CN110823934B - 一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，包括步骤一、微纳米膜层样品预处理：将微纳米膜层材料切割成方形样品，保持样品表面清洁无污染；步骤二、微纳米膜层样品安装：将微纳米膜层样品置于自制专用加热样品台上，专用加热样品台由PID加热台加热，PID加热台由蓄电池供电；步骤三、样品表面微纳米膜层的温度校准；步骤四、样品表面微纳米膜层的常温XRD图谱采集；步骤五、样品表面微纳米膜层的高温XRD图谱原位测量。本发明能够实现样品表面微纳米膜层高温相变的原位测试，且能精确获得样品表面微纳米膜层材料的相变规律。

Description

一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法
技术领域
本发明属于材料表面微纳米膜层的高温相变测试领域，尤其是涉及一种利用自制加热样品台结合X射线掠入射衍射进行材料表面微纳米膜层的高温相变的原位测量方法。
背景技术
现代科学技术的发展，尤其是微电子技术的发展，对器件的微小型化提出了更高的要求，而具有独特物理效应的膜层材料是实现器件微型化的关键材料，通过将基底与膜层材料复合，构成具有优异特性的复杂材料体系，可以充分发挥各种材料的优势，避免单一材料的局限性。当前微纳米膜层材料在半导体、超导材料、光电子器件、传感器、太阳能电池等领域都发挥着至关重要的作用。例如在光电设备、电子器件等方面具有巨大应用潜力的二氧化钒膜层。二氧化钒是一种金属-绝缘体相变材料，在温度诱导下可发生金属-绝缘体转变(MIT相变)，相变前后电阻和光学性能发生较大变化。在基片上制备出纯度高、组织均匀、与基底结合力强的二氧化钒膜层，此二氧化钒膜层可以发生单斜相(绝缘体)向四方金红石相(导体)的相转变，此时电阻发生4～6个数量级的变化；相变点温度以下为单斜绝缘相，其对红外光有较高透过率，而相变点温度以上为导电的金红石相，其红外光透过率明显降低，因此二氧化钒膜层可以广泛应用于智能窗户与光电转换元器件领域。但由于相变前后膜层对可见光透过性基本无变化，因此在一定温度下无法直接判断膜层是否已经发生相变，所以必须采取合适的分析测试方法确定其相变点温度与相转变规律。而确定材料是否发生相变就要首先判断其晶体结构类型，目前最为成熟的技术是X射线衍射技术和透射电子衍射技术等，其利用X射线衍射技术确定相变是最为简单、快捷的方法。
针对块状样品表面厚度较薄的微纳米膜层材料(厚度为20nm-10μm)，可以采用商业X射线衍射仪配置的膜层掠入射测试模块进行膜层材料的物相鉴定。其主要原理为：当单色X射线束以小于材料全反射临界角的掠入射角入射到材料的表面时，X射线在材料表面产生全反射现象，此时材料内部的X射线电场只分布在表面下很浅的表层，其指数衰减深度随入射角而改变，范围从几个埃到几千埃。这时只有表层附近的原子与X射线相互作用，可以获得材料表层原子分布信息。当X射线与样品表面成θ(＜3°)入射时，掠射角固定，衍射仪探测器沿2θ转动，对于多晶膜层可在相应晶格平面的布拉格角度得到衍射峰。由于X射线照射到样品表面面积增大，而穿透的深度较小，提高了X射线对表层信息检测的灵敏性，可以避免来自衬底的强烈信号干扰，因此适用于对样品表面较薄的微纳米膜层的物相分析。遗憾的是，现有配置薄膜掠入射衍射测试模块的商业X射线衍射仪通常不具备原位加热装置，仅适用于常温条件下样品表面微纳米膜层材料的物相分析，而无法实现对样品表面微纳米膜层材料的高温相变过程(通常二氧化钒膜层的相变测试温度需从常温至75℃)进行原位测试。而可进行原位加热的商业X射线衍射仪，一般不具备薄膜掠入射衍射功能，通常仅配置对称衍射模式(只能进行普通块体或粉末材料的高温相变分析)，此种对称衍射模式聚焦良好且X射线在材料中穿透深，因而若采用此种模式测量微纳米膜层材料，来自基底(如石英等)的强大信号容易掩盖样品表面微纳米膜层材料的自身信号，从而无法得到样品表面微纳米膜层材料的准确衍射信息，所以，当前原位加热的X射线衍射仪配置的对称衍射模式无法完成样品表面微纳米膜层材料的高温相变测量。
