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申请/专利权人：佛山科学技术学院

摘要：本发明提供一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置，包括采样电路、用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统，实现通过分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，来计算测试介电材料极化强度随时间的变化，以一次测量得到时域中测试介电材料的极化瞬态。本发明还提供一种时域中介电材料极化瞬态的测量方法。本发明能够实现时域宽达十个数量级以上的极化瞬态的一次测量，从而快速和有效研究介电材料的电学性质。

主权项：1.一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：包括采样电路、用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；所述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统，实现通过分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，来计算测试介电材料极化强度随时间的变化，以一次测量得到时域中测试介电材料的极化瞬态；所述信号输出系统包括依次连接的计算机、数据采集卡一和电压放大器；所述电压放大器与采样电路连接；测量电容C1和C2两端电压的数据采集系统分别由前置放大器、数据采集卡二和计算机连接组成，并分别具有输入阻抗R1和R2；测量电容C3两端电压的数据采集系统由静电计、数据采集卡三和计算机连接组成，并具有输入阻抗R3；三个开关分别为第一开关、第二开关和第三开关；电阻R0的第一端分别与第一开关的第一端和信号输出系统的第一端连接，电阻R0的第二端分别与第一开关的第二端和测试介电材料的第一端连接，电阻R0的两端与数据采集单元连接，实现测量电阻R0两端的电压；电容C3的第一端分别与测试介电材料的第二端和电阻R3的第一端连接，电容C3的第二端分别与第三开关的第一端、电容C2的第一端和电阻R2的第一端连接；电容C2的第二端分别与第二开关的第一端、电容C1的第一端和电阻R1的第一端连接；电容C1的第二端分别与第二开关的第二端、第三开关的第二端、信号输出系统的第二端、电阻R1的第二端、电阻R2的第二端和电阻R3的第二端连接；电阻R1的两端与数据采集单元连接，实现测量电容C1两端的电压；电阻R2的两端与数据采集单元连接，实现测量电容C2两端的电压；电阻R3的两端与数据采集单元连接，实现测量电容C3两端的电压。

全文数据：一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置及测量方法技术领域本发明涉及一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置及测量方法。背景技术介电材料在电子器件领域有着广泛的应用。介电材料的电学性质是影响介电材料应用的重要因素。研究介电材料的电学性质可以通过在频域中测量介电材料的介电常数频谱以及在时域中测量介电材料的极化电流随时间的变化。对于线性介电材料来说，频域中的数据和时域中的数据可以通过傅里叶变换互相转换。在频域中的测量，需要系统在每个固定频率达到稳态后才能分别开始测量，特别对于低频的测量所需要的时间更长。在时域中的测量原则上可以通过一次测量获得所有数据。因此，时域中的测量和频域中的测量相比更有优势。通常，在时域中测量介电材料的电学性质是通过测量样品在激励脉冲电压下极化电流随时间的变化。然而，介电材料在电场下的极化电流随时间的变化一般遵循普适定律，即，极化电流随时间呈幂函数衰减，变化数量级可达十以上。极化电流的动态变化范围太大，使得在宽时域中一次测量极化电流随时间的变化难以实现。目前，尚没有商业仪器能够一次测量宽时域中极化电流随时间的变化。Sayer-Tower电路是测量铁电材料电滞回线的典型电路。在Sayer-Tower电路中，测试样品和一个标准电容串联，通过测量标准电容两端的电压，得到电路中的电荷量，从而计算出样品的极化强度。一般来说，介电材料的极化强度在时域中的变化范围没有极化电流的变化范围大。因此，可以通过一次测量宽时域中极化强度随时间的变化，然后对极化强度取微分得到极化电流。对于长时间范围的测量，一般采用具有高输入阻抗的静电计测量标准电容两端的电压，静电计的输入阻抗和标准电容的乘积构成的RC常数需远比测量时间大以防止电容的自放电。然而，具有高输入阻抗的商业静电计一般具有较长的上升时间，因此不能测量短时间范围的信号。同样地，具有高采样率的数据采集单元一般输入阻抗不够高，在长时间范围测量电容会发生自放电，因此不能测量长时间范围的信号。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置及测量方法，能够实现时域宽达十个数量级以上的极化瞬态的一次测量，如从10-8s到103s，从而快速和有效地研究介电材料的电学性质。进一步地，本发明可以测量铁电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化。为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：包括采样电路、用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；所述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统，实现通过分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，来计算测试介电材料极化强度随时间的变化，以一次测量得到时域中测试介电材料的极化瞬态。