一种真空中化学反应方法技术

本发明专利技术涉及化学领域，一种真空中化学反应方法，真空反应及测试装置包括反应腔、观察窗、液体容器、直线驱动器、冷却杆、样品、样品座、样品台、金属杆、气体进口、真空泵I、波纹管I、门阀、波纹管II、测试腔、样品架、传送杆、真空泵II和测试电路，冷却杆使得通入真空环境中的气态试剂分子冷冻凝固，在真空环境中首先对气态的试剂分子进行预先冷冻，并采用升温的方法使得试剂融化后滴在样品表面以进行化学反应，避免反应腔内的真空度突然变差，在需要液态试剂参与的真空反应中无需将固态样品转移到真空环境外或是对真空腔内通入保护气体，避免样品周围的真空度突然变差，进行化学反应的操作步骤简单且不会引入杂质。

A Chemical Reaction Method in Vacuum

The invention relates to the chemical field, a chemical reaction method in vacuum. The vacuum reaction and testing device includes reaction chamber, observation window, liquid container, linear driver, cooling rod, sample, sample seat, sample table, metal rod, gas inlet, vacuum pump I, bellows I, door valve, bellows II, test chamber, sample stand, conveyor rod, vacuum pump II and testing circuit, and cooling circuit. The rod freezes and solidifies the gaseous reagent molecule into the vacuum environment. In the vacuum environment, the gaseous reagent molecule is first frozen in advance, and then the reagent is melted and dripped on the surface of the sample for chemical reaction by heating method, so as to avoid the sudden deterioration of vacuum in the reaction chamber. In the vacuum reaction which requires the participation of liquid reagent, it is not necessary to transfer the solid sample to vacuum. Outside the environment or inside the vacuum chamber, the protective gas is introduced to avoid the sudden deterioration of the vacuum around the sample, and the operation steps of chemical reaction are simple without introducing impurities.

【技术实现步骤摘要】
一种真空中化学反应方法
本专利技术涉及化学领域，尤其是一种用于薄膜样品在真空中进行化学反应的一种真空中化学反应方法。
技术介绍
