金刚石对顶砧上原位介电性质的测量方法

摘要

本发明的金刚石对顶砧上原位介电性质的测量方法属于高压下电磁学测量的技术领域。首先对金刚石对顶砧进行组装：其中在两个金刚石压砧的砧面分别制作出圆形电极，复合绝缘垫片的样品腔内侧壁有绝缘层；其次进行测量：采用频率响应分析仪，得到在不同压力下的阻抗实部和阻抗虚部的关系图；最后进行数据处理：利用Zview软件和介电性质相关的电磁学量计算公式，得到不同压力下的相对介电常数ε_r、介电常数实部ε′、介电常数虚部ε″及损耗tanθ等。本发明保证了电极的形状和位置固定，同时考虑到边缘效应对测量结果影响给出修正；所制备的复合绝缘垫片保证了压腔内壁的完全绝缘，使得高压下原位精确测量物质的介电性质成为可能。

主权项

一种金刚石对顶砧上原位介电性质的测量方法，首先，对金刚石对顶砧进行组装：分别在两个金刚石压砧的砧面制作出直径相同的圆形电极，分别在两个金刚石压砧的侧面的电极上制作出铜丝电极引线；复合绝缘垫片中间打孔作为样品腔，样品腔内侧壁有绝缘层，所述的绝缘层，材料是金刚石粉或立方氮化硼粉或氧化铝粉与环氧树脂按质量比为4∶1的混合物；组装时，两金刚石压砧砧面上下相对放置，中间夹复合绝缘垫片并使样品腔中心与金刚石压砧砧面中心重合，样品腔内放置待测样品和红宝石压标；电极的半径r与待测样品的厚度d满足r≥5d；其次，进行测量：组装后的金刚石压砧放入加压装置，频率响应分析仪与电极引线接通，对待测样品施加交流电压，选取频率测量范围和频率分辨率，得到在不同压力下的阻抗实部和阻抗虚部的关系图；最后，进行数据处理：利用Zview软件，选取等效电路对得到的阻抗谱图进行拟合，得到样品的电阻值R；根据模谱的计算公式M*＝M′+jM″＝jωC₀Z*，其中ω＝2πf，f为频率，M*为复模，M′为M*的实部，M″为M*的虚部，C₀为无待测样品时两圆形电极极板间的电容值，Z*为复阻抗，得到M″‑f的关系图，从而得到不同压力下待测样品的弛豫频率f_max；根据介电性质相关的电磁学量计算公式ε_r＝Cd/ε₀S，ε′＝Z″/ωC₀(Z′²+Z″²)，ε″＝Z′/ωC₀(Z′²+Z″²)，tanθ＝Z″/Z′得到不同压力下的相对介电常数ε_r、介电常数实部ε′、介电常数虚部ε″及损耗tanθ，公式中C为有待测样品时两圆形电极极板间的电容值，ε₀为真空介电常数，d为待测样品厚度，S为金刚石压砧砧面上圆形电极面积。