一种流体电阻测量装置的制作方法

本发明属于电子材料性能检测技术领域，尤其涉及一种流体电阻测量装置。

背景技术：

液态金属是一类常温下呈现液态的低熔点合金，具有优异的导电性、导热性、流动性、可拉伸性、化学惰性等优异性能，是一种极具潜力的新兴电子材料。近年来，围绕液态金属的科学研究和工业化应用受到广泛关注。液态金属导电性表征(电阻率/电导率测定)是液态金属研究的一个重要内容。

针对液态金属电阻的检测，目前研究人员通过直接打印的方法将液态金属打印成不同宽度的线条来测量线条电阻，再计算电阻率，由于打印精度有限、基材缺陷等因素难以避免线条宽度、厚度等不均匀导致测量数据存在较大偏差。研究者还通过刻槽的方法在一定深度、一定长度的沟槽内填充液态金属来测量其电阻，但沟槽的制作过程繁琐，沟槽深度、宽度不均匀，以及液态金属由于表面张力较大难以实现较好填充等问题都给液态金属电阻测量带来一定问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种流体电阻测量装置,以解决现有技术中针对导电流体缺少统一标准的电阻测量工艺。

在一些说明性实施例中，所述流体电阻测量装置，包括：中空管体，具有用以灌注待测量的导电流体的管道，以及位于所述管道两端的管口，导电流体通过所述管口灌注到所述管道中或自所述管道中倒出；两个密封塞，用于封堵所述中空管体的管口，每个密封塞与所述管口之间采用可拆卸式连接；其中，每个所述密封塞上分别设置有一贯穿塞体的电极，电极的一端用于与位于管道内的导电流体接触，电极的另一端作为检测电极。

在一些可选地实施例中，沿所述中空管体的延伸方向，所述管道的截面一致。

在一些可选地实施例中，所述密封塞与所述管口之间通过如下之一或任意组合的方式配合连接：螺纹配合、内塞式配合、外套式配合和磁吸配合。

在一些可选地实施例中，所述两个密封塞中至少存在一个密封塞上设置有贯穿塞体的气孔，以及与所述气孔配合的气塞。

在一些可选地实施例中，所述流体电阻测量装置，还包括：温度检测组件，用于监测所述管道内导电流体的温度。

在一些可选地实施例中，所述流体电阻测量装置，还包括：温控系统，所述温控系统包括所述温度检测组件，还包括：温度控制组件，用于调整所述管道内导电流体的温度。

在一些可选地实施例中，所述流体电阻测量装置，还包括：电阻检测组件，用于通过连接所述检测电极，测量管道内的导电流体的电阻相关参数。

在一些可选地实施例中，所述导电流体包括液态金属或以液态金属为主的导电混合物。

在一些可选地实施例中，所述中空管体与所述密封塞用于与所述导电流体接触的表面附着有以以下物质形成疏液态金属层：石蜡或邻二羟基酚类化合物与胺类化合物在溶解状态下的反应物。

在一些可选地实施例中，所述管体和密封塞的主体采用绝缘的硬质或柔性材质。

本发明的另一个目的在于提出一种流体电阻测量方法，该方法基于上述任一项的流体电阻测量装置，包括：将导电流体注满流体电阻测量装置的中空管体内的管道中，再通过密封塞将中空管体的管口封堵住，并保证密封塞位于管体内的电极与该位置处的所述导电流体接触；将电阻检测组件的检测端接在密封塞暴露在管道外的检测电极，获取电阻检测组件显示的电阻相关参数。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明利用管体测量导电流体的电阻，可以实现等标准的电阻测量，避免了铺设导电线路过程中各种对导电线路的形状的影响，再有通过该方式测量后的导电流体易于回收，降低了研究过程中的材料损耗，另外，本发明中的电阻测量设备结构简单、测量简便。

附图说明

图1是本发明实施例中的电阻测量设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中的电阻测量设备的结构示意图；

图3是本发明实施例中的电阻测量设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

首先，为了便于本领域技术人员可以更快的理解本发明实施例，在此对本发明的主要思想进行简要说明。本专利提出的导电流体测量方法是利用连通器原理在一根一定长度和内径的管体内灌注导电流体，再在管体两端管口处嵌入带电极的密封塞，然后对管内导电流体通一恒定电流，从而通过电阻检测仪读取导电流体的电阻值。在此基础上，可根据管体截面积和长度计算导电流体的电阻率或电导率。本专利保护的技术方案所涉及的设备组装、拆洗方便，易于操作，数据测量精度高，适用范围广，对导电流体，尤其是对液态金属研究及应用具有重要意义。