所述信号输出系统包括依次连接的计算机、数据采集卡一和电压放大器；所述电压放大器与采样电路连接。所述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成是指：测试介电材料、电阻R0以及电容C1、C2和C3串联后，与信号输出系统并联；其中，电阻R0、电容C1和C2分别与三个开关连接。测量电阻R0两端电压的数据采集系统由高频示波器和计算机连接组成，具有采样率高，输入阻抗高的特点。测量电容C1和C2两端电压的数据采集系统分别由前置放大器、数据采集卡二和计算机连接组成，并分别具有输入阻抗R1和R2；具有采样率高，输入阻抗较低的特点；测量电容C3两端电压的数据采集系统由静电计、数据采集卡三和计算机连接组成，并具有输入阻抗R3，具有采样率较低，分辨率高，输入阻抗高的特点。一种时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：将测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成采样电路；设置与采用电路并用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统；第一种测量方法为：信号输出系统施加脉冲时，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态；或者第二种测量方法为：首先信号输出系统施加脉冲，经过一段等待时间后，撤离信号输出系统的脉冲电压，测量计算得到测试介电材料去极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态；或者第三种测量方法为：首先信号输出系统施加一个负脉冲使测试介电材料的极化态反转到负的饱和态，经过一段等待时间后，施加第一个正脉冲使测试介电材料反转到正的极化态，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化；然后撤离信号输出系统的脉冲电压，经过一段等待时间后，信号输出系统施加第二个正脉冲使介电材料反转到正的极化态，第二个正脉冲与第一个正脉冲具有相同的电压，在第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化；在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态；第二种测量方法中介电材料为铁电材料。测量计算得到测试介电材料极化强度去极化强度随时间的变化是指：通过三个开关分别关闭的时间段分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，以计算测试介电材料在时域中极化强度去极化强度随时间的变化。具体包括以下步骤：第一步，在计算测试介电材料的极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；在计算测试介电材料的去极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；经过一段等待时间后，撤离脉冲电压；第二步，三个开关分别在t0、t1和t2时刻关闭时，四个数据采集系统同时测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压：1在tt0时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中，UR为数据采集系统测量电阻R0两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；2经过t0时刻后，连接电阻R0的开关关闭，三个数据采集系统分别测量电容C1、C2和C3的两端电压；在t0≤tt1时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中，U1为数据采集系统测量电容C1两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；3经过t1时刻后，连接电容C1的开关关闭，两个数据采集系统分别测量电容C2和C3的两端电压；在t1≤tt2时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中U2为数据采集系统测量电容C2两端的电压；4再经过t2时刻，连接电容C2的开关关闭，一个数据采集系统测量电容C3的两端电压；当t≥t2时，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中U3为数据采集系统测量的电容C3两端的电压；上述则为各时间段测试介电材料的极化强度去极化强度，即为测试介电材料在时域中极化强度去极化强度随时间的变化。计算各时间段测试介电材料极化电流去极化电流的密度：第一种测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态；第二种测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的去极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料去极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态；第三种测量方法中，在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化；最后，通过上述公式计算各时间段测试介电材料在极化反转过程中极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态。