役性能与失效机理等具有重要意义，对于推动铁电材料在高技术领域的工程应用也是至关重要的。

为了得到铁电材料在力、电、热场下的铁电性与铁弹性，需要对该铁电材料进行极化测量和应变测量，从而得到该铁电材料的电滞回线、电场-应变回线、应力-应变曲线以及应力-电荷曲线，以表征该铁电材料在力、电、热场下的铁电性与铁弹性。

在现有技术中，在测量铁电材料的电滞回线时，普遍采用Sawyer-Tower回路，即待测样品与采样标准电容串联，其中标准电容的电容值远大于待测样品的电容值，通过测量标准电容两端的电压就可以得出待测样品的极化强度与电场强度的关系曲线，即电滞回线。

而对于铁电材料的应变测量，现有的测量方法包括光纤法、激光干涉法、以及差动变压器式位移传感器（LVDT）等。

然而，目前用于表征铁电材料性能的商用仪器多采用单一场加载，并且多为对于铁电材料的铁电性的测量，对于反映铁电材料的铁弹性的应力-应变曲线和应力-电荷曲线的测量鲜有报道。同时，这些商用仪器无法表征力、电、热场共同加载下的铁电材料的铁电性与铁弹性，因而不能真正反映铁电材料在工程应用中的实际状况。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种力、电、热场下铁电材料铁电性与铁弹性的测量系统及方法，可用于表征铁电材料在力、电、热场下的铁电性与铁弹性，研究其在复杂环境下的稳定性与可靠性。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供一种力、电、热场下铁电材料铁电性与铁弹性的测量系统，包括：用于产生施加于待测的铁电材料上的力、电、热场的场产生单元；对所述力、电、热场下的铁电材料进行极化测量的极化测量单元；对所述力、电、热场下的铁电材料进行应变测量的应变测量单元；以及采集从所述场产生单元输出的各种场的加载信号、从所述极化测量单元输出的极化测量信号、以及从所述应变测量单元输出的应变测量信号并进行分析处理以得到用于表征所述力、电、热场下的铁电材料的铁电性与铁弹性的测量数据的数据采集分析单元。

根据本发明，通过场产生单元产生施加于待测的铁电材料上的测量用的力、电、热场，并将各种场的加载信号输出至数据采集分析单元，该数据采集分析单元还接收分别通过极化测量单元和应变测量单元对加载了力、电、热场的铁电材料进行极化测量和应变测量而得到的极化测量信号和应变测量信号，且数据采集分析单元基于接收到的上述各种场的加载信号、极化测量信号和应变测量信号，经过分析处理而得到用于表征所述力、电、热场下的铁电材料的铁电性与铁弹性的测量数据。

采用本发明，可以实现力、电、热场的多个场的加载，避免了仅单一场下评价铁电材料铁电性能的片面性，并且可以同时测量表征铁电性及铁弹性的性能。可较为全面的反映铁电材料在不同服役状态下性能演变规律。并且，铁电材料的应变的测量以及极化的测量可同步进行、互不干扰，并且同步采集测量信号，由数据采集分析单元采集后进行分析处理，实现了加载信号与测量信号的同步采集与记录，保证了测量的精确性。

本发明可用于表征铁电材料在力、电、热场下的铁电性与铁弹性，研究其在复杂环境下的稳定性与可靠性。本发明的技术方案原理简单，并且采用了大量精确测量设备，测量精确、结构紧凑，同时具有较好的自定义性与扩展性。

又，在本发明中，所述测量数据可以包括用于表征所述力、电、热场下的铁电材料的铁电性的电滞回线和电场-应变回线，以及用于表征所述力、电、热场下的铁电材料的铁弹性的应力-应变曲线和应力-电荷曲线。