研究一种多场环境下超导材料力学性能的测试装置

　　超导材料论文第三篇：研究一种多场环境下超导材料力学性能的测试装置

　　摘要：超导材料作为一种新型智能材料，在能源、交通、电力以及科学实验等诸多领域都得到了广泛的应用。超导材料往往处于多场环境下，其在多场耦合环境下的力学、热学和电磁学性能的表征成了人们研究的热点。本文设计了一种测试装置，模拟了真空、低温、磁场、电场等多种环境，在此环境下测试超导材料的各种力学性能，具有简单易操作，模拟程度高，实验结果可靠等特点。

　　自1911年荷兰物理学家昂尼斯首次在实验室发现超导现象以来，超导现象已成为20世纪最伟大的发现之一，由于其优越的性能，譬如零电阻、完全抗磁性效应和约瑟夫森效应，超导材料自发现以来已显示出极具吸引力的应用前景和潜力，并且广泛应用于航空航天、生物医学、信息工程、电气工程、机械工程等领域。如今，在单一场的环境中，诸如极低温、极高磁场、极高电场或电流等极端环境下，在国内和国外，超导材料的力学测试方法已经具备了较为成熟的技术或商业化的产品。李冬富等人使用Ag-Mg合金做包套可有效提高高温超导材料Bi-2212线材机械性能，是确保Bi-2212实际应用的有效手段；徐晗等人对于超导模型线圈实验中应变测量的特点，阐述在低温强磁场条件下电阻应变测量方法；张伟刚等人基于等强度标准梁应变实验，对两种应变测量方法的光纤光栅与电阻应变片进行了实验的对比，结果表明，光纤光栅方法应变测量数据的线性度和灵敏度与理论计算值吻合良好；Ilyin等人分析了在低温环境下低温超导线材所具有的力学行为的非线性行为。以上研究表明，单一场环境下超导材料力学性能的测试方法与测试装置已日趋成熟，然而，超导材料通常处于极端多场环境中，例如强载荷、极低温和强电磁场等，其力学性能表征在多场耦合环境中，并在此基础上，开发了多场环境下超导材料力学测试方法及其测试装置，成为当今超导基础与应用领域最热门的话题之一。因此，基于多场环境开展的实验表征方法以及相关检测技术，特别是极端环境下超导材料力学行为的实验研究，以及多场耦合测试设备的研发等均具有重要的科学意义。

　　本文对多场的环境中超导材料力学性能的测试方法及其装置进行了实验研究，设计一种测试装置，以实现多场环境下超导材料力学性能的检测。

　　测试装置及工作原理

　　测试装置

　　如图为一种多场环境下超导材料力学性能的测试装置的示意图。图1和图2分别为测试装置的正面和侧面示意图，装置主要由以下部件组成：1.外壳；2.显示屏；3.真空箱；4.真空抽取器；5.夹具；6.磁控导轨；7.电路箱；8.遥杆控制开关；9.真空控制装置；10.控制器；11.电流控制装置；12.温度控制开关；13.电源接口；14.电脑连接接口。

　　主要特征及工作原理

　　主要特征

　　本测试装置的主要特征在于：装置设置有外壳1，外壳左侧嵌装有显示屏2，右侧安装有真空箱3，真空箱的上端嵌装有真空抽取器4，真空抽取器通过控制线连接真空控制装置9，通过真空抽取器方便对真空箱进行真空抽取，满足真空的实验环境；真空箱的内部通过螺栓固定安装有磁控导轨6，磁控导轨的两侧固定安装有对称的夹具5，磁控导轨的控制端通过数据线连接有控制器10，控制器通过数据线分别连接遥杆控制开关8、电流控制装置11、温度控制开关12；壳体的外部安装有电路箱7，电路箱与磁控导轨6的供电电源相连接，通过电路箱实现对磁控导轨磁力的控制；控制器通过电源接口13连接供电电源、通过电脑连接接口14连接控制电脑；通过供电电源实现对控制器的有效供电，通过控制电脑方便对控制器中的数据进行调整和控制。

　　1 正面示意图图  

　　图2 侧面示意图  

　　工作原理

　　通过电源接口13接入220V电源，将超导材料架在夹具5上，并且置于磁控导轨6上，然后通过遥杆控制开关8，控制材料的位置，随后调节控制器10，选择不同测量环境，此时的数据将会显示在显示屏2上，并通过电脑连接接口14模块连接电脑，电脑上的软件开始采集被测材料力学性能的数据。本文设计的测试装置，模拟了真空、低温、磁场、电场等多种环境，在此环境下测试超导材料的各种力学性能。

　　结语

　　实现多场环境条件下超导材料的实验测试系统及其方法的研究一直是目前世界各国在科学研究前沿。本文设计了一种装置，模拟了真空、低温、磁场、电场等多场环境，实现不同环境下对超导材料力学性能的测试，并且设置有夹具，可由遥杆控制开关随意控制，该测试装置具有简单易操作、模拟性能好、实验结果可信度高等特点，具有一定的应用价值。随着超导材料及其它相关技术的发展和进步，超导技术的应用一定会有更大的发展，对未来人类社会的生产、生活产生更加巨大的影响。

　　建议观点

　　1.超导材料材料在诸多领域应用广泛，在极端环境下超导材料力学行为的实验研究，以及多场耦合测试设备的研发等均具有重要的科学意义。

　　2.物理是一门以实验为基础的学科，在新课程改革中，依据现代教育理念所提出的教学根本目的是促进学生的全面发展，不仅要关注物理学的基础知识和基本技能，还要关注物理学的历史进程、取得的成就、未来的发展趋势。

　　3.现代科学技术的发展越来越迅速，时代赋予我们必须更快地了解和学习现代科学技术，各种现代科学技术的发展都离不开物理，平时需多学习一些物理知识，达到学以致用的效果。