现在参照图1，图1示出了本发明实施例中的流体电阻测量装置的结构示意图，如该结构示意图所示，本发明公开了一种流体电阻测量装置，用于测量导电流体的电阻相关参数，如电阻值/电阻率/电导率等，方法包括：中空管体1，管体1具有用以灌注待测量的导电流体5的管道，以及位于所述管道两端的管口；导电流体5通过所述管口灌注到所述管道中或自所述管道中倒出；两个密封塞2，用于封堵所述中空管体1的管口，防止灌注后的导电流体5从管口处流出/渗漏，每个密封塞2与所述管口之间采用可拆卸式连接；其中，每个所述密封塞2上分别设置有一贯穿塞体的电极3，电极3的一端用于与位于管道内的导电流体5接触，电极的另一端作为用于与外部检测装置藕接的检测电极使用。

本发明的装置测量导电流体的电阻，可以实现等标准的流体电阻测量，避免了现有技术中由于多种因素的影响导致由打印/印刷方式铺设的导电线路的形状不一致。再有，本发明中的装置可以反复使用，满足各种导电流体的测量，通过更换导电流体或采用相同规格的装置的方式测量不同导电流体的电阻，可形成标准统一的对比例，以满足实验研究、工业生产的测试需求。第三，测量后的导电流体可回收，且回收方式通过倒出即可，易于回收。第四，本发明的测量装置的结构灵活简单，制作成本低。

在一些实施例中，管体1内的中空结构形成的管道沿管体的延伸方向(即长度方向)，其管道的截面一致，即管道自其延伸方向形状尺寸均匀一致，避免导电流体处于管体内检测时，导电流体沿长度方向的形状尺寸不一致，影响最终测量的电阻值的问题。在一些其他实施例中，管体1的管道的结构亦可不一致，此时流体电阻测量装置可作用于比较两种或两种以上的导电流体的电阻差异。优选地，管体1的管腔内径可为圆形、方形、三角形、多边形、以及其它不规则形状，均可满足对导电流体的测量或对比需求。

在一些实施例中，管体1可采用绝缘材料，从而保证导电流体与电极之间的正常电连接，又或者采用非绝缘材料，但在非绝缘材料表面需要涂覆一层或多层的绝缘保护层，起到电隔离的作用。管体1自身的材质可采用硬质或柔性材质，例如玻璃、塑料、硅胶等其它硬质或柔性材料。优选地，管体1的材质应选用透明或半透明材料，以便于通过外部观察即可观察到导电流体在管体1管道中的灌注情况。

在一些实施例中，密封塞2与管体1的端口之间为可拆卸式配合连接，其与管体1的端口形状具有一定的对应性，以满足封堵密封和配合连接的要求，其连接具体可包括螺纹配合、内塞式配合、外套式配合和磁吸配合等其它常规物理连接方式，螺纹连接如在密封塞2与管体1之间的连接处分别设置有公螺纹和母螺纹，两者通过螺纹配合连接；内塞式连接则例如将密封塞2通过挤压的方式使其嵌入到管体1的管口内相应位置处，实现封堵连接；外套式连接则例如密封塞2通过挤压套接的方式套嵌在管体1的管口外相应位置处，实现封堵连接。磁吸配合如在密封塞2与管体1之间的连接处设置分别设置磁钢，靠近时吸合，分离时通过一定的力度拆开。本领域技术人员应该可以理解上述连接方式可相互组合或与现有技术中的其它连接方式组合构成本方案中的密封塞2的连接结构，其中可使用卡持件、密封垫片、密封胶等配合。

优选地，密封塞2为主体呈分段式结构，包括塞体和封堵头，封堵头的口径与管道的管口对应，通过少量过盈的方式嵌在管口处，塞体则卡持在管口处；其中，封堵头的外侧可套入并卡持有一磁钢圈，磁钢圈与塞体贴合，封堵头仍有部分暴露在外用于嵌入管口中。而管体的管口外侧同样设置有与磁钢圈配合的磁体，两者通过封堵头与管口的少量过盈和磁吸配合连接并密封。

密封塞2装配到管体1的管口处时，容易造成管道内的气体挤压，不利于气体的排出，导致管内的导电流体存在变形空间，影响导电流体的电阻测量效果，在一些实施例中，所述两个密封塞2中至少存在一个密封塞上设置有贯穿塞体的气孔，以及与气孔配合的气塞，气孔用于在密封塞2挤压管道时，排出受挤压的空气，当密封塞2组装完成后，再通过气塞封堵气孔，尽可能的减小管道内的存在的空气，从而降低导电流体的变形空间。优选地，两个密封塞2均采用上述气孔结构，以解决当导电流体自身密度较大时，气泡无法通过重力的原因从一端顺利导到另一端的问题。

