[發明專利]微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811218252.6
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109374691B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 陳秀艷;李修;趙克勤;褚云婷
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 陳福昌

1.一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，包括微波源（1），其特征在于，微波源（1）的水平方向上依次設置有隔離器（2）、衰減器（3）、波長計（4）、波導傳輸線（5）、直波導（6）、環形器（7）、示波器（9），與水平傳輸路徑垂直的豎直路徑上面向環形器（7）的一面設置有諧振腔（8），諧振腔（8）的上頂面設置圓形小孔（83），圓形小孔（83）內伸入毛細玻璃管（10），毛細玻璃管（10）內裝有石墨烯類溶液（11），毛細玻璃管（10）外貼有加熱片（12），加熱片（12）下方貼有溫度傳感器（13）；

所述諧振腔（8）的一側面（81）為通微波面，其余面均為封閉面；

所述環形器（7）的第一端口a與直波導（6）相連通，第二端口b與諧振腔（8）的一側面（81）相連通，第三端口c與示波器（9）相連接；

所述毛細玻璃管（10）的上端固定連接在橫向支架（14）上，橫向支架（14）左側連接第一升降臺（15），右側連接第二升降臺（16）；

所述第一升降臺（15）從下至上包括第一底座（151）、第一旋轉柱（152）和第一刻度柱（153），通過旋轉第一旋轉柱（152）可實現第一刻度柱（153）的升降；

所述第二升降臺（16）從下至上包括第二底座（161）、第二旋轉柱（162）和第二刻度柱（163），通過旋轉第二旋轉柱（162）可實現第二刻度柱（163）的升降；

所述加熱片（12）包裹在毛細玻璃管（10）的外面，并通過導線連接到智能溫度控制臺的第一電源開關（171）上，智能溫度控制臺上還設置有第一按鈕d、第二按鈕e、第三按鈕f、第四按鈕g、起始加熱溫度顯示器（181）和終止加熱溫度顯示器（182），第一按鈕d為加熱片（12）起始加熱溫度的溫度增加按鈕，第二按鈕e為加熱片（12）起始加熱溫度的溫度減小按鈕，起始加熱溫度顯示器（181）設置于第一按鈕d和第二按鈕e下方，第三按鈕f為加熱片（12）終止加熱溫度的溫度增加按鈕，第四按鈕g為加熱片（12）終止加熱溫度的溫度減小按鈕，終止加熱溫度顯示器（182）設置于第三按鈕f、第四按鈕g的下方；

所述溫度傳感器（13）通過導線連接到智能溫度控制臺的第二電源開關（172）上，智能溫度控制臺上還設置有溶液溫度顯示器（183），用于顯示溫度傳感器（13）采集到的石墨烯類溶液（11）的即時溫度。

2.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述微波源（1）為反射速調管微波源、體效應管微波源中的一種或同頻率的兩種，微波源（1）發出的微波頻率在8GHz-12GHz。

3.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述衰減器（3）為圓柱形衰減器和圓盤形衰減器中的一種，衰減率在100%-1%之間。

4.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述諧振腔（8）為矩形諧振腔和圓柱形諧振腔中的一種。

5.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述石墨烯類溶液（11）包括各種濃度的石墨烯溶液、各種濃度的氧化石墨烯溶液、各種濃度的二硫化鉬溶液中的一種或多種的混合溶液。

6.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述加熱片（12）的加熱范圍在16.0℃~80.0℃之間，溫度步長為0.1℃。

7.按照權利要求1所述的一種微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，其特征在于：所述第一底座（151）固定于實驗臺上，從上至下看，逆時針旋轉第一旋轉柱（152）時，第一刻度柱（153）逐漸上升，刻度增大，順時針旋轉第一旋轉柱（152）時，第一刻度柱（153）逐漸下降，刻度減小；所述第二底座（161）固定于實驗臺上，從上至下看，逆時針旋轉第二旋轉柱（162）時，第二刻度柱（163）逐漸上升，刻度增大，順時針旋轉第二旋轉柱（162）時，第二刻度柱（163）逐漸下降，刻度減小，其中，第一升降臺（15）和第二升降臺（16）同步上升或者同步下降。

8.微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的方法，采用權利要求1至7中任一項所述的微波測量石墨烯類溶液介電常數變化規律的裝置，包括如下步驟：

微波源（1）產生微波，所述微波在水平方向上依次經過隔離器（2）、衰減器（3）、波長計（4）、波導傳輸線（5）、直波導（6）后由第一端口a進入環形器（7），順時針傳播至第二端口b，第二端口b與諧振腔（8）的一側面（81）相連通，微波傳輸進入諧振腔（8）后經一側面（81）的對應面（82）反射回第二端口b，并順時針傳播到第三端口c，最后在示波器（9）上顯示出微波的反射式諧振曲線圖形，讀取所述反射式諧振曲線圖形中空腔時的中心頻率f₀與半高寬頻率f₁和f₂的數值；

將裝有某一濃度的石墨烯類溶液（11）的毛細玻璃管（10）緩慢伸入諧振腔（8）的圓形小孔（83）中深度為L₁mm位置處，打開第一電源開關（171），通過第一按鈕d和第二按鈕e設置加熱片（12）的起始加熱溫度為xx.x℃，通過第三按鈕f和第四按鈕g設置加熱片（12）的終止加熱溫度為yy.y℃；同時，打開第二電源開關（172），溫度傳感器（13）采集到石墨烯類溶液（11）的實時溫度tt.t℃在并在溶液溫度顯示器（183）上顯示出來，此溫度下對應的反射式諧振曲線圖形在示波器（9）上顯示出來，記錄此溫度下的中心頻率f₀₁與半高寬頻率f₁₁和f₂₁的數值，根據中心頻率f₀與半高寬頻率f₁和f₂以及中心頻率f₀₁與半高寬頻率f₁₁和f₂₁的數值，即可計算出tt.t℃時石墨烯類溶液（11）的介電常數ε；每間隔1℃采集一副反射式諧振曲線圖形，計算每間隔1℃時石墨烯類溶液（11）的介電常數；

同步順時針旋轉第一旋轉柱（152）和第二旋轉柱（162），使第一刻度柱（153）和第二刻度柱（163）逐漸下降相同的距離，改變石墨烯類溶液（11）伸入諧振腔（8）的圓形小孔（83）中深度，重復上述步驟，根據反射式諧振曲線圖形中對應的頻率值計算出不同溫度下石墨烯類溶液（11）的介電常數ε；

改變石墨烯類溶液（11）的濃度，重復上述步驟，得到不同溫度下不同濃度的石墨烯類溶液（11）的介電常數ε，總結變化規律。