电化学原位膜导电性测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种原位电化学膜导电性测量仪，是由上位机单元Ｓ、下位机单元Ｘ、电流测量单元Ｌ和电导测量单元Ｄ四个单元组成；上位机单元Ｘ是一台计算机，存储和运行本发明专利技术的软件程序；下位机单元Ｘ控制电流测量单元Ｌ和电导测量单元Ｄ；本发明专利技术集成了传统的电化学工作站的技术优点，同时分别使用可选择设置的直流和交流偏转电位的方法，可以在电化学信号采集的同时，可以实时的测量膜的导电性的变化；引入最新的ＵＳＢ２．０控制技术具有采集速率高，输出功率大等特点；内置波形表，可以十分方便的定制任意电位波形的输出，有基于微软视窗ＸＰ系统平台的ＸＰ风格控制采集软件系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种导电性测量仪，特别是电化学原位膜导电性测量仪。
技术介绍
电化学方法作为一种集简便、快速、准确、灵敏度高等优点于一身的分析检测及表征手段，一直在科研和生产中占据着较为重要的地位。电化学方法的实现从早期的极谱仪到恒电位仪，以及近年来与计算机采样和控制技术相结合产生的时间及不同波形的测量技术，电化学的技术和方法有了长足的进步和发展，这为我们研究界面电子的转移过程提供了极为便利的条件。界面上的电子转移，特别是电极表面上修饰物种氧化还原的发生，通常也伴随着这些物种其它一些性质，如光、电、磁等方面性质的变化。在膜材料的性质表征及分析测定中，无论是无机导体、半导体材料，还是有机半导体、或有机/无机复合掺杂材料，在发生电子得失，亦即氧化还原反应发生的同时，膜的导电性研究、表征在近年迅猛发展起来的有机半导体领域中逐渐成为一种普遍的表征方法。在早期的膜导电性测量中，较为广泛的以四点探针技术为主(从早期的基于欧姆定律测量为主的两点探针技术发展起来的)，这一方法只能用于离位的膜导电性表征，它不能提供即时导电性变化的信息。近年来也有一些研究小组利用自制的简易方法将四探针或两探针技术与电化学仪器直接连接，试图研究电化学电位施加时原位的膜导电性变化的信息，MIT的Wrighton教授研究小组在上世纪八十年代初最早开展了这一工作，在这一测量中，为提高信号强度及信噪比，他们使用了一种类似微电子线路器件的线栅电极；随后，Zotti和Kankare等研究小组将这样的探头简化开发了一种微双带电极；此外，上世纪九十年代中期，德国的Heinz教授也使用了与Wrighton等人类似溅射的微阵列电极应用于电化学原位的有机半导体膜的导电性测量中，并结合自己研制的仪器，取得了较好的测量结果；在以往工作中，仪器是以市售的基本型电化学仪器为主，再辅以额外的直流测量电阻的模块，仪器集成度差，输出较低，12-15伏，不适用于膜电阻较高的研究体系，如无机半导体膜等，并且导电性测量量程较小，数据通讯速率较低，软件自动化程度较低，界面友好性较差。同时电极多为一次性使用，并且较为昂贵，不利于商业化的推广；简化的微双带电极使用了一种有机的绝缘膜-Teflon或Mylar薄膜，薄膜较为柔软，微双带绝缘缝隙较小，在机械抛光时，极易造成电极短路，且聚酯膜的耐溶剂性也导致其应用范围受到限制，从而影响电化学的测定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量精度高、稳定性好、使用范围宽、高度集成的电化学原位膜导电性测量仪。本专利技术的电化学原位膜导电性测量仪在技术上可以完成数据扫描、采集，通过软件来响应用户操作、数据处理、数据显示、数据存储和读取、对硬件的控，可在膜材料发生氧化还原反应的同时同步测量其导电性变化信息。本专利技术的电化学原位膜导电性测量仪由上位机单元S、下位机单元X、电流测量单元L和电导测量单元D四个单元组成，如图1所示。上位机单元S是一台通用的计算机。本专利技术的部分软件程序在构成上位机单元S的该计算机中存储和运行包括命令运行程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序、数据处理运行程序、数据可视化运行程序；从而相对应的上位机单元S包括以下装置用于存储和处理命令的命令缓冲装置A1、用于存储和处理波形数据的波形数据缓冲装置A3、用于存储和处理结果数据的结果数据缓冲装置A2、用于存储和数据处理的数据处理装置27、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置26、USB缓冲装置4和USB接口5。USB缓冲装置4、用于存储和处理结果数据的结果数据缓冲装置A2、用于存储和处理数据处理的数据处理装置27、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置26顺序联接，USB缓冲装置4与存储和处理命令的命令缓冲装置A1、用于存储和处理波形数据的波形数据缓冲装置A3、USB接口5联接；USB接口5与下位机单元X的微处理器9联接。上述的上位机单元S的这些装置在本专利技术的电化学原位膜导电性测量操作仪运行时，存储和运行从下位机单元X中接收来的结果数据和要发送给下位机X的命令和波形数据。所述的结果数据，是指从下位机X传来的电流测量和电导测量的数据。所述的命令，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分。软件程序按照用户的操作(如开始测量、终止测量、电位设置等)，向下位机单元X发送命令，通过下位机单元X控制电流测量单元L和电导测量单元D进行相应测量操作。命令的格式由本专利技术自行定义。