【導讀】使用電壓表或SMU源表等測試設備（如數(shù)字多用表的電壓測量檔等），將電壓表的探頭與纖維電學器件的兩個輸出電極相連接，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，電壓表會實時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(xiàn)纖維狀，有著細長的外觀，直徑通常較為細小，長度則根據(jù)具體設計和應用需求可長可短。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。常見類型及功能：
● 纖維傳感器：能夠對周圍環(huán)境中的物理量（如溫度、壓力、應變等）或化學量（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，從而實現(xiàn)檢測和監(jiān)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)光二極管可實現(xiàn)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行相應的光電轉換，常用于光通信、光學成像等領域。
● 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、電化學傳感器以及生物電信號采集（如心電、腦電檢測）等方面有著重要應用，憑借其纖維的柔軟特性，可更好地貼合物體表面進行電信號傳導。
纖維器件電學測試方法
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(shù)字多用表的電壓測量檔等），將電壓表的探頭與纖維電學器件的兩個輸出電極相連接，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，電壓表會實時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源表來進行測量。將電流表與纖維電學器件的電路進行串聯(lián)連接，即讓電流從電源流出后，先經(jīng)過電流表，再通過纖維電學器件，最后回到電源形成完整回路。這樣，通過電流表的電流就是纖維電學器件的輸出電流。在選擇電流表時，要根據(jù)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
二探針法：需要準備兩個探針、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。將兩個探針與纖維電學器件緊密接觸，其中一個探針連接電源的正極，用于向器件提供電流；另一個探針連接電壓表的正極，電壓表的負極連接電源的負極。或者使用SMU 源表的兩探針直接連接器件兩端，通過設置源表的輸出和測量項目來進行電壓電流測試。
通過電源向器件施加一定的直流電流，同時用電壓表測量在電流通過器件時，探針兩端的電壓降。根據(jù)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。
二線法與四線法
四探針法：相較于二探針法，四探針法需要額外準備兩個探針。將四個探針按照一定的順序排列并與纖維電學器件緊密接觸，通常是外側兩個探針用于提供電流，內(nèi)側兩個探針用于測量電壓。
同樣根據(jù)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。四探針法通過將測量回路和電流回路分開，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經(jīng)常采用。
4)電阻測試方法
將萬用表置于電阻測量檔，根據(jù)纖維電學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始測量，然后根據(jù)測量結果逐步調(diào)整到合適的量程，以提高測量精度。把萬用表的兩個表筆與纖維電學器件的兩端相連接，確保連接緊密且接觸良好。連接好后，萬用表會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、溫度等條件進行多次充放電循環(huán)操作。在每次充放電循環(huán)過程中，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(shù)，并記錄下來。同時，還可以通過其他專業(yè)設備（如電池容量測試儀等）測量電池的容量變化情況。通過分析這些參數(shù)在多次充放電循環(huán)后的變化情況，評估電池在長期使用過程中的耐久性和性能保持情況。
對于可穿戴纖維電學器件（如用于健康監(jiān)測的壓電纖維傳感器等）：搭建模擬人體運動的測試裝置，將可穿戴纖維電學器件安裝在模擬人體運動的測試裝置上。在模擬人體運動過程中，使用電壓表、電流表等測量儀器測量器件的輸出電壓、輸出電流等參數(shù)，并實時監(jiān)測其電學性能指標的變化情況。通過分析這些參數(shù)在模擬人體運動過程中的變化情況，評估器件在承受人體日常活動產(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，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間間隔。高速示波器可以精確記錄下這一過程中的電壓或電流波形變化，通過分析波形變化的起始點和終點，確定器件的光電響應速度。
對于基于壓電效應的纖維電學器件：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)。然后通過外力施加設備快速施加變化的外力，例如從無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，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間間隔。通過分析波形變化的起始點和終點，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）
器件逐一手動測量：對于陣列的測試內(nèi)容，與單個器件測試類似。對于陣列的測試，除了需要確定單個纖維器件的各項性能參數(shù)，還需要掌握陣列整體性能。對于單個纖維器件的各項性能參數(shù)評估：需要進行逐一的行列測試，并且更換不同的儀器來測不同的參數(shù)。但對于陣列整體性能的掌握，無法使用單一儀器完成。并且該方法繁瑣復雜，測試效率低下，耗時長。
矩陣開關自動切換快速測量：對于器件陣列，開關型源表是合適的選擇。此類源表內(nèi)部的開關元件能夠快速地進行導通和截止切換，從而實現(xiàn)對輸出信號的快速調(diào)節(jié)，這使得開關型源表可以在短時間內(nèi)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際工作中的動態(tài)電學環(huán)境，如脈沖信號、瞬態(tài)信號等。而且開關型源表的多通道支持一個表就可以同時測試多個行與列，實現(xiàn)器件陣列的完整性測試，以評估器件陣列的整體性能。
纖維器件電學測試方案
吉時利作為小信號測量的鼻祖，擁有豐富的產(chǎn)品線可供測試選擇，助力纖維器件電學測試。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、曲線追蹤儀和I-V系統(tǒng)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(shù)字多用表、測量直流電壓、電流、電阻和功率，分辨率6?數(shù)位；精密電子載荷；觸發(fā)控制器。
3706A型系統(tǒng)開關帶有高性能數(shù)字萬用表，包含用于插卡的六個插槽，采用緊湊型2U高的機箱，可以輕松地滿足中高通道數(shù)應用的需求。滿載情況下，主機最多可支持576條雙線多路復用器通道，實現(xiàn)無與倫比的密度和低廉的每通道成本。可以實現(xiàn)纖維器件陣列測試，并且還可以同時對陣列進行不同參數(shù)性能的評估。因此，這是一個緊密集成的開關和測量解決方案，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)過優(yōu)化，可進行穩(wěn)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。它提供簡化的delta模式，可用于與反向電流源（如6220或6221型）結合進行電阻測量。
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。低電流源對于從研發(fā)到生產(chǎn)的測試環(huán)境中的應用至關重要。6220和6221型具有高源精度和內(nèi)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個讀數(shù)。6487型皮安表/電壓提供比6485更高的精度和更快的上升時間、一個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驗室靈敏測量的標準。6517B把吉時利數(shù)十年的弱電測量技術知識融匯到創(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、納米科技和材料科學等領域準確地進行低電流和高阻抗電壓、電阻和電荷測量。內(nèi)置±1kV電壓源擁有掃描功能，簡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(shù)字萬用表(DMM)、圖形觸摸屏顯示器和高速、高分辨率數(shù)字化器于一身，是一款圖形采樣萬用表。DMM7510具有低噪聲輸入級和32位A-D轉換器，體現(xiàn)了Keithley的低電平測量專長，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(shù)分析儀，提供同步電流電壓曲線測試 (I-V曲線測試)、電容 - 電壓曲線測試 (C-V曲線測試 ) 和超快脈沖 I-V曲線測量。其直流電流為10aA-1A范圍，電壓為 0.2μV-210V范圍，滿足水凝膠多種應用場景的不同性能測試。
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本文使用Keithley的2636B源表和納伏表2182A在氮氣手套箱中進行電導率測試；使用Keithley的4200參數(shù)分析儀進行CP纖維OECT器件表征。
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