产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的电极装置的制作方法

本实用新型涉及电场的设计领域，具体涉及一种产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的电极装置。

背景技术：

在材料制备领域，电场是一种强有力的调控材料结构的手段，特别是调控复合材料中各种填料的分散和分布；并有望借助于电场的作用制备高性能、多功能的复合材料。广泛的研究表明，在制备复合材料中，当辅以电场的作用时，可达到以下目标：

1)改善填料的分散性，减少其团聚；

2)增强复合材料的力学性能；

3)增强电学性能，降低逾渗值，改善逾渗网络并减低填料的用量；

4)提高热导率；

5)增强力学或者其他传感器的灵敏度；

6)保证复合材料拉伸时电导率保持不变；

7)改善透光性等。

清华大学朱跃峰利用平行均匀直流及交流电场促使了碳纳米管在胶液或聚合物基体中的分散并制备了电学各向异性的复合材料(公开号CN 1762560 A)。浙江工业大学张诚在复合材料的基体熔融温度以上分解温度以下，借助均匀电场的作用制备了低电阻率的导电复合材料(公开号CN 101475697A)。重庆大学杨丽君通过均匀电场在工频交流电下制备了蒙脱土/聚乙烯复合材料，用于高压电绝缘领域(公开号CN 102831992A)。日本电工株式会社利用均匀电场制备了填料沿厚度方向形成树枝状结构的取向方式，以制备高耐久性复合材料(公开号CN 101323173A)。

以上的工作都是借助于均匀的电场调控和改善复合材料的各项性能，但是均匀电场有一个严重的问题：各项异性明显，填料的分布和取向具有明显的各向异性结构，虽然材料在某一个方向上性能突出，但是另一个方向性能薄弱，并且复合材料的可拉伸性能差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有的均匀电场不足，提供了一种产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的电极装置；该装置产生的锚式电场为非均匀电场，诱导填料不仅是垂直取向分布、而且形成折叠的结构可实现材料的多功能性是当前亟待解决的问题。

为实现上述目的，本实用新型所设计一种产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的电极装置，所述电极装置包括电极箱，所述电极箱中两个对应面的外壁上均水平间隔铺设了一排电极片，两排电极片相互平行，两排电极片间隔交叉布置，且相近的3个电极片形成三角形；所述电极片通过导线连接电源，且电极片与电源的正负极间隔连接。

进一步地，所述电极片的形状为矩形或正方形。

再进一步地，所述电极片的长度L₁为1mm～1000mm，宽度W为1mm～1000mm，厚度为0.01mm～50mm。

再进一步地，所述电极片之间的间距D₁为厚度的5～1000％。

再进一步地，所述电极片的数量为2片以上。

再进一步地，所述锚式电场的场强为10^-2V/m～10⁶V/m。

再进一步地，所电极片的材料为铜、铝、银、金、不锈钢、铬、铂、锌、钛和石墨中的任意一种。

所述导线与电极间通过焊接的方式连接，所述导线为铜芯、铝芯、银芯和镀铬导线中的任意一种。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型利用电极在同一侧且在同一水平位置，制备了一种非均匀电场；

2)本实用新型的电场线是折叠的，类似于锚结构，可调控导电物质在电场中形成折叠式结构；

3)本实用新型的电场诱导填料形成折叠结构不同于均匀电场，相比于均匀电场，折叠结构的网络的各向异性不明显。

附图说明

图1为本实用新型电极装置产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的原理图；

图2为手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的设计思路；

图3为本实用新型电极装置产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的结构示意图；

图4为图3所示手风琴式非均匀具有折叠电场线电场对电极数量和位置的依赖性分析图；

图5为含义7个电极片的电场对电极数量和位置的依赖性分析图；

图6为含义5个电极片的电场对电极数量和位置的依赖性分析图；

图中，电极箱1、电极片2、导线3、电源4、诱导填料5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

实施例1

如图3～4所示：一种产生手风琴式非均匀具有折叠电场线电场的电极装置，电极装置包括电极箱1，电极箱1中上下对应面的外壁上均水平间隔铺设了一排电极片2，两排电极片2相互平行，上排电极片2数量为4片，下排电极片2数量为5片；两排电极片2间隔交叉布置，且相近的3个电极片2形成三角形；电极片2通过导线3连接电源4，且电极片2与电源的正负极间隔连接。

电极片2的形状为矩形或正方形。电极片2的材料为铜、铝、银、金、不锈钢、铬、铂、锌、钛和石墨中的任意一种。

电极片2的长度L₁为20mm，宽度W为20mm，厚度为0.2mm。

电极片2之间的间距D₁为20mm。

锚式电场的场强为10^-2V/m～10⁶V/m。

为了从理论上证明设计和制备的可行性，采用Ansoft Maxwell14.0软件基于有限元方法计算和模拟了锚式电场的电场分布与电极的数量、分布、尺寸等的关系，施加1kV的激励电压。结果如图4所示。图4展示了手风琴式电场对电极数量和位置的依赖性。从模拟结果中发现，电场强度的方向与预期一致，并且电场分布强烈依赖于电极的分布，包括电极相互间横向和纵向距离等。

向上述诱导填料5(如均匀分散在液体硅橡胶中的碳纳米管(CNTs)，其中CNTs含量为2wt％)装入上述电极装置的电极箱1中，开启电源从而产生锚式电场，在60℃环境中，2h后可得到一种柔性导电复合材料，其中碳纳米管在硅橡胶中呈现锚式分布，这种材料在拉伸时电阻率变化小，当伸长率达到100％时，电阻率降低仅为5％，远低于未取向或垂直取向的复合材料(50％)。

实施例2

本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

如图5所示：两排电极片2数量为共7片；上排电极片2数量为3片，下排电极片2数量为4片；其模拟结果如图6所示。从模拟结果中发现，7个电极中电场强度的方向与预期一致，并且电场分布强烈依赖于电极的分布，包括电极相互间横向和纵向距离等。

实施例3

本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

如图6所示：两排电极片2数量为共5片；上排电极片2数量为2片，下排电极片2数量为3片；其模拟结果如图6所示。从模拟结果中发现，9个电极中电场强度的方向与预期一致，并且电场分布强烈依赖于电极的分布，包括电极相互间横向和纵向距离等。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。