许多化学反应如某些气相催化反应等需要在真空环境中进行，即反应物的化学反应及后续的特性测试都位于真空腔体内，某些特殊的反应过程需要在超高真空环境中进行将液态的试剂直接滴在固态样品表面，现有技术缺陷一：现有技术中通常需要将固态样品转移到真空环境外或是对真空腔内通入保护气体，操作过程繁琐且会引入杂质，另外，某些实验中需要样品和样品传送杆及真空腔体之间无永久的电学连接，且需要简单的固定结构以实施电学测试；现有技术缺陷二：现有技术中的样品座连接方式较为复杂，所述一种真空中化学反应方法能够解决问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术方法在真空环境中首先对气态的试剂分子进行预先冷冻，然后采用升温的方法来使得试剂融化并直接滴在固态样品表面，另外，本专利技术方法采用了简单的样品传输及安装方法以在真空环境中对反应后的样品进行电学测量。本专利技术所采用的技术方案是：真空反应及测试装置包括反应腔、观察窗、液体容器、直线驱动器、冷却杆、样品、样品座、样品台、金属杆、气体进口、真空泵I、波纹管I、门阀、波纹管II、测试腔、样品架、传送杆、真空泵II和测试电路，xyz为三维空间坐标系，测试腔外连接有真空泵II和测试电路；反应腔、波纹管I、门阀、波纹管II和测试腔依次连接，当门阀开启时，真空泵II能够同时对反应腔和测试腔抽真空，反应腔安装连接有观察窗、液体容器、金属杆、气体进口和真空泵I，液体容器中装有液态的试剂，液体容器的温度可调节，液体容器出口位于反应腔内，液体容器的出口具有脉冲电磁阀，能够控制进入反应腔的试剂的量；冷却杆通过直线驱动器安装连接于反应腔上面、且冷却杆下端穿入反应腔，通过直线驱动器能够使得冷却杆相对于反应腔在y方向上下移动；金属杆安装于反应腔下面、且金属杆上端位于反应腔内，金属杆与反应腔之间具有气密性，金属杆能够相对于反应腔在y方向上下移动，金属杆上端依次连接有样品台、样品座和样品，样品座上具有小孔；传送杆能够穿过测试腔、波纹管II、门阀和波纹管I，传送杆前端能够进入反应腔内、后端位于测试腔外，传送杆能够沿z方向移动并能够绕其轴线360度转动，传送杆前端具有钳形机构，钳形机构能够卡住样品座两侧，在门阀开启的状态下，通过传送杆能够将样品座安装于样品台上或从样品台上取下，并能够在反应腔与测试腔之间传送样品座，样品台位置能够调节；冷却杆包括液氮容器、内管、外管、套筒、加热器、冷头、出口和圆柱管，内管同轴嵌套于外管内并沿y方向放置，内管上端连接液氮容器，外管上端具有出口，出口处具有流速控制阀，外管下端连接有冷头，所述冷头是底面半径为三毫米、高度为四毫米且顶点朝下的圆锥体，圆柱管同轴嵌套于外管外侧，套筒同轴嵌套于圆柱管外侧，套筒下面距离冷头为40毫米，套筒内侧安装有加热器，内管、外管与圆柱管之间均具有真空层，冷头与内管的下端之间安装有热偶；样品架位于测试腔内，样品架包括基板、操纵杆、限位片、支撑片、前夹片和后夹片，基板连接于测试腔内的上侧面，操纵杆能够相对于测试腔沿y方向上下移动，操纵杆上端位于测试腔外且相互具有气密性，操纵杆下端具有倒钩，当传送杆将样品座从样品台上取下并传输至测试腔时，所述倒钩能够插入样品座上的小孔，从而能够控制样品座的移动，限位片通过螺丝固定于基板，限位片与基板之间距离为五毫米，支撑片位于限位片下方并通过螺丝固定于基板，支撑片与基板之间距离为八毫米，支撑片上安装有两块后夹片和两块前夹片，前夹片和后夹片均具有弹性，前夹片和后夹片均分别通过电缆连接到测试腔外的测试电路，通过操纵杆能够使得样品座上端插入所述前夹片和后夹片之间，并夹紧样品座；真空泵I为液氮冷却的吸收泵；冷头由不锈钢制成；内管内径为二毫米，外管内径为六毫米，圆柱管内径为十毫米、长度为100毫米，套筒内径为24毫米、长度为40毫米；操纵杆直径为三毫米；前夹片和后夹片均由金属钽制成。所述一种真空中化学反应方法的步骤为：步骤1.开启门阀，并采用真空泵II对反应腔及测试腔进行抽真空，使得反应腔的真空达到1×10-8mbar；步骤2.根据液体容器中试剂的种类，调节液体容器中的温度以使得试剂在液体容器中的蒸气压为3×10-10mbar，液体容器的温度典型值为零摄氏度；步骤3.