一種氣氛環境下材料光電流譜高通量測試裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于材料性能分析測試技術，可以測試多種材料在氣氛中的光電流性能，為評價材料在光激發下的氣敏性能以及評價材料的光電催化性能提供依據。本發明專利技術方法由光源部分、環境控制組件、測試腔、信號采集部分和控制部分組成。本發明專利技術方法測試多種材料在特定環境中、全光譜范圍內光電流變化，為材料光電響應最佳響應范圍和材料本征以及缺陷能級與含量的確定提供依據。本發明專利技術方法具有可控環境多，系統自動化程度高，單次測試樣本多的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料性能分析測試技術，可以測試多種材料在氣氛中的光電流性能，為評價材料在光激發下的氣敏性能以及評價材料的光電催化性能提供依據，具體涉及一種氣氛環境下材料光電流譜高通量測試裝置。
技術介紹
金屬氧化物半導體材料具有良好的光響應性能，因此被廣泛應用于光催化材料、光電導器件、光激發氣敏、光儲能材料以及太陽能電池等領域。在這些應用中，當光源發射的光子被金屬氧化物半導體材料吸收后，會在材料的導帶和禁帶產生電子和空穴。光生電子和空穴會改變材料的電學性能。因此，光對金屬氧化物半導體材料的影響主要體現在對 其電學性能的影響，特別是對其電導變化的影響。同時，材料對光的吸收有其特定波長范圍，在這個范圍內，材料具有良好的性能。通過確定材料對光響應的最佳波長范圍，對材料的使用條件提供建議。由于材料中還含有缺陷，缺陷受到光照射后也會釋放所捕獲的電子和空穴，但缺陷產生這個過程中所需要的光源波長與上述描述的本征激發不同。通過材料在全光譜范圍內的光電流響應可以分離出本征的響應與缺陷的響應，進而間接的獲得材料缺陷的種類和相對含量。在國內外已經有很多科研團體對材料在特定波長光源下的響應進行了深入的研究。但很多研究都沒有考慮環境對光電材料的影響。特別是在氣相光催化與光激發氣體敏感傳感器的應用中，金屬氧化物半導體材料在光的作用下會與氣氛發生重要的交互作用。通過原位對這種交互作用的研究可以發現其響應機理性的問題，進而對我們選擇與設計材料提供依據。因此，研究金屬氧化物半導體材料在光激發條件下與環境氣氛的響應機理是非常重要的。傳統的材料測試方式為單點測試，即在測試過程中只能針對一個樣本進行測試。為了更好的篩選到合適的材料，在研究新材料時越來越多的使用到了組合材料學的方法。在組合材料學的研究過程中，為了提高測試效率，同時也是為了降低測試誤差，要求在同一測試過程(或測試環境)中盡量測試較多的樣本，即高通量表征。因此，高通量表征在材料研究領域中起到了重要的作用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種氣氛環境下材料光電流譜高通量測試裝置，該裝置具有可控環境多，自動化程度高，高通量的特點。本專利技術提供的一種氣氛環境下材料光電流譜測試裝置，其特征在于，該裝置包括光源組件，環境控制組件，測試腔，信號采集模塊和控制單元；光源組件用于原來測試腔提供200 IlOOnm連續變化波長的單色光；測試腔用于提供放置樣本的空間，以及用于溫度、濕度、光強以及波長的檢測；測試腔位于環境控制組件所提供的環境氣氛中，環境氣氛包括真空、氮氣氣氛、氧氣氣氛、干燥空氣、可控濕度氣氛、揮發性氣氛；信號采集模塊用于多通道采集測試腔中所測試試樣的信號，并對采集的信號進行預處理，并將所測試的模擬信號轉換為數字信號傳遞給控制單元；控制單元根據測量的需要發送控制命令至光源組件，光源組件接受信號后控制其光源按照命令的要求變化；控制單元根據測量的需要發送控制命令至環境控制組件，環境控制組件接受信號后控制測試腔中環境的變化；同時控制單元接收信號采集模塊提供的數字信號，并進行顯示。本專利技術實現了對材料在不同環境下的光電流譜進行測試。本專利技術裝置可控環境多，光源可連續變化，環境氣氛種類和濃度均可變；自動化程度高，設定好操作流程后系統可自動完成測試；高通量，即單次測試樣本多,一次可以測試8 64個樣本的性能。同時，材料光電流譜可以直接表征材料在全光譜范圍內的性能極值區域和材料內部本征及缺陷的相對含量。附圖說明圖3是實例中采用的材料基本示意圖；圖4是實例中采用本專利技術方法后的測試結果。具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細地說明本專利技術，但以下實施例僅為說明性的，本專利技術的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖I所示，本專利技術提供的測試裝置包括光源組件I，環境控制組件2，測試腔3，信號采集模塊4和控制單元5。光源組件I可以提供200 IlOOnm連續變化波長的單色光。單色光波長步進最小值在0. 5 2nm之間，單色光峰形半高寬小于5nm。單色光步進速度在0. ls/nm IOs/nm之間。