[发明专利]真空条件下单颗粒粘附力和带电量的测试系统及测试方法

权利要求书

1.真空条件下单颗粒与平板材料之间粘附力和颗粒带电量测试系统，包括真空容器，设置在真空容器内的一对平行设置的电极板，上部电极和下部电极分别通过导线与真空容器外的直流电源电连接并通过直流电源加载电压，使平行板之间产生均匀的电场，真空容器内还设置有紫外光源或电子枪对设置在下部电极上的单颗粒实施荷电操作，真空容器外还设置有颗粒运动摄录装置，以通过真空容器上对应摄录位置开设的观察窗对单颗粒的运动进行实时摄录，其中，上部电极与下部电极之间的间距为30mm-100mm，平板材料为导体材料，制成下部电极。

2.如权利要求1所述的测试系统，其中，平板材料为非导体材料，并放置在下部电极的上表面。

3.如权利要求1所述的测试系统，其中，所述颗粒运动摄录装置为高速摄像机。

4.如权利要求1-3任一项所述的测试系统，其中，平板材料为铜、银、铝、锌、铁或其合金。

5.利用权利要求1-4任一项所述测试系统测量单颗粒与平板材料之间粘附力和颗粒带电量的方法，包括如下步骤：

将单颗粒放置在下部平板上，连接真空容器内外线缆之后关闭真空容器，打开真空获取装置直到指定真空度；

调节紫外光源或电子枪辐照单颗粒使其带电；

以不高于1V/s的速度升高直流电源的电压，同时开启颗粒运动摄录装置进行连续拍照或摄像。

当颗粒发生运动时,停止升高电压,记录颗粒发生运动时刻的电压U，则颗粒运动的整个过程中,平板间电场E为恒定值,E＝U/d,d为上部电极和下部电极之间的距离，根据捕捉到的颗粒运动图像利用d＝at²/2计算颗粒运动加速度a，其中，t为颗粒从发生运动的时刻到到达上部电极的时刻所用的时间，再利用F_a＝m×a得到粘附力F_a，其中m为颗粒质量,再由F_E＝F_a+G和F_E＝Q×E得到颗粒的带电量Q,其中F_E为电场力，G为颗粒的重力。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其中，紫外光源辐射光波长在10nm-400nm,光强根据颗粒实际所受紫外辐射程度进行调节,辐照时间不少于10分钟。

7.根据权利要求5所述的测试方法，其中，电子枪的电子束能量不高于20keV，辐照时间不少于10分钟。

8.根据权利要求5-7任一项所述的测试方法，其中，当平板材料为非导电材料时，平板材料的厚度为d1,则根据捕捉到的颗粒运动图像利用2(d-d1)＝at2计算颗粒运动加速度a。