CN112557428A - 一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置，包括：样品架，包括：样品架本体，加热机构，以及封装机构；样品架本体上设置有多排样品孔组，样品孔组包括多个用于放置样品的样品孔，样品孔贯穿样品架本体的厚度方向；加热机构包括用于对样品架本体进行加热的加热组件，和用于调节加热组件温度的控温组件；封装机构包括沿样品架本体的厚度方向设置在其相对两侧面的透光板；样品移动切换机构，其用于驱动样品架本体移动，以使各样品孔依次的切换至样品检测位。通过样品移动切换机构可以同时对多个样品孔进行小角散射实验，通过控温组件实现对加热组件所产生热量的温度的调节，从而可以在不同温度环境下对样品的微观结构进行分析。

Description

一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置
技术领域
本申请涉及材料分析技术领域，具体涉及一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置。
背景技术
在中子、X射线等散射实验过程中，将中子或X射线发射到样品材料中，通过探测器分析观察其散射现象，从而可以得出样品材料的微观结构特征。小角散射为发生于中子、X射线等入射束附近的相干散射，由实验样品内几纳米至几百纳米尺度范围散射长度密度变化引起，是获取材料内部纳米量级结构信息的重要工具，具有统计性好、样品制备简单等特点，在材料微结构分析方面具有独特优势。
目前在小角散射实验装置中，难以通过改变环境温度的方式获得不同温度下样品内部的微观结构信息，并且，现有的小角散射实验装置，结构复杂，生产成本较高，且每次仅能用于单个样品实验，实验效率低。
发明内容
本申请旨在提供一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置，不仅可以实现对不同温度下的样品进行实验，还可同时对多个样品依次自动换样，有效提高实验效率。
本申请提供了一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置，包括：
样品架，包括：样品架本体，加热机构，以及封装机构；所述样品架本体上设置有多排样品孔组，所述样品孔组包括多个用于放置样品的样品孔，所述样品孔贯穿样品架本体的厚度方向；所述加热机构包括：加热组件和控温组件，所述加热组件用于产生热量以对所述样品架本体进行加热，所述控温组件用于控制调节所述加热组件所产生热量的温度；所述封装机构包括沿样品架本体的厚度方向设置在样品架本体相对两侧面的透光板；
样品移动切换机构，所述样品架本体安装在所述样品移动切换机构上，所述样品移动切换机构用于驱动所述样品架本体移动，以使各所述样品孔依次的切换至样品检测位。
进一步地，所述加热组件包括：两个加热管，所述样品架本体上还设置有两个加热孔，所述两个加热孔分别设置在最上排所述样品孔组的上方和最下排所述样品孔组的下方，且都平行于所述样品孔组，所述加热管安装在所述加热孔中；所述加热孔的长度不短于所述样品孔组排布的长度。
进一步地，所述控温组件包括：多个第一温度传感器，两个第二温度传感器，数据采集仪，以及控温仪；所述样品架本体上还设置有多个测温孔和两个控温孔，所述多个测温孔与所述多排样品孔组一一对应，且所述测温孔设置在所述样品孔组的一端；所述两个控温孔分别设置在最上排所述加热孔的上方和最下排加热孔的下方，且所述控温孔与所述加热孔相互平行；所述第一温度传感器设置在所述测温孔中，其用于测量所述样品孔组中各样品孔中的样品的温度；所述第二温度传感器设置在所述控温孔中，其用于测量所述加热孔中加热管的温度；所述第一温度传感器与所述数据采集仪的第一输入端连接，所述第二温度传感器和所述加热管都与所述控温仪连接，所述控温仪与所述数据采集仪的第二输入端连接。
进一步地，所述样本架本体为板状结构，所述板状结构上设置有两个突出部，所述两个突出部分别位于最上排所述样品孔组的上方和最下排所述样品孔组的下方；上方的加热孔和控温孔开设在上方的突出部上，下方的加热孔和控温孔开设在下方的突出部上。
进一步地，所述样品移动切换机构包括：水平驱动组件和升降驱动组件，所述升降驱动组件安装在所述水平驱动组件上，所述样品架本体安装在所述升降驱动组件上，所述水平驱动组件用于输出沿水平方向的往复移动，以沿水平方向依次切换所述样品孔组中的所述多个样品孔，所述升降驱动组件用于输出沿竖直方向的往复移动，以沿竖直方向依次将上排所述样品孔组切换至下排所述样品孔组。
