一种外加电场条件下测量液体折射率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及物性参数测量领域，尤其涉及一种外加电场条件下测量液体折射率的 方法。
【背景技术】
[0002] 以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有 技术。
[0003 ]软性液体电光材料的电光调控在光通信领域的电光调制器、电光开关、光波导、以 及液体显示器、光通信领域的电光调制器、电光开关、光波导等、液晶显示器、微结构内填充 电光软材料的光子晶体光纤、电控液体微透镜阵列、电控空间光调制器、大功率固体激光栗 浦及电光调Q、基于电致变色原理的智能玻璃、基于手性向列型液晶与手性离子液复合而成 的电纸(E-paper)等等领域均有广泛的应用。而在上述应用中，软性液体电光材料折射率随 外电场的变化规律是一个必须了解的因素。
[0004] 由于软性液体电光材料同普通液体材料一样具有流动性和可塑性这些液体的共 性特点，目前实验室用于测量液体折射率的方法如CCD测量液体折射率、玻璃毛细管焦点测 量法、共焦球面F-P干涉仪测量法、迈克尔逊干涉仪测量法、最小偏向角测量法等方法也基 本可以用来对其折射率进行测量。
[0005] 但采用以上方法测量液体折射率的所有报道中，尚未见到针对软性电光材料折射 率在电场/温度场协同作用下的研究报道。针对这一问题的测量已有的测试方案中均存在 一定缺陷。首先，已有测量方案很少提到测量装置精度对折射率测量结果的影响，尤其是当 需要高精度测量时，对测量装置加工精度需达到何种要求缺乏明确定义，此外已有测量方 法中无法考虑外加电场变化时折射率发生的微小变化。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提出一种外加电场条件下测量液体折射率的装置，能够准确获 得不同外加电场下电流变液或离子液体的折射率。
[0007] 根据本发明的外加电场条件下测量液体折射率的方法，包括：
[0008] S1、使样品容器的注入孔垂直朝上，从所述注入孔将待测液体注入样品容器中，去 除待测液体中的气泡，然后将样品容器密封后放在调整好的样品台上；
[0009] S2、将样品容器两端的电极片分别与电源的正负极连接，并使光源组件产生的入 射光线从样品容器的一个侧腰入射、从另一个侧腰出射；
[0010] S3、不断转动样品台以改变入射光线在样品容器上的入射角，直至所述入射角与 从样品容器出射的出射角相等，获取出射光线的最小偏向角
[0011] S4、基于所述最小偏向角，按照公式1确定待测液体的折射率η:
[0013]式中，A为样品容器的顶角；
[0014] 其中，样品容器包括样品槽和电极片；
[0015] 样品槽为由三片玻璃组成的等腰空心三棱镜，样品槽两个侧腰面之间的夹角为样 品容器的顶角，所述注入孔设置在样品槽的第三侧面上;样品槽的高度h与底边边长1之间 满足如下关系:h= (0.5~1.35) XI;
[0016] 电极片与样品槽形成密封结构，包括:设置在样品槽底面的第一电极片和设置在 样品槽顶面的第二电极片;第一电极片和第二电极片分别与电源的正负极连接，用于产生 电场。
[0017] 优选地，为了简化样品槽的结构，样品槽为等边空心三棱镜，样品槽的高度与底边 边长相等。
[0018] 优选地，样品槽的两个侧腰由透光玻璃构成，样品槽的第三侧面由毛玻璃构成;两 片透光玻璃的光程相等。
[0019] 优选地，所述三片玻璃通过光学冷胶胶合在一起，样品槽的塔差在Γ以内、样品槽 的光圈在2个圈以内；
[0020] 为了减少由于入射光线在样品槽内反射、折射和衍射而导致的光强减弱，增强探 测单元的接收信号，所述三片玻璃的胶合边缘采用毛化处理。
[0021 ]优选地，样品槽的制作方法包括：
[0022]按照样品槽的尺寸切割玻璃片，并且使玻璃片的长宽尺寸预留1毫米、厚度预留 〇. 2毫米;然后对玻璃片进行粗磨，使玻璃片的角度误差在正负4度范围内；
[0023]先利用四轴机进行抛光，使玻璃片的光洁度为3级、光圈为3个、平行度为15'；然后 通过调整校正板调整玻璃片，使玻璃片的光洁度为2级、光圈为1个圈、平行度为5秒，并且使 透光玻璃的光程达到1/6〇λ;其中，λ为入射光线的波长；
[0024] 采用光学冷胶将三片玻璃片胶合在一起，并通过平行光管进行胶合角度调整，使 得胶合后的样品槽的角度满足预设的角度值。
[0025] 优选地，电极片的形状与样品槽的底面和顶面的形状相同，电极片上焊接由导线， 通过该导线与电源连接；
[0026] 或者，电极片的形状为箭头状，电极片的三角形箭头与样品槽的底面和顶面的形 状相同，电极片的箭头尾部上设置有小孔;导线的一端缠绕在所述小孔上，导线的另一端与 电源连接。
[0027] 优选地，电极片为铂片；
[0028] 或者，电极片以钛作为基底，所述基底上镀铂。
[0029] 优选地，电极片的厚度为3_。
[0030] 优选地，电极片的制作方法包括：
[0031] 将钛基底除油后，用46目刚玉砂在0.4Mpa的压力下对钛基底进行喷砂处理；