所述采样电路的测试介电材料、电阻R0以及电容C1、C2和C3串联后，与信号输出系统的电压放大器并联；其中，电阻R0、电容C1和C2分别与三个开关连接；所述电阻R0的电阻值为50Ω；所述电容C1、C2和C3的电容值至少是测试介电材料电容值的100倍。与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：1、本发明使测试介电材料和电阻R0及三个标准电容串联，电阻R0的电阻值为50Ω，标准电容值至少是测试介电材料电容值的100倍，确保测量结果的准确性。采样电路中R0、C1和C2分别连接三个开关，通过计算机的软件程序控制开关依次关闭，四个不同的数据采集系统分别在不同的时间段进行有效测量，从而实现在时域宽达十个数量级以上的极化瞬态的一次测量，如从10-8s到103s。2、本发明的测量装置测量短时间段的数据采集单元具有采样率高，输入阻抗较低，测量长时间段的数据采集单元具有采样率较低，输入阻抗高的特点，测量过程中采样率发生变化，数据总量减少。3、本发明可以通过对极化强度取微分得到极化电流，对于线性介电材料，对时域中的极化电流作傅里叶变换可以得到频域中的介电常数。结合三脉冲法，可以测量铁电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化。附图说明图1是本发明改进的Sayer-Tower采样电路；图中测试样品即为测试介电材料；图2是厚度为300nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜在脉冲电压下极化强度在时域中的变化以及撤离脉冲电压后样品的去极化强度在时域中的变化示意图；脉冲电压强度为30V；图3是实施例三第三种测量方法中三脉冲法示意图；图4是采用本发明第三种测量方法得到的厚度为90nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜的极化强度在时域中的变化示意图；图5为由极化强度取微分得到的厚度为300nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜的极化电流在时域中的变化示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。实施例一如图1所示，本发明时域中介电材料极化瞬态的测量装置包括采样电路、用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元。其中，采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成，而数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统，实现通过分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，来计算测试介电材料极化强度随时间的变化，以一次测量得到时域中测试介电材料的极化瞬态。本发明的信号输出系统包括依次连接的计算机、数据采集卡一和电压放大器，电压放大器与采样电路连接。上述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成是指：测试介电材料、电阻R0以及电容C1、C2和C3串联后，与信号输出系统并联；其中，电阻R0、电容C1和C2分别与三个开关连接。本发明测量电阻R0两端电压的数据采集系统由高频示波器和计算机连接组成，具有采样率高，输入阻抗高的特点。测量电容C1和C2两端电压的数据采集系统分别由前置放大器、数据采集卡二和计算机连接组成，并分别具有输入阻抗R1和R2；具有采样率高，输入阻抗较低的特点。测量电容C3两端电压的数据采集系统由静电计、数据采集卡三和计算机连接组成，并具有输入阻抗R3，具有采样率较低，分辨率高，输入阻抗高的特点。本发明一种时域中介电材料极化瞬态的测量方法是这样的：信号输出系统施加脉冲时，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态。其中，通过三个开关分别关闭的时间段分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，以计算测试介电材料在时域中极化强度随时间的变化。具体包括以下步骤：第一步，在计算测试介电材料的极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；本发明的电阻R0的电阻值为50Ω，电容C1、C2和C3的电容值至少是测试介电材料电容值的100倍，因此输出脉冲电压几乎全部集中在测试介电材料上。第二步，三个开关分别在t0、t1和t2时刻关闭时，四个数据采集系统同时测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压：1在tt0时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中，UR为数据采集系统测量电阻R0两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；2经过t0时刻后，连接电阻R0的开关关闭，三个数据采集系统分别测量电容C1、C2和C3的两端电压；在t0≤tt1时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中，U1为数据采集系统测量电容C1两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；3经过t1时刻后，连接电容C1的开关关闭，两个数据采集系统分别测量电容C2和C3的两端电压；在t1≤tt2时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中U2为数据采集系统测量电容C2两端的电压；4再经过t2时刻，连接电容C2的开关关闭，一个数据采集系统测量电容C3的两端电压；当t≥t2时，测试介电材料的极化强度值为：其中U3为数据采集系统测量的电容C3两端的电压；上述则为各时间段测试介电材料的极化强度，即为测试介电材料在时域中极化强度随时间的变化。