CN110132925A - 一种泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置 - Google Patents

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张怿
汤亮亮
黄潮
王沛
许昌
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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Abstract

本发明公开了一种泵浦‑探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，包括：样品测试暗箱，样品测试暗箱内设有绝热玻璃罩，所述绝热玻璃罩内设有样品架台，所述绝热玻璃罩外表面设有隔热膜，隔热膜上留有供激光穿进及穿出的孔洞，所述绝热玻璃罩上设有控温装置；所述控温装置包括控温组件和测温组件，所述控温组件包括设置在绝热玻璃罩顶部和底部的第一软管和第二软管，均从绝热玻璃罩延伸出样品测试暗箱外，同时，均设有控制阀，所述位于上边的第一软管连接有制冷介质箱。本装置具有良好的隔热性能；其次，本装置与荧光测试系统功能兼容；再而，本装置主要利用绝热玻璃罩隔绝外界热交换并利用控制阀调节液氮净流量以实现控温功能。

Description

一种泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置
技术领域
本发明涉及超快光谱学中时间分辨荧光表征技术领域，尤其是涉及一种泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置。
背景技术
常规单结硅基光伏电池受到肖克利-奎瑟尔极限效率限制，其能量转化效率在一个太阳条件下最高仅为31％。热载流子太阳电池概念旨在通过减少甚至避免载流子热驰豫所造成的能量损失有效提高其能量转化效率。该型电池的理想能量转化效率在一个太阳条件下可达65％以上。实现该型电池的关键在于有效减缓载流子弛豫过程，因此对载流子弛豫机理研究就显得极其重要。
目前针对半导体中载流子弛豫机理的研究主要通过时间分辨荧光系统对样品展开超快光谱学的表征和分析。除样品种类结构外，研究变量还包括激发光源波长及其功率，很少涉及测量样品环境温度。这是因为系统测试暗箱空间较小难以容纳常规控温装置，且箱内部分零件无法在低温环境下正常工作。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置。
技术方案：本发明所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统中样品环境温度调节装置，包括：样品测试暗箱，所述样品测试暗箱内设有绝热玻璃罩，所述绝热玻璃罩内设有用于放置样品的样品架台，所述绝热玻璃罩外表面设有隔热膜，激光从样品测试暗箱外部射入，再经样品反射出样品测试暗箱外，所述隔热膜上留有供激光穿进及穿出的孔洞，所述绝热玻璃罩上设有控温装置；
所述控温装置包括控温组件和测温组件，所述控温组件包括设置在绝热玻璃罩顶部和底部的第一软管和第二软管，所述第一软管和第二软管均从绝热玻璃罩延伸出样品测试暗箱外，同时，均设有控制阀，所述位于上边的第一软管连接有制冷介质箱。
使用时，将测试样品放置于样品架台上，保证激光从样品测试暗箱外射入经样品发射出样品测试暗箱的光路无遮挡，打开第一软管的控制阀，制冷介质缓慢流入绝热玻璃罩内，同时保持第二软管的控制阀关闭，观察测温组件的读数至指定测试温度，关闭第一软管的控制阀。待绝热玻璃罩内温度逐步稳定后展开超快光谱测试；测试中留意测温组件温度变化，如温度上升则打开顶部的控制阀注入制冷介质；如温度下降则打开部分底部的控制阀以排除部分制冷介质。
进一步的，所述绝热玻璃罩底部设置于可调基座上。通过可调基座微调基座的位置(如：高度、角度)保证入射及反射光线光路不被遮挡，通过样品反射的信号最终被系统接收。
其中，所述绝热玻璃罩与可调基座之间设有隔热底板。通过隔热底板将绝热玻璃罩底部密封。
进一步的，位于所述样品测试暗箱的激光穿进和穿出处分别设有入射激光源系统和光源信号接收系统。
进一步的，所述第一软管和第二软管均采用隔热不透光材料，以避免样品暗箱漏光并保证绝热玻璃罩的绝热性能。
其中，所述制冷介质箱为液氮箱。
进一步的，所述第一软管和第二软管分别设置于绝热玻璃罩的上下对角位置，保证液氮在流进和流出的过程中接触更多绝热玻璃罩内部环境。
进一步的，所述测温组件包括设置在绝热玻璃罩内部的铂电阻温度计以及设置在绝热玻璃罩外并与铂电阻温度计连接的温控仪，不影响入射及反射光路前提下，该铂电阻温度计置于与入射光路同一水平且与样品距离5mm以内位置。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本装置具有良好的隔热性能。在绝热玻璃罩内不再加入液氮情况下，当测量环境温度在173～273K时，该装置可保持玻璃罩内温度20分钟不变；当测量环境温度在100～173K时，该装置可保持玻璃罩内温度10分钟不变；其次，本装置与荧光测试系统功能兼容。由于装置整体尺寸较小，重量轻，且具有良好的隔热和防反光漏光措施，装置安装仅需替换系统原有的样品架台。最终实现样品在低温条件下的超快光谱测量；再而，本装置主要利用绝热玻璃罩隔绝外界热交换并利用控制阀调节液氮净流量以实现控温功能。因此该装置结构简单小巧，材料成本较低，易于日后推广应用。
附图说明
图1是本发明主视图；
图2是本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1和图2所示的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，包括：样品测试暗箱1，所述样品测试暗箱1内设有绝热玻璃罩2，所述绝热玻璃罩2内设有用于放置样品的样品架台3，所述绝热玻璃罩2底部设置于可调基座8上，通过微调基座位置保证入射及反射光线光路不被遮挡，通过样品反射的信号最终被系统接收。所述绝热玻璃罩2与可调基座8之间设有隔热底板9，通过隔热底板将绝热玻璃罩底部密封。所述绝热玻璃罩2外表面设有隔热膜4，样品架台3成一定角度，使得激光从样品测试暗箱1外部射入，再经样品反射出样品测试暗箱1外，位于所述样品测试暗箱1的激光穿进和穿出处分别设有入射激光源系统10和光源信号接收系统11。所述隔热膜4上留有供激光穿进及穿出的孔洞，孔洞大小略大于激光光斑大小，所述绝热玻璃罩2上设有控温装置，所述控温装置包括控温组件和测温组件。
所述控温组件包括设置在绝热玻璃罩2顶部和底部的第一软管5和第二软管6，该第一软管5和第二软管6均采用隔热不透光材料，所述第一软管5和第二软管6分别设置于绝热玻璃罩2的上下对角位置。所述第一软管5和第二软管6均从绝热玻璃罩2延伸出样品测试暗箱1外，同时，均设有控制阀。所述位于上边的第一软管5连接有制冷介质箱7，该制冷介质箱7为液氮箱，通过控制阀可以控制绝热玻璃罩2内液氮的流进及流出，从而实现温度降低和升高。
所述测温组件包括设置在绝热玻璃罩2内部的铂电阻温度计12以及设置在绝热玻璃罩2外并与铂电阻温度计12连接的温控仪13，该温控仪13可直接连接第一软管5和第二软管6通过温控仪13直接控制绝热玻璃罩2内的温度。
使用时：
第一步、将测试样品置于样品架台3中央，可调基座8保证激光直接照射在样品表面，并保证入射及反射光路无遮挡；
第二步、打开第一软管5的控制阀让液氮逐步注入绝热玻璃罩2内，同时保持底部控制阀关闭。观察温控仪13读数至指定测试温度，关闭顶部控制阀。
第三步、待绝热玻璃罩2内温度逐步稳定后展开超快光谱测试；测试中留意温控仪温度13变化，如温度上升则打开或者部分打开顶部控制阀注入液氮；如温度下降则打开或部分打开底部控制阀以排除部分液氮。
经测试，玻璃罩内样品环境温度最低可达100K；在无液氮流入条件下，玻璃罩内样品环境温度可以保持稳定达10分钟以上。

