一种电致伸缩电场测量装置的制作方法

1.本发明涉及电场测量领域，具体涉及一种电致伸缩电场测量装置。


背景技术：

2.电场强度属于基本物理量之一。电场测量在航空航天、电力系统、气象研究等领域有着重要的应用。传统测量电场的机理主要有静电驱动、压电驱动、电磁驱动等方式。这些电场测量方式均是基于体材料的，电场测量的灵敏度低，不能满足高灵敏测量电场的需求。探索基于二维材料的电场测量技术，有利于提高电场测量的灵敏度。


技术实现要素：

3.为解决以上问题，本发明提供了一种电致伸缩电场测量装置，包括基底、凹槽、电致伸缩材料部、二维过渡金属硫属化合物层、第一电极、第二电极，凹槽设置在基底的表面，电致伸缩材料部设置在凹槽内，二维过渡金属硫属化合物层固定在基底上，二维过渡金属硫属化合物层覆盖凹槽，二维过渡金属硫属化合物层与电致伸缩材料部的顶部接触，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的两侧。
4.更进一步地，电致伸缩材料部不与凹槽的侧壁接触。
5.更进一步地，电致伸缩材料部的顶部设有凹陷。
6.更进一步地，电致伸缩材料部的高度大于凹槽的深度。
7.更进一步地，电致伸缩材料部顶部的中间部位高，电致伸缩材料部顶部的边缘部位低。
8.更进一步地，二维过渡金属硫属化合物层的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化钨、碲化钨、硒化钨。
9.更进一步地，第一电极和第二电极的材料为金或银。
10.更进一步地，电致伸缩材料部的材料为铌镁酸铅、锆钛酸铅镧、锆钛酸铅钡。
11.本发明的有益效果：本发明提供了一种电致伸缩电场测量装置，包括基底、凹槽、电致伸缩材料部、二维过渡金属硫属化合物层、第一电极、第二电极，凹槽设置在基底的表面，电致伸缩材料部设置在凹槽内，二维过渡金属硫属化合物层固定在基底上，二维过渡金属硫属化合物层覆盖凹槽，二维过渡金属硫属化合物层与电致伸缩材料部的顶部接触，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的两侧。应用时，将本发明置于待测电场中，待测电场作用到电致伸缩材料部，改变了电致伸缩材料部的高度，通过电致伸缩材料部与二维过渡金属硫属化合物层的作用，改变了二维过渡金属硫属化合物层内的应力，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，通过第一电极和第二电极测量二维过渡金属硫属化合物层导电特性的变化，实现电场测量。通过在电场中旋转本装置，可以测量电场的方向。在本发明中，待测电场不仅通过电致伸缩材料部作用到二维过渡金属硫属化合物层上，改变了二维过渡金属硫属化合物层的应力，而且直接作用到二维过渡金属硫属化合物层上，改变了二维过渡金属硫属化合物层中的载流子密度和电子化学势，
从而更多地改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性。因此，本发明能够实现更高灵敏度的电场测量。
12.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
13.图1是一种电致伸缩电场测量装置的示意图。
14.图2是又一种电致伸缩电场测量装置的示意图。
15.图中：1、基底；2、凹槽；3、电致伸缩材料部；4、二维过渡金属硫属化合物层；5、第一电极；6、第二电极；7、凹陷。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1
18.本发明提供了一种电致伸缩电场测量装置。如图1所示，包括基底1、凹槽2、电致伸缩材料部3、二维过渡金属硫属化合物层4、第一电极5、第二电极6。凹槽2设置在基底1的表面。凹槽2的形状可以为长方体形或立方体形，在此不做限制。优选地，凹槽2的形状为长方体形，便于在其中设置电致伸缩材料部3。也就是说，凹槽2的底部为平面，便于设置电致伸缩材料部3。基底1的材料为绝缘材料。基底1的材料为二氧化硅。电致伸缩材料部3设置在凹槽2内。电致伸缩材料部3的材料为铌镁酸铅、锆钛酸铅镧、锆钛酸铅钡中的任一种。电致伸缩材料部3的材料也可以是这些材料的组合。在电场的作用下，电致伸缩材料3伸长或收缩。电致伸缩材料部3不与凹槽2的侧壁接触，以免凹槽2的侧壁限制电致伸缩材料部3伸缩或膨胀。