CN113176219A - 一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其包括磁体变位器、薄膜定位装置，所述磁体变位器、薄膜定位装置采用无磁性的PLA塑料作为系统主体，使磁体对测试系统的影响在扫描基线时将以扣除，保证多次取出、置入样品均能使样品在换样测试过程中每一次放置的位置保持不变，以排除入射光入射区域差异引起的测量误差，弥补了现有光谱测量系统无法将磁场、光场一体化的空白。另一方面，磁体变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。
Description
技术领域
本发明涉及磁、光学材料领域，尤其涉及一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统。
背景技术
一般的光谱测量系统用途都不涉及磁学模块，通常情况下，以紫外可见分光光度计为代表的光谱测量系统所测结果将会受到磁场影响，在测试过程中，若外界磁场环境发生变化，所得数据将变得不准确，因而需要使仪器在无磁环境下工作，严重影响需要置入磁场因素的光科学研究。例如，目前市面上的紫外可见分光光度计在磁场环境下工作时，无论所测样品是否为磁性材料，得到的数据均随磁场增大而增大，当实验需要单纯考虑材料本身的光学性质对磁场的响应时，这部分背景因素亟需剔除，使其只留下样品响应信号。近年来随着多铁材料的发展，同时具有磁电耦合效应与反常光伏效应的铁电光伏材料渐渐成为人们的研究热点，对于磁电耦合材料，外加磁场是极其重要的研究因素，因此发明一种可提供均匀变化磁场而不对光谱测量系统造成不利影响的器件成为多功能材料领域研究的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统。
本发明采用的技术方案是：
一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其包括磁体变位器、薄膜定位装置和紫外可见分光光度计，紫外可见分光光度用于测量薄膜样品的光学性能，紫外可见分光光度计具有一工作腔，入射光从工作腔的一侧壁发射至相对的侧壁上，薄膜定位装置设在入射光的光路上，磁体变位器安装在薄膜定位装置的上方且位于可见分光光度计的上端面上，磁体变位器提供可变磁场并作用于工作腔内，薄膜定位装置用于固定不同厚度及大小的薄膜样品，并保持样品与光路的相对位置不变。
进一步地，作为一种较优实施方式，磁体变位器包括磁体空间架、磁体、塑料衬盘、第一铜丝、第二铜丝和特斯拉计，塑料衬盘设于磁体空间架的两侧之间，磁体置于塑料衬盘上，磁体空间架对应塑料衬盘上方转动设有第一旋转铜杆和第二旋转铜杆，第一铜丝的一端固定于第一旋转铜杆上，第一铜丝的另一端绕过塑料衬盘的一侧底部后固定于第一旋转铜杆上，第二铜丝的一端固定于第二旋转铜杆上，第二铜丝的另一端绕过塑料衬盘的另一侧底部后固定于第二旋转铜杆上，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆两端均穿过磁体空间架的侧面，特斯拉计用于测定磁体产生的磁场在不同高度或距离的磁场强度。
进一步地，作为一种较优实施方式，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆穿过磁体空间架侧面的一端的末端通过固定杆配合燕尾夹相对固定。
进一步地，作为一种较优实施方式，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆对应磁体空间架的侧面处设有限位块，并通过扭曲形变的限位块固定相对位置防止第一旋转铜杆和第二旋转铜杆的脱落。
进一步地，作为一种较优实施方式，薄膜定位装置包括薄膜定位架，薄膜定位架具有光路通孔，薄膜定位架上竖直设有样品槽，样品插置放入样品槽中并遮挡光路通孔位于入射光的光路上， 薄膜定位架对应样品槽的左右两侧分别设有一竖直方向的宽轨道，宽轨道与样品槽内部连通，宽轨道内设有位置可调的第一紧固件，第一紧固件对具有一定厚度薄膜样品左右锁附固定；薄膜定位架对应样品槽的前面或后面设有至少两个竖直方向的窄轨道，窄轨道与样品槽内部连通，窄轨道内设有位置可调的第二紧固件，第二紧固件对薄膜样品进行前后锁附固定；薄膜定位架对应光路通孔的两内侧壁设置侧定位刻度，薄膜定位架的底面对应光路通孔的两侧分别设置底定位刻度。