[0032 ]分别用水基清洗剂、流动水和去离子水洗清钛基底，以去除钛基底表面的沙尘，然 后在活化剂溶液中对钛基底进行活化处理，以提高镀层在钛基底上的结合力；
[0033] 在二亚硝基二氨铂酸性体系水溶液中在钛基底的表面电镀铂，镀层厚度50μπι。
[0034] 优选地，步骤S1之前进一步包括:用酒精清洗样品容器的内外表面，用棉签擦干样 品容器上的水分，然后将样品容器放入恒温干燥箱内干燥24h。
[0035] 根据本发明的外加电场条件下测量液体折射率的方法，包括:包括:使样品容器的 注入孔垂直朝上，从注入孔将待测液体注入样品容器中，去除待测液体中的气泡，然后将样 品容器密封后放在调整好的样品台上；将样品容器两端的电极片分别与电源的正负极连 接，并使光源组件产生的入射光线从样品容器的一个侧腰入射、从另一个侧腰出射;不断转 动样品台以改变入射光线在样品容器上的入射角，直至入射角与从样品容器出射的出射角 相等，获取出射光线的最小偏向角;基于最小偏向角，按照公式1确定待测液体的折射率。本 发明通过在样品槽的底面和顶面设置电极片，能够为待测液体施加均匀的电场，从而准确 测量外加电场作用下液体折射率发生的变化。
【附图说明】
[0036] 通过以下参照附图而提供的【具体实施方式】部分，本发明的特征和优点将变得更加 容易理解，在附图中：
[0037] 图1是根据本发明优选实施例的外加电场条件下测量液体折射率的装置的示意 图；
[0038] 图2是根据本发明优选实施例的电极片主视图；
[0039]图3是根据本发明优选实施例的电极片俯视图；
[0040] 图4是根据本发明优选实施例的电极片左视图。
【具体实施方式】
[0041] 下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描 述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
[0042] 本发明基于最小偏向角测量法设计外加电场条件下测量液体折射率的方法，通过 在样品槽的底面和顶面设置与电源连接的电极片，为样品槽内的待测液体提供电场，从而 能够实现外加电场条件下液体折射率的测量。
[0043] 根据本发明的外加电场条件下测量液体折射率的方法，包括:S1、使样品容器的注 入孔垂直朝上，从所述注入孔将待测液体注入样品容器中，去除待测液体中的气泡，然后将 样品容器密封后放在调整好的样品台上。电场对液体折射率的影响很小，若样品容器表面 存在杂质，会导致测量结果存在较大的误差，为了避免这种现象的发生，步骤S1之前可以进 一步包括:用酒精清洗样品容器的内外表面，用棉签擦干样品容器上的水分，然后将样品容 器放入恒温干燥箱内干燥24h。
[0044] S2、将样品容器两端的电极片分别与电源的正负极连接，并使光源组件产生的入 射光线从样品容器的一个侧腰入射、从另一个侧腰出射；
[0045] S3、不断转动样品台以改变入射光线在样品容器上的入射角，直至入射角与从样 品容器出射的出射角相等，获取出射光线的最小偏向角S min;
[0046] S4、基于最小偏向角，按照公式1确定待测液体的折射率η:
[0048]式中，A为样品容器的顶角；
[0049]其中，样品容器包括样品槽和电极片;样品槽为由三片玻璃组成的等腰空心三棱 镜，样品槽两个侧腰面之间的夹角为样品容器的顶角，注入孔设置在样品槽的第三侧面上。
[0050] 根据本发明的外加电场条件下测量液体折射率的方法，采用的测量装置包括:光 源组件、样品台12、样品容器、电源11以及探测组件。样品台12和探测组件位于光源组件产 生的入射光线的光路上，样品容器放置于样品台12上，包括样品槽22和电极片23。由于测量 光程中可能需要旋转或移动样品槽，若样品槽发生旋转或移动，则其出射光信号的方向也 有可能发生改变。为了便于样品槽22旋转和移动的时光信号的探测，探测组件可以与样品 槽一起设置在样品台12上。电极片23包括设置在样品槽底面的第一电极片和设置在样品槽 顶面的第二电极片，第一电极片和第二电极片分别与电源的正负极连接，用于产生电场，从 而使得样品槽22内的待测液体处于电场作用下。入射光线从样品槽22的一个侧腰入射、从 另一个侧腰出射，探测组件采集经样品槽22出射的光信号，通过对该光信号的分析确定外 加电场条件下液体的折射率。样品槽2的侧边可以设置注入孔，用于注入样品或者抽出样 品。
[0051] 图1示出了根据本发明优选实施例的外加电场条件下测量液体折射率测量装置的 示意图。其中，光源组件可以包括:光谱灯1、转塔2、镜面3、光谱灯电源4、聚光镜5、斩波器6、 斩波器控制器7、滤色镜转化器8、狭缝9。光源组件与样品槽22之间还可以设置有准直器10， 以对入射光线进行准直处理。转塔2主要用于在不同的光谱灯电源4之间实现转换，斩波器6 主要用于提取特定频率的光谱信号，以便锁相放大器放大。滤色镜转化器8主要用于在光谱 灯电源4为不同波长时选取不同的滤波片，以便削弱杂散光信号。狭缝9可用于调节进入样 品槽22的光通量的大小，其大小的调