二维层状材料界面电接触特性测试方法技术

一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法

【技术实现步骤摘要】
二维层状材料界面电接触特性测试方法、装置和存储介质


[0001]本专利技术涉及一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法
、
装置和存储介质，属于润滑领域和摩擦技术设计领域
。

技术介绍

[0002]导电环是太阳帆板驱动装置
(SADA)
内部关键组件，在卫星全寿命周期内无限连续旋转，承担星体和太阳电池阵间功率和电信号传输的重要任务，未来高轨道电推进卫星要求
SADA
具备高压大功率电传输能力
。
现有导电环在力
‑
电
‑
热多物理场耦合作用下会产生较多磨屑，磨屑一方面对环刷间电接触稳定性存在影响，另一方面在空间失重及电磁场的综合作用下，存在将电极搭接短路的风险，会引发太阳帆板驱动装置发生严重的弧光放电，以致整星能源系统失效
。
影响导电滑环磨屑量与电接触稳定性的主要因素是电刷材料及其表
/
界面摩擦力学特性
。
以石墨为代表的二维层状材料已被证明在大气及真空环境中具有更好的层间减摩抗磨损特性且在理论上具备更好的层间导电性能，因此，基于二维层状材料制备石墨薄膜电刷丝为研发高压大功率
SADA
提供了新的思路
。
但目前仍然缺乏有效的二维层状材料界面滑动电接触特性的分析方法，难以探究界面滑动电接触特性的变化规律，严重制约了石墨等二维层状材料在高压大功率
SADA
研发中的应用
。
[0003]目前针对界面电接触特性的测试均为静态测试，即接触界面间不发生相对滑动，其研究结果无法指导
SADA
导电环固体润滑剂的选取；针对滑动电接触特性的研究仅有少量仿真计算，其正确性迫切需要通过实验测试进行验证
。
由于现有方法均无法完成滑动状态下的电接触特性测试和分析，亟待解决
。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，二维层状材料界面滑动电接触特性缺乏实验测试及分析方法，无法为二维层状材料在航天器导电环中的工程应用提供技术支撑的问题，提出了一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法
、
装置和存储介质
。
[0005]本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
[0006]一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，包括：
[0007]选取二维层状材料构建二维层状材料基底，将二维层状材料完整无污染包覆于原子力显微镜的导电探针上，组成二维层状材料导电探针；
[0008]搭建二维层状材料导电探针与二维层状材料基底的界面间滑动电接触测量回路；
[0009]调整界面的法向偏压
、
扫描速度
、
接触角度及温度，测量界面电压及电流
、
法向接触应力及摩擦力；
[0010]计算界面接触电阻，建立接触电阻关于其他界面参数的表征模型，通过调整表征模型参数实现对所选二维层状材料的界面滑动电接触特性分析
。
[0011]二维层状材料基底的构建具体为：
[0012]选取硬质基底，通过
PMMA
胶带将所选二维层状材料的纳米薄片转移至硬质基底表面，获取二维层状材料基底，硬质基底与二维层状材料纳米薄片间设置有金基底
。
[0013]二维层状材料导电探针的完整无污染包覆方法具体为：
[0014]设置原子力显微镜为接触模式，利用原子力显微镜带动导电探针在二维层状材料基底上表面滑动，实时测量导电探针与二维层状材料基底间的法向载荷，滑动过程中当法向载荷增加至预设值时，完成二维层状材料于导电探针表面的完整无污染包覆
。
[0015]界面间滑动电接触测量回路具体为：
[0016]以二维层状材料导电探针的二维层状材料纳米薄片
、
二维层状材料基底上表面的二维层状材料
、
金基底
、
导电探针
、
地为组成部分构成界面间滑动电接触测量回路
。
[0017]在界面间滑动电接触测量回路中，将完成无污染包覆的二维层状材料导电探针与二维层状材料基底上表面的二维层状材料对摩，设置扫描方向及扫描速度，并在对摩接触界面施加法向偏压，确定接触角度及界面温度；对摩过程中测量界面电压
、
电流
、
法向接触应力及摩擦力
。
[0018]接触电阻关于其他界面参数的表征模型的建立方法为：
[0019]改变法向偏压
、
扫描速度
、
接触角度及温度，通过界面间滑动电接触测量回路测量界面电压及电流
、