进一步地，作为一种较优实施方式，第一紧固件包括大螺丝组和大螺母组，第二紧固件包括小螺丝组和小螺母组。大螺母组置入宽轨道，小螺母组置入窄轨道，大螺丝组、小螺丝组分别旋入置入轨道内的大螺母组、小螺母组，使用前不旋紧，使各螺丝可在各自轨道内自由活动，且活动范围限定于各个轨道以内。
进一步地，作为一种较优实施方式，两个竖直方向的窄轨道平行设置并分布于薄膜定位架的光路通孔的两侧。
进一步地，作为一种较优实施方式，薄膜定位架上设有支架槽，紫外可见分光光度计的工作腔内对应设在固定架，薄膜定位架通过支架槽固定在紫外可见分光光度计的工作腔内。
进一步地，作为一种较优实施方式，薄膜定位装置、塑料衬盘、磁体空间架由无磁材料PLA塑料成型，所述的第一旋转铜杆、第二旋转铜杆由冷加工抗磁材料铜塑性形变成型。
进一步地，作为一种较优实施方式，所述的磁体变位器的磁场大小在0~Hmax范围内可调，Hmax是磁体在距离磁体6.3cm处的磁场强度，Hmax的大小通过替换磁体材料或增减磁体个数来调节，且磁体变位器磁场大小在可调范围内的设置磁场强度是连续的。
本发明采用以上技术方案，采用无磁性的PLA塑料作为系统主体，使磁体对测试系统的影响在扫描基线时将以扣除，欲达到此目的，需要采用变更磁场大小时均扫描一次衬底基线的测试方法来达成，为此在这里提供了一种多次取出、置入样品均能使样品在换样测试过程中每一次放置的位置保持不变，以排除入射光入射区域差异引起的测量误差，弥补了现有光谱测量系统无法将磁场、光场一体化的空白；另一方面，磁体变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的原理示意图；
图2为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的结构示意图与工作原理示意图；
图3为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的磁体变位器结构示意图；
图4为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的衬盘结构示意图；
图5为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的薄膜定位架的结构示意图；
图6为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的薄膜定位架的俯视图；
图7为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的薄膜定位架的正视图；
图8为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的薄膜定位架的侧视图；
图9为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的磁体空间架结构示意图；
图10为本发明一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统的磁体空间架仰视示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图10之一所示，本发明公开了一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其包括磁体变位器1、薄膜定位装置2，磁体变位器1包括磁体空间架3、磁体4、塑料衬盘5、第一铜丝6、第二铜丝7和特斯拉计8
塑料衬盘5设于磁体空间架3的两侧之间，磁体4置于塑料衬盘5上，磁体空间架3对应塑料衬盘5上方转动设有第一旋转铜杆9和第二旋转铜杆10，第一铜丝6的一端固定于第一旋转铜杆9上，第一铜丝6的另一端绕过塑料衬盘5的一侧底部后固定于第一旋转铜杆9上，第二铜丝7的一端固定于第二旋转铜杆10上，第二铜丝7的另一端绕过塑料衬盘5的另一侧底部后固定于第二旋转铜杆10上，第一旋转铜杆9和第二旋转铜杆10两端均穿过磁体空间架3的侧面，
