本實(shí)用新型涉及電場的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的電極裝置。

背景技術(shù)：

在材料制備領(lǐng)域，電場是一種強(qiáng)有力的調(diào)控材料結(jié)構(gòu)的手段，特別是調(diào)控復(fù)合材料中各種填料的分散和分布；并有望借助于電場的作用制備高性能、多功能的復(fù)合材料。廣泛的研究表明，在制備復(fù)合材料中，當(dāng)輔以電場的作用時(shí)，可達(dá)到以下目標(biāo)：

1)改善填料的分散性，減少其團(tuán)聚；

2)增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能；

3)增強(qiáng)電學(xué)性能，降低逾滲值，改善逾滲網(wǎng)絡(luò)并減低填料的用量；

4)提高熱導(dǎo)率；

5)增強(qiáng)力學(xué)或者其他傳感器的靈敏度；

6)保證復(fù)合材料拉伸時(shí)電導(dǎo)率保持不變；

7)改善透光性等。

清華大學(xué)朱躍峰利用平行均勻直流及交流電場促使了碳納米管在膠液或聚合物基體中的分散并制備了電學(xué)各向異性的復(fù)合材料(公開號(hào)CN 1762560 A)。浙江工業(yè)大學(xué)張誠在復(fù)合材料的基體熔融溫度以上分解溫度以下，借助均勻電場的作用制備了低電阻率的導(dǎo)電復(fù)合材料(公開號(hào)CN 101475697A)。重慶大學(xué)楊麗君通過均勻電場在工頻交流電下制備了蒙脫土/聚乙烯復(fù)合材料，用于高壓電絕緣領(lǐng)域(公開號(hào)CN 102831992A)。日本電工株式會(huì)社利用均勻電場制備了填料沿厚度方向形成樹枝狀結(jié)構(gòu)的取向方式，以制備高耐久性復(fù)合材料(公開號(hào)CN 101323173A)。

以上的工作都是借助于均勻的電場調(diào)控和改善復(fù)合材料的各項(xiàng)性能，但是均勻電場有一個(gè)嚴(yán)重的問題：各項(xiàng)異性明顯，填料的分布和取向具有明顯的各向異性結(jié)構(gòu)，雖然材料在某一個(gè)方向上性能突出，但是另一個(gè)方向性能薄弱，并且復(fù)合材料的可拉伸性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有的均勻電場不足，提供了一種產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的電極裝置；該裝置產(chǎn)生的錨式電場為非均勻電場，誘導(dǎo)填料不僅是垂直取向分布、而且形成折疊的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)材料的多功能性是當(dāng)前亟待解決的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)一種產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的電極裝置，所述電極裝置包括電極箱，所述電極箱中兩個(gè)對應(yīng)面的外壁上均水平間隔鋪設(shè)了一排電極片，兩排電極片相互平行，兩排電極片間隔交叉布置，且相近的3個(gè)電極片形成三角形；所述電極片通過導(dǎo)線連接電源，且電極片與電源的正負(fù)極間隔連接。

進(jìn)一步地，所述電極片的形狀為矩形或正方形。

再進(jìn)一步地，所述電極片的長度L₁為1mm～1000mm，寬度W為1mm～1000mm，厚度為0.01mm～50mm。

再進(jìn)一步地，所述電極片之間的間距D₁為厚度的5～1000％。

再進(jìn)一步地，所述電極片的數(shù)量為2片以上。

再進(jìn)一步地，所述錨式電場的場強(qiáng)為10^-2V/m～10⁶V/m。

再進(jìn)一步地，所電極片的材料為銅、鋁、銀、金、不銹鋼、鉻、鉑、鋅、鈦和石墨中的任意一種。

所述導(dǎo)線與電極間通過焊接的方式連接，所述導(dǎo)線為銅芯、鋁芯、銀芯和鍍鉻導(dǎo)線中的任意一種。

本實(shí)用新型的有益效果：

1)本實(shí)用新型利用電極在同一側(cè)且在同一水平位置，制備了一種非均勻電場；

2)本實(shí)用新型的電場線是折疊的，類似于錨結(jié)構(gòu)，可調(diào)控導(dǎo)電物質(zhì)在電場中形成折疊式結(jié)構(gòu)；