进一步地，所述样品架还包括：绝热件，所述绝热件安装在所述样品架本体与所述升降驱动组件之间。
进一步地，所述样品架本体上还设置有多个安装孔，所述多个安装孔分布在所述多个样品孔的四周，所述样品架本体相对两侧面上的透光板上还设置有多个过孔，所述多个安装孔与所述多个过孔一一对应，以通过紧固件将两个所述透光板分别固定在所述样本架本体的两个侧面上。
进一步地，所述多排样品孔组相互平行，所述样品孔组中的相邻两个样品孔之间的间距相等，且相等于相邻两排样品孔组之间的间距；相邻两排样品孔组中的所述样品孔一一对应。
进一步地，所述样品架本体由铝合金材料、铜材料中的一种制成。
进一步地，所述透光板由金刚石晶片、单晶蓝宝石中的一种制成。
依据本申请所提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，通过样品移动切换机构可以同时对多个样品孔进行小角散射实验，通过控温组件实现对加热组件所产生热量的温度的调节，从而可以在不同温度环境下对样品的微观结构进行分析。
附图说明
图1为本申请提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置的示意图一；
图2为本申请提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置的示意图二；
图3为本申请提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置中样品架本体与封装机构的结构示意图；
图4为本申请提供的用于小角度散射实验的可变温自动换样装置中样品架本体的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本申请提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，散射谱仪发射的束流沿样品孔的轴向方向从样品孔的一端向另一端的方向入射到样品上，以对样品进行小角度散射实验，通过加热组件对样品进行加热，通过控温组件实现对加热组件所产生热量的温度的调节，从而可以在不同温度环境下对样品的微观结构进行分析。以下实施例中，入射的束流可以是中子、X射线等束流，样品可以是半导体材料、磁性材料、生物基材料等。
参见图1-图4所示，本实施例提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置包括：样品架100和样品移动切换机构200。
样品架100主要包括：样品架本体11，加热机构12，以及封装机构13，如图4所示，在样品架本体11上设置有多排样品孔组111，每排的样品孔组111都包括多个样品孔1111，样品孔1111用于放置样品。如此，可以在一次实验过程中，对多个样品进行小角度散射实验，提高实验效率。具体而言，所有的样品孔1111都贯穿样品架本体11的厚度方向。换言之，样品孔1111沿其轴向方向的第一端口形成为束流的入射端，样品孔1111沿其轴向方向的第二端口形成为束流的出射端，束流即可从入射端入射到样品孔1111中的样品上，从出射端射出，从而对样品进行小角散射实验。
加热机构12包括：加热组件和控温组件，加热组件用于产生热量以对样品架本体11进行加热，样品架本体11采用导热材料制成，从而可将加热组件所产生的热量传递给样品孔1111中的样品，进而对样品进行加热。控温组件用于控制调节加热组件所产生热量的温度，进而调节样品所受到的温度，如此，即可实现在不同温度下对样品进行小角度散射实验，以分析不同温度下样品的微观结构。
一种实施例中，样品架本体11由铝合金材料、铜材料中的一种制成，尤其是采用铝合金材料，不仅质地轻、不易腐蚀，且具有较好的导热性。
如图3所示，封装机构13包括两个透光板131，两个透光板131沿样品架本体11的厚度方向分别设置在样品架本体11的相对两侧面。一方面，两个透光板131可以供束流穿过，以对样品进行小角度散射实验，另一方面，两个透光板131安装在样品架本体11的相对两侧面上，可以将对样品孔1111中的样品起封装作用，从而保证入射的束流与探测光路的畅通。
前述的样品架本体11安装在样品移动切换机构200上，该样品移动切换机构200用于驱动样品架本体11移动，以使各样品孔1111依次的切换至样品检测位。可以理解的是，通过样品移动切换机构200驱动样品架本体11的移动使得各样品孔1111依次的切换至样品检测位，在样品检测位束流入射至样品孔1111中放置的样品，从而对样品进行小角度散射实验。
