【導讀】使用電壓表或SMU源表等測試設備（如數字多用表的電壓測量檔等），將電壓表的探頭與纖維電學(xué)器件的兩個(gè)輸出電極相連接，確保連接牢固且接觸良好，以減少接觸電阻對測量結果的影響。當纖維電學(xué)器件處于工作狀態(tài)（如受到特定刺激，像壓電纖維器件受到外力作用、光電器件受到光照等）或在特定的電路環(huán)境下運行時(shí)，電壓表會(huì )實(shí)時(shí)顯示出器件兩端的電位差，即輸出電壓值。
纖維器件是什么？
纖維器件是一種以纖維為基礎結構形態(tài)的功能性元件。呈現纖維狀，有著(zhù)細長(cháng)的外觀(guān)，直徑通常較為細小，長(cháng)度則根據具體設計和應用需求可長(cháng)可短。其形狀可以是筆直的，也能被加工成具有一定彎曲度或柔韌性的樣式，以便更好地適配不同的使用環(huán)境和集成要求。常見(jiàn)類(lèi)型及功能：
● 纖維傳感器：能夠對周?chē)h(huán)境中的物理量（如溫度、壓力、應變等）或化學(xué)量（如特定氣體、酸堿度等）產(chǎn)生響應，將這些外界刺激轉化為可測量的電信號、光信號等，從而實(shí)現檢測和監測功能。
● 纖維光電器件：包含纖維發(fā)光二極管、纖維光電探測器等。纖維發(fā)光二極管可實(shí)現發(fā)光功能，應用于照明、顯示等方面；纖維光電探測器則能接收光信號并進(jìn)行相應的光電轉換，常用于光通信、光學(xué)成像等領(lǐng)域。
● 纖維電極：作為電極使用，主要起到導電、傳輸電信號的作用，在電池、電化學(xué)傳感器以及生物電信號采集（如心電、腦電檢測）等方面有著(zhù)重要應用，憑借其纖維的柔軟特性，可更好地貼合物體表面進(jìn)行電信號傳導。
纖維器件電學(xué)測試方法
1)輸出電壓測試方法
使用電壓表或SMU源表等測試設備（如數字多用表的電壓測量檔等），將電壓表的探頭與纖維電學(xué)器件的兩個(gè)輸出電極相連接，確保連接牢固且接觸良好，以減少接觸電阻對測量結果的影響。當纖維電學(xué)器件處于工作狀態(tài)（如受到特定刺激，像壓電纖維器件受到外力作用、光電器件受到光照等）或在特定的電路環(huán)境下運行時(shí)，電壓表會(huì )實(shí)時(shí)顯示出器件兩端的電位差，即輸出電壓值。
2)輸出電流測試方法
采用電流表或SMU源表來(lái)進(jìn)行測量。將電流表與纖維電學(xué)器件的電路進(jìn)行串聯(lián)連接，即讓電流從電源流出后，先經(jīng)過(guò)電流表，再通過(guò)纖維電學(xué)器件，最后回到電源形成完整回路。這樣，通過(guò)電流表的電流就是纖維電學(xué)器件的輸出電流。在選擇電流表時(shí)，要根據預計的電流大小選擇合適量程的電流表，以確保測量的準確性和安全性。
3)電導率測試方法
二探針?lè )ǎ盒枰獪蕚鋬蓚€(gè)探針、電源、電壓表或者 SMU 源表以及用于固定和連接器件的裝置等。將兩個(gè)探針與纖維電學(xué)器件緊密接觸，其中一個(gè)探針連接電源的正極，用于向器件提供電流；另一個(gè)探針連接電壓表的正極，電壓表的負極連接電源的負極?；蛘呤褂肧MU 源表的兩探針直接連接器件兩端，通過(guò)設置源表的輸出和測量項目來(lái)進(jìn)行電壓電流測試。
通過(guò)電源向器件施加一定的直流電流，同時(shí)用電壓表測量在電流通過(guò)器件時(shí)，探針兩端的電壓降。根據歐姆定律先計算出器件在兩探針之間的電阻值。然后結合器件在兩探針之間的長(cháng)度、橫截面積等幾何尺寸信息，利用電導率公式計算出纖維電學(xué)器件的電導率。但這種方法存在接觸電阻的影響，對于低電導率或高電阻的材料，測量誤差可能較大。
二線(xiàn)法與四線(xiàn)法
四探針?lè )ǎ合噍^于二探針?lè )?，四探針?lè )ㄐ枰~外準備兩個(gè)探針。將四個(gè)探針按照一定的順序排列并與纖維電學(xué)器件緊密接觸，通常是外側兩個(gè)探針用于提供電流，內側兩個(gè)探針用于測量電壓。
