[發明專利]一種通過范德華外延法探測薄膜撓曲電效應的裝置及方法

有效

• 申請號: 202210368438.X
• 申請日: 2022-04-09
• 公開（公告）號: CN114923405B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 舒龍龍;王支國;柯善明;張振;舒勝文;饒鄭剛;李純純
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01R31/00;G01N3/20;C30B23/02;C30B29/22
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王煥巧

1.一種通過范德華外延法探測薄膜撓曲電效應的裝置，其特征在于：包括云母襯底、以云母襯底通過范德華外延法生長的薄膜材料、上下表面電極、位移端、信號采集器、固定端，其中薄膜材料與上下表面電極緊密連接，薄膜材料與電極以范德華外延法生長在云母襯底上，位移端在材料上表面電極上施加位移輸出電荷，信號采集器輸出端與電極連接；

通過薄膜材料與云母襯底之間的接觸為范德華力；

以云母襯底通過范德華外延法生長的薄膜材料形成的云母薄膜材料體系在彎曲狀態下中沿厚度方向的應變不連續，使得云母薄膜材料存在兩個中性面；

以云母襯底作為基地，彎曲效果薄膜材料在中性面以上承受拉伸，中性面以下則承受壓縮，使得應變梯度在厚度方向上均勻分布。

2.根據權利要求1所述的一種通過范德華外延法探測薄膜撓曲電效應的裝置，其探測薄膜撓曲電效應的方法包括：

通過云母襯底上生長的薄膜材料，二者之間的連接方式為范德華力接觸，薄膜材料在位移端上施加位移，因云母襯底與薄膜材料在被施加位移時會產生兩個中性面，故薄膜材料在厚度方向上產生的是均勻的應變梯度而誘導薄膜材料內部產生極化；極化電荷通過電極由信號采集器測量顯示；由于薄膜材料處于三點彎曲狀態，位移端控制的位移w(L)表征，薄膜材料中心與固定端的距離為x，薄膜材料的總長度為L，因此薄膜材料內部產生的應變梯度表示為：

根據撓曲電的定義：

其中極化強度表示為:

其中Q是信號采集器測量顯示的電荷量，A是電極面積，P為極化強度，μ₁₃為橫向撓曲電系數；利用公式(2)即可計算薄膜的撓曲電系數。