特斯拉计8用于测定磁体4产生的磁场在不同高度或距离的磁场强度；本发明中主要用于测定样品高度位置的磁场强度。
进一步地，所述的薄膜定位装置2包括薄膜定位架12、大螺丝组、小螺丝组、大螺母组、小螺母组、侧定位刻度17、底定位刻度（图中未标注）、支架槽21、样品槽22，薄膜定位架12具有光路通孔30，薄膜定位架12两侧设有宽轨道19，前侧设有窄轨道20，大螺母组置入宽轨道19，小螺母组置入窄轨道20，大螺丝组、小螺丝组分别旋入置入轨道内的大螺母组、小螺母组，使用前均不旋紧，使各螺丝与螺母的对应组合可在各自轨道内自由活动，且活动范围限定于各个轨道以内。当样品11置入样品槽22时，若样品11较厚（1mm≤样品11厚度≤3mm）或较小（样品11长宽均小于等于20mm），则使用大螺丝组旋紧固定，若样品11既薄又大（0mm＜样品11厚度＜1mm且样品11长宽有一个维度大于20mm，），则使用小螺丝组旋紧固定，并将样品顶部与两侧对应的侧定位刻度17示数记录下来，底部两侧对应的底定位刻度示数记录下来（若薄膜定位装置富余，且欲达到最好的测试效果，可选择将样品与薄膜定位装置绑定，短时期内不再撤下，此情况可不必记录四个定位刻度）。支架槽21用于将薄膜定位装置2嵌合进紫外可见分管光度计26工作腔；样品槽22用于放置样品11。
薄膜定位装置2具有使样品11在光谱仪的样品池中多次取用均能保持与光路的相对位置不变，保证变更磁场时，测试方法所要求的更换样品11以重新扫基线的操作下，每次的样品11位置都一致，排除因为光路与样品11相对位置的变化而带来的数值偏差，弥补现有光谱测量系统无法将磁场、光场一体化的空白。
进一步地，所述的第一旋转铜杆9和第二旋转铜杆10穿过磁体空间架3侧面的一端的末端通过固定杆23配合燕尾夹24相对固定。
进一步地，所述的第一旋转铜杆9和第二旋转铜杆10对应磁体空间架3的侧面处设有限位块25，并通过扭曲形变的限位块25固定相对位置防止第一旋转铜杆9和第二旋转铜杆10的脱落。
进一步地，所述的薄膜定位装置2通过支架槽21与紫外可见分光光度计26的样品池固定。
进一步地，所述的薄膜定位装置2、塑料衬盘5、磁体空间架3由无磁材料PLA塑料成型，所述的第一旋转铜杆9、第二旋转铜杆10由冷加工抗磁材料铜塑性形变成型。
进一步地，所述的磁体变位器1由AutoCAD绘图软件设计，由Cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。所述的薄膜定位装置2由AutoCAD绘图软件设计，由Cura切片软件加工，形状特征明显，完全原创。再由3D打印技术打印PLA塑料成型，软化温度Tmax≥70℃，因此系统工作环境温度T≤60℃。
所述磁体变位器1、薄膜定位装置2采用PLA塑料制成，PLA（聚乳酸）塑料是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，使用可再生的植物资源（如谷类秕壳、稻草、麦秆）所提出的淀粉原料制成，是绿色高分子材料，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料，其熔点在155-185℃，且该系统材料已在实验室进行高温实验，证明其软化温度在80℃，因而系统工作环境温度可在60℃以下，涵盖了一般工作环境温区。
进一步地，所述的磁体变位器1的磁场大小在0~Hmax范围内可调，Hmax是磁体4在距离磁体4间隔6.3cm处的磁场强度，Hmax的大小通过替换磁体4材料或增减磁体4个数来调节，且磁体变位器1磁场大小在可调范围内的设置磁场强度是连续的。
本发明采用以上技术方案，采用无磁性的PLA塑料作为系统主体，使磁体4对测试系统的影响在扫描基线时将以扣除，欲达到此目的，需要采用变更磁场大小时均扫描一次衬底基线的测试方法来达成，为此在这里提供了一种多次取出、置入样品11均能使样品11在换样测试过程中每一次放置的位置保持不变，以排除入射光入射区域差异引起的测量误差，弥补了现有光谱测量系统无法将磁场、光场一体化的空白；另一方面，磁体4变位自由度高，可提供大小、角度、方向连续可调的磁场，可支持实验研究自变量的均匀变化。