同樣根據歐姆定律先計算出中間部分的電阻值，再結合器件相應的幾何尺寸信息，利用電導率公式計算電導率。四探針?lè )ㄍㄟ^(guò)將測量回路和電流回路分開(kāi)，有效地消除了接觸電阻對測量結果的影響，因此能夠更準確地測量纖維電學(xué)器件的電導率，尤其適用于對電導率測量精度要求較高的情況，如在研發(fā)高性能導電纖維材料時(shí)經(jīng)常采用。
4)電阻測試方法
將萬(wàn)用表置于電阻測量檔，根據纖維電學(xué)器件的大致電阻范圍選擇合適的量程。如果不確定器件的電阻范圍，可以先從較大量程開(kāi)始測量，然后根據測量結果逐步調整到合適的量程，以提高測量精度。把萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆與纖維電學(xué)器件的兩端相連接，確保連接緊密且接觸良好。連接好后，萬(wàn)用表會(huì )顯示出器件的電阻值。
5)耐久性測試方法
對于可充電纖維電學(xué)器件（如纖維狀鋰離子電池）：設置充放電循環(huán)測試設備，包括電源、充放電控制器、電壓表、電流表等。將纖維狀鋰離子電池連接到充放電循環(huán)測試設備上，按照預定的充放電倍率、溫度等條件進(jìn)行多次充放電循環(huán)操作。在每次充放電循環(huán)過(guò)程中，使用電壓表和電流表分別測量電池的輸出電壓、輸出電流等參數，并記錄下來(lái)。同時(shí)，還可以通過(guò)其他專(zhuān)業(yè)設備（如電池容量測試儀等）測量電池的容量變化情況。通過(guò)分析這些參數在多次充放電循環(huán)后的變化情況，評估電池在長(cháng)期使用過(guò)程中的耐久性和性能保持情況。
對于可穿戴纖維電學(xué)器件（如用于健康監測的壓電纖維傳感器等）：搭建模擬人體運動(dòng)的測試裝置，將可穿戴纖維電學(xué)器件安裝在模擬人體運動(dòng)的測試裝置上。在模擬人體運動(dòng)過(guò)程中，使用電壓表、電流表等測量?jì)x器測量器件的輸出電壓、輸出電流等參數，并實(shí)時(shí)監測其電學(xué)性能指標的變化情況。通過(guò)分析這些參數在模擬人體運動(dòng)過(guò)程中的變化情況，評估器件在承受人體日?；顒?dòng)產(chǎn)生的機械應力條件下的耐久性和性能保持情況。
6)響應速度測試方法（針對不同器件特性的模擬測試法）
對于基于光電效應的纖維電學(xué)器件：使用高速示波器、光照強度控制設備等搭建測試環(huán)境。首先將纖維電學(xué)器件連接到測試環(huán)境中，使其處于正常工作狀態(tài)。然后通過(guò)光照強度控制設備快速切換光照條件，例如從強光突然切換到弱光或反之。在光照條件快速變化的同時(shí)，使用高速示波器測量器件從接收到光照變化到產(chǎn)生相應輸出電壓或電流變化的時(shí)間間隔。高速示波器可以精確記錄下這一過(guò)程中的電壓或電流波形變化，通過(guò)分析波形變化的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，確定器件的光電響應速度。
對于基于壓電效應的纖維電學(xué)器件：使用高速示波器、外力施加設備等搭建測試環(huán)境。將纖維電學(xué)器件安裝在測試環(huán)境中，使其處于正常工作狀態(tài)。然后通過(guò)外力施加設備快速施加變化的外力，例如從無(wú)外力突然施加到一定大小的壓力或反之。在施加外力快速變化的同時(shí)，使用高速示波器測量器件從接收到外力變化到產(chǎn)生相應輸出電壓或電流變化的時(shí)間間隔。通過(guò)分析波形變化的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，確定器件的壓電響應速度。
7)陣列測試方法（針對不同輸入信號的快速變化測試法）
器件逐一手動(dòng)測量：對于陣列的測試內容，與單個(gè)器件測試類(lèi)似。對于陣列的測試，除了需要確定單個(gè)纖維器件的各項性能參數，還需要掌握陣列整體性能。對于單個(gè)纖維器件的各項性能參數評估：需要進(jìn)行逐一的行列測試，并且更換不同的儀器來(lái)測不同的參數。但對于陣列整體性能的掌握，無(wú)法使用單一儀器完成。并且該方法繁瑣復雜，測試效率低下，耗時(shí)長(cháng)。