本发明计算各时间段测试介电材料极化电流的密度：实施例一的测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态。实施例二本实施例采用的测量装置与实施例一相同，本实施例的测量方法为：首先信号输出系统施加脉冲，经过一段等待时间后，撤离信号输出系统的脉冲电压，测量计算得到测试介电材料去极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态。其中，测量计算得到测试介电材料去极化强度随时间的变化是指：通过三个开关分别关闭的时间段分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，以计算测试介电材料在时域中去极化强度随时间的变化。具体包括以下步骤：第一步，在计算测试介电材料的去极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；经过一段等待时间后，撤离脉冲电压。本发明的电阻R0的电阻值为50Ω，电容C1、C2和C3的电容值至少是测试介电材料电容值的100倍，因此输出脉冲电压几乎全部集中在测试介电材料上。第二步，三个开关分别在t0、t1和t2时刻关闭时，四个数据采集系统同时测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压：1在tt0时间内，测试介电材料的去极化强度值为：其中，UR为数据采集系统测量电阻R0两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；2经过t0时刻后，连接电阻R0的开关关闭，三个数据采集系统分别测量电容C1、C2和C3的两端电压；在t0≤tt1时间内，测试介电材料的去极化强度值为：其中，U1为数据采集系统测量电容C1两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；3经过t1时刻后，连接电容C1的开关关闭，两个数据采集系统分别测量电容C2和C3的两端电压；在t1≤tt2时间内，测试介电材料的去极化强度值为：其中U2为数据采集系统测量电容C2两端的电压；4再经过t2时刻，连接电容C2的开关关闭，一个数据采集系统测量电容C3的两端电压；当t≥t2时，测试介电材料的去极化强度值为：其中U3为数据采集系统测量的电容C3两端的电压；上述则为各时间段测试介电材料的去极化强度，即为测试介电材料在时域中去极化强度随时间的变化。本发明计算各时间段测试介电材料去极化电流的密度：实施例二的测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的去极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料去极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态。本实施例将厚度为300nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜作为测试介电材料分别采用实施例一测量方法在脉冲电压下进行测量，以及采用实施例二测量方法撤离脉冲电压后进行测量。该厚度为300nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜电极面积为9×10-8m2，激励脉冲电压强度为30V，宽度为100s，电容值为20pF，而采样电路的标准电容值为2nF，输出电压几乎全部加在PVDF-TrFE聚合物薄膜上。按照实施例一的测量方法得到PVDF-TrFE聚合物薄膜在激励脉冲下极化强度在时域中的变化，以及撤离激励脉冲后，PVDF-TrFE聚合物薄膜的去极化强度在时域中的变化，如图2所示。该脉冲电压强度为30V。实施例三本实施例采用的测量装置与实施例一相同，本实施例测量方法中测试介电材料为铁电材料，该方法为：如图3所示，首先信号输出系统施加一个负脉冲使测试介电材料的极化态反转到负的饱和态，经过一段等待时间后，施加第一个正脉冲使测试介电材料反转到正的极化态，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化。在第一个正脉冲下测量得到的极化强度包括两方面的贡献：由铁电材料极化反转引起的极化强度变化和由其它副效应如弛豫和电导所引起的极化强度变化。然后撤离信号输出系统的脉冲电压，经过一段等待时间后，信号输出系统施加第二个正脉冲使介电材料反转到正的极化态，第二个正脉冲与第一个正脉冲具有相同的电压，在第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化；此时，在第二个正脉冲下测量得到的极化强度只有其它副效应所引起的极化强度变化。在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态；第二种测量方法中介电材料为铁电材料。其中，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化是指：通过三个开关分别关闭的时间段分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，以计算测试介电材料在时域中极化强度随时间的变化。具体包括以下步骤：第一步，在计算测试介电材料的极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；本发明的电阻R0的电阻值为50Ω，电容C1、C2和C3的电容值至少是测试介电材料电容值的100倍，因此输出脉冲电压几乎全部集中在测试介电材料上。