密封塞2的主体(除其上电极外)可采用绝缘材料，与绝缘管体的作用效果一致，又或者采用非绝缘材料，但在非绝缘材料表面需要涂覆一层或多层的绝缘保护层。密封塞2的主体可采用硬质或柔性材质，例如玻璃、塑料、硅胶、木质等具有一定硬度，可满足封堵密封强度的材质。

优选地，密封塞2与管体1中至少一个采用柔性材质，以便于通过挤压的方式实现密封封堵。

密封塞2上的电极3，可采用柔性的导电纤维、导电布等，亦可以采用硬质的固态金属或其它硬质电极,其形状可为丝状、针状、片状等其它规则或不规则形状；优选地，电极贯穿密封塞2位置的结构应采用小尺寸，如针状、丝状，以便于使用。密封塞2可通过注塑/注模的方式实现与电极3的连接。

如图2，在一些实施例中，电阻测量设备还可包括温控系统(附图未示出)，包括用于监测所述管道内导电流体的温度的温度检测组件，以及用于调整所述管道内导电流体的温度的温度控制组件。优选地，温度检测组件可采用温度感测探头，以便于贴合在管体表面。温度控制组件则可采用加热线圈，套在/设置在管体外部，亦或是采用现有技术中的其它电热组件/设备。

在一些实施例中，温度检测组件和温度控制组件可设置在管体的不同夹层中，其输入和/或输出导线自管体的表面引出。

由于测量电阻领域中，温度作为影响电阻的重要因素之一，因此，在一些实施例中，温度检测组件可抛离温控系统独立设置，以得到温度作为得到的电阻参数的衡量因素。优选地，温度传感器与温控系统均可采用贴附式与管体配合，在不使用时，与管体可分离。

在一些实施例中，温度控制组件亦可以采用易于管体分离的结构，如贴合或包覆，在一些实施例中，温度系统可采用温控箱，流体电阻测量装置则放置在该温控箱中。

在一些实施例中，所述电阻测量设备，还包括：电阻检测组件4，用于通过连接所述检测电极，测量管体内的导电流体的电阻相关参数。具体的，电阻检测组件4可采用目前市面上的电阻检测仪。

在一些实施例中，本发明中的导电流体是指具有一定导电能力、且具有一定流动能力的液体，液体可如水状流动性较好，亦可为粘稠状流动性较差的。具体的，导电流体可包括离子电解液、液体金属及其混合物、导电浆料(如导电碳浆、导电银浆等)、导电高分子材料等。

优选地，本发明实施例中的流体电阻测量装置可应用于测量液态金属及其混合物的电阻，液态金属又称为低熔点金属，其包括熔点在300摄氏度以下的低熔点金属单质或合金，合金成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、银、铜、钠、钾、镁、铝、铁、镍、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种，其形式可以是金属单质、合金，也可以是金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。具体地，流体分散剂优选为乙醇、丙二醇、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

具体的，液态金属包括汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。这类低熔点金属具有优秀的导电性和液相流动性，因此在新型电子结构制造领域有着独特的应用价值。

在一些实施例中，流体电阻测量装置整体可采用耐温材料(主要指管体和塞体)，以支持温控系统加热使液态金属处于熔融状态。

优选地，液态金属可采用熔点低于30℃的液态金属包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、银、铜、钠、钾、镁、钙、铝、铁、镍、钴、锰、钛、钒、锑元素中的一种或几种；所述熔点低于30℃的液态金属复合材料包括所述熔点低于30℃的单质、合金中至少一种与金属粉、金属氧化物粉、无机非金属粉、高分子粉、有机化合物中至少一种的混合物；所述金属粉包括银粉、金粉、铜粉、镍粉、钴粉、铁粉、锌粉、钛粉、铬粉、镁粉中至少一种；所述金属氧化物粉包括氧化铜、氧化铁、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化锌、氧化钛、氧化镁、氧化钒中至少一种；所述无机非金属粉包括碳粉、石墨烯、碳纳米管、二氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、玻璃纤维、硅藻土、蛭石、沸石、钛酸钡、硅酸钙和硅酸铝中至少一种；所述高分子粉包括聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚中至少一种；所述有机化合物为巯基化合物中至少一种；所述复合材料中的填充粉体的尺寸为5纳米～100微米；所述填料含量为0.5％～40％。其中，液态金属合金的熔点通过该合金的相图所示出的熔点变化曲线，采用相应配比，已满足该熔点要求。

