[发明专利]一种高低温原位光谱反应池

说明书

本发明公开一种高低温原位光谱反应池，涉及光谱反应池技术领域。本发明包括底座、光学窗口、样品台、制冷单元、加热单元、通气单元和电学测试单元；底座顶壁设有凹槽，光学窗口盖合在凹槽上形成密封腔体；样品台位于凹槽内，样品台内设有空腔。本发明的有益效果在于：本发明中的反应池通过简单的结构布局来实现小体系内的高低温度环境场的控制，不仅温度能够达到最低4K的极低温到零上300℃的变化区间，同时大大减少了各种气体和液体的线路布局。同时，在有限的空间尺寸内，本发明中的反应池还搭载了能够进行变温条件下的电学测试接线部件电极压片和SMA接头，实现高低温下的电学测试要求。

技术领域

本发明涉及光谱反应池技术领域，具体涉及一种高低温原位光谱反应池。

背景技术

温度参数作为一个重要的物性变化参量，将会在很多方面对材料的各类属性产生影响。事实上，从环境温度到低温，材料的行为将会发生很大变化，因此，从一般工程的角度来研究温度参量变化导致纯金属，合金和绝缘子的电，热，机械和磁性能发生变化的机理是十分有意义的。材料的属性一般都适用于特定的物理方程式，因此可以用这些物理方程式来预测系统的行为。它们取决于化学成分，晶体结构，原子和电荷相互作用，热处理或机械处理等，并受温度变化的影响。因此，在考虑材料随温度的变化时，了解相关特性的机理是非常重要的。

任何材料的热(和电)特性都与其原子围绕其平衡位置(在晶格中)的振动有关。这些振动的幅度取决于温度，并且随着温度的降低而减小。而这些振动可能以声速在材料内传播，并被研究为与声子相关的平面波。如果材料是导体，则热性质还取决于负电荷(电子)和正电荷(空位)的运动。热容C则定义为一定数量的材料中必须引入的能量(热量)的数量，以使其温度T升高1K。可逆地，它是从该数量的材料中提取的降低其温度的能量1K。因此，材料的热容量是其存储或释放热能的能力。它是冷却或预热过程中的重要属性，可用于估算所涉及的能量(和成本)，以及用于评估与热扩散率相关的传热瞬态。除了这些本征参量外，对于金属导体或者是半导体的电子输运能力或是导电性都与温度直接相关。如对于金属导体，电荷e由n个“自由电子”传输。在环境温度下，电子自由路径e由晶格(声子)的热振动引起的电子散射所主导。在低温下，它主要受到化学和物理晶格缺陷(化学杂质，空位，位错)的散射的限制。而对于半导体，电荷由导带电子和价带中的空穴传输。在环境温度附近，晶格振动占主导地位，并且电气性能不受杂质影响。在低温下，晶格振动可忽略不计，杂质在电荷传输中起重要作用。因此，半导体的电阻率是非常非线性的，由于导带中电子的减少，温度通常会随温度的下降而增加。此属性的重要应用是将半导体用作温度传感器(热敏电阻)。由此可看出，温度参量对物质材料的各种属性都有十分重要的意义，如何研究温度参量的变化对材料本征性质的改变也同样是困扰研究人员的一大难题。

目前，市场上针对高低温环境的设备较多，但大部分都集中在设备本身的高低温环境创造中，即仅仅能够提供一个带有低温或者高温环境的环境场设备。如公告号为CN203502338U的专利公开一种原位红外光谱反应池，但是其只能实现高温环境下的反应监测。

同时这类设备往往因为设备体积庞大，占用空间较大，各种线路繁多而无法与现有的各类光谱学仪器进行很好的适配。这不仅会占用掉原位就很有限的实验空间，同时也难以满足实验室研究人员对不同温度变化条件下的各种物性研究。因为，若要适配目前商业化的各类光谱学表征仪器就势必需要高低温装置本身体积小巧，同时还需要十分便携，更加重要的是要为各类不同的光学表征预留一定的光路，这就给这类设备提出了较高的设计要求。实际上，将各类原位表征手段与高低温环境一起来结合使用也是一个正在快速发展的研究领域，因为不同的结构表征手段将能够用来研究物质的构象变化，它将进一步提供使用先进检测手段来对亚稳态物质进行在线监测的可能性，这也正是这一类原位测试技术在地球科学领域、材料领域、化学/物理领域等多个交叉科学领域得到众多关注的原因所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的原位光谱反应池只能实现高温或低温环境下的反应监测，提供一种高低温原位光谱反应池。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：