显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：其包括磁体变位器、薄膜定位装置和紫外可见分光光度计，紫外可见分光光度用于测量薄膜样品的光学性能，紫外可见分光光度计具有一工作腔，入射光从工作腔的一侧壁发射至相对的侧壁上，薄膜定位装置设在入射光的光路上，磁体变位器安装在薄膜定位装置的上方且位于可见分光光度计的上端面上，磁体变位器提供可变磁场并作用于工作腔内，薄膜定位装置用于固定不同厚度及大小的薄膜样品，并保持样品与光路的相对位置不变。
2.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：磁体变位器包括磁体空间架、磁体、塑料衬盘、第一铜丝、第二铜丝和特斯拉计，塑料衬盘设于磁体空间架的两侧之间，磁体置于塑料衬盘上，磁体空间架对应塑料衬盘上方转动设有第一旋转铜杆和第二旋转铜杆，第一铜丝的一端固定于第一旋转铜杆上，第一铜丝的另一端绕过塑料衬盘的一侧底部后固定于第一旋转铜杆上，第二铜丝的一端固定于第二旋转铜杆上，第二铜丝的另一端绕过塑料衬盘的另一侧底部后固定于第二旋转铜杆上，第一旋转铜杆和第二旋转铜杆两端均穿过磁体空间架的侧面，特斯拉计用于测定磁体产生的磁场在不同高度或距离的磁场强度。
3.根据权利要求2所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：第一旋转铜杆和第二旋转铜杆穿过磁体空间架侧面的一端的末端通过固定杆配合燕尾夹相对固定。
4.根据权利要求2所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：第一旋转铜杆和第二旋转铜杆对应磁体空间架的侧面处设有限位块，并通过扭曲形变的限位块固定相对位置防止第一旋转铜杆和第二旋转铜杆的脱落。
5. 根据权利要求1所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：薄膜定位装置包括薄膜定位架，薄膜定位架的下端开设光路通孔，薄膜定位架呈n形，薄膜定位架上竖直设有样品槽，样品插置放入样品槽中并遮挡光路通孔位于入射光的光路上，薄膜定位架对应样品槽的左右两侧分别设有一竖直方向的宽轨道，宽轨道与样品槽内部连通，宽轨道内设有位置可调的第一紧固件，第一紧固件对具有一定厚度薄膜样品左右锁附固定；薄膜定位架对应样品槽的前面或后面设有至少两个竖直方向的窄轨道，窄轨道与样品槽内部连通，窄轨道内设有位置可调的第二紧固件，第二紧固件对薄膜样品进行前后锁附固定；薄膜定位架对应光路通孔的两内侧壁设置侧定位刻度，薄膜定位架的底面对应光路通孔的两侧分别设置底定位刻度。
6.根据权利要求5所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：两个竖直方向的窄轨道平行设置并分布于薄膜定位架的光路通孔的两侧。
7.根据权利要求5所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：第一紧固件包括大螺丝组和大螺母组，第二紧固件包括小螺丝组和小螺母组。
8.根据权利要求5所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：薄膜定位架上设有支架槽，紫外可见分光光度计的工作腔内对应设在固定架，薄膜定位架通过支架槽固定在紫外可见分光光度计的工作腔内。
9.根据权利要求2所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：薄膜定位装置、塑料衬盘、磁体空间架由无磁材料PLA塑料成型，第一旋转铜杆、第二旋转铜杆由冷加工抗磁材料铜塑性形变成型。
10.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场的薄膜光学性能测量系统，其特征在于：磁体变位器的磁场大小在0~Hmax范围内可调，Hmax是磁体在距离磁体6.3cm处的磁场强度，Hmax的大小通过替换磁体材料或增减磁体个数来调节，且磁体变位器磁场大小在可调范围内的设置磁场强度是连续的。
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