矩陣開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換快速測量：對于器件陣列，開(kāi)關(guān)型源表是合適的選擇。此類(lèi)源表內部的開(kāi)關(guān)元件能夠快速地進(jìn)行導通和截止切換，從而實(shí)現對輸出信號的快速調節，這使得開(kāi)關(guān)型源表可以在短時(shí)間內完成不同電壓、電流條件的切換，提高測試效率，并且能夠模擬被測器件在實(shí)際工作中的動(dòng)態(tài)電學(xué)環(huán)境，如脈沖信號、瞬態(tài)信號等。而且開(kāi)關(guān)型源表的多通道支持一個(gè)表就可以同時(shí)測試多個(gè)行與列，實(shí)現器件陣列的完整性測試，以評估器件陣列的整體性能。
纖維器件電學(xué)測試方案
吉時(shí)利作為小信號測量的鼻祖，擁有豐富的產(chǎn)品線(xiàn)可供測試選擇，助力纖維器件電學(xué)測試。SMU源表系列從2400到2600系列具有高精度10nV電壓0.1fA電流測試，具備分析儀、曲線(xiàn)追蹤儀和I-V系統功能，成本更低。它提供高度靈活的4象限電壓和電流源/載荷，以及精密的電壓和電流儀器。這個(gè)一體化儀器可以用作 : 精密電源，具有電壓和電流回讀功能；真正電流源；數字多用表、測量直流電壓、電流、電阻和功率，分辨率6?數位；精密電子載荷；觸發(fā)控制器。
3706A型系統開(kāi)關(guān)帶有高性能數字萬(wàn)用表，包含用于插卡的六個(gè)插槽，采用緊湊型2U高的機箱，可以輕松地滿(mǎn)足中高通道數應用的需求。滿(mǎn)載情況下，主機最多可支持576條雙線(xiàn)多路復用器通道，實(shí)現無(wú)與倫比的密度和低廉的每通道成本?？梢詫?shí)現纖維器件陣列測試，并且還可以同時(shí)對陣列進(jìn)行不同參數性能的評估。因此，這是一個(gè)緊密集成的開(kāi)關(guān)和測量解決方案，既適用于工作臺也適用于機架。
雙通道2182A型納米電壓表經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可進(jìn)行穩定、低噪聲的nA級別電壓測量，并可靠、可重復地表征低電阻材料和器件。與其他低壓測量解決方案相比，它提供更高的測量速度和明顯更好的噪聲性能。它提供簡(jiǎn)化的delta模式，可用于與反向電流源（如6220或6221型）結合進(jìn)行電阻測量。
6220型直流電流源和6221型交流直流電流源兼具易用性和極低電流噪聲的特點(diǎn)。低電流源對于從研發(fā)到生產(chǎn)的測試環(huán)境中的應用至關(guān)重要。6220和6221型具有高源精度和內置控制功能，非常適合霍爾測量、使用增量模式的電阻測量、脈沖測量和差分電導測量等應用。
Keithley 6400系列皮安表可以測量10fA至20mA的電流，速度高達每秒1000個(gè)讀數。6487型皮安表/電壓提供比6485更高的精度和更快的上升時(shí)間、一個(gè)500V源以及一種與電容設備配合使用的阻尼功能。6482型雙通道皮安表/電壓源提供比6485型或6487型更高的測量分辨率和雙獨立30V電壓偏置源。
Keithley6517B靜電計 / 高阻表是全球科研實(shí)驗室靈敏測量的標準。6517B把吉時(shí)利數十年的弱電測量技術(shù)知識融匯到創(chuàng )新的低電流輸入放大器中，輸入偏置電流<3fA，噪聲僅0.75fAp-p，最低電流范圍上壓降<20μV。對近似理想的電路負荷，電壓電路輸入阻抗超過(guò)200TΩ。這些指標保證了所需的準確度和靈敏度，可以在物理、光學(xué)、納米科技和材料科學(xué)等領(lǐng)域準確地進(jìn)行低電流和高阻抗電壓、電阻和電荷測量。內置±1kV電壓源擁有掃描功能，簡(jiǎn)化了絕緣材料上的漏流、擊穿和電阻測試及體電阻率 (W-cm) 和表面電阻率 (W/square) 測量工作。
