热刺激电流测量仪的测量方法与信号解析

一、核心测量方法：温度驱动的极化调控​

热刺激电流测量仪（TSC）的核心思路是通过温度变化激活材料内部的荷电粒子，捕捉其运动产生的电流信号，主要分为两种经典测量模式。​

热刺激去极化电流法（TSDC） 是最常用的方式。测量时先将样品置于特定环境中，加热到适宜温度后施加电场，让材料内部的偶极子充分取向、载流子定向迁移，完成极化过程。随后保持电场不变，迅速将样品降温至低温状态，使这种极化结构被 “冻结”—— 此时荷电粒子因能量不足无法移动，极化状态得以稳定保留。接下来撤去电场，以均匀速率缓慢升温，同时监测电路中的电流变化。低温阶段几乎无电流产生，随着温度升高，荷电粒子获得能量开始运动，电流逐渐出现并达到峰值，最终随极化状态完全解除而回归零值。​

热刺激极化电流法（TSPC） 则反向操作：先将样品冷却至极低温度，此时分子与荷电粒子被 “固定”，施加电场也难以形成极化。随后以稳定速率升温，随着温度上升，粒子运动能力恢复，逐渐响应电场形成极化，电路中便产生电流。当温度升至某一水平，极化达到饱和，电流也随之消失。两种方法均通过温度与电场的协同调控，捕捉荷电粒子的动态过程。​

二、信号解析：谱图中的微观密码​

TSC 测量的核心产出是 “电流 - 温度” 谱图，其峰值位置、数量和形状蕴含着材料的微观特性密码，解析过程如同通过指纹识别物质属性。​

谱图的峰值位置是关键线索。不同类型的荷电粒子（如偶极子、可动离子）或不同结构单元（如聚合物的侧链与主链）需要不同的能量才能激活，对应在特定温度区间形成电流峰。例如聚合物材料在玻璃化转变温度附近，链段运动能力突变，会引发明显的电流峰，峰温直接关联这一重要特性温度。这些峰值如同材料内部的“能量标记”，揭示了激活不同粒子运动所需的能量差异。​

峰值数量则反映了极化机制的复杂性。若谱图仅出现单一尖峰，说明材料中主要存在一种松弛极化过程；若呈现多个重叠或分离的峰，则表明存在多种荷电粒子或不同的微观运动模式。这是因为不同粒子的活化能与松弛时间不同，会在升温过程中依次被激活，形成按能量顺序排列的多峰结构。这种分离效应是 TSC 法的独特优势，能实现恒温测量难以完成的微观机制区分。​

峰值形状与面积同样具有解读价值。峰的宽窄与荷电粒子的能量分布相关，对称尖峰往往对应能量均一的粒子群体，而宽峰或不对称峰可能意味着能量分布较广。峰面积则与参与极化的荷电粒子数量成正比，可反映材料的极性强弱或缺陷密度—— 面积越大，表明参与运动的粒子越多，极化程度越高。​

此外，谱图还能区分不同极化机制：偶极子转向产生的峰通常具有特定形态，可动离子迁移的峰则可能伴随缓慢衰减的尾部，而陷阱电荷的释放过程会形成更为复杂的峰形特征。通过这些细节的综合分析，就能从宏观电流信号中还原材料的微观结构与电学特性。​

审核编辑 黄宇