3)本實(shí)用新型的電場誘導(dǎo)填料形成折疊結(jié)構(gòu)不同于均勻電場，相比于均勻電場，折疊結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的各向異性不明顯。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型電極裝置產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的原理圖；

圖2為手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的設(shè)計(jì)思路；

圖3為本實(shí)用新型電極裝置產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3所示手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場對電極數(shù)量和位置的依賴性分析圖；

圖5為含義7個(gè)電極片的電場對電極數(shù)量和位置的依賴性分析圖；

圖6為含義5個(gè)電極片的電場對電極數(shù)量和位置的依賴性分析圖；

圖中，電極箱1、電極片2、導(dǎo)線3、電源4、誘導(dǎo)填料5。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以便本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。

實(shí)施例1

如圖3～4所示：一種產(chǎn)生手風(fēng)琴式非均勻具有折疊電場線電場的電極裝置，電極裝置包括電極箱1，電極箱1中上下對應(yīng)面的外壁上均水平間隔鋪設(shè)了一排電極片2，兩排電極片2相互平行，上排電極片2數(shù)量為4片，下排電極片2數(shù)量為5片；兩排電極片2間隔交叉布置，且相近的3個(gè)電極片2形成三角形；電極片2通過導(dǎo)線3連接電源4，且電極片2與電源的正負(fù)極間隔連接。

電極片2的形狀為矩形或正方形。電極片2的材料為銅、鋁、銀、金、不銹鋼、鉻、鉑、鋅、鈦和石墨中的任意一種。

電極片2的長度L₁為20mm，寬度W為20mm，厚度為0.2mm。

電極片2之間的間距D₁為20mm。

錨式電場的場強(qiáng)為10^-2V/m～10⁶V/m。

為了從理論上證明設(shè)計(jì)和制備的可行性，采用Ansoft Maxwell14.0軟件基于有限元方法計(jì)算和模擬了錨式電場的電場分布與電極的數(shù)量、分布、尺寸等的關(guān)系，施加1kV的激勵(lì)電壓。結(jié)果如圖4所示。圖4展示了手風(fēng)琴式電場對電極數(shù)量和位置的依賴性。從模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，電場強(qiáng)度的方向與預(yù)期一致，并且電場分布強(qiáng)烈依賴于電極的分布，包括電極相互間橫向和縱向距離等。

向上述誘導(dǎo)填料5(如均勻分散在液體硅橡膠中的碳納米管(CNTs)，其中CNTs含量為2wt％)裝入上述電極裝置的電極箱1中，開啟電源從而產(chǎn)生錨式電場，在60℃環(huán)境中，2h后可得到一種柔性導(dǎo)電復(fù)合材料，其中碳納米管在硅橡膠中呈現(xiàn)錨式分布，這種材料在拉伸時(shí)電阻率變化小，當(dāng)伸長率達(dá)到100％時(shí)，電阻率降低僅為5％，遠(yuǎn)低于未取向或垂直取向的復(fù)合材料(50％)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于：

如圖5所示：兩排電極片2數(shù)量為共7片；上排電極片2數(shù)量為3片，下排電極片2數(shù)量為4片；其模擬結(jié)果如圖6所示。從模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，7個(gè)電極中電場強(qiáng)度的方向與預(yù)期一致，并且電場分布強(qiáng)烈依賴于電極的分布，包括電極相互間橫向和縱向距離等。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于：

如圖6所示：兩排電極片2數(shù)量為共5片；上排電極片2數(shù)量為2片，下排電極片2數(shù)量為3片；其模擬結(jié)果如圖6所示。從模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，9個(gè)電極中電場強(qiáng)度的方向與預(yù)期一致，并且電場分布強(qiáng)烈依賴于電極的分布，包括電極相互間橫向和縱向距離等。

其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對本實(shí)用新型做出了詳盡的描述，但它僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。