実験装置
研究設備
測定技術
 キャパシタンス法
 右写真は我々の実験室の熱膨張測定装置である。 防振対策としてデュワー上部にエアダンパー、下部には砂箱を装備している。また、ポンプからの振動を防ぐためベローズを砂の中に埋めてある。静電容量の測定には、Andeen-Hagerling社製のキャパシタンスブリッジを用いている。

一般に室内に置かれたブリッジ内の標準キャパシタンスは、10〜40ppm/K程度の変化があるため、室温が微小に変化しても測定値のドリフトとして観測されてしまう。その点Andeen-Hagerling社のキャパシタンスブリッジは、標準キャパシタンスを温度コントロールすることにより問題を克服している。室温の変化に対する測定値の変動は0.1ppm/K以下であり、精度の良い測定ができる。


熱膨張システム概観
 熱膨張は温度変化に対し試料長が変化する現象をいう。格子定数を直接測定するX線や中性子回折はミクロな変化を観測できるのに対し、熱膨張は格子の変化をマクロな変化として観測できる。熱膨張の測定方法は、キャパシタンス法やストレインゲージ法などいくつかあるが、我が研究室ではこの中でも最も感度が良いキャパシタンス法を用いている。

 キャパシタンス法とは試料長の変化を電極間の静電容量の変化として測定する方法で1pmの感度で測定可能である。



※電極版上の測定試料はベローズのばねを利用して圧着している。
※極板間隔を調節ねじで調節する。
※セル全体を導体で覆い、接地することで三端子法により同軸ケーブルやコンデンサの浮遊容量を取り除いている。
キャパシタンス法熱膨張セルの構造図
  熱膨張用セルでは精度のよい測定をするために、上図にあるように電極板の周りをグラウンドで覆う三端子法を用い、信号線はシールド線を用いることで信号線等からの静電浮遊容量の影響を取り除いている。

 右写真は熱膨張用セルの部品の写真であるが、測定値のとびなどを極力なくすために、熱膨張用セルのほとんどの部品は無酸素銅を使用している。
熱膨張セルの部品(無酸素銅)
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