外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微小尺度物性参数测量领域，尤其涉及外电场作用下液体贴壁附面层 透射率的测量系统。
【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] 目前，检验微小尺样品透过率的的设备主要是显微镜。其中，红外波段由于其不可 见性，测量起来要远远比可见波段复杂。红外显微镜目前常用于电子设备检测故障预防、红 外热成像、微电子芯片电路可靠性分析等领域，主要用于测量微量或微小尺度的固体样件， 如:测量微小颗粒和微量污染物、测量多层次不同组分聚合物、检测半导体器件、集成电路、 印刷电路板等。
[0004] 已有理论研究表明施加电场后离子液体附面层内透射率会发生较大变化，从学术 角度而言研究清楚附面层内的通光行为特别是精确的测量出通电情况下液体附面层透射 率随外加电压的变化对电化学等基础学科领域的发展有很大的促进作用。针对此问题红外 显微镜在测试机理上无疑也是适用的，然而需解决一系列问题，并对待测样品槽和实验系 统进行重新设计，如目前用红外/可见显微镜测量物质往往是直接将待测物质做成玻片样 本或直接放置在载物台上测量，这一方式对固体物质固然可行，然而对于液体物质，由于载 物台上缺乏用以承装液体的容器等相关设备，因此对于测量液体微小尺度透过率需要特殊 加工适应于微观区域测量的样品件。另外，由于显微镜载物台通常都是敞开而非封闭的测 量过程中往往容易受到一些诸如外界杂散光的影响，若待测物质对光存在强吸收，或存在 多频率信号输入情况下，则会造成测量结果发生不准。在红外显微镜的实际使用过程中，若 待测液体的厚度未知，或待测液层的厚度不均匀，由此引发的显微镜聚焦时无法在同一位 置聚焦，导致每回测量时入射光的通光强度都不一样，以上种种因素都会导测量误差，造成 无法准确获得此时待测液体的透射率。目前已经公开发表的专利或文献中尚未见相关讨 论。
[0005] 因此，现有技术中需要一种能够准确测量外电场作用下液体微小尺度透射率的技 术方案。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提出一种外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统，能 够解决外加电场作用下电流变液/离子液体附面层内的透射率测量问题。
[0007] 根据本发明的外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统，包括:入射光源、 样品槽、电源以及测量单元;其中，
[0008] 样品槽包括：底座和两个电极板;底座的两侧向上凸起，使得底座具有凹型横截 面;底座的两端分别设置一个电极板；电极板为"
"型凸台结构，包括:垂直于底座的电极 板主体和设置在电极板主体侧边的水平凸起;水平凸起与底座端部的凹型空腔形状配合； 两个电极板分别与电源的正负极连接，用于产生电场；
[0009] 入射光源产生的入射光线从靠近电极板的液体附面层位置处、沿着垂直于液体液 面和电场的方向入射；
[0010] 测量单元位于入射光线的光路上，用于接收从样品槽出射的光信号并分析获取外 电场作用下液体贴壁附面层的透射率。
[0011] 优选地，水平凸起在水平方向上的伸出长度1满足如下关系：
[0014] 式中，μ为样品槽内液体的粘度，单位为:Pa · s;p为样品槽内液体的密度，单位为： g/cm3 ;L为两个电极板之间的距离，单位为:cm;E为电场强度，单位为:v/m。
[0015] 优选地，样品槽还包括盖板；电极板的水平凸起在垂直方向上的厚度与底座侧边 的凸起高度相等，水平凸起的上表面与底座侧边凸起的上表面在同一平面内，盖板覆盖在 底座侧边凸起和所述水平凸起之上。
[0016] 优选地，所述盖板的与液体接触的一面镀铬、并设置有聚焦记号，用于聚焦时作为 位置调整的基准。
[0017] 优选地，盖板的厚度不超过3mm。
[0018] 优选地，底板和/或盖板的材料为:CaF2或BaF2。
[0019 ]优选地，电极板为表面镀铂的钛或铌。
[0020] 优选地，两个电极板之间的平行度、以及盖板与底板之间的平行度不大于0.5%; 电极板的加工粗糙度小于Ral. 6;底板和盖板加工的光洁度为60-40,光圈3个，平行度不大 于0.5%，底板和盖板中无气泡、无散射颗粒。
[0021] 优选地，水平凸起在垂直方向上的厚度不超过3mm。
[0022] 优选地，根据本发明的测量系统进一步包括斩波器和两个锁相放大器；
[0023] 斩波器设置在入射光源与样品槽之间，用于截取特定频率的波长信号;两个锁相 放大器设置在样品槽与测量单元之间，用于消除斩波器的调制频率和交流电频率改变带来 的影响、并放大从样品槽出射的光信号。
[0024] 根据本发明的有益效果：
[0025] (1)样品槽底座的两端分别设置与电源正负极连接的电极板，能够为样品槽内的 液体提高电场，进而测量外电场作用下液体折射率的变化；