在一些实施例中，所述中空管体与所述密封塞用于与所述导电流体接触的表面附着有以以下物质形成疏液态金属层：石蜡或邻二羟基酚类化合物与胺类化合物在溶解状态下的反应物。优选地，本发明中疏液态金属层是由邻二羟基酚类与胺类中的氨基发生反应所产生的，其性质稳定且反应不可逆，可长时间保持其层结构。

本发明针对电阻测量设备，还公开了以下优选实施例：

优选实施例1

一种液态金属电阻测量设备，由一根长为40cm，内径为2.5mm的中空硅胶管、两套密封塞、两根长为5cm、直径为1mm的铜丝、一台电阻测量仪构成。如图3(a)所示，密封塞为聚四氟乙烯螺纹鲁尔接头，接头一端与硅胶软管连接，另一端中心打孔固定铜丝电极，两接头通过螺纹连接。铜丝电极一端伸入硅胶管内与液态金属接触，另一端在硅胶管外与电阻测量仪的测量头直接接触。

优选实施例2

一种液态金属电阻测量设备，由一根长为40cm，内径为10mm的中空聚乙烯管、两个密封塞，两根长为3cm、直径为0.5mm的铜丝，四片6*6mm的铜片，一台电阻测量仪构成。如图3(b)所示，密封塞为氟橡胶外套式密封塞，中部打孔固定铜丝电极。铜丝电极两端焊接铜片，电极一端伸入软管内与液态金属接触，另一端在软管外与电阻测量仪的测量头直接接触，片状电极较丝状电极的接触面积大，可降低接触电阻，减小测量误差。

优选实施例3

一种液态金属电阻测量设备，由一根长为60cm，内径为5mm的中空聚丙烯管、两个密封塞，两根长为3cm、直径为0.1mm的铜丝，两片15*15mm的铜片，一台电阻测量仪构成。如图3(c)所示，密封塞为ABS内塞式密封塞，中部打孔固定铜丝电极。铜丝电极一端伸入软管内与液态金属接触，另一端在软管外焊接铜片，铜片与电阻测量仪的测量头直接接触，以增大接触面积，降低接触电阻，减小测量误差。

本发明的另一个目的在于提出一种流体电阻测量方法，该方法基于上述任一项的流体电阻测量装置，包括：将导电流体注满流体电阻测量装置的中空管体内的管道中，再通过密封塞将中空管体的管口封堵住，并保证密封塞位于管体内的电极与该位置处的所述导电流体接触；将电阻检测组件的检测端接在密封塞暴露在管道外的检测电极，获取电阻检测组件显示的电阻相关参数。

本发明针对上述测量方法，还公开一优选实施例，其中电阻测量设备的管体采用柔性绝缘材质，具体测量方法包括：

1)将硅胶管体弯折形成等高U形管，并将其固定；

2)用注射器吸取GaIn液态金属(该步骤应保持针尖始终没入液态金属中，防止吸入空气)；

3)将步骤2)中吸取了液态金属的注射器针尖插入步骤1)中U形管中任一开口内，将液态金属注射到管内；(因为液态金属密度大，液态金属会自动流入U形管底部，又由于连通器原理，液态金属会从U形管底部向两端开口处逐渐填充，从而较充分地排出管内空气)

4)待液态金属完全填充满U形管后，用固定有铜丝电极的密封塞(螺纹接头)将U形管两端开口密封；过程中塞体上的气孔处于打开状态，当组件完成后分别通过气塞封堵气孔，减小残留空气。

5)将电阻测量仪的测量头与步骤4)中柔性管两端电极接触，测量其电阻；；

6)读取电阻值后取下硅胶管，打开两端螺口密封塞，管内液态金属自动流出；

7)分别用氢氧化钠水溶液和乙醇溶液反复冲洗硅胶管、密封塞、铜丝电极；

8)将步骤7)中清洗的硅胶管、密封塞、铜丝电极烘干。

本发明通过上述实施例中，可避免灌注到管体内的导电流体产生气泡，影响检测/测量。

在某实施例中，用所述电阻测量仪测试GaIn液态金属的电阻值5次，计算其电阻平均值为0.02614欧，通过公式(σ为电导率，R为电阻测量仪测试的液体金属的电阻值，L为柔性管两端电极末端之间灌注液态金属的长度，d为柔性管内径)，计算其电导率为3.259*106S/m。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。