Claims (8)

1.一种泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于，包括：样品测试暗箱(1)，所述样品测试暗箱(1)内设有绝热玻璃罩(2)，所述绝热玻璃罩(2)内设有用于放置样品的样品架台(3)，所述绝热玻璃罩(2)外表面设有隔热膜(4)，激光从样品测试暗箱(1)外部射入，再经样品反射出样品测试暗箱(1)外，所述隔热膜(4)上留有供激光穿进及穿出的孔洞，所述绝热玻璃罩(2)上设有控温装置；
所述控温装置包括控温组件和测温组件，所述控温组件包括设置在绝热玻璃罩(2)顶部和底部的第一软管(5)和第二软管(6)，所述第一软管(5)和第二软管(6)均从绝热玻璃罩(2)延伸出样品测试暗箱(1)外，同时，均设有控制阀，所述位于上边的第一软管(5)连接有制冷介质箱(7)。
2.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述绝热玻璃罩(2)底部设置于可调基座(8)上。
3.根据权利要求2所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述绝热玻璃罩(2)与可调基座(8)之间设有隔热底板(9)。
4.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：位于所述样品测试暗箱(1)的激光穿进和穿出处分别设有入射激光源系统(10)和光源信号接收系统(11)。
5.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述第一软管(5)和第二软管(6)均采用隔热不透光材料。
6.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述制冷介质箱(7)为液氮箱。
7.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述第一软管(5)和第二软管(6)分别设置于绝热玻璃罩(2)的上下对角位置。
8.根据权利要求1所述的泵浦-探测时间分辨荧光系统样品环境温度调节装置，其特征在于：所述测温组件包括设置在绝热玻璃罩(2)内部的铂电阻温度计(12)以及设置在绝热玻璃罩(2)外并与铂电阻温度计(12)连接的温控仪(13)。
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