第二步，三个开关分别在t0、t1和t2时刻关闭时，四个数据采集系统同时测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压：1在tt0时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中，UR为数据采集系统测量电阻R0两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；2经过t0时刻后，连接电阻R0的开关关闭，三个数据采集系统分别测量电容C1、C2和C3的两端电压；在t0≤tt1时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中，U1为数据采集系统测量电容C1两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；3经过t1时刻后，连接电容C1的开关关闭，两个数据采集系统分别测量电容C2和C3的两端电压；在t1≤tt2时间内，测试介电材料的极化强度值为：其中U2为数据采集系统测量电容C2两端的电压；4再经过t2时刻，连接电容C2的开关关闭，一个数据采集系统测量电容C3的两端电压；当t≥t2时，测试介电材料的极化强度值为：其中U3为数据采集系统测量的电容C3两端的电压；上述则为各时间段测试介电材料的极化强度，即为测试介电材料在时域中极化强度随时间的变化。本发明计算各时间段测试介电材料极化电流的密度：实施例三的测量方法中，在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化；最后，通过上述公式计算各时间段测试介电材料在极化反转过程中极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态。本发明厚度为90nm的PVDF-TrFE聚合物薄膜采用实施例三的测量方法进行测量，其极化强度在时域中的变化示意图如图4所示。图中：黑线为在第一个正脉冲下测量得到的极化强度，空心方形线为在第二个正脉冲下测量得到的极化强度，空心圆形线为两者的差值，其中，负脉冲，第一个正脉冲和第二个正脉冲的强度均为15V。本实施例将厚度为90nm的铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE作为测试介电材料采用实施例三测量方法进行测量。该厚度为90nm的铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE电极面积为9×10-8m2，激励脉冲强度为15V，宽度为100s，电容值为100pF，而采样电路的标准电容值为10nF，输出电压几乎全部加在铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE上。按照实施例三的测量方法得到铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE在极化反转过程中极化强度随时间的变化图4中的空心圆形。图4中的黑线为铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE在第一个正脉冲激励下测量得到的极化强度随时间的变化，包含由铁电极化反转引起的极化强度变化和由其它副效应如弛豫和电导所引起的极化强度变化。图4中的空心方形为铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE在第二个正脉冲激励下测量得到的极化强度随时间的变化，由其它副效应所产生。本实施例将厚度为300nm的铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE作为测试介电材料采用实施例三测量方法进行测量。该厚度为300nm的铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE电极面积为9×10-8m2，激励脉冲强度为30V，宽度为10s。按照实施例三的测量方法得到铁电聚合物薄膜PVDF-TrFE在极化反转过程中极化强度随时间的变化，对极化强度取微分，得到极化电流随时间的变化，如图5所示。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：包括采样电路、用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；所述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统，实现通过分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，来计算测试介电材料极化强度随时间的变化，以一次测量得到时域中测试介电材料的极化瞬态。2.根据权利要求1所述的时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：所述信号输出系统包括依次连接的计算机、数据采集卡一和电压放大器；所述电压放大器与采样电路连接。3.根据权利要求1所述的时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：所述采样电路由测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成是指：测试介电材料、电阻R0以及电容C1、C2和C3串联后，与信号输出系统并联；其中，电阻R0、电容C1和C2分别与三个开关连接。4.根据权利要求1所述的时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：测量电阻R0两端电压的数据采集系统由高频示波器和计算机连接组成。5.根据权利要求1所述的时域中介电材料极化瞬态的测量装置，其特征在于：测量电容C1和C2两端电压的数据采集系统分别由前置放大器、数据采集卡二和计算机连接组成，并分别具有输入阻抗R1和R2；测量电容C3两端电压的数据采集系统由静电计、数据采集卡三和计算机连接组成，并具有输入阻抗R3。