一种实施例中，前述的两个透光板131都由金刚石晶片、单晶蓝宝石中的一种制成。当然，两个透光板131也可分别采用金刚石晶片和单晶蓝宝石制成。
当然，在其他实施例中，样品架本体11相对两侧面也可采用非透明的封装结构，只需在对应样品孔1111的位置设置可视窗也可使得束流通过。
一种实施例中，前述的加热组件包括：两个加热管，在样品架本体11上还设置有两个加热孔112，两个加热孔112分别设置在最上排样品孔组111的上方和最下排样品孔组111的下方，并且，两个加热孔112都平行于样品孔组111，两个加热管分别安装在两个加热孔112中。换言之，两个加热孔112相互对称，如此，可以通过相互对称的加热孔112中的加热管使得各个样品孔1111受热均匀，各样品孔1111之间的温差小于0.4℃。
优选的实施方式中，两个加热孔112的长度都不短于样品孔组111排布的长度，也就是说，安装在加热孔112中的加热管的长度不短于样品孔组111排布的长度，即可保证所有的样品孔1111中的样品都被加热，并且受热均匀。
本实施例中，样品架本体11为长方形板状结构，并且，该长方形板状结构的样品架本体11立式放置。具体而言，该长方形板状结构的样品架本体11的其中一长侧边放置在底部，另一长侧边在顶部。如图4所示，为更清楚的表达样品孔组，图中的虚线段代表样品孔组111所在的位置。且各排样品孔组111中的所有样品孔1111的排布方向是沿平行于长方形板状结构的样本架本体11的长边进行排布。也就是说，各排的样品孔组111相互平行。本实施方式中，所有样品孔组111中的相邻两个样品孔1111之间的间距相等，并且，还相等于相邻两排样品孔组111之间的间距，相邻两排样品孔组111中的样品孔1111一一对应，从而可以保证各样品孔1111受热均匀。
一种实施例中，前述的控温组件包括：多个第一温度传感器，两个第二温度传感器，数据采集仪122，以及控温仪123。在样品架本体11上还设置有多个测温孔113和两个控温孔114，测温孔113的数量与样品孔组111的数量一致，并且，所有的测温孔113与所有的样品孔组111一一对应，与各自样品孔组111对应的测温孔113设置在该样品孔组111的一端。两个控温孔114分别设置在最上排加热孔112的上方和最下排加热孔112的下方，并且，控温孔114与加热孔112相互平行。第一温度传感器的数量与测温孔113的数量一致，各第一温度传感器分别设置在各测温孔113中，各排样品孔组111对应的测温孔113中的第一温度传感器用于测量该样品孔组111中各样品孔1111中的样品所受到的温度。两个第二温度传感器分别设置在两个控温孔114中，第二温度传感器用于测量与之对应的加热孔112中加热管的温度。所有的第一温度传感器都与数据采集仪122的第一输入端连接，所有的第二温度传感器和所有的加热管都与控温仪123连接，控温仪123与数据采集仪122的第二输入端连接。数据采集仪122采集第一温度传感器所测得的样品的温度，并将该温度信息输送给控温仪123，由控温仪123控制加热管的温度，并由第二温度传感器对加热管所产生的热量的温度进行测量，从而可以对加热管所产生的热量的温度进行调节，以满足不同样品所需。
本实施例中，在长方形板状结构的样本架本体11上还设置有两个突出部115，该两个突出部115分别位于最上排样品孔组111的上方和最下排样品孔组111的下方。上方的加热孔112和控温孔114开设在上方的突出部115上，下方的加热孔112和控温孔114开设在下方的突出部115上。
一种实施例中，继续参见图4所示，在样品架本体11上还设置有多个安装孔116，所有的安装孔116分布在所有的样品孔1111的四周，如图3所示，在样品架本体11相对两侧面上的透光板131上还设置有多个过孔1311，安装孔116与过孔1311的数量一致，且位置一一对应，从而通过紧固件(例如，螺栓螺母)将两个透光板131分别固定在样本架本体11的相对两个侧面上。
继续参见图3所示，在两个透光板131上都还设置有数量、位置与测温孔113一致的多个另一过孔1312，以便于第一温度传感器的安装。
一种实施例中，前述的样品移动切换机构200包括：水平驱动组件21和升降驱动组件22，升降驱动组件22安装在水平驱动组件21的动力输出端，样品架本体11安装在升降驱动组件22的动力输出端。水平驱动组件21用于输出沿水平方向的往复移动，以沿水平方向依次切换单排样品孔组111中的样品孔1111至样品检测位，升降驱动组件22用于输出沿竖直方向的往复移动，以沿竖直方向依次将上排样品孔组111切换至下排样品孔组111。
