【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料电学性能测试的低温台，具体涉及一种针对小试样的电学测试的低温台。
技术介绍
1、功能陶瓷，因其具有声、光、热、电、磁这些性质被广泛应用于航空航天、能量传输、信号检测等众多高精尖
因此检测功能陶瓷材料的服役温度范围、不同服役温度下的铁电性能、电卡效应，是分析材料性能，确定材料选用的关键部分。
2、功能陶瓷材料的耐压等电学性能与其尺寸息息相关，在同种材料相同致密度的情况下，陶瓷的尺寸越小，其所具有的耐压能力越弱；现在随着对电子器件高性能、小型化、集成化的需求不断加大，厚度薄且尺寸小的功能陶瓷在微型电子设备和传感器等领域具有广泛的应用。同时，配套的检测设备至关重要，以确保这些微型陶瓷的性能和质量达到预期水平。因此，科研人员正积极探索各种制备工艺和检测方法，以实现这一目标，并推动微型电子器件的发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有介电、铁电、电卡效应等低温测试装备结构复杂的问题，提供一种无需真空泵，且可用于小尺寸、薄试样的低温电介质测试系统。
2、一种小试样低温电学性能测试台，包括控温系统和待测样品测试系统；
3、所述的控温系统包括装配下底座1、4块装配竖板2、干氮气输入孔3、穿线孔5、斜方出气孔7、操作台外罩8、操作台出气孔9、热电偶插入口10、装配上盖板11、内部封闭保温液氮桶12、多层哑铃状导热结构13、导热连接杆14、带有凹槽的板状铜块15和操作台空腔上盖16；
4、所述的底座1和装配上
5、所述的装配上盖板11上设有干氮气输入孔3、热电偶插入口10和操作台外罩8；一根pvc管穿过干氮气输入孔3将干氮气输送到内部封闭保温液氮桶12的内部，使其在实验过程中维持内部正压；操作台外罩8设置在装配上盖板11上表面的中心处，操作台外罩8上设有操作台空腔上盖16，操作台外罩8的中心处设有斜方出气孔7，斜方出气孔7的外部设有操作台出气孔9；斜方出气孔7与内部封闭保温液氮桶12连通，干氮气通过干氮气输入孔3进入到内部封闭保温液氮桶12中，经内部封闭保温液氮桶12内部的液氮降温后由操作台出气孔9进入操作台外罩8内部，充满操作台空间，维持待测样品周围的温度为-150℃，最后从斜方出气孔7排出；
6、所述的带有凹槽的板状铜块15的下部设置在装配上盖板11开设的孔中，带有凹槽的板状铜块15的上部高于装配上盖板11，设置在操作台空间中；热电偶通过热电偶插入口10插入到测试台内部，套在带有凹槽的板状铜块15的中间凸起顶部，以测量待测样品17的温度；加热环套接在带有凹槽的板状铜块15的中间凸起底部；多层哑铃状导热结构13设置在内部封闭保温液氮桶12的内部，多层哑铃状导热结构13通过导热连接杆14与带有凹槽的板状铜块15相连接，便于热量传输；
7、所述的待测样品测试系统包括摇杆式探针4和转接架定线器6；所述的转接架定线器6为外接电压的连接处，导线固定在转接架定线器6上，其中正极导线与摇杆式探针4相连接，负极导线穿过穿线孔5与带有凹槽的板状铜块15相连接，为待测样品测试提供电压；
8、所述的摇杆式探针4作为上电极，带有凹槽的板状铜块15作为下电极；待测样品17放置在摇杆式探针4与带有凹槽的板状铜块15之间。
9、本专利技术的测试原理：
10、一、冷却样品：干氮气输入孔3、内部封闭保温液氮桶12和斜方出气孔7作为存贮液氮和干氮气的通道，当向干氮气输入孔3输送干氮气时，由于干氮气输入孔3与内部封闭保温液氮桶12相连，内部封闭保温液氮桶12内的液氮会吸收从干氮气输入孔3输入干氮气的热量，使其温度迅速降低到与液氮一致的温度；于此同时，新输入的干氮气会使内部封闭保温液氮桶12内部气压稍稍增加，略大于外部气压，进而将内部封闭保温液氮桶12内部原有的低温气体排出到操作台，对需要测试的样品起到降温的作用和排出空气的作用，待干氮气充满操作台后，最后在斜方出气孔7逸出；内部封闭保温液氮桶12中液氮与多层哑铃状导热结构13相接触，多层哑铃状导热结构13又与导热连接杆14、带有凹槽的板状铜块15相连，与带有凹槽的板状铜块15与待测样品17直接接触，在此过程中利用铜的良好导热性能给样品降温；
11、二、加热待测样品17及对待测样品17进行温度检测：将商用环形氧化铝加热环套在带有凹槽的板状铜块15的中间凸起底部板状铜块高度为4mm，加热环高度为1mm，利用商用环形氧化铝加热环对带有凹槽的板状铜块15进行加热，利用干氮气给待测样品17降温，利用加热环给待测样品17升温，因此通过调节加热环的升温速率就可对待测样品17的温度进行控制，在温度检测方面使用热电偶对样品的温度进行监测；将热电偶连接一个环状的金属圈接头，其套在带有凹槽的板状铜块15的顶部板状铜块高度4mm，环状金属圈高度为1mm，距离下面加热环2mm，实现对待测样品17温度的检测。
12、本专利技术使用方法：