6.一种时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：将测试介电材料、电阻R0、电容C1、C2和C3、以及三个开关连接组成采样电路；设置与采用电路并用于提供激励脉冲电压给采样电路的信号输出系统和用于采集采样电路数据的数据采集单元；所述数据采集单元包括四个分别测量电阻R0两端电压，以及电容C1、C2和C3两端电压的数据采集系统；第一种测量方法为：信号输出系统施加脉冲时，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态；或者第二种测量方法为：首先信号输出系统施加脉冲，经过一段等待时间后，撤离信号输出系统的脉冲电压，测量计算得到测试介电材料去极化强度随时间的变化，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态；或者第三种测量方法为：首先信号输出系统施加一个负脉冲使测试介电材料的极化态反转到负的饱和态，经过一段等待时间后，施加第一个正脉冲使测试介电材料反转到正的极化态，测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化；然后撤离信号输出系统的脉冲电压，经过一段等待时间后，信号输出系统施加第二个正脉冲使介电材料反转到正的极化态，第二个正脉冲与第一个正脉冲具有相同的电压，在第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料极化强度随时间的变化；在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态；第二种测量方法中介电材料为铁电材料。7.根据权利要求6所述的时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：测量计算得到测试介电材料极化强度去极化强度随时间的变化是指：通过三个开关分别关闭的时间段分别测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压，以计算测试介电材料在时域中极化强度去极化强度随时间的变化。8.根据权利要求7所述的时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，在计算测试介电材料的极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；在计算测试介电材料的去极化强度值时，通过计算机连接数据采集卡一后再接入电压放大器作为信号输出系统，向采样电路施加脉冲电压；经过一段等待时间后，撤离脉冲电压；第二步，三个开关分别在t0、t1和t2时刻关闭时，四个数据采集系统同时测量电阻R0的两端电压以及电容C1、C2和C3的两端电压：1在tt0时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中，UR为数据采集系统测量电阻R0两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；2经过t0时刻后，连接电阻R0的开关关闭，三个数据采集系统分别测量电容C1、C2和C3的两端电压；在t0≤tt1时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中，U1为数据采集系统测量电容C1两端的电压，A为测试介电材料的有效面积；3经过t1时刻后，连接电容C1的开关关闭，两个数据采集系统分别测量电容C2和C3的两端电压；在t1≤tt2时间内，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中U2为数据采集系统测量电容C2两端的电压；4再经过t2时刻，连接电容C2的开关关闭，一个数据采集系统测量电容C3的两端电压；当t≥t2时，测试介电材料的极化强度值去极化强度值为：其中U3为数据采集系统测量的电容C3两端的电压；上述则为各时间段测试介电材料的极化强度去极化强度，即为测试介电材料在时域中极化强度去极化强度随时间的变化。9.根据权利要求8所述的时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：计算各时间段测试介电材料极化电流去极化电流的密度：第一种测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的极化瞬态；第二种测量方法中，通过上述公式计算各时间段测试介电材料的去极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料去极化电流的密度，实现一次测量得到在时域中介电材料的去极化瞬态；第三种测量方法中，在相同时间段中，将第一个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度减去第二个正脉冲下测量计算得到测试介电材料的极化强度，则得到测试介电材料在极化反转过程中极化强度随时间的变化；最后，通过上述公式计算各时间段测试介电材料在极化反转过程中极化强度对时间的微分，得到各时间段测试介电材料极化电流的密度，实现得到在时域中介电材料在极化反转过程中的极化瞬态。10.根据权利要求8所述的时域中介电材料极化瞬态的测量方法，其特征在于：所述采样电路的测试介电材料、电阻R0以及电容C1、C2和C3串联后，与信号输出系统的电压放大器并联；其中，电阻R0、电容C1和C2分别与三个开关连接；所述电阻R0的电阻值为50Ω；所述电容C1、C2和C3的电容值至少是测试介电材料电容值的100倍。

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