通过控制液体容器的脉冲电磁阀的开启和关闭，使得试剂进入反应腔以预先排出反应腔内壁吸附的其他杂质分子；步骤4.将液氮加入液氮容器，调节出口处的流速控制阀以控制内管中的液氮流速，同时调节加热器温度至30摄氏度，使得冷头温度达到77K，而圆柱管外壁的温度范围在100K到120K，目的是使得反应腔中的试剂分子的蒸气压小于1×10-10mbar，且试剂分子仅在冷头外侧的区域冷冻凝固；步骤5.关闭反应腔和测试腔之间的门阀，调节直线驱动器使得冷头正对液体容器的出口，通过控制液体容器的脉冲电磁阀的开启和关闭，使得气态的试剂分子进入反应腔，并保持反应腔的真空度优于1×10-6mbar；步骤6.进入反应腔的大部分试剂分子被圆柱管外壁吸附，少部分试剂分子在冷头外侧的区域冷冻凝固；步骤7.开启反应腔和测试腔之间的门阀，通过传送杆将具有样品的样品座传入反应腔并安装于样品台上，关闭反应腔和测试腔之间的门阀；步骤8.当冷头外侧出现明显的凝固的试剂层后，关闭液体容器的脉冲电磁阀，调节样品台位置，使其位于冷头正下方一厘米处，调节金属杆位置，使得金属杆上端与样品台下侧面接触；步骤9.调节出口处的流速控制阀以减少内管中的液氮流速，使得冷头升温，凝固的试剂层缓慢融化，最终以液滴的形式滴到样品表面，此过程中反应腔的真空范围为1×10-5mbar到50mbar，冷头的温度变化速率典型值为0.2K/分钟，滴下的液滴体积范围为30微升到100微升；步骤10.待试剂液滴滴到样品表面二分钟后，开启真空泵I将反应腔中的试剂分子抽出。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法在需要液态试剂参与的真空反应中无需将固态样品转移到真空环境外或是对真空腔内通入保护气体，避免样品周围的真空度突然变差，进行化学反应的操作步骤简单且不会引入杂质，另外，本专利技术方法采用简单的样品座转移及固定方法，能够在样品进行化学反应后立即用于电学测量。附图说明下面结合本专利技术的图形进一步说明：图1是本专利技术样品座位于反应腔时示意图；图2是本专利技术样品座位于测试腔时示意图；图3是冷却杆放大示意图；图4是样品架放大示意图；图5是图4的左视图。图中，1.反应腔，2.观察窗，3.液体容器，4.直线驱动器，5.冷却杆，5-1.液氮容器，5-2.内管，5-3.外管，5-4.套筒，5-5.加热器，5-6.冷头，5-7.出口，5-8.圆柱管，6.样品，7.样品座，8.样品台，9.金属杆，10.气体进口，11.真空泵I，12.波纹管I，13.门阀，14.波纹管II，15.测试腔，16.样品架，16-1.基板，16-2.操纵杆，16-3.限位片，16-4.支撑片，16-5.前夹片，16-6.后夹片，17.传送杆，18.真空泵II。具体实施方式如图1是本专利技术样品座位于反应腔时示意图，如图2是本专利技术样品座位于测试腔时示意图，包括反应腔(1)、观察窗(2)、液体容器(3)、直线驱动器(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空中化学反应方法，真空反应及测试装置包括反应腔(1)、观察窗(2)、液体容器(3)、直线驱动器(4)、冷却杆(5)、样品(6)、样品座(7)、样品台(8)、金属杆(9)、气体进口(10)、真空泵I(11)、波纹管I(12)、门阀(13)、波纹管II(14)、测试腔(15)、样品架(16)、传送杆(17)、真空泵II(18)和测试电路，xyz为三维空间坐标系，测试腔(15)外连接有真空泵II(18)和测试电路；反应腔(1)、波纹管I(12)、门阀(13)、波纹管II(14)和测试腔(15)依次连接，当门阀(13)开启时，真空泵II(18)能够同时对反应腔(1)和测试腔(15)抽真空，反应腔(1)安装连接有观察窗(2)、液体容器(3)、金属杆(9)、气体进口(10