所述的波形数据，是上位机单元S与下位机单元X通信协议的一部分；所述的软件程序可以按照用户指定的电压随时间变化的波形要求产生波形数据发送给下位机单元X，下位机单元X按照波形数据控制电极WE1 21和电极WE2 22产生用户要求的任意电压变化。在上位机单元S中运行过程是命令缓冲装置A1和波形数据缓冲装置A3的数据先保存在USB缓冲装置4中，然后通过USB接口5发送到下位机单元X；从下位机单元X来的数据先保存在USB缓冲装置4中，然后再转存到结果数据缓冲装置A2中，经过数据处理装置27对数据进行平滑、滤波、对数据进行适合于可视化显示的变换、对测量数据解释、为存储储作准备等处理后，由数据可视化装置26显示在图形界面中。下位机单元X由以下部分组成微处理器9中存储和运行本专利技术的部分软件程序包括命令程序、波形数据运行程序、结果数据运行程序；从而相对应的下位机单元X包括以下装置用于存储和运行命令的命令缓冲装置B6、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置B7、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置B10及采样时针发生装置11和微处理器9。在下位机单元X中，命令缓冲装置B6、波形数据缓冲装置B7、结果数据缓冲装置B10、采样时钟发生装置11均与微处理器9联接；下位机单元X的微处理器9分别与电流测量单元L的模数转换B12、可编程放大器B13和数模转换15联接。在下位机单元X中运行过程是从USB缓冲装置4接收到的命令数据存到命令缓冲装置B6中，然后由微处理器9解释执行；从USB缓冲装置4接收到的波形数据存到波形数据缓冲装置B7中，由采样时针发生装置11产生的时钟脉冲控制产生波形；由电流测量单元L的模数转换B12和电导测量单元D的模数转换A8来的数据经微处理器9暂存在结果数据缓冲装置B10中，再经由USB缓冲装置4发送到上位机单元S。当微处理器9执行开始命令时，在采样时钟发生装置11产生的脉冲控制下，由微处理器9从波形数据缓冲装置B7中提取数据送到电流测量单元L的数模转换15，数模转换15产生一对应电压输出，经缓冲放大器16送入功率放大器17同向输入端，由电极RE25得到的电压信号经输入缓冲放大器24进行电流放大后送到功率放大器17反向输入端，与同向输入端进行比较，控制功率放大器17输出，使电极RE25达到恒电位。电流测量单元L由以下部分组成模数转换B12、可编程放大器B13、电流计B14、数模转换15、缓冲放大器16、功率放大器17、输入缓冲放大器24、电极RE25和电极CE18；在电流测量单元L中，电极CE18与电流计B14联接，电极RE25与输入缓冲放大器24联接，数模转换15与缓冲放大器16联接，缓冲放大器16与与功率放大器17联接，功率放大器17与输入缓冲放大器24和电流计B14分别联接，电流计B14与可编程放大器B13联接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学原位膜导电性测量仪，其特征在于，是由上位机单元Ｓ、下位机单元Ｘ、电流测量单元Ｌ和电导测量单元Ｄ四个单元组成；上位机单元Ｓ是一台计算机，包括以下装置：用于存储和运行命令的命令缓冲装置Ａ１、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲 装置Ａ３、用于存储和运行结果数据的结果数据缓冲装置Ａ２、用于存储和处理数据的数据处理装置２７、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置２６、ＵＳＢ缓冲装置４和ＵＳＢ接口５；上位机单元Ｓ中ＵＳＢ缓冲装置４、用于存储和运行结果数据的结果 数据缓冲装置Ａ２、用于存储和处理数据的数据处理装置２７、用于存储和处理可视化数据的数据可视化装置２６顺序联接，ＵＳＢ缓冲装置４与用于存储和运行命令的命令缓冲装置Ａ１、用于存储和运行波形数据的波形数据缓冲装置Ａ３和ＵＳＢ接口５分别联接；ＵＳＢ接口５与下位机单元的微处理器９联接；下位机单元Ｘ由以下部分组成：微处理器９、波形数据缓冲装置Ｂ７、命令缓冲装置Ｂ６、采样时钟发生装置１１、数据结果缓冲装置Ｂ１０；在下位机单元Ｘ中，命令缓冲装置Ｂ６、波形数据缓冲装置Ｂ７、结果数据缓冲 装置Ｂ１０、采样时钟发生装置１１均与微处理器９联接；下位机单元Ｘ的微处理器９分别与电流测量单元Ｌ的模数转换Ｂ１２、可编程放大器Ｂ１３和数模转换１５联接；电流测量单元Ｌ由以下部件组成：模数转换Ｂ１２、可编程放大器Ｂ１３、电流计Ｂ１４、 数模转换１５、缓冲放大器１６、功率放大器１７、输入缓冲放大器２４、电级ＲＥ２５、电级ＣＥ１８；在电流测量单元Ｌ中，电极ＣＥ１８与电流计Ｂ１４联接，电极ＲＥ２５与输入缓冲放大器２４联接，数模转换１５与缓冲放大器１６联接，缓冲放大器１６与功率放大器１７联接，功率放大器１７与输入缓冲放大器２４和电流计Ｂ１４分别联接，电流计Ｂ１４与可编程放大器Ｂ１３联接，可编程放大器Ｂ１３与模数转换Ｂ１２联接；电导测量单元Ｄ由以下部分组成：模数转换Ａ８、可编程放大器Ａ１９、电流计Ａ２０、微电 压基准２３、电极ＷＥ２２２、电极ＷＥ１２１；在电导测量单元Ｄ中，电极ＷＥ１２１与电流计Ａ２０联接，电极ＷＥ２２２与微电压基准２３联接，微电压基准２３与电流计Ａ２０联接，电流计Ａ２０与可编程放大器Ａ１９联接，可编程放大器Ａ１９与模数转换Ａ８联接；模数转换Ａ８、可编程放大器Ａ１９与下位机单元Ｘ的微处理器９联接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利，张齐贤，冯云祥，由天艳，杨贵福，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]