特別的，在測試中，單色光波長需要增加變化和減小變化。光源組件I中的光通入測試腔3中。測試腔3提供放置樣本的空間，可以放置測試所需的材料基板。測試腔3還用于溫度、濕度、光強以及波長的檢測。環境控制組件2提供測試所需要的環境氣氛，包括真空、氮氣氣氛、氧氣氣氛、干燥空氣、可控濕度氣氛、揮發性氣氛。濕度氣氛的相對濕度可控范圍為10% 100%RH。揮發性氣氛包括甲醛、甲苯等有機污染物氣氛或其它氣體。揮發性氣氛的濃度可控，其范圍為IOppm 3000ppm。測試腔3位于環境控制組件2所提供的環境氣氛中，信號采集模塊4多通道采集測試腔3中所測試試樣的信號，并對采集的信號進行預處理(包括紋波過濾和數據平滑等)，并將所測試的模擬信號轉換為數字信號傳遞給控制單元5。控制單元5根據測量的需要發送控制命令至光源組件I，光源組件I接受信號后控制其光源按照命令的要求變化。控制單元5根據測量的需要發送控制命令至環境控制組件2，環境控制組件2接受信號后控制測試腔3中環境的變化。同時控制單元5接收信號采集模塊4提供的數字信號，并進行顯示。該過程不需要人為干預，即將結果進行初步分析和輸出。如圖2所示，本實例中，光源組件I由氙燈11和雙光柵單色儀12連接構成，雙光柵單色儀12通過光纖13與測試腔3連接。氙燈11產生模擬太陽光，通過雙光柵單色儀12形成單色光，通過16束光纖13將單色光 傳遞給測試腔3。環境控制組件2包括干燥空氣發生器21、至少一個測試氣氛氣瓶22、濕度發生裝置26和多個質量流量控制器23、24和25。干燥空氣發生器21通過質量流量控制器23與測試腔3連通；干燥空氣發生器21還依次通過另一個質量流量控制器24，以及濕度發生裝置26與測試腔3連通；各測試氣氛氣瓶22均通過一個質量流量控制器25與測試腔3連通。測試腔3也可以設置在真空系統27中。干燥空氣發生器21用于產生具有一定壓力的干燥空氣，干燥空氣通過濕度發生裝置26形成飽和濕度空氣。通過質量流量控制器23和24調整兩路氣氛的流速可以形成不同濕度的氣體。測試氣氛氣瓶22可以提供具有一定壓力一定濃度的測試氣氛。通過質量流量控制器23和25調整干燥空氣和測試氣氛的流速可以形成不同濃度的測試氣氛。上述過程可以完成干燥空氣、特定濕度氣體以及特定濃度氣體的測試。同時，測試氣氛可以是氮氣、氧氣、揮發性有機污染物或其他氣體等。真空系統27可以為測試腔3形成特定真空度的環境。單獨使用真空系統27可以獲得純凈的真空環境，將其與上述配氣系統聯合使用可以獲得一定分壓下的氣氛環境。測試腔與光源組件相接的光纖的接入端應使得所有樣本都能單獨被光纖中發射的單色光照射。為了增加結構的柔性化，也可以將光纖接入端連接在XY兩軸控制工作臺，使其可以調整以保證所有樣本都能單獨被光纖中發射的單色光照射。為了提高測試的準確性，測試腔與環境控制組件2連通的氣路的進、出口均設置網狀柵格，以保證所有樣本氣流一致。測試腔中含有溫度檢測器、濕度檢測器和光纖光譜儀探頭，光纖光譜儀探頭用于測試光強以及波長，待測試材料的印刷面積在0. 5mmX0. 5mm 5mmX5mm范圍內。材料基板中排布的樣本數量在8 64個之間。本實例中，測試腔3可容納16本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種氣氛環境下材料光電流譜測試裝置，其特征在于，該裝置包括光源組件，環境控制組件，測試腔，信號采集模塊和控制単元； 光源組件用于原來測試腔提供200 IlOOnm連續變化波長的単色光； 測試腔用于提供放置樣本的空間，以及用于溫度、濕度、光強以及波長的檢測； 測試腔位于環境控制組件所提供的環境氣氛中，環境氣氛包括真空、氮氣氣氛、氧氣氣氛、干燥空氣、可控濕度氣氛、揮發性氣氛； 信號采集模塊用于多通道采集測試腔中所測試試樣的信號，并對采集的信號進行預處理，并將所測試的模擬信號轉換為數字信號傳遞給控制單元； 控制單元根據測量的需要發送控制命令至光源組件，光源組件接受信號后控制其光源按照命令的要求變化；控制單元根據測量的需要發送控制命令至環境控制組件，環境控制組件接受信號后控制測試腔中環境的變化；同時控制単元接收信號采集模塊提供的數字信號，并進行顯示。2.根據權利要求I所述的氣氛環境下材料光電流譜測試裝置，其特征在于，所述可控濕度氣氛中濕度氣氛的相対濕度可控范圍為10% 100%RH。3.根據權利要求I所述的氣氛環境下材料光電流譜測試裝置，其特征在于，所述揮發性氣氛的濃度可控，其范圍為IOppm 3000ppm。4.根據權利要求I所述的氣氛環境下材料光電流譜測試裝置，其特征在于，単色光波長步進最小值在O. 5 2nm之間，單色光峰形半高寬小于5nm ;単色光步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李華曜，謝長生，楊其成，張順平，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：