)和真空泵I(11)，液体容器(3)中装有液态的试剂，液体容器(3)的温度可调节，液体容器(3)出口位于反应腔(1)内，液体容器(3)的出口具有脉冲电磁阀，能够控制进入反应腔(1)的试剂的量；冷却杆(5)通过直线驱动器(4)安装连接于反应腔(1)上面、且冷却杆(5)下端穿入反应腔(1)，通过直线驱动器(4)能够使得冷却杆(5)相对于反应腔(1)在y方向上下移动；金属杆(9)安装于反应腔(1)下面、且金属杆(9)上端位于反应腔(1)内，金属杆(9)与反应腔(1)之间具有气密性，金属杆(9)能够相对于反应腔(1)在y方向上下移动，金属杆(9)上端依次连接有样品台(8)、样品座(7)和样品(6)，样品座(7)上具有小孔；传送杆(17)能够穿过测试腔(15)、波纹管II(14)、门阀(13)和波纹管I(12)，传送杆(17)前端能够进入反应腔(1)内、后端位于测试腔(15)外，传送杆(17)能够沿z方向移动并能够绕其轴线360度转动，传送杆(17)前端具有钳形机构，钳形机构能够卡住样品座(7)两侧，在门阀(13)开启的状态下，通过传送杆(17)能够将样品座(7)安装于样品台(8)上或从样品台(8)上取下，并能够在反应腔(1)与测试腔(15)之间传送样品座(7)，样品台(8)位置能够调节；冷却杆(5)包括液氮容器(5‑1)、内管(5‑2)、外管(5‑3)、套筒(5‑4)、加热器(5‑5)、冷头(5‑6)、出口(5‑7)和圆柱管(5‑8)，内管(5‑2)同轴嵌套于外管(5‑3)内并沿y方向放置，内管(5‑2)上端连接液氮容器(5‑1)，外管(5‑3)上端具有出口(5‑7)，出口(5‑7)处具有流速控制阀，外管(5‑3)下端连接有冷头(5‑6)，所述冷头(5‑6)是底面半径为三毫米、高度为四毫米且顶点朝下的圆锥体，圆柱管(5‑8)同轴嵌套于外管(5‑3)外侧，套筒(5‑4)同轴嵌套于圆柱管(5‑8)外侧，套筒(5‑4)下面距离冷头(5‑6)为40毫米，套筒(5‑4)内侧安装有加热器(5‑5)，内管(5‑2)、外管(5‑3)与圆柱管(5‑8)之间均具有真空层，冷头(5‑6)与内管(5‑2)的下端之间安装有热偶；样品架(16)位于测试腔(15)内，样品架(16)包括基板(16‑1)、操纵杆(16‑2)、限位片(16‑3)、支撑片(16‑4)、前夹片(16‑5)和后夹片(16‑6)，基板(16‑1)连接于测试腔(15)内的上侧面，操纵杆(16‑2)能够相对于测试腔(15)沿y方向上下移动，操纵杆(16‑2)上端位于测试腔(15)外且相互具有气密性，操纵杆(16‑2)下端具有倒钩，当传送杆(17)将样品座(7)从样品台(8)上取下并传输至测试腔(15)时，所述倒钩能够插入样品座(7)上的小孔，从而能够控制样品座(7)的移动，限位片(16‑3)通过螺丝固定于基板(16‑1)，限位片(16‑3)与基板(16‑1)之间距离为五毫米，支撑片(16‑4)位于限位片(16‑3)下方并通过螺丝固定于基板(16‑1)，支撑片(16‑4)与基板(16‑1)之间距离为八毫米，支撑片(16‑4)上安装有两块后夹片(16‑6)和两块前夹片(16‑5)，前夹片(16‑5)和后夹片(16‑6)均具有弹性，前夹片(16‑5)和后夹片(16‑6)均分别通过电缆连接到测试腔(15)外的测试电路，通过操纵杆(16‑2)能够使得样品座(7)上端插入所述前夹片(16‑5)和后夹片(16‑6)之间，并夹紧样品座(7)；真空泵I(11)为液氮冷却的吸收泵；冷头(5‑6)由不锈钢制成；内管(5‑2)内径为二毫米，外管(5‑3)内径为六毫米，圆柱管(5‑8)内径为十毫米、长度为100毫米，套筒(5‑4)内径为24毫米、长度为40毫米；操纵杆(16‑2)直径为三毫米；前夹片(16‑5)和后夹片(16‑6)均由金属钽制成，其特征是：所述一种真空中化学反应方法的步骤为：步骤1.开启门阀(13)，并采用真空泵II(18)对反应腔(1)及测...