[0026] (2)将底座的两侧向上凸起、将电极板设计为"
"型凸台结构，使得水平凸起与底 座端部的凹型空腔形状配合，便于准确获得样品槽内液体的厚度，提高测量结构的准确性；
[0027] (3)电极板的水平凸起在垂直方向上的厚度与底座侧边的凸起高度相等，水平凸 起的上表面与底座侧边凸起的上表面在同一平面内，底座侧边凸起和水平凸起之上覆盖一 个盖板，能够避免由于液体表面张力引起的液位不平问题；
[0028] (4)在入射光源与样品槽之间设置斩波器，能够截取特定频率的波长信号作为入 射光源;在样品槽与测量单元之间设置两个锁相放大器，一方面能消除斩波器的调制频率 和交流电频率改变带来的影响，另一方面能够并放大从样品槽出射的光信号，防止因为从 样品槽出射的光信号太弱而无法获取或无法准确分析出液体折射率。
【附图说明】
[0029] 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：
[0030] 图1是根据本发明的外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统的原理图；
[0031] 图2a是根据本发明的样品槽底座的主视图，图2b是根据本发明的样品槽底座的俯 视图，图2c是根据本发明的样品槽底座的左视图；
[0032]图3a是根据本发明的样品槽电极板的主视图，图3b是根据本发明的样品槽电极板 的俯视图，图3c是根据本发明的样品槽电极板的左视图；
[0033]图4a_4e是根据本发明优选实施例中两个电极板的平行度与电场均匀性之间的关 系不意图；
[0034]图5是采用本发明优选实施例的测量系统测量液体贴壁附面层透射率的流程图。
【具体实施方式】
[0035]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。
[0036]参见图1，根据本发明的外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统，包括： 入射光源10、样品槽20、电源30以及测量单元40。本发明采用样品槽盛放待测液体，样品槽 20包括:底座21和两个电极板22。其中，底座21的两侧向上凸起，使得底座21具有凹型横截 面;底座21的两端分别设置一个电极板22。图2a是根据本发明的样品槽底座的主视图，图2b 是根据本发明的样品槽底座的俯视图，图2c是根据本发明的样品槽底座的左视图。底座21 两侧的两个凸起以及底座两端的两个电极板构成样品槽20的四个侧面，这四个侧面形成的 半封闭结构可以用于盛放待测液体。由于样品槽20对光信号的吸收，光信号透过样品槽20 后会受到削弱，若从样品槽20出射的光信号过于弱，容易使得测量单元40无法根据较弱的 光信号准确分析出样品槽20内液体的折射率，甚至使得测量单元40获取不到光信号。为了 避免这种情况的发生，可以使样品槽20对指定波长范围的光信号的透过率不低于某一阈 值，如90 %。优选地，为了便于光信号的传输，底板21的底板21的材料可以为CaF2或BaF2。
[0037] 电极板22为"
"型凸台结构，包括:垂直于底座21的电极板主体221和设置在电极 板主体221侧边的水平凸起222。图3a是根据本发明的样品槽电极板的主视图，图3b是根据 本发明的样品槽电极板的俯视图，图3c是根据本发明的样品槽电极板的左视图。水平凸起 222与底座21端部的凹型空腔形状配合，所形成的半封闭结构可以用于盛放待测液体。两个 电极板22分别与电源30的正负极连接，当打开电源30时，两个电极板22之间产生电场，使得 样品槽20内的液体处于外电场作用下。
[0038] -般金属作为阳极使用的过程中会不断溶解，使得其与镀层之间存在空隙，表面 的镀层会随着该金属阳极的溶解迅速脱离。由于钛、铌等属于阀金属，直接作为电极阳极使 用时会钝化而停止反应和导电，所以自身不会溶解和腐蚀，当使用钛、铌等阀金属作为电极 阳极时不容易因为基底溶解导致铂镀层脱落，导电镀层寿命较长。因此，根据本发明的优选 实施例。电极板22为表面镀铂的钛或铌。
[0039] 水平凸起的伸出长度主要由液体的附面层厚度决定，最终又由液体的电化学物性 质定，即外加电场作用下场强不均匀性的尺寸决定。附面层厚度大的，对应电极板的水平凸 起的伸出长度可以较小，只要能保证足够的待测距离即可。优选地，水平凸起在水平方向上 的伸出长度1满足如下关系：
[0040] l = 1.25/d
[0042] 式中，μ为样品槽内液体的粘度，单位为:Pa · s;P为样品槽内液体的密度，单位为： g/cm3 ;L为两个电极板之间的距离，单位为:cm;E为电场强度，单位为:v/m。
[0043] 水平凸起在垂直方向上的厚度主要由液体的吸收系数决定，水平凸起越薄越难以 加工。若水平凸起太厚且样品槽内的液体厚度小于水平凸起厚度，则不便于待测液体的添 加，同时也不利于准确获取样品槽内的液体厚度