一种瞬态电流测量系统

1.本实用新型涉及电化学技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种瞬态电流测量系统。


背景技术：

2.材料或器件的表面在受到外界激励信号的激励之后，表面的电荷的分布会发生变化，通过对瞬时态的电荷的测量，可以对材料或者器件的表面性能进行检测，但现有的检测技术容易受到外界的干扰，测量瞬态信号不准确。
3.瞬态电流测试时，瞬态激发之后，都需要相对稳定的测试环境和测试过程，不允许有大的变化，体系环境需要均一，这样的测试环境很难控制，测试环境一旦变化太大就会对测试结果造成一定的误差。因此，需要一个稳定的测试环境，能够反应材料的瞬时的状态。但现有的检测技术容易受到外界的干扰，测量瞬态信号不准确。因此，有必要提出一种新的瞬态电流测量系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，本实用新型实施例所提供的技术方案如下：
5.本实用新型实施例提供了一种瞬态电流测量系统，包括：函数发生器、电极模块、信号放大器、示波器，其中：
6.电极模块包括网状电极和探针电极，探针电极与函数发生器电连接，网状电极与信号放大器的输入端口电连接，示波器与信号放大器的输出端口电连接；
7.在进行测量时，在网状电极的网格上形成含有待测量样品的溶液的液膜，且探针电极与液膜接触，函数发生器为液膜中待测量样品反应提供外在电压，示波器显示待测量样品对应的瞬态电流。
8.在本实用新型的一种可选实施例中，系统还包括屏蔽箱，电极模块设置在屏蔽箱内。
9.在本实用新型的一种可选实施例中，电极模块包括至少两个网状电极，且各网状电极之间间隔指定间距上下叠放设置，各网状电极分别与信号放大器的输入端口电连接，在进行测量时，在各网状电极对应的网格上形成含有待测量样品的溶液从上至下形成连通的液膜。
10.在本实用新型的一种可选实施例中，各网状电极的网格相互上下对齐设置。
11.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的各网格大小相同。
12.在本实用新型的一种可选实施例中，电极模块包括至少两个探针电极，各探针电极分别函数发生器电连接，在进行测量时，在网状电极的至少两个网格上分别形成含有不同待测量样品的溶液的液膜，各探针电极分别与对应的液膜接触。
13.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的网格大小不相同。
14.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的网格按预设顺序依次减小。
15.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的电极线由ag和agcl 的复合材料制成，且网状电极的部分网格所在的电极线经过指定化学处理。
16.在本实用新型的一种可选实施例中，系统还包括直流电压源，直流电压源与信号放大器的供电端口电连接。
17.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：
18.测量系统中电极模块采用网状电极与探针电极，在测量时，包含待测量样品的溶液能够在网状电极的网格上形成稳定的液膜，网状电极的网格具有电磁屏蔽作用，液膜也能提供稳定的测试环境，从而能够提高瞬态电流测量的准确性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
20.图1为本实用新型实施例的一个示例中一种瞬态电流测量系统结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例的一个示例中另一种瞬态电流测量系统结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例的一个示例中包含多个网状电极的电极模块的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例的一个示例中包含多个探针电极的电极模块的结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例的一个示例中通过电化学工作站获取的循环伏安曲线；
25.图6为本实用新型实施的一个示例中通过本实用新型提供的瞬态电流测量系统获取的超快的循环伏安曲线；
26.附图标记：
27.1-函数发生器；
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2-电极模块；
28.3-信号放大器；
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4-示波器；
29.5-屏蔽箱；