具体而言，如图4所示，图4中示出了五排样品孔组111，按照从上到下的方式将其分别称为第一排样品孔组、第二排样品孔组、第三排样品孔组、第四排样品孔组、第五排样品孔组，各排样品孔组中样品孔的数量都相同，并且按照图4中从左向右的方向将首个样品孔称为第一个样品孔，依次类推。初始状态下，升降驱动组件22输出沿竖直方向的运动，使得第一排样品孔组移动至与样品检测位同行，之后，水平驱动组件21输出沿水平方向上的运动，使得第一排样品孔组的第一个样品孔位于样品检测位，从而通过入射的束流对该样品孔中的样品进行小角度实验。之后，水平驱动组件21继续输出沿水平方向上的运动，使得第一排样品孔组的第二个样品孔位于样品检测位，依次类推，直至第一排样品孔组中的其余样品孔依次的移动至样品检测位。之后，升降驱动组件22再输出沿竖直方向上的运动切换至第二排样品孔组，重复上述对第一排样品孔组的动作，直至完成对第三排样品孔组、第四排样品孔组、第五排样品孔组中各样品孔中样品的测试。从而，在一个实验过程中，对多个样品进行实验，显著提高实验效率。
本申请中，前述的样品架100还包括：绝热件14，该绝热件14安装在样品架本体11与升降驱动组件22之间，如此，可避免热量的损失。
优选的实施方式中，绝热件14采用陶瓷材料制成。
一种实施例中，水平驱动组件21包括：底座211，丝杠212，移动块213，设置在底座211上的两个导轨214，设置在移动块213上的两个滑块215，以及水平驱动电机216，丝杠212沿水平方向设置，并且，丝杠212可转动的安装在底座211上。丝杠212上螺接有螺母，移动块213固定在螺母上，两个导轨214与丝杠212的长度方向平行，并分别分布在丝杠212的两侧，两个滑块215分别可滑动的设置在两个导轨214上，水平驱动电机216的电机轴端与丝杠212的一端固定连接。水平驱动电机216驱动丝杠212转动，丝杠212上的螺母将丝杠212的旋转运动转化为沿水平方向的平移运动，从而带动移动块213沿水平方向运动。
一种实施例中，升降驱动组件22包括：固定在移动块213上的连接部221，设置在连接部221上的剪式升降机构222，升降驱动电机223，以及连接在升降驱动电机223的电机轴端的滑块224。前述的样品架本体11则固定在剪式升降机构222的顶端，升降驱动电机223可输出水平方向上的往复运动，滑块224可滑动的设置在剪式升降机构222上，并与剪式升降机构222中的其中一个臂铰接连接，从而剪式升降机构222将升降驱动电机223输出的水平运动转化为竖直方向的运动，以驱动样品架本体11在竖直方向上往复移动。
继续参见图2所示，水平驱动电机216和升降驱动电机223都与电机控制仪23电连接，电机控制仪23通过设定的程序，以控制水平驱动电机216和升降驱动电机223输出相应的运动，从而使得各样品孔1111依次的移动至样品检测位。
本实施例中，电机控制仪23通过第一接口301连接主机300，数据采集仪122和控温仪123通过第二接口连接主机300，由主机300控制各仪器工作。
本申请所提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置的具体工作过程如下：
将样品放置在样品孔1111中，两个透光板131则固定在样品架本体11的相对两个侧面上，从而将样品封装在样品孔1111中。
启动电机控制仪23、水平驱动电机216和升降驱动电机223，从而通过电机控制仪23的设定程序使得第一排样品孔组中的第一个样品孔处于样品检测位。
通过控温仪123启动加热管，并使得样品架本体11加热至样品所需温度。
通过散射谱仪发射束流对第一个样品孔中的样品进行小角散射实验。
对第一个样品孔中的样品完成测试后，在电机控制仪23的作用下将第二个样品孔移动至样品检测位。
重复上述步骤，直至将最后一个样品孔移动至样品检测位，以对最后一个样品孔中的样品进行检测。
待最后一个样品检测完成后，通过控温仪将样品架本体的温度降至室温。
综上所述，本实施例所提供的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，通过样品移动切换机构可以同时对多个样品孔进行小角散射实验，通过控温组件实现对加热组件所产生热量的温度的调节，从而可以在不同温度环境下对样品的微观结构进行分析。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，包括：
