[发明专利]一种电化学中基于荧光颗粒标记与主动光学测量的位移/应变测量方法

说明书

本发明涉及一种电化学中基于荧光颗粒标记与主动光学测量的位移/应变测量方法。基于传统的DIC装置，将白色光源替换为单色激光光源，激光光源为避免与CCD相机位置的干涉，摆放位置与CCD相机成小角度的倾斜形式；在激光光源位置前加装扩束镜，扩大激光光束直径，确保激光能够照射试件表面待测区域；CCD相机摆放位置为正对试件表面，相机与试件之间的距离以能够成像清晰为准；由于采用单色激光光源，在CCD相机镜头前安装有滤光片，进行选择性滤光；与CCD相机配套的为计算机及图像采集卡的采集系统。本发明优化了散斑质量，提高了计算结果的精度要求，可广泛应用在光照变化剧烈、高温、电化学反应等特殊条件下材料的变形测量。

技术领域

本发明属于应变测量领域，具体涉及一种在电化学环境中电极材料微纳尺度下DIC(Digital Image Correlation)位移/应变的测量方法。特别是一种电化学中基于荧光颗粒标记与主动光学测量的位移/应变测量方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量大、对环境污染小等优点而被广泛使用。电极材料在电化学过程中会发生不同程度的变形，随着锂离子在电极内部的嵌入与脱出过程，电极材料会发生体积的膨胀与收缩，导致位移与应变的产生。石墨电极材料在充放电过程中的变形较小，属于微观层面。受测量空间的限制，微观尺度下的变形测量技术相对宏观尺度下相对较少，小变形范围内的变形测量技术仍需不断地优化与完善。目前，DIC因其具有非接触、全场测量、光路简单和对测量环境要求低等优点而被应用在微观变形的测量，如图1所示，它的采集过程主要由光学显微镜头与电荷耦合元件(CCD)组成，利用自然光(或白光)对试件表面进行照射，通过CCD相机捕获试件表面的散斑灰度图像，是一种基于试样表面灰度特征分析获取被测物体变形信息的光学测量方法，其对试件表面的散斑质量与灰度控制具有较高的要求。

传统的DIC技术通常利用试件表面的天然斑点或人为喷漆来作为计算所用的散斑，对于一般条件下的位移/应变分析，该散斑的质量可以满足所需的要求，但在电化学力-热-电-化多场耦合的复杂反应环境条件下，首先，由于电极长时间浸泡在电解液中，化学反应会导致试件表面散斑逐渐退化甚至消失；其次，由于受到电场、温度场等多场因素的综合影响，以及电极表面会发生一些副反应，导致试件表面的斑点质量和灰度特性有所下降，从而使CCD相机采集图像的灰度、对比度等特征下降，使DIC的计算结果精度下降，更甚者无法匹配计算。因此，对于电化学多场耦合作用下电极材料的微尺度位移/应变测量具有重要的科学意义与明确的应用背景。当前，单一的DIC测量技术对电化学复杂反应条件下电极的位移/应变测量还存在不足，其精度还有待进一步改进。有鉴于此，急需一种在电化学反应条件下的微尺度变形/应变测量方法来解决材料在微观范围内的变形分析。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种准确测量电化学多场耦合条件下电极材料的位移/应变测量方法，基于荧光颗粒标记与主动光学测量系统，实现电极表面的位移/应变测量。

本发明的技术方案如下：

一种准确测量电化学多场耦合条件下电极材料的位移/应变测量系统，其特征是电极表面使用荧光颗粒作为斑点；光源采用单色激光光源，在CCD相机镜头前安装有滤光片。

本发明所述的测量系统；是基于传统的DIC装置，将白色光源替换为单色激光光源，激光光源为避免与CCD相机位置的干涉，摆放位置与CCD相机成10-20℃角度的倾斜形式；在激光光源位置前加装扩束镜，扩大激光光束直径，确保激光能够照射试件表面待测区域；CCD相机摆放位置为正对试件表面，相机与试件之间的距离以能够成像清晰为准；由于采用单色激光光源，在CCD相机镜头前安装有滤光片，进行选择性滤光；与CCD相机配套的为计算机及图像采集卡的采集系统，用于实施采集试件表面灰度图像。

利用本发明的测量系准确测量电化学多场耦合条件下电极材料的位移/应变测量的方法，主要包括如下步骤：

利用本发明的测量系准确测量电化学多场耦合条件下电极材料的位移/应变测量的方法，主要包括如下步骤：