[發明專利]一種基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201310090992.7
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103217243A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 白亞磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置，其特征在于包括底座（1）、圓臺形測量體（2）、石墨烯片層（3）和銅箔電極（4）；所述圓臺形測量體（2）固定在底座（1）上，在圓臺形測量體（2）側面均勻分布若干塊等面積的石墨烯片層（3），銅箔電極（4）對應各石墨烯片層（3）兩側弧線的邊緣設置。

2.根據權利要求1所述的基于石墨烯的表面摩擦力的測量裝置，其特征在于所述石墨烯片層（3）有四塊。

3.根據權利要求1或2所述的基于石墨烯的表面摩擦力的測量裝置，其特征在于圓臺形測量體（2）的側面與底面夾角為45°。

4.一種權利要求1所述基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置的使用方法，該裝置中石墨烯片層（3）為四塊，其特征在于包括以下步驟：

1）將表面摩擦力測量裝置放置于摩擦力標定系統內，在已知來流摩擦力大小和角度的情況下，使來流流過該裝置，產生鈍體繞流,標定出摩擦力系數C和角度系數K_q；

2）校準出表面摩擦力測量裝置各石墨烯片層區域的系數曲線；

3）將校準后的表面摩擦力測量裝置放入待測流體中，使待測流體流過測量裝置產生鈍體繞流；測量出各石墨烯片層區域兩端電壓，依據電壓最大原則初步判斷來流所在區域；依據該區域和相鄰兩個區域的電壓大小，求出角度系數K_α和總電壓系數為K_q；再依據該區已經校準出的系數曲線，插值求出摩擦力的大小和方向。

5.根據權利要求4所述的基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置的使用方法，其特征在于步驟1）具體為：

1.1）測量各石墨烯片層區域兩端電極之間的電壓U；比較各區域的電壓大小，定義最大的電壓所在區為1區；順時針依次為2、3、4區；則各區電壓分別為U₁、U₂、U₃、U₄；

1.2）定義1區和3區所在方向為軸向，定義2區和4區所在方向為法向；?定義摩擦力方向與軸線之間角度為α角，角度系數為K_α，定義總電壓系數為K_q，所涉及的公式如下：

??。

6.根據權利要求5所述的基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置的使用方法，其特征在于步驟2）具體為：改變α角，校準出該區系數曲線，包括：K_α-α曲線、K_q-α曲線；

根據權利要求4、5或6所述的基于石墨烯的表面摩擦力測量裝置的使用方法，其特征在于步驟3）中，把若干個表面摩擦力測量裝置按照陣列排布在待測流體中執行步驟3），實現全局摩擦力場的測量。