DMM7510/6500集高精度、高分辨率數字萬(wàn)用表(DMM)、圖形觸摸屏顯示器和高速、高分辨率數字化器于一身，是一款圖形采樣萬(wàn)用表。DMM7510具有低噪聲輸入級和32位A-D轉換器，體現了Keithley的低電平測量專(zhuān)長(cháng)，能提供通常只有計量級儀器才有的直流精度。高靈敏度可讓DMM7510測量非常低的電壓、電流和電阻，并檢測微小變化和信號漂移。
Keithley 4200是一種可以量身定制、全面集成的參數分析儀，提供同步電流電壓曲線(xiàn)測試 (I-V曲線(xiàn)測試)、電容 - 電壓曲線(xiàn)測試 (C-V曲線(xiàn)測試 ) 和超快脈沖 I-V曲線(xiàn)測量。其直流電流為10aA-1A范圍，電壓為 0.2μV-210V范圍，滿(mǎn)足水凝膠多種應用場(chǎng)景的不同性能測試。
熱門(mén)應用案例
案例一：3D打印纖維電極用于通過(guò)非對稱(chēng)超級電容器和溫度傳感器混合集成的全纖維電子設備
本文介紹了一種3D打印的纖維狀集成電子設備的開(kāi)發(fā)，該設備結合了纖維狀非對稱(chēng)超級電容器 (FASC) 和纖維狀溫度傳感器 (FTS)。FASC器件由3D打印的V2O5/SWCNT和VN/SWCNT纖維制成 , 并組裝成扭曲結構，可提供穩定的輸出功率來(lái)驅動(dòng)FTS?；谶€原氧化石墨烯 (rGo) 的FTS具有高靈敏度 , 溫度響應度為 1.95%°C-1。將能量存儲和傳感功能集成到單一的纖維狀設備中 , 展示了3D打印用于開(kāi)發(fā)先進(jìn)可穿戴電子設備的潛力。本文使用Keithley 4200參數分析儀來(lái)測試該集成電子設備的電氣特性。
案例二：基于動(dòng)態(tài)肖特基二極管的自供電多功能智能紡織品
本文介紹了一種基于動(dòng)態(tài)肖特基二極管 (DSD) 與纖維素纖維集成的自供電多功能智能紡織品的開(kāi)發(fā)。該紡織品被設計用于持續發(fā)電并建立內置感知網(wǎng)絡(luò ) , 可檢測雙軸運動(dòng) , 包括法向力和切向力。纖維素纖維的分層結構為導電聚合物PEDOT:PSS提供了支架，形成DSD結。這些結構作為肖特基二極管 , 可從機械刺激中產(chǎn)生電力 , 形成一個(gè)織物感知元素矩陣。作者還提出了一種緩解策略 , 以解決由于機械和電化學(xué)降解導致的DSD發(fā)電機壽命短的問(wèn)題。所得到的智能紡織品展現出出色的柔韌性、可拉伸性、透氣性以及與服裝的兼容性 , 使其成為從日常運動(dòng)中發(fā)電并實(shí)現多功能感知的有前景方法。
本文使用Keithley的數字采集萬(wàn)用表DAQ6510來(lái)測試開(kāi)路電壓Voc和短路電流密度Usc；使用Keithley的源表SMU2450來(lái)進(jìn)行C-V曲線(xiàn)測試。
案例三：連續生產(chǎn)具有高電子性能的超韌性半導體聚合物纖維
本文介紹了一種稱(chēng)為流增強結晶 (FLEX) 的新方法，用于連續生產(chǎn)高強度、超韌性的共軛聚合物纖維。這些纖維展現出了出色的機械性能，拉伸強度超過(guò)200MPa，韌性超過(guò)80MJ/m3，優(yōu)于許多合成纖維。關(guān)鍵創(chuàng )新在于使用低聚合物溶液濃度和強烈的伸長(cháng)和剪切流動(dòng)來(lái)分散和排列聚合物鏈，從而提高了結晶度和機械性能。這些纖維還顯示出應變增強的電子性能，使其適用于高性能柔性和可拉伸電子應用，如可穿戴設備、傳感器和能源設備。
本文使用Keithley的2636B源表和納伏表2182A在氮氣手套箱中進(jìn)行電導率測試；使用Keithley的4200參數分析儀進(jìn)行CP纖維OECT器件表征。
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