一种气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及薄膜材料压电常数测量装置和测量方法，尤其涉及一种采用气腔压力 法的薄膜材料压电常数测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002] 压电常数（Piezoelectric Constant)是压电体把机械能转变为电能或把电能转 变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性（机械）性能与介电性能之间的耦合关系。 选择不同的自变量，可以得到四组压电常数d、g、e、h，其中较常用的是压电常数d。其中压 电常数d 33是表征压电材料性能的最常用的重要参数之一，一般陶瓷的压电常数越高，压电 性能越好。下标中的第一个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向， "33"表示极化方向与测量时的施力方向相同。
[0003] 压电常数测量的基本原理是利用材料的压电效应，包括正压电效应和逆压电效 应。即给薄膜施加应力，测量产生的电荷（电压）；或给薄膜施加电压，测量产生的应变， 由此推得薄膜的压电系数。
【主权项】
1. 一种气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置，其特征在于：将待测薄膜材料放置在 全封闭气腔内，所述全封闭气腔通过压力控制器连接气源，由压力控制器控制全封闭气腔 内的压力，所述全封闭气腔包括上盖板、中间腔体和下盖板，所述上盖板和中间腔体之间以 及中间腔体和下盖板之间设置有密封圈，在所述下盖板上的中间腔体内设置有支撑柱，支 撑柱上设置有待测薄膜材料放置平台，平台上有待测薄膜材料放置凹孔，用来放置待测薄 膜材料，平台边设置有内导电柱，所述内导电柱分别与所述待测薄膜材料上下两面的电极 电连接，内导电柱通过同轴线与设置在腔体壁上的连通全封闭气腔内外的外导电柱电连 接，外导电柱的外接线连接电荷放大器，通过电荷放大器连接到数字示波器；所述压力控制 器连接有数字压力计，所述全封闭气腔内还设置有热电偶传感器，热电偶传感器连接监控 用数字温度计。
2. 如权利要求1所述的气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置，其特征在于：所述外 导电柱设置在下盖板壁上。
3. 如权利要求1所述的气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置，其特征在于：所述中 间腔体外的下盖板上设置有水平监控泡，下盖板下方设置有多个支撑底脚，所述支撑底脚 上均设置有高度调节螺钉。
4. 如权利要求3所述的气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置，其特征在于：所述支 撑底脚设置为三个，均匀设置在下盖板下方，每个支撑底脚间夹角为120度。
5. -种应用如权利要求1所述的测量装置测量薄膜材料压电常数的测量方法，其特征 在于包括以下步骤：（1)打开上盖板，将待测薄膜材料置于全封闭气腔之中，将待测薄膜材 料的上下电极引线与内导电柱相连；（2)确认所述内导电柱与外导电柱连接后关闭全封闭 气腔；（3)采用氮气瓶作为气源供气，将压力控制器先置于数值A kPa，并向全封闭气腔内 实施该压力；(4)记录此时数字压力表的示值P1IcPa,通过待测薄膜材料后，外导电柱连接的 电荷放大器的转换倍率匕，在数字示波器上得到的对应所示的电压值V 1; (5)再将压力控制 器置于数值B kPa，并向全封闭气腔内实施该压力，记录此时的数字压力表的示值P2kPa，通 过待测薄膜材料后变化的电荷放大器的转换倍率k 2，数字示波器的所示的电压值V2; (6)采 用以下的公式得到压电常数d33
，其中M为薄膜材料的面积。
【专利摘要】本发明涉及薄膜材料压电常数测量装置，属于测量领域。一种气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置，其特征在于：将待测薄膜材料放置在全封闭气腔内，所述全封闭气腔通过压力控制器连接气源，由压力控制器控制全封闭气腔内的压力，所述待测薄膜材料上下两面的电极与设置在全封闭气腔的腔体壁上的连通全封闭气腔内外的导电柱电连接，所述导电柱的外接电线连接电荷放大器，最后连接到数字示波器，所述压力控制器连接有数字压力计，所述全封闭气腔内还设置有热电偶传感器，热电偶传感器连接监控用数字温度计。本发明的测量装置和测量方法测试简单直接，待测薄膜材料在测试中非常稳定，大大提高了测试精度。
【IPC分类】G01R29-22
【公开号】CN104635065
【申请号】CN201510043869
【发明人】安兆亮, 邓峥, 何龙标, 傅云霞, 杨平, 陈文王
【申请人】上海市计量测试技术研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日