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一种全新的包含耐高温高压结构单元的超高真空系统技术方案

技术编号:10074542 阅读:111 留言:0更新日期:2014-05-24 01:09
本发明专利技术属于表面科学技术领域。构造了一种全新的超高真空系统,系统由三个腔室组成,其中一个腔室包含密闭的耐高温高压的内核结构单元,此单元此可承受3个大气压的高压和600K的高温环境。将此单元置于超高真空系统内,进行有效的密闭,可以满足各类化学反应或催化剂反应所需的高温高压条件。另外两个腔室各自独立,可同时进行传统意义上的高品质样品的分析和准备工作。本发明专利技术可用于催化剂化工领域研究、薄膜生长领域的研究、细胞生物学研究、电化学领域的研究等。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及一种超高真空系统,特别是多体系的、相互独立又互有沟通的超高真空系统。 
技术介绍
:一百多年前,科学家就开始利用催化剂,改变化学反应的速率,这被称为催化反应。在大多数情况下,科学家认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应,降低了反应所需要的活化能。有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”,分解时催化剂恢复了原来的化学组成,原反应物就变成了生成物。有些催化反应是由于吸附作用,吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行。 催化剂是化学工艺的基础,是许多化学反应实现工业应用的关键。目前大多数化工产品的生产,均采用了催化反应技术,据统计,约85%化学品是通过催化工艺生产的,新的化工过程有80%以上是依靠催化技术来完成的。催化剂在工业生产的应用条件非常复杂,许多条件共同决定了催化剂的活性,通常高温和高压是实现高催化率的必备条件。目前如何选择使用一种催化剂往往经过反复的验证。同时,研究多相催化机制的根本方法也正成为表面科学的一大领域。 传统、简化的催化剂样品准备和研究工作一般在超高真空(UHV)条件下进行,许多用以获得催化剂在各个方面的性质的探测技术也只有在标准的UHV条件下才能有效利用,例如俄歇电子显微镜、X射线光谱仪可得得到催化剂的化学性质;扫描隧道显微镜、原子力显微、扫描投射电子显微镜等可以探测催化剂的表面结构;蒙特卡罗模拟等方法则用于催化理论研究。以上探测技术通常需要在超高真空(UHV)条件下进行,因为UHV可以提供一个相对清洁和更易调控的测试环境。但是,这种探测和催化剂样品的实验室研究与现实工业情况存在着两个无法忽视的重大差别:气压差别——工业应用多在高温高压下进行;材料差别——工业应用中的催化剂一般分散为合金纳米粒子。 
技术实现思路
:为了使科学研究更接近工业现实情况,最大程度弥合以上两种差别,本专利技术构造了一种 全新的超高真空系统,包含一种密闭的耐高温高压的内核结构单元,此单元此可承受5个大气压的高压和600K的高温环境。将此单元置于超高真空系统内,进行有效的密闭,可同时进行传统意义上的高品质样品的准备工作,又可以满足催化剂反应所需的高温高压条件。 为了最大程度的模拟工业生产条件,我们需要将观测仪器如扫描探针显微镜(SPM)置于可控的、高压(最高可达5个大气压)气流中;为了最大程度的激发催化剂活性,研究还需要将催化剂表面加热至600K(约323℃)甚至600K以上。同时,为了得到高品质的表面原子结构探测图像,探针显微镜需要高度的稳定性、优越的阻尼减震装置、良好的温度稳定性等。科学研究还需要将催化剂原子表面的图像与气体反应度同步分析。所以,本专利技术充分考虑了以上要求,巧妙设计出一款可同时满足以上条件的超高真空系统。 本专利技术所述的超高真空系统(UHV)系统具有如下特征: 1.本专利技术所述的UHV系统主要包含三个独立的腔室:分析室、样品准备室、反应室,各个腔室用阀门隔开。 2.每个腔室均具备容纳样品架的足够空间,而且样品架在腔室内可以按照需求进行水平和旋转移动,即样品架可实现五轴控制。 3.样品架可通过传送杆在三个腔室之间互相传送。 4.系统连接一离子泵来实现和维持超高真空状态。 5.三个腔室均可装配用于精密分析的先进仪器,如X射线光电子能谱仪、LEED、AES等分析样品表面的化学组分或清洁度。 6.三个腔室均配给小型机械装置,可将样品水平和旋转移动,以期达到观测的最佳位置。 7.样品准备室可单独连接涡轮分子泵,系统启动时可协助抽真空,也可抽离样品准备时回填的部分气体。 8.反应室包含一种密闭的耐高温高压的内核结构单元,此单元此可承受5个大气压的高压和600K的高温环境。将先进的SPM观测仪器(如电子扫描隧道显微镜或原子力显微镜等)的探针密闭于此单元之内,观测样品在化学反应进行中发生的表面结构变化。同时检测室连接四极质谱仪等检测设备,检测化学反应度。两者结合,共同分析化学反应度与原子表面结构的关系。 9.系统一端配备平衡装置,以维持整个UHV系统的水平和平衡状态。 10.系统整体坐落于空气腿之上,以期最大程度的减小外界机械振动或者外界与系统的共振对系统精度的影响。 附图说明:图1.超高真空系统图。其中①、②、③分别为分析室、样品准备室和SPM检测室;④为传动杆;⑤为离子泵;⑥为系统平衡装置。 本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全新的超高真空系统,由三个各自独立又通过阀门相互沟通的真空腔室组成,三
个腔室分别命名为:分析室、样品准备室、反应室。
2.根据权利要求1所述的超高真空系统,其特性在于:反应室包含一个密闭的耐高温高
压的内核结构单元,此单元此可承受5个大气压的高压和600K的高温环境,可以满足各类
化学反应或催化剂反应所需的高温高压条件。
3.根据权利要求2所述的反应室,其特性在于:可将先进的SPM观测仪器(如电子扫描
隧道显微镜或原子力显微镜或其他探针式检测仪器)的探针密闭在内核结构单元之内,实时
检测样品在化学反应进行中发生的表面结构变化;同时反应室连接四极质谱仪或其他检测设
备,检测化学反应度。两种检测方式结合,共同分析化学反应度与原子表面结构的关系。
4.根据权利要求1所述的超高真空系统,其特性在于:反应室进行反应的同时,另外两
个腔室可同时进行传统意义上的高品质的样品分析和准备工作。
5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员:马晖
申请(专利权)人:马晖
类型:发明
国别省市:

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