综上所述，目前商业X射线衍射仪通常不同时配置原位加热装置和薄膜掠入射衍射模块，即现有的商业X射线衍射仪均无法进行样品表面微纳米膜层材料的原位高温相变测试，因此开发一种可进行样品表面微纳米膜层材料的高温相变的原位测试方法势在必行。为此，本发明在配置薄膜掠入射衍射模块的商业X射线衍射仪基础上加装自行设计的原位专用加热样品台，从而开发了一种利用自制加热样品台结合现有的X射线薄膜掠入射衍射模式进行样品表面微纳米膜层材料的高温相变的原位测试方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种利用自制加热样品台结合X射线掠入射衍射进行样品表面微纳米膜层高温相变的原位测试方法，能够实现原位测试样品表面微纳米膜层材料的高温相变，且能精确获得样品表面微纳米膜层材料的相变规律。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，包括以下步骤：
步骤一、微纳米膜层样品预处理：将微纳米膜层材料切割成方形样品，保持样品表面清洁无污染；
步骤二、微纳米膜层样品安装：将微纳米膜层样品置于自制专用加热样品台上，专用加热样品台由PID加热台加热，PID加热台由蓄电池供电；
步骤三、样品表面微纳米膜层的温度校准：在自制的专用加热样品台上选取若干特定位置作为特征点，并在样品表面微纳米膜层上选取若干特定位置作为特征点，专用加热样品台的特征点和样品表面膜层的特征点应一一对应，当专用加热样品台温度达到预设温度值并保温一定时间后，利用温控单元对专用加热样品台与样品表面微纳米膜层的各个特征点温度进行测量，对比两者对应特征点的温度差是否符合不超过2℃，对比专用加热样品台各个特征点温度与初始设定温度差是否符合不超过1℃，对比样品表面微纳米膜层的各个特征点温度与初始设定温度之差是否符合不超过3℃，同时对比样品表面微纳米膜层在不同区域的各个特征点之间的温度差值否符合不超过1℃；对比所有温度数值合格后加热准备完毕，待测试；
步骤四、样品表面微纳米膜层的常温XRD图谱采集：开启X射线衍射仪，利用薄膜掠入射衍射测量模式：设定掠射角数值、扫描角度范围、扫描步长、每步停留时间、管电流和管电压参数，在常温下进行XRD测试，得到常温下样品表面微纳米膜层的XRD衍射图谱；
步骤五、样品表面微纳米膜层的高温XRD图谱原位测量：开启PID加热台加热样品表面膜层至目标温度，开启X射线衍射仪按照步骤四中薄膜掠入射衍射测量模式与设定的参数，在不同温度下原位获取样品表面微纳米膜层的XRD衍射图谱。
进一步的，步骤一中，通过磁控溅射法或化学气相沉积法在石英基片表面沉积一层厚度为20nm-10μm的膜层，从而得到微纳米膜层材料，将膜层材料连同石英基片切割成方形样品，尺寸为30mm×30.2mm×1mm。
进一步的，步骤二中，所述自制的专用加热样品台包括底座、外壳和陶瓷加热环，所述底座和外壳均为等大方形薄铜片，所述底座的上表面中心处设有环形凹槽，所述底座上设有矩形通道，所述的矩形通道一端为开口端，另一端与环形凹槽相连；所述外壳的上表面开设有方形大凹槽，在外壳和底座的中心处均开设有通孔，所述的陶瓷加热环设置在环形凹槽内，陶瓷加热环与导线连接，且导线由矩形通道向外探出与PID加热台的输出端的正极与负极相连，PID加热台的输入端与蓄电池连接，所述样品表面微纳米膜层放置于外壳上表面开设的方形大凹槽内，有沉积膜层的一端朝上，所述的底座和外壳上下对齐后四周通过螺栓固定。
进一步的，方形薄铜片的尺寸为40×30×2mm3，环形凹槽的内径为18mm，外径为28.2mm，通孔的直径为18mm，方形大凹槽的尺寸为30×30.2×1mm3。
进一步的，步骤三中，所述温控单元包括热电偶与温控显示器，热电偶与温控显示器电连接。
进一步的，步骤三中，分别将沉积好膜层的石英基片和专用加热样品台均匀划分为多个区域，取每个区域中心点作为特征点，并利用PID加热台分别加热至微纳米膜层材料理论相变温度附近任取两个温度点并保持恒温，此时通过热电偶测定每个特征点的实际温度。