二维过渡金属硫属化合物层4固定在基底1上，并且二维过渡金属硫属化合物层4覆盖凹槽2。在待测电场的作用下，当电致伸缩材料部3作用到二维过渡金属硫属化合物层4上时，二维过渡金属硫属化合物层4不会脱离基底1。二维过渡金属硫属化合物层4覆盖凹槽2。二维过渡金属硫属化合物层4与电致伸缩材料部3的顶部接触，以便于当电致伸缩材料部3伸长时，对二维过渡金属硫属化合物层4产生更强的力学作用。二维过渡金属硫属化合物层4的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化钨、碲化钨、硒化钨中的任一种。第一电极5和第二电极6分别置于二维过渡金属硫属化合物层4上凹槽2的两侧。第一电极5和第二电极6的材料为金或银，用以联通外电路。
19.应用时，将本发明置于待测电场中，待测电场作用到电致伸缩材料部3，改变了电致伸缩材料部3的高度，通过电致伸缩材料部3与二维过渡金属硫属化合物层4的作用，改变了二维过渡金属硫属化合物层4内的应力，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性，通过第一电极5和第二电极6测量二维过渡金属硫属化合物层4导电特性的变化，实现电场测量。在本发明中，待测电场不仅通过电致伸缩材料部3作用到二维过渡金属硫属化合物层4上，改变了二维过渡金属硫属化合物层4的应力，而且直接作用到二维过渡金属硫属化合物层4上，通过电致伸缩材料部3余二维过渡金属硫属化合物层4之间的界面改变了二
维过渡金属硫属化合物层4中的载流子密度和电子化学势，从而更多地改变了二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性。因为二维过渡金属硫属化合物层4属于二维材料，所以电致伸缩材料部3与其之间的界面状态能够显著地影响其载流子密度和电子化学势。因此，本发明能够实现更高灵敏度的电场测量。
20.实施例2
21.在实施例1的基础上，如图2所示，电致伸缩材料部3的顶部设有凹陷7。也就是说，电致伸缩材料部3的顶部具有很多凹坑。相邻凹坑之间形成突出部。突出部可以具有尖端也可以不具有尖端。优选地，突出部具有尖端，进一步减少受力面积。这样一来，电致伸缩材料部3与二维过渡金属硫属化合物层4的接触面积减小，从而增加了接触处的力，从而在接触处，局部地更多改变二维过渡金属硫属化合物层4中的应力或应变，从而形成载流子浓度和电子化学势的不均匀分布，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性，从而实现更高灵敏度的电场测量。
22.实施例3
23.在实施例2的基础上，电致伸缩材料部3的高度大于凹槽2的深度。也就是说，电致伸缩材料部3突出基底1的上表面。这样一来，当电致伸缩材料部3伸长时，所伸长的长度更多，所以能够更多地使得二维过渡金属硫属化合物层4产生形变，更多地改变二维过渡金属硫属化合物层4中的应力，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性，从而实现更高灵敏度的电场测量。
24.更进一步地，致伸缩材料部3顶部的中间部位高，电致伸缩材料部3顶部的边缘部位低。这样一来，增加了电致伸缩材料部3顶部与二维过渡金属硫属化合物层4的作用面积，使得各个凹陷7的边缘均与二维过渡金属硫属化合物层4具有较好的接触，在多处改变二维过渡金属硫属化合物层4的应力，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性，从而实现更高灵敏度的电场测量。
25.更进一步地，凹陷7内设有压电材料颗粒，压电材料颗粒高于凹陷7的深度。也就是说，压电材料颗粒突出凹陷7。这样一来，当电致伸缩材料部4伸长时，压电材料颗粒受到压力作用，压电材料颗粒表面出现正、负电荷分布，改变了二维过渡金属硫属化合物层4表面的局域电场，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层4的导电特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
26.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。