13、将本专利技术一种小试样低温电学性能测试台放置于平整台面上，将干氮气输入孔3密封，取下装配上盖板11，将商用环形氧化铝加热环和与热电偶相连的环状金属圈固定在带有凹槽的板状铜块15上；将导线固定在转接架定线器6上，其中正极导线与摇杆式探针4相连接，负极导线穿过穿线孔5与带有凹槽的板状铜块15相连接；向内部封闭保温液氮桶12中倒入液氮，再将装配上盖板11固定回去；将待测样品17放置在摇杆式探针4与带有凹槽的板状铜块15之间；接通测试提供高压的电源和商用环装加热环电源，热电偶电源，打开干氮气输入孔3，缓慢输送干氮气，将测试台操作台内部空气排出，30秒后便可开始测试。
14、本专利技术的优点：
15、一、铜具有很好的导热性能，在导热过程中与高温端和低温端的接触面积越大，其导热效率越高；本专利技术中使用多层哑铃状导热结构13增加了与液氮的接触面积，在导热效率上效率比单只铜杆要高很多；
16、二、本专利技术的优势在于适用于小试样厚度低至0.05mm、低温时耐受电场可达33kv/cm、强度承受外力10n以下的样品测试。目前，国内外其它低温电学测试台不能兼顾试样厚度低且强度不高的样品测试。当功能陶瓷试样的厚度降低至200μm以下时，其强度大幅下降，采用鳄鱼夹和弹簧探针容易破坏试样，而本专利技术的优点在于使用摇杆式探针4作为上电极，其活动灵活，整体轻质，对试样施加压力小且可以方便更换。此外，在低温下空气中水蒸气易在样品腔中液化、凝结，由于凝结的水或冰会含有一定的杂质，增强了其导电性，降低了测试的电压范围。而本专利技术则采用使用液氮冷却样品和样品台并从下往上往样品腔中通干氮气，并使样品腔保持一定的正压，借助干氮气吹扫将空气排出，使样品处于全干氮气保护环境，从而避免了上述问题；本专利技术一种小试样低温电学性能测试台测试的电压范围为0～33kv/cm；
【技术保护点】
1.一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述小试样低温电学性能测试台包括控温系统和待测样品测试系统；
2.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的底座(1)、装配竖板(2)、操作台外罩(8)和内部封闭保温液氮桶(12)的材质均为聚四氟乙烯材料。
3.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的内部封闭保温液氮桶(12)是直径为10cm，高为10cm的圆桶，圆桶的上盖设有三个预留孔，两边的孔分别与氮气输入孔(3)和操作台出气孔(9)相连通；导热连接杆(14)穿过中间的孔。
4.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的多层哑铃状导热结构(13)、导热连接杆(14)和带有凹槽的板状铜块(15)的材质为铜。
5.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的摇杆式探针(4)为棒状导体，直径为1.7mm，长度为30mm，重量为0.44g，材质为铜，触点为平面或半球面，对待测样品施加的压力为0N～10N。
6.根据权利要求1所述的一种小
7.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的待测样品(17)的材质为铁电陶瓷或压电陶瓷，厚度为0.05mm～30mm。
8.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的加热环为氧化铝环形加热环，加热环内径22mm，外径40mm，厚度为1mm。
9.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的操作台结构简单，无需真空泵系统。
...【技术特征摘要】
1.一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述小试样低温电学性能测试台包括控温系统和待测样品测试系统；
2.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的底座(1)、装配竖板(2)、操作台外罩(8)和内部封闭保温液氮桶(12)的材质均为聚四氟乙烯材料。
3.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的内部封闭保温液氮桶(12)是直径为10cm，高为10cm的圆桶，圆桶的上盖设有三个预留孔，两边的孔分别与氮气输入孔(3)和操作台出气孔(9)相连通；导热连接杆(14)穿过中间的孔。
4.根据权利要求1所述的一种小试样低温电学性能测试台，其特征在于所述的多层哑铃状导热结构(13)、导热连接杆(14)和带有凹槽的板状铜块(15)的材质为铜。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯华，刘斌，李方喆，罗蕙佳代，曹璐，田晶鑫，唐晓慧，孙少杰，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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