进一步的，步骤四中，X射线衍射仪采用Cu-Kα辐射源，设置掠射角为0.2-3°，扫描角度范围10-90°，扫描步长0.026°，每步停留时间40秒，管电压为35-45kV，管电流为40mA，设置完成后进行测试，得到常温下样品表面微纳米膜层材料的衍射图谱。
进一步的，步骤五中，根据微纳米膜层材料的种类设定目标温度，对石英基片以及基片上的微纳米膜层进行原位加热，设置PID加热台比例带参数为2，积分时间参数设定于300～400s，通过X射线衍射仪同步实时测试由常温至目标温度过程中不同温度下微纳米膜层材料的XRD衍射图谱。
相对于现有技术，本发明所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法具有以下优势：
本发明所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，
(1)本发明将X射线薄膜掠入射衍射技术与原位加热技术相结合，弥补现有的商业X射线衍射仪不同时配置原位加热装置和薄膜掠入射衍射模块的不足即现有的商业X射线衍射仪无法实现样品表面微纳米膜层材料(膜层厚度为20nm-10μm)的原位高温相变测试；
(2)自行设计的加热装置配合精确的温控单元，可以实现样品表面微纳米膜层材料的可控加热(控温精度±1℃)，并保证样品表面微纳米膜层材料的温度分布均匀(膜层不同区域温度差值≤1℃)，从而获得不同温度下(常温-300℃)准确的XRD衍射图谱，精确获得样品表面微纳米膜层材料的相变规律；
(3)本发明中加热与温控装置具有设备简单、安装方便，温度场均匀、温控精确、成本低等特点。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为样品表面微纳米膜层的原位高温相变XRD测试装置示意图；
图2为自制专用加热样品台底座的结构示意图；
图3为自制专用加热样品台外壳的结构示意图；
图4为专用加热样品台装配示意图；
图5(a)为专用加热样品台所选特定区域图；
图5(b)为样品表面微纳米膜层所选特定区域图；
图6为专用加热样品台与样品表面微纳米膜层对应特征点温度分布图；
图7为二氧化钒的原位高温相变的XRD测试结果图。
附图标记说明：
1-X射线管，2-专用加热样品台，3-X射线衍射仪探测器，4-PID加热台，5-蓄电池，6-温控单元，7-底座，8-外壳，9-微纳米膜层样品，10-矩形通道，11-方形大凹槽，12-通孔，13-环形凹槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图5b所示，一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，包括以下步骤：
步骤一、微纳米膜层样品9预处理：通过磁控溅射法在石英基片表面沉积一层二氧化钒膜层得到膜层材料，将膜层材料切割成方形样品，尺寸为30mm×30.2mm×1mm，保持样品表面清洁无污染；用于制备靶材的金属钒需要保证99.95％的纯度，同时石英基片需要清洗以保证溅射表面平整清洁。进行磁控溅射制备微纳米膜层时，将石英基片固定在电源输出正极上，作为阳极；钒靶作为阴极；阳极与阴极靶之间距离应小于150mm，以保证最大的沉积速率及较好的附着力，并保证微纳米膜层均匀平整；
步骤二、微纳米膜层样品9安装：将微纳米膜层样品9置于专用加热样品台2的方形大凹槽11中，专用加热样品台2由PID加热台4加热，PID加热台4由蓄电池5供电；
所述自制的专用加热样品台2包括底座7、外壳8和陶瓷加热环(未标示出，它位于底座7与外壳8形成的环形空腔内)，所述底座7和外壳8均为等大方形薄铜片，所述底座7的上表面中心处设有环形凹槽13，所述底座7上设有矩形通道10，所述的矩形通道10一端为开口端，另一端与环形凹槽13相连；所述外壳8的上表面开设有方形大凹槽11，在外壳8和底座7的中心处均开设有通孔12，所述的陶瓷加热环(未标示出)设置在环形凹槽13内，陶瓷加热环与导线连接，且导线由矩形通道10向外探出与PID加热台4的输出端的正极与负极相连，PID加热台4的输入端与蓄电池5连接，所述微纳米膜层9设置在外壳8上表面开设的方形大凹槽11内，所述的底座7和外壳8上下对齐后四周通过螺栓固定；