样品架，包括：样品架本体，加热机构，以及封装机构；所述样品架本体上设置有多排样品孔组，所述样品孔组包括多个用于放置样品的样品孔，所述样品孔贯穿样品架本体的厚度方向；所述加热机构包括：加热组件和控温组件，所述加热组件用于产生热量以对所述样品架本体进行加热，所述控温组件用于控制调节所述加热组件所产生热量的温度；所述封装机构包括沿样品架本体的厚度方向设置在样品架本体相对两侧面的透光板；
样品移动切换机构，所述样品架本体安装在所述样品移动切换机构上，所述样品移动切换机构用于驱动所述样品架本体移动，以使各所述样品孔依次的切换至样品检测位。
2.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述加热组件包括：两个加热管，所述样品架本体上还设置有两个加热孔，所述两个加热孔分别设置在最上排所述样品孔组的上方和最下排所述样品孔组的下方，且都平行于所述样品孔组，所述加热管安装在所述加热孔中；所述加热孔的长度不短于所述样品孔组排布的长度。
3.如权利要求2所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述控温组件包括：多个第一温度传感器，两个第二温度传感器，数据采集仪，以及控温仪；所述样品架本体上还设置有多个测温孔和两个控温孔，所述多个测温孔与所述多排样品孔组一一对应，且所述测温孔设置在所述样品孔组的一端；所述两个控温孔分别设置在最上排所述加热孔的上方和最下排加热孔的下方，且所述控温孔与所述加热孔相互平行；所述第一温度传感器设置在所述测温孔中，其用于测量所述样品孔组中各样品孔中的样品的温度；所述第二温度传感器设置在所述控温孔中，其用于测量所述加热孔中加热管的温度；所述第一温度传感器与所述数据采集仪的第一输入端连接，所述第二温度传感器和所述加热管都与所述控温仪连接，所述控温仪与所述数据采集仪的第二输入端连接。
4.如权利要求3所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样本架本体为板状结构，所述板状结构上设置有两个突出部，所述两个突出部分别位于最上排所述样品孔组的上方和最下排所述样品孔组的下方；上方的加热孔和控温孔开设在上方的突出部上，下方的加热孔和控温孔开设在下方的突出部上。
5.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样品移动切换机构包括：水平驱动组件和升降驱动组件，所述升降驱动组件安装在所述水平驱动组件上，所述样品架本体安装在所述升降驱动组件上，所述水平驱动组件用于输出沿水平方向的往复移动，以沿水平方向依次切换所述样品孔组中的所述多个样品孔，所述升降驱动组件用于输出沿竖直方向的往复移动，以沿竖直方向依次将上排所述样品孔组切换至下排所述样品孔组。
6.如权利要求5所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样品架还包括：绝热件，所述绝热件安装在所述样品架本体与所述升降驱动组件之间。
7.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样品架本体上还设置有多个安装孔，所述多个安装孔分布在所述多个样品孔的四周，所述样品架本体相对两侧面上的透光板上还设置有多个过孔，所述多个安装孔与所述多个过孔一一对应，以通过紧固件将两个所述透光板分别固定在所述样本架本体的两个侧面上。
8.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述多排样品孔组相互平行，所述样品孔组中的相邻两个样品孔之间的间距相等，且相等于相邻两排样品孔组之间的间距；相邻两排样品孔组中的所述样品孔一一对应。
9.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样品架本体由铝合金材料、铜材料中的一种制成。
10.如权利要求1所述的用于小角散射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，所述透光板由金刚石晶片、单晶蓝宝石中的一种制成。
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