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6-直流电压源；
30.21-网状电极；
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22-探针电极。
具体实施方式
31.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
32.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用
的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
33.针对上述问题，本实用新型实施例提供了一种瞬态电流测量系统。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及本实用新型的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。
34.图1为本实用新型实施例提供的一种瞬态电流测量系统结构示意图，如图1所示，该系统可以包括：函数发生器1、电极模块2、信号放大器3、示波器4，其中：
35.电极模块2包括网状电极21和探针电极22，探针电极22与函数发生器1电连接，网状电极21与信号放大器3的输入端口电连接，示波器 4与信号放大器3的输出端口电连接。
36.其中，函数发生器1用于产生指定波形的预设三角波，通过探针电极22参与对待测量样品的激励，即为液膜中待测量样品反应提供外在电压。可以理解的是，预设三角波可以根据需求进行设定，在不同测量过程中可以采用不同的预设三角波，在此不做限定。信号放大器3用于对输入的瞬态电流信号进行放大，并将放大后的瞬态电流信号输出值示波器4进行显示。
37.在进行测量时，在网状电极21的网格上形成含有待测量样品的溶液的液膜，且探针电极22与液膜接触，函数发生器1为液膜中待测量样品反应提供外在电压，示波器4显示待测量样品对应的超快的瞬态电流。
38.具体地，在进行测量时，需要在网状电极21的网格上形成含有待测量样品的溶液的液膜，液膜的形成可以通过两种方式实现。
39.其一，可以将待测将样品分散在相应的支持电解质溶液中，将分散有样品的支持电解质溶液在网状电极21的网格上形成液膜，然后将探针电极22与形成的液膜接触。其中，可以将分散有样品的支持电解质溶液以液滴的形式滴在网状电极21的网格上形成液膜，或者将网状电极21 浸泡在分散有样品的支持电解质溶液中后取出，从而在网状电极21的网格上形成液膜。
40.其二，在探针电极22上蘸上待测量样品，网状电极21的网格中形成相应的支持电解质溶液的液膜，然后将蘸有待测量样品的探针电极22 与形成的液膜接触。其中，可以将支持电解质溶液以液滴的形式滴在网状电极21的网格上形成支持电解质溶液的液膜，或者将网状电极21浸泡在支持电解质溶液中后取出，从而在网状电极21的网格上形成支持电解质溶液的液膜。
41.网状电极21上的网格可以借助表面张力，保持整个待测量样品的反应体系的稳定性，保持液膜的稳定性。将探针电极22插入到网络电极上某一网格的液膜中与包含待测量样品的支持电解质溶液接触，函数发生器1发出的预设三角波，为液膜中的离子或者电荷提供外在电压，液膜中的离子或者电荷会在该外在电压的作用下发生迁移，即产生对应的瞬态电流，并输入信号放大器3后经过放大后输出至示波器4进行显示。
42.可以理解的是，本实用新型在测量时，将探针电极22插入到网状电极21上某一网格的液膜中，与包含待测量样品的溶液接触后，可以测试溶液中离子变化产生的实时的瞬态电流，从而可以得到电流时间曲线，并进一步结合外接电压，可以得到超快的循环伏安曲线。这个时间尺度可以从100纳秒到几十分钟的范围，实现多时间尺度的瞬态电流测量系统，研究范围广泛。
43.本实用新型提供的方案，测量系统中电极模块采用网状电极与探针电极，在测量时，包含待测量样品的溶液能够在网状电极的网格上形成稳定的液膜，网状电极的网格具有电磁屏蔽作用，液膜也能提供稳定的测试环境，从而能够提高瞬态电流测量的准确性。
44.在本实用新型的一种可选实施例中，如图2所示，该系统还包括屏蔽箱5，电极模块2设置在屏蔽箱5内。
45.具体地，为了进一步放置外界对反应环境的干扰，本实用新型实施例中还增加了一个屏蔽箱5，将电极模块2放置在该屏蔽箱中。
46.进一步地，再次参考图2，系统还包括直流电压源6，直流电压源6 与信号放大器的供电端口电连接。
47.具体地，直流电压源6用于为信号放大器3供电，具体来说，直流电压源6的型号可以根据实际需求进行选定。
48.在本实用新型的一种可选实施例中，电极模块包括至少两个网状电极，且各网状电极之间间隔指定间距上下叠放设置，各网状电极分别与信号放大器的输入端口电连接，在进行测量时，在各网状电极对应的网格上形成含有待测量样品的溶液从上至下形成连通的液膜。