方形薄铜片的尺寸为40×30×2mm3，环形凹槽13的内径为18mm，外径为28.2mm，方形大凹槽11的尺寸为30×30.2×1mm3，通孔12的直径为18mm，预留通孔可用于在加热过程中进行光学测试，加热过程中，位于通孔中心位置的膜层受到周围的热辐射而升温；
步骤三、样品表面微纳米膜层温度校准：在专用加热样品台选取几个特定位置作为特征点，在样品表面微纳米膜层选取几个特定位置作为特征点，具体可以为：分别将沉积好二氧化钒膜层的石英基片和专用加热样品台均匀划分为多个区域，取每个区域中心点作为特征点，专用加热样品台的特征点和样品表面二氧化钒膜层的特征点一一对应，从而验证专用加热样品台的控温精度与均匀性，进而保证测试获得的样品表面微纳米膜层材料相变温度与相变规律的准确性。
当专用加热样品台温度达到预设温度值并保温一定时间后，利用温控单元6对专用加热样品台2与微纳米膜层9的各个特征点温度进行测量，具体为：所述温控单元6包括热电偶与温控显示器，热电偶与温控显示器电连接，在PID加热台5分别保持55℃和75℃恒温时通过热电偶测定每个特征点的实际温度；
对比两者对应特征点的温度差是否符合不超过2℃，对比专用加热样品台各特征点温度与初始设定温度差是否符合不超过1℃，对比样品表面膜层的各特征点温度与初始设定温度之差是否符合不超过3℃，同时对比样品表面二氧化钒膜层的各个特征点的温度是否符合不同区域的温度差值不超过1℃；对比所有温度合格后加热准备完毕，待测试；
步骤四、微纳米膜层的常温(25℃)XRD图谱采集：开启X射线衍射仪，利用薄膜掠入射测量模式：X射线衍射仪采用Cu-Kα辐射源，设置掠射角为1°，扫描角度范围45°，扫描步长0.026°，每步停留时间40秒，管电压为40kV，管电流为40mA，在常温(25℃)下进行XRD测试，得到常温下样品表面二氧化钒膜层的XRD衍射图谱；
步骤五、微纳米膜层的高温XRD图谱原位测量：设置PID加热台比例带参数为2，积分时间参数设定于300～400s，开启PID加热台加热样品表面膜层至目标温度，根据微纳米膜层材料的种类设定目标温度，如二氧化钒膜层为75℃，开启X射线衍射仪按照步骤四中薄膜掠入射测量模式与设定的参数，通过X射线衍射仪同步测试在不同温度下原位获取样品表面二氧化钒膜层的XRD衍射图谱。
本发明中，为使X射线衍射测试具有较好的效果，应保证沉积出的膜层厚度大于20nm，并使表面尽可能平整。要达到此要求可通过调节基片与靶材距离、溅射功率、气体压强、气体流速等参数以沉积出具有一定厚度的二氧化钒膜层。
下面给出对厚度为20nm以上的二氧化钒膜层材料的X射线掠入射衍射原位高温相变测试方法：具体包括以下步骤：
步骤一、将纯度为99.95％的金属钒制成直径100mm的钒靶，将石英基片(30×30×1mm3)使用丙酮和乙醇分别在超声清洁器中清洁15min，作为沉积二氧化钒膜层的基质；设备总控电启动后，在高功率脉冲磁控溅射装置内，将钒靶作为阴极，清洁过后的石英基片作为阳极，并距离阴极钒靶100mm；使用涡轮分子泵将真空腔内环境抽至1×10-3Pa的基础真空后，分别通入氩气与氧气，控制氩气流速为100sccm，氧气流速为6.5sccm。在随后的溅射过程中，保持系统总压强为0.85Pa；调节脉冲电源，施加450V脉冲电压，使溅射过程开始进行，并施加50mT强度的环形磁场，磁场贴近靶材平面并与电场相互正交；溅射过程的峰值功率为40kW。沉积时间设定为30min，在石英基片上沉积出具有约122nm厚度的二氧化钒膜层；
步骤二、X射线管1及X射线衍射仪探测器3设置在专用加热样品台2的相对两侧，温控单元6设置在专用加热样品台2的一侧，样品台内的陶瓷加热环的两端分别连接一导线，两根导线由矩形通道向外探出后分别与PID加热台输出正极和负极相连，并用24V稳压蓄电池5为加热台供电，形成外接加热电路，如图1所示；外接加热电路采用数字式PID调节器进行加热，在PID控制电路中采用固态继电器(SSR)调节控制加热台4；加热时加热台4通过陶瓷加热环对专用加热样品台2加热，进而对微纳米二氧化钒膜层9加热，避免因加热速度过快或温度过高损伤样品表面膜层；
