[发明专利]一种精确测量自支撑铍薄膜密度的方法

说明书

本发明公开了一种精确测量自支撑铍薄膜密度的方法，所述的方法采用高精度磁悬浮天平分两次测量后计算得出铍薄膜密度，首先将称量桶单独在不同气压的He气介质中进行测量，后将自支撑铍薄膜置于称量桶中同样在不同气压的He气介质中进行共同测量，将两次测量的数据进行线性拟合并计算得到自支撑铍薄膜的质量及体积，从而计算出密度；本发明采用高精度的磁悬浮天平为称量装置，同时利用He气作为称量介质，将两次称量后的数据进行数值拟合后计算得到自支撑铍薄膜的质量及体积，从而计算出密度，具有测量误差小、样品无破裂风险等优点。

技术领域

本发明涉及自支撑薄膜技术领域，尤其涉及一种精确测量自支撑铍薄膜密度的方法。

背景技术

自支撑薄膜是指无衬底支撑而独立存在的薄膜，作为靶材或滤光膜等大量应用于低能核物理、激光核物理、原子核化学实验等科研活动中，其外形尺寸一般为数mm，厚度为数μm。而自支撑铍薄膜常用于激光物理实验中的状态方程靶、某些精密仪器上的X射线滤片、软X射线激光实验中的滤光片等，对薄膜的要求主要体现在薄膜厚度、均匀性、杂质含量及密度控制等。其中薄膜密度会影响X射线的过滤效果，一般要求其尽量接近理论值，同时薄膜密度会间接反应薄膜杂质含量及薄膜内部缺陷，是薄膜参量中的一项重要指标。然而，对自支撑薄膜密度进行精确测量是个难题。

铍材料是最轻的金属之一，其理论密度仅为1.85g/cm³，常用的自支撑铍薄膜由于其尺寸较小，其质量一般小于1μg，而常规的密度天平其分辨精度只有1×10^-4g，在实际测量中存在有效数值太少而无法满足测量准确度的问题，只有采用更高精度的天平才能达到要求。

另外，如采用排水法测量自支撑铍薄膜密度，由于铍薄膜的脆性使其存在浸入液体及捞取时破裂的风险，且自支撑铍薄膜沾水后如不能完全干燥也存在测量误差的问题，必须采用一种新的测量方法。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种精确测量自支撑铍薄膜密度的方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种精确测量自支撑铍薄膜密度的方法，依次包括以下步骤：

(a)将磁悬浮天平测量室内充入高纯He气，记录在不同气压变化时磁悬浮天平的称量桶的重量值；

(b)将步骤(a)所得重量值与不同气压下He气密度值进行线性数据拟合，得出称量桶的质量及体积；

(c)将自支撑铍薄膜置于称量桶内，在测量室内充入高纯He气，记录在不同气压变化时的称量桶和自支撑铍薄膜的共同重量值；

(d)将步骤(c)所得重量值与不同气压下He气密度值进行线性数据拟合，得出称量桶和自支撑铍薄膜的共同质量及体积；

(e)由称量桶和自支撑铍薄膜的共同质量及体积减去称量桶的质量及体积，得出自支撑铍薄膜的质量及体积，计算出密度。

本发明采用磁悬浮天平作为测量设备，磁悬浮天平的测量是基于Archimedes浮力原理，即流体中物体的重量等于物体的理论质量减去排开的同体积流体的重量之差值。测量具体原理是将样品置于处于封闭空间的测量室内，利用测量室外部的电磁铁与测量室内部的永久磁铁的耦合使样品与天平完全隔离处于悬浮状态，系统将样品的重力信号无接触地传递给天平进行处理从而得出物体重量值。磁悬浮天平测量室内流体可以加温并加压，可拓展测量使用范围。

作为优选的技术方案：步骤(a)所述磁悬浮天平精度为1×10^-6g，称量范围为0～8g。

作为优选的技术方案：步骤(a)所述高纯He气纯度为99.9999％，不同气压值为0Mpa(即真空)、2MPa、4MPa、6MPa及8MPa。He气密度随不同气压而相应变化，从而影响称量桶的重量称量值。