【技术特征摘要】
1.一种真空中化学反应方法，真空反应及测试装置包括反应腔(1)、观察窗(2)、液体容器(3)、直线驱动器(4)、冷却杆(5)、样品(6)、样品座(7)、样品台(8)、金属杆(9)、气体进口(10)、真空泵I(11)、波纹管I(12)、门阀(13)、波纹管II(14)、测试腔(15)、样品架(16)、传送杆(17)、真空泵II(18)和测试电路，xyz为三维空间坐标系，测试腔(15)外连接有真空泵II(18)和测试电路；反应腔(1)、波纹管I(12)、门阀(13)、波纹管II(14)和测试腔(15)依次连接，当门阀(13)开启时，真空泵II(18)能够同时对反应腔(1)和测试腔(15)抽真空，反应腔(1)安装连接有观察窗(2)、液体容器(3)、金属杆(9)、气体进口(10)和真空泵I(11)，液体容器(3)中装有液态的试剂，液体容器(3)的温度可调节，液体容器(3)出口位于反应腔(1)内，液体容器(3)的出口具有脉冲电磁阀，能够控制进入反应腔(1)的试剂的量；冷却杆(5)通过直线驱动器(4)安装连接于反应腔(1)上面、且冷却杆(5)下端穿入反应腔(1)，通过直线驱动器(4)能够使得冷却杆(5)相对于反应腔(1)在y方向上下移动；金属杆(9)安装于反应腔(1)下面、且金属杆(9)上端位于反应腔(1)内，金属杆(9)与反应腔(1)之间具有气密性，金属杆(9)能够相对于反应腔(1)在y方向上下移动，金属杆(9)上端依次连接有样品台(8)、样品座(7)和样品(6)，样品座(7)上具有小孔；传送杆(17)能够穿过测试腔(15)、波纹管II(14)、门阀(13)和波纹管I(12)，传送杆(17)前端能够进入反应腔(1)内、后端位于测试腔(15)外，传送杆(17)能够沿z方向移动并能够绕其轴线360度转动，传送杆(17)前端具有钳形机构，钳形机构能够卡住样品座(7)两侧，在门阀(13)开启的状态下，通过传送杆(17)能够将样品座(7)安装于样品台(8)上或从样品台(8)上取下，并能够在反应腔(1)与测试腔(15)之间传送样品座(7)，样品台(8)位置能够调节；冷却杆(5)包括液氮容器(5-1)、内管(5-2)、外管(5-3)、套筒(5-4)、加热器(5-5)、冷头(5-6)、出口(5-7)和圆柱管(5-8)，内管(5-2)同轴嵌套于外管(5-3)内并沿y方向放置，内管(5-2)上端连接液氮容器(5-1)，外管(5-3)上端具有出口(5-7)，出口(5-7)处具有流速控制阀，外管(5-3)下端连接有冷头(5-6)，所述冷头(5-6)是底面半径为三毫米、高度为四毫米且顶点朝下的圆锥体，圆柱管(5-8)同轴嵌套于外管(5-3)外侧，套筒(5-4)同轴嵌套于圆柱管(5-8)外侧，套筒(5-4)下面距离冷头(5-6)为40毫米，套筒(5-4)内侧安装有加热器(5-5)，内管(5-2)、外管(5-3)与圆柱管(5-8)之间均具有真空层，冷头(5-6)与内管(5-2)的下端之间安装有热偶；样品架(16)位于测试腔(15)内，样品架(16)包括基板(16-1)、操纵杆(16-2)、限位片(16-3)、支撑片(16-4)、前夹片(16-5)和后夹片(16-6)，基板(16-1)连接于测试腔(15)内的上侧面，操纵杆(16-2)能够相对于测试腔(15)沿y方向上下移动，操纵杆(16-2)上端位于测试腔(15)外且相互具有气密性，操纵杆(16-2)下端具有倒钩，当传送杆(17)将样品座(7)从样品台(8)上取下并传输至测试腔(15)时，所述倒钩能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向平，方晓华，赵永建，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33