专用加热样品台的装配如图4所示，具体装配过程如下：将两薄铜片组装成样品台时，先将底座7开有环形凹槽的一端朝上，将陶瓷加热环置于环形凹槽13中，并将陶瓷加热环两端连接导线，导线由矩形通道10向外探出，随后将外壳8开有方形凹槽的一端朝上，放置在底座上，四角对齐后用M3螺钉和螺母固定，随后，将沉积有二氧化钒膜层的石英基片安装在外壳的方形大凹槽11内；完成样品台的组装；
步骤三、如图5(a)和图5(b)所示，将专用加热样品台与沉积有二氧化钒膜层的石英片划分为相同大小的9个区域，其中区域1-8在测试时位于X射线扫描范围之外，作为辐射传热区；中心区域为X射线衍射的主要区域，需严格保证中心位置温度均高于相变温度，因此将中心区域再次划分为6个小区域，标为9-1至9-6，作为中心测试区，以进行更加精确的温度测量与控制；专用加热样品台中心因开有通孔(透光孔)故专用加热样品台实际为8个有效区域，且与二氧化钒膜层上的区域1-8一一对应；取每个区域的中心点作为特征点，在PID加热台设定75℃与55℃的温度下，达到恒温时并保温后用热电偶分别测得专用加热样品台与二氧化钒膜层上各个特征点温度，测量每个点的温度三次并取平均值；对比二者之间的温度差值，以测试该原位加热电路的控温效果；同时，比较二氧化钒膜层表面各个特征点温度，得到膜层表面的温度场，以测试经原位加热后膜层表面温度的均匀程度；
如图6所示，经过测试，在加热温度设定为75℃时，专用加热样品台各位置温度均在74-75℃之间，膜层中心测试区由于依靠周围热辐射升温，并非由陶瓷加热环和专用加热样品台直接传热，因此温度相对其他位置较低，但均高于72℃，远高于68℃的相变温度；专用加热样品台与膜层同一位置处温差不超过2℃，中心测试区各特征点温度差小于1℃；在加热温度设定为55℃时，恒温后专用加热样品台各处温度均在54-55℃之间，区域2由于处于陶瓷加热环的导线连接处，故温度偏低。中心测试区各处温度均超过52℃，因此原位加热电路与专用加热样品台控温效果良好，保证了膜层的整体相变；
经过多个特征点在不同温度下的温度测量，在加热设定值与样品膜层温度之间有稳定的温差，温差在3℃左右波动。以T设表示加热台设定温度，T样表示需要加热到的膜层的目标温度，则T设与T样之间满足如下关系式：
T设≈T样+3℃
步骤四、专用加热样品台控温效果已满足要求，对膜层材料进行常温X射线衍射测试；在X射线衍射仪内，采用Cu-Kα辐射源，设置掠射角为1°，扫描角度范围45°，扫描步长0.026°，每步停留时间40秒，管电压为40kV，管电流为40mA，随后进行测试，得到25℃(常温)下二氧化钒的衍射图谱；步骤五：采用数字式PID加热台对二氧化钒膜层进行原位加热，设置PID比例带参数为2，积分时间参数设定于400s；在升至50℃时对膜层进行原位测试，升至70℃时二氧化钒膜层发生相变，此时再次进行测试，最终得到三个不同温度下的X射线衍射图谱，如图7所示，当温度达到70℃时，二氧化钒的衍射峰相对25℃和50℃时发生明显偏移，测试出在70℃时，二氧化钒膜层已经发生相变，由低温的单斜相转变为高温的金红石相，成功测得膜层的高温相变行为。
为更清晰表示出衍射峰的偏移，将探测器扫过角度为27°-29°的图谱放大，如图7内小图所示，由图可见70℃下二氧化钒的衍射峰相对于50℃、25℃时发生明显偏移。
本发明适用于进行相变温度低于300℃的样品表面膜层材料的原位加热与高温相变测试，即加热装置的加热温度限制为300℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：
步骤一、微纳米膜层样品预处理：将微纳米膜层材料切割成方形样品，保持样品表面清洁无污染；