49.其中，多个网状电极可以上下对齐叠放，也可以不对齐叠放，不同层之间的指定间距可以相等也可以不相等。各网状电极分别与信号放大器的输入端口电连接。
50.具体地，如图3所示，测量系统的电极模块包含三个上下对齐叠放的网状电极21，三个网状电极21分别通过导线与信号放大器的输入端口电连接。通过这种多层叠加形式的网状电极21，可以测量从探针电极 22出发，经过三层网状电极21后不同时间的瞬态电流的差异。具体来说，在三层网状电极21的网格a、b、c处形成由上至下连通的包含待测量样品的溶液的液膜，并将探针电极22与网格a处的液膜接触，即可以获得经过三层网状电极21的网格a、b、c后，不同时间对应的瞬态电流的差异。这里获取连通的包含待测量样品的溶液的液膜也可以采用前述两种方式进行操作，在此不再赘述。
51.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的各网格大小相同。
52.进一步地，电极模块包括至少两个探针电极，各探针电极分别函数发生器电连接，在进行测量时，在网状电极的至少两个网格上分别形成含有不同待测量样品的溶液的液膜，各探针电极分别与对应的液膜接触。
53.具体地，如图4所示，网状电极21的每个网格可以是标准大小，从而可以进行多个不同待测量样品的对比测试的同时进行。
54.如下图4所示，可以在网状电极21的三个网格d、e、f中施加不同的电解质溶液，或者在每一个探针电极22粘附不同的样品颗粒，换言之，在不同的三个网格d、e、f中形成包含不同待测量样品的溶液的液膜。由于三个网格d、e、f可以实现反应环境几乎相同的，从而可以实现高通量的多点测量瞬态电流。需要说明的是，在此测量场景下，系统的电极模块包括多个探针电极22，每个探针电极22都与函数发生器电连接，如图4所示，图中设置了三个探针电极22，分别同时三个网格d、 e、f中的液膜接触，完成各自瞬态电流的测量。
55.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的网格大小不相同。
56.进一步地，网状电极的网格按预设顺序依次减小。
57.具体地，网状电极中的各网格的尺寸大小可以不同，例如，网格尺寸从第一个网格
逐渐减小，从而实现空间限域。可以用于研究粒子传输和传质的问题。利用网格不同的空间尺寸，粒子传输、传质等都可以得到准确的测量。例如，对于1微米的颗粒，1mm的网格空间已经足够大，对于500微米的颗粒，在1mm网格空间中不足以描述空间无限大的模型，自由扩散边界条件不明显。因此通过选择不同网格尺寸，对于同一颗粒，可以观测一颗粒传质从受限到不受限的整个过程。
58.在本实用新型的一种可选实施例中，网状电极的电极线由ag和agcl 的复合材料制成，且网状电极的部分网格所在的电极线经过指定化学处理。
59.具体地，网状电极由多根电极线横纵交叉相连构成，网状电极的电极线材料可以均为ag/agcl复合材料。进一步地，网状电极的某些网格上的电极线还可以进行额外的处理，比如，某一个网格没做化学修饰可以作为对电极，另一个网格经过化学修饰作为参比电极；网格形成材料不同，用来对比不同电极材料的测试性能结果。
60.下面通过一个对比实验对本实用新型提供的方案的有益效果进行进一步说明。如图5所示，在电化学工作站上使用超微电极作为工作电极，测量0.01m铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液作为支持电解质溶液的循环伏安曲线，其电压扫描范围是-0.2v～0.6v，扫描速度为0.05v/s，即频率为1/32hz。在该频率的扫描速度下，fe2+与fe3+之间相互转化的氧化峰和还原峰并不明显，仅仅只有极限扩散电流平台。如图6所示，为采用本实用新型的测量系统测试的0.01m铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液作为支持电解质溶液，其中由于电化学效应，在-0.2v～0.6v，1hz的三角波信号下的电流情况。首先，对比本实用新型提供的测量系统的结果与电化学工作站的结果，可以看到，图6的曲线中明显出现了氧化峰和还原峰，这与工作站的结果相比可以获取更多有效信息；其次，在工作站上电压扫描频率仅仅为1/32hz，如果扫描速度增加，工作站将无法获得任何有效信息，而在本实用新型提供的测量系统中，将电压扫描频率提升至1hz 和2hz的情况下，仍然可以获取有效更多的信息，证实了本实用新型提供的测量系统的有效性。
61.应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
62.以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。