[发明专利]微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置及方法

权利要求书

1.一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，包括微波源（1），其特征在于，微波源（1）的水平方向上依次设置有隔离器（2）、衰减器（3）、波长计（4）、波导传输线（5）、直波导（6）、环形器（7）、示波器（9），与水平传输路径垂直的竖直路径上面向环形器（7）的一面设置有谐振腔（8），谐振腔（8）的上顶面设置圆形小孔（83），圆形小孔（83）内伸入毛细玻璃管（10），毛细玻璃管（10）内装有石墨烯类溶液（11），毛细玻璃管（10）外贴有加热片（12），加热片（12）下方贴有温度传感器（13）；

所述谐振腔（8）的一侧面（81）为通微波面，其余面均为封闭面；

所述环形器（7）的第一端口a与直波导（6）相连通，第二端口b与谐振腔（8）的一侧面（81）相连通，第三端口c与示波器（9）相连接；

所述毛细玻璃管（10）的上端固定连接在横向支架（14）上，横向支架（14）左侧连接第一升降台（15），右侧连接第二升降台（16）；

所述第一升降台（15）从下至上包括第一底座（151）、第一旋转柱（152）和第一刻度柱（153），通过旋转第一旋转柱（152）可实现第一刻度柱（153）的升降；

所述第二升降台（16）从下至上包括第二底座（161）、第二旋转柱（162）和第二刻度柱（163），通过旋转第二旋转柱（162）可实现第二刻度柱（163）的升降；

所述加热片（12）包裹在毛细玻璃管（10）的外面，并通过导线连接到智能温度控制台的第一电源开关（171）上，智能温度控制台上还设置有第一按钮d、第二按钮e、第三按钮f、第四按钮g、起始加热温度显示器（181）和终止加热温度显示器（182），第一按钮d为加热片（12）起始加热温度的温度增加按钮，第二按钮e为加热片（12）起始加热温度的温度减小按钮，起始加热温度显示器（181）设置于第一按钮d和第二按钮e下方，第三按钮f为加热片（12）终止加热温度的温度增加按钮，第四按钮g为加热片（12）终止加热温度的温度减小按钮，终止加热温度显示器（182）设置于第三按钮f、第四按钮g的下方；

所述温度传感器（13）通过导线连接到智能温度控制台的第二电源开关（172）上，智能温度控制台上还设置有溶液温度显示器（183），用于显示温度传感器（13）采集到的石墨烯类溶液（11）的即时温度。

2.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述微波源（1）为反射速调管微波源、体效应管微波源中的一种或同频率的两种，微波源（1）发出的微波频率在8GHz-12GHz。

3.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述衰减器（3）为圆柱形衰减器和圆盘形衰减器中的一种，衰减率在100%-1%之间。

4.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述谐振腔（8）为矩形谐振腔和圆柱形谐振腔中的一种。

5.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述石墨烯类溶液（11）包括各种浓度的石墨烯溶液、各种浓度的氧化石墨烯溶液、各种浓度的二硫化钼溶液中的一种或多种的混合溶液。

6.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述加热片（12）的加热范围在16.0℃~80.0℃之间，温度步长为0.1℃。

7.按照权利要求1所述的一种微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，其特征在于：所述第一底座（151）固定于实验台上，从上至下看，逆时针旋转第一旋转柱（152）时，第一刻度柱（153）逐渐上升，刻度增大，顺时针旋转第一旋转柱（152）时，第一刻度柱（153）逐渐下降，刻度减小；所述第二底座（161）固定于实验台上，从上至下看，逆时针旋转第二旋转柱（162）时，第二刻度柱（163）逐渐上升，刻度增大，顺时针旋转第二旋转柱（162）时，第二刻度柱（163）逐渐下降，刻度减小，其中，第一升降台（15）和第二升降台（16）同步上升或者同步下降。

8.微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的方法，采用权利要求1至7中任一项所述的微波测量石墨烯类溶液介电常数变化规律的装置，包括如下步骤：

微波源（1）产生微波，所述微波在水平方向上依次经过隔离器（2）、衰减器（3）、波长计（4）、波导传输线（5）、直波导（6）后由第一端口a进入环形器（7），顺时针传播至第二端口b，第二端口b与谐振腔（8）的一侧面（81）相连通，微波传输进入谐振腔（8）后经一侧面（81）的对应面（82）反射回第二端口b，并顺时针传播到第三端口c，最后在示波器（9）上显示出微波的反射式谐振曲线图形，读取所述反射式谐振曲线图形中空腔时的中心频率f₀与半高宽频率f₁和f₂的数值；

将装有某一浓度的石墨烯类溶液（11）的毛细玻璃管（10）缓慢伸入谐振腔（8）的圆形小孔（83）中深度为L₁mm位置处，打开第一电源开关（171），通过第一按钮d和第二按钮e设置加热片（12）的起始加热温度为xx.x℃，通过第三按钮f和第四按钮g设置加热片（12）的终止加热温度为yy.y℃；同时，打开第二电源开关（172），温度传感器（13）采集到石墨烯类溶液（11）的实时温度tt.t℃在并在溶液温度显示器（183）上显示出来，此温度下对应的反射式谐振曲线图形在示波器（9）上显示出来，记录此温度下的中心频率f₀₁与半高宽频率f₁₁和f₂₁的数值，根据中心频率f₀与半高宽频率f₁和f₂以及中心频率f₀₁与半高宽频率f₁₁和f₂₁的数值，即可计算出tt.t℃时石墨烯类溶液（11）的介电常数ε；每间隔1℃采集一副反射式谐振曲线图形，计算每间隔1℃时石墨烯类溶液（11）的介电常数；

同步顺时针旋转第一旋转柱（152）和第二旋转柱（162），使第一刻度柱（153）和第二刻度柱（163）逐渐下降相同的距离，改变石墨烯类溶液（11）伸入谐振腔（8）的圆形小孔（83）中深度，重复上述步骤，根据反射式谐振曲线图形中对应的频率值计算出不同温度下石墨烯类溶液（11）的介电常数ε；

改变石墨烯类溶液（11）的浓度，重复上述步骤，得到不同温度下不同浓度的石墨烯类溶液（11）的介电常数ε，总结变化规律。