一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置

摘要

本发明提供了一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置，包括第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极；第一高压电极与第一地电极平行排列组成第一电极；第二高压电极和第二地电极也平行排列组成第二电极；第一电极与第二电极上下对称布置。本发明提供一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置，利用平板电极的边界电场，正负极板交错排列，电场方向平行于电极表面的电场，且上下极板对称排列，使电场的平行度更高，薄膜材料置于样品室中，就会受到平行于电极表面的电场，即平行于薄膜材料长度方向，该装置结构简单、造价低廉，可用于实验室科学研究，亦可用于高取向度薄膜工业生产。

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料的纳米改性技术领域，具体涉及一种利用电场力驱动薄膜材料中纳 米粒子取向的装置。

背景技术

纳米粒子的分散状态直接决定纳米复合材料的性能，众多专家学者研究发现纳米粒子定 向分布会使得复合材料在特定方向上具备极其优异光学性能、机械性能以及电学性能，这些 性能是普通纳米复合材料所无法比拟的。为达到这一目的，传统上采用机械加工成型的方法， 即材料在剪切应力或者拉伸应力的作用下冷却成型，这种方法得到了广泛的应用。近二十年 随着技术的发展，电场力逐渐成为继流动取向和拉伸取向后另一种新的粒子取向的方法，众 多国外研究者向熔融态的聚合物中施以直流电场或交流电场，实现了纳米粒子，例如碳纳米 管、陶瓷颗粒、石墨微片、蒙脱土等，在聚合物基体中的取向，并测量分析了新材料的各向 性能。

例如2012年8月13号公布的专利“用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的装置和 方法”(专利号为102831992)，介绍了电场诱导取向装置。其中上电极接高压，下电极接地， 两电极相对布置，薄膜材料至于上下电极中间，因此材料中纳米粒子所受的电场力方向为平 行材料厚度方向。但为解决实验及工程上的难题，很多情况需要的是平行于薄膜材料长度方 向的电场，而现有技术设备主要都是电场平行于材料厚度方向。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向 的装置。

本发明的技术方案是：

所述装置包括第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极；

所述第一高压电极与第一地电极平行排列组成第一电极；所述第二高压电极和第二地电 极也平行排列组成第二电极；所述第一电极与第二电极上下对称布置；

所述第一高压电机与第一地电极采用卯榫式连接，所述第二高压电机与第二地电极也采 用卯榫式连接。

优选的，所述第一高压电极和第二高压电极均为半圆形紫铜板；所述半圆形紫铜板的中 部设置有等间距布置的金属条；所述第一高压电极和第二高压电极上均设有高压极引出端子；

所述第一地电极和第二地电极也均为半圆形紫铜板；所述半圆形紫铜板的中部设置有等 间距布置的金属条；所述第一地电极和第二地电极上均设有地电极引出端子；

所述第一电极由第一高压电极与第一地电极组成圆盘；所述第二电极由第二高压电极和 第二地电极组成圆盘；第一电极和第二电极圆盘的直径相等；

优选的，所述第一高压电极和第二高压电极均为半圆形紫铜板；所述半圆形紫铜板的中 部设置有等间距布置的金属条；所述第一地电极和第二地电极也均为半圆形紫铜板；所述半 圆形紫铜板的中部设置有等间距布置的金属条；

所述半圆形紫铜板的直径为120mm，厚度为5～10mm；所述金属条的长度为70mm，宽 度为0.1mm，相邻两个金属条的间距为2mm；

优选的，对所述第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极的边缘进行倒 角处理；

优选的，所述第一电极和第二电极上下对称布置形成的空间为放置薄膜材料的样品室；

优选的，所述第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极注塑于环氧树脂 或者浸入绝缘油中；

优选的，第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极的边缘与样品室的距 离小于100μm。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置，利用平板电极的边 界电场，正负极交错排列，电场方向平行于电极表面的电场，且上下极板对称排列，使电场 的平行度更高，薄膜材料置于样品室中，就会受到平行薄膜材料长度方向的电场力，填补以 往技术空白。并且该装置结构简单、造价低廉，可以用于实验室科学研究，也可以用于高取 向度薄膜工业生产。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置的结构示意 图；

图2：本发明实施例中地电极结构示意图；

图3：本发明实施例中高压电极结构示意图；

图4：本发明实施例中地电极和高压电极的剖面图；

图5：本发明实施例中电极表面的电场分布仿真结果示意图；

其中，1：高压极引出端子；2：第一高压电极；3：第一地电极；4：地点极引出端子；5： 第二高压电极；6：第二地电极。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种利用电场力驱动薄膜材料中纳米粒子取向的装置的实施例如图1所 示，具体为：

本实施例中该纳米粒子取向装置包括第一高压电极2、第二高压电极5、第一地电极3和 第二地电极6。其中，

第一高压电极2与第一地电极3平行排列组成第一电极；

第二高压电极5和第二地电极6平行排列组成第二电极；

第一高压电机与第一地电极采用卯榫式连接，第二高压电机与第二地电极也采用卯榫式 连接。

第一电极与第二电极上下对称布置，并且第一电极与第二电极上下对称布置形成的空间 为放置薄膜材料的样品室，电极上下对称布置可以增加电场线在样品室的平行度。其中，电 极表面的电场分布仿真结果如图5所示。

1、第一高压电极和第二高压电极

如图3所示，第一高压电极和第二高压电极均为半圆形紫铜板，该半圆形紫铜板的中部 设置有等间距布置的金属条；第一高压电极和第二高压电极上均设有高压极引出端子1。

本实施例中半圆形紫铜板的直径为120mm，厚度为5～10mm；金属条的长度为70mm， 宽度为0.1mm，相邻两个金属条的间距为2mm。并对第一高压电极和第二高压电极的边缘进 行倒角处理，从而减小高电压下的电场集中和局部放电。

2、第一地电极和第二地电极

如图2所示，第一地电极和第二地电极均为半圆形紫铜板，该半圆形紫铜板的中部设置 有等间距布置的金属条；第一地电极和第二地电极上均设有地电极引出端子4。

本实施例中半圆形紫铜板的直径为120mm，厚度为5～10mm；金属条的长度为70mm， 宽度为0.1mm，相邻两个金属条的间距为2mm。并对第一地电极和第二地电极的边缘进行倒 角处理，从而减小高电压下的电场集中和局部放电。

第一高压电极2、第二高压电极5、第一地电极3和第二地电极6的剖面图均如图4所示。

本发明中第一电极和第二电极为直径相等的圆盘，第一高压电极、第二高压电极、第一 地电极和第二地电极注塑于环氧树脂或者可溶性聚四氟乙烯中，此时，第一高压电极、第二 高压电极、第一地电极和第二地电极的边缘与样品室的距离小于100μm。

或者，将第一高压电极、第二高压电极、第一地电极和第二地电极浸入绝缘油中，本实 施例中绝缘油可以采用变压器油、电缆油或者硅油。

采用本发明提供的纳米粒子取向装置的薄膜材料的基体材料可以为聚乙烯、聚丙烯、聚 氯乙烯、环氧树脂等，纳米粒子可以为碳纤维、碳纳米管、蒙脱土等。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例，本领域谱通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本申请保护的范围。