法向接触应力及摩擦力，记录同一时刻的所有数据；根据界面电压及电流计算界面接触电阻，记录连续指定时间内各时刻对应的所有数据，根据所得数据汇总结果建立接触电阻关于其他界面参数的表征模型，并根据表征模型确定接触电阻与其他参数的变化关系，表征模型具体为：
[0020][0021][0022][0023]式中，
R
为接触电阻，
U
为法向偏压，
I
为电流，
R
i
为单点接触电阻，
k
为非线性比例因子，
V
为扫描速度，
T
为温度，
F
Ni
为单点法向接触应力，
F
N
为法向接触应力，其中，接触电阻与接触角度无关
。
[0024]根据接触电阻关于其他界面参数的表征模型，界面滑动接触电阻符合欧姆定律，扫描速度与接触电阻正相关；法向接触应力与接触电阻负相关
。
[0025]一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析装置，用于实现滑动电接触特性测试及分析方法，包括输入模块
、
建模模块
、
分析模块，其中：
[0026]输入模块，用于向二维层状材料基底上表面输入调整后的法向偏压
、
电流
、
法向接触应力及摩擦力；
[0027]建模模块，用于建立界面接触电阻关于界面的法向偏压
、
扫描速度
、
接触角度
、
温度
、
电压
、
电流
、
法向接触应力及摩擦力的表征模型；
[0028]分析模块，通过调整表征模型参数实现对所选二维层状材料的界面滑动电接触特
性分析
。
[0029]一种电子设备，包括：存储器
、
处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如前述的二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法
。
[0030]一种计算机可读存储介质，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于包括：选取二维层状材料构建二维层状材料基底，将二维层状材料完整无污染包覆于原子力显微镜的导电探针上，组成二维层状材料导电探针；搭建二维层状材料导电探针与二维层状材料基底的界面间滑动电接触测量回路；调整界面的法向偏压
、
扫描速度
、
接触角度及温度，测量界面电压及电流
、
法向接触应力及摩擦力；计算界面接触电阻，建立接触电阻关于其他界面参数的表征模型，通过调整表征模型参数实现对所选二维层状材料的界面滑动电接触特性分析
。2.
根据权利要求1所述的一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于：二维层状材料基底的构建具体为：选取硬质基底，通过
PMMA
胶带将所选二维层状材料的纳米薄片转移至硬质基底表面，获取二维层状材料基底，硬质基底与二维层状材料纳米薄片间设置有金基底
。3.
根据权利要求1所述的一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于：二维层状材料导电探针的完整无污染包覆方法具体为：设置原子力显微镜为接触模式，利用原子力显微镜带动导电探针在二维层状材料基底上表面滑动，实时测量导电探针与二维层状材料基底间的法向载荷，滑动过程中当法向载荷增加至预设值时，完成二维层状材料于导电探针表面的完整无污染包覆
。4.
根据权利要求2所述的一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于：界面间滑动电接触测量回路具体为：以二维层状材料导电探针的二维层状材料纳米薄片
、
二维层状材料基底上表面的二维层状材料
、
金基底
、
导电探针
、
地为组成部分构成界面间滑动电接触测量回路
。5.
根据权利要求4所述的一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于：在界面间滑动电接触测量回路中，将完成无污染包覆的二维层状材料导电探针与二维层状材料基底上表面的二维层状材料对摩，设置扫描方向及扫描速度，并在对摩接触界面施加法向偏压，确定接触角度及界面温度；对摩过程中测量界面电压
、
电流
、
法向接触应力及摩擦力
。6.
根据权利要求5所述的一种二维层状材料界面滑动电接触特性测试及分析方法，其特征在于：接触电阻关于其他界面参数的表征模型的建立方法为：改变法向偏压
、
扫描速度
、
接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳敏，于国庆，张强，刘继奎，张猛，张可，张韶华，肖杰，刘兰英，蒋俊，王梦茵，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：