步骤二、微纳米膜层样品安装：将微纳米膜层样品置于自制专用加热样品台上，专用加热样品台由PID加热台加热，PID加热台由蓄电池供电；步骤二中，所述专用加热样品台包括底座、外壳和陶瓷加热环，所述底座和外壳均为等大方形薄铜片，所述底座的上表面中心处设有环形凹槽，所述底座上设有矩形通道，所述的矩形通道一端为开口端，另一端与环形凹槽相连接；所述外壳的上表面开设有方形大凹槽，在外壳和底座的中心处均开设有通孔，所述的陶瓷加热环设置在环形凹槽内，陶瓷加热环与导线连接，且导线由矩形通道向外探出与PID加热台的输出端的正极与负极相连，PID加热台的输入端与蓄电池连接，所述微纳米膜层样品放置于外壳上表面开设的方形大凹槽内，且有沉积膜层的一端朝上，所述的底座和外壳上下对齐后四周通过螺栓固定；
步骤三、样品表面微纳米膜层的温度校准：在所述 专用加热样品台上选取若干特定位置作为特征点，并在样品表面微纳米膜层上选取若干特定位置作为特征点，专用加热样品台的特征点和样品表面膜层的特征点应一一对应，当专用加热样品台温度达到预设温度值并保温一定时间后，利用温控单元对专用加热样品台与样品表面微纳米膜层的各个特征点温度进行测量，对比两者对应特征点的温度差是否符合不超过2℃，对比专用加热样品台各个特征点温度与初始设定温度差是否符合不超过1℃，对比样品表面微纳米膜层的各个特征点温度与初始设定温度之差是否符合不超过3℃，同时对比样品表面微纳米膜层在不同区域的各个特征点之间的温度差值否符合不超过1℃；对比所有温度数值合格后加热准备完毕，待测试；
步骤四、样品表面微纳米膜层的常温XRD图谱采集：开启X射线衍射仪，利用薄膜掠入射衍射测量模式：设定掠射角数值、扫描角度范围、扫描步长、每步停留时间、管电流和管电压参数，在常温下进行XRD测试，得到常温下样品表面微纳米膜层的XRD衍射图谱；
步骤五、样品表面微纳米膜层的高温XRD图谱原位测量：开启PID加热台加热样品表面膜层至某目标温度，开启X射线衍射仪按照步骤四中薄膜掠入射衍射测量模式与设定的参数，在不同温度下原位获取样品表面微纳米膜层的XRD衍射图谱。
2.根据权利要求1所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：步骤一中，通过磁控溅射法或化学气相沉积法在石英基片表面沉积一层厚度为20nm-10μm的膜层，从而得到微纳米膜层材料，随后将此微纳米膜层材料连同石英基片切割成方形样品，尺寸为30mm×30.2mm×1mm。
3.根据权利要求1所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：方形薄铜片的尺寸为40×30×2mm3，环形凹槽的内径为18mm，外径为28.2mm，通孔的直径为18mm，方形大凹槽的尺寸为30×30.2×1mm3。
4.根据权利要求2所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：步骤三中，所述温控单元包括热电偶与温控显示器，热电偶与温控显示器电连接。
5.根据权利要求4所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：步骤三中，分别将沉积好微纳米膜层的石英基片和专用加热样品台均匀划分为多个区域，取每个区域中心点作为特征点，并利用PID加热台分别加热至微纳米膜层材料理论相变温度附近任取的两个温度点并保持恒温，此时通过热电偶测定每个特征点的实际温度。
6.根据权利要求2所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：步骤四中，X射线衍射仪采用Cu-Kα辐射源，设置掠射角为0.2-3°，扫描角度范围10-90°，扫描步长0.026°，每步停留时间40秒，管电压为35-45kV，管电流为40mA，设置完成后进行测试，得到常温下样品表面微纳米膜层材料的衍射图谱。
7.根据权利要求2所述的一种样品表面微纳米膜层高温相变的原位测量方法，其特征在于：步骤五中，根据微纳米膜层材料的种类设定目标温度，对石英基片以及基片上的微纳米膜层进行原位加热，设置PID加热台比例带参数为2，积分时间参数设定于300～400s，通过X射线衍射仪同步实时测试由常温至目标温度过程中不同温度下微纳米膜层材料的XRD衍射图谱。
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