CN219407719U - 一种用于xps对空气敏感样品的转移装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置，该转移装置包括样品座、样品盖以及密封圈；底部环形凸缘固定连接于金属底板的顶面；三个U形卡槽固定连接于金属底板的外周侧；顶部环形凸缘固定连接于金属顶板的底面；两个提拉环对称设置且固定连接于金属顶板的外周侧；提拉环用于连接进样室内的弹性销；样品盖罩设于样品座的顶部，底部环形凸缘伸入顶部环形凸缘的内部，并且底部环形凸缘与顶部环形凸缘之间间隙配合；密封圈密封地夹设于顶部环形凸缘与金属底板之间。上述转移装置利用内外压强差的原理，对样品座与样品盖通过抽真空操作使转移装置内腔为负压，从而保证样品的非大气暴露转移。

Description

一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置

技术领域

本实用新型涉及真空转移技术领域，具体涉及一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置。

背景技术

手套箱、扫描电镜、X射线光电子能谱和许多微纳加工系统已在传统材料、半导体材料和纳米材料等方面获得广泛的应用。鉴于检测过程需要保证超高真空环境，通常要求待测样品充分干燥、不易挥发也不含挥发性的溶剂、不易潮解也不含结晶水等。一些样品在制备、存储和转移过程中，存在被空气或水汽污染或氧化的风险。为避免对空气或水汽敏感材料因制备、存储和转移过程中被污染或氧化的问题，需要全程处于干燥保护性气氛或真空环境。样品真空转移系统无疑是解决问题的关键技术。

目前，各个X射线光电子能谱(XPS)仪器厂商均开发了适用于自家仪器的能实现真空转移样品的装置，但是普遍存在各种缺陷和限制，比如个头较大，不易送进手套箱、用户不方便取用和携带，而且价格昂贵等。因此，广大用户一般都是各显神通，各自开发设计适合各自仪器、满足各自需求的样品转移装置。由于各个型号的XPS仪器结构限制，样品台是有最大尺寸限定的，不能通过简单扩大样品台的整体尺寸来增加置样区面积，只能通过改进转移样品台的结构设计来增大有效置样区域。由于XPS测试通常需要在高真空条件下进行，样品抽真空时间较长，而仪器每次能装载的样品台数量有限，如果一个样品台的有效置样区面积太小的话，该样品台能放置的样品数量就会大大减少，导致仪器的使用效率大大降低。对于电驱动型真空转移装置因为集成有电机、导向装置等部件，普遍体积较大，对于某些体积紧凑的扫描电镜，如台式扫描电镜等，无法盛放这样体积的真空转移装置。除此之外，为实现电力驱动和控制，需要手套箱、扫描电镜和微纳加工系统提供相应的电控接口做内外电力连接，并涉及不同规格接口兼容性问题，无形中增加了系统的复杂程度和成本，提高了跨平台转移使用的门槛。

现有技术中还有一些显微电镜使用的样品真空转移装置，由于仪器结构不同，也不能用于XPS仪器。因此，现有技术仍缺乏一款适用于开放共享型XPS仪器的能够装载较多样品、结构简单、方便携带、能够隔离空气和水汽的样品转移装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置，该转移装置利用内外压强差的原理，对样品座与样品盖通过抽真空操作使转移装置内腔为负压，从而保证样品的非大气暴露转移，并且使用时无需电力驱动，极大地缩减了自身体积，尤其适用于体积紧凑的样品处理设备使用，兼容绝大多数样品处理平台，解决了目前已有的相关系统由于结构复杂、通用性差所导致的样品前处理成本高昂的问题，从而有利于提升敏感样品跨平台无损转移的通用性。

本实用新型采用以下具体技术方案：

一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置，该转移装置包括样品座、样品盖以及密封圈；

所述样品座包括金属底板、底部环形凸缘以及三个U形卡槽；所述底部环形凸缘固定连接于所述金属底板的顶面，并由所述底部环形凸缘与所述金属底板围成顶部开口的底部空腔；三个所述U形卡槽固定连接于所述金属底板的外周侧；所述U形卡槽用于连接样品托；

所述样品盖包括金属顶板、顶部环形凸缘以及两个提拉环；所述顶部环形凸缘固定连接于所述金属顶板的底面，并由所述顶部环形凸缘与所述金属顶板围成底部开口的顶部空腔；两个所述提拉环对称设置且固定连接于所述金属顶板的外周侧；所述提拉环用于连接进样室内的弹性销；

所述样品盖罩设于所述样品座的顶部，所述底部环形凸缘伸入所述顶部环形凸缘的内部，并且所述底部环形凸缘与所述顶部环形凸缘之间间隙配合；所述密封圈密封地夹设于所述顶部环形凸缘与所述金属底板之间，在所述金属底板和所述金属顶板之间形成密封的样品容置空腔；转移样品时，通过抽真空使所述样品容置空腔内为负压，从而保证样品的非大气暴露转移。

更进一步地，所述金属底板和所述金属顶板均为圆形板；

所述底部环形凸缘与所述金属底板、以及所述顶部环形凸缘与所述金属顶板均同心设置。

更进一步地，所述底部环形凸缘的高度小于等于所述顶部环形凸缘的高度。

更进一步地，所述底部环形凸缘外侧的所述金属底板的厚度为1.5mm；

所述底部环形凸缘内侧的所述金属底板的厚度、所述金属顶板的厚度、所述底部环形凸缘的高度以及所述顶部环形凸缘的高度均为2mm。

更进一步地，所述U形卡槽通过穿装的紧固件固定连接于所述样品托。

更进一步地，沿所述金属底板的周向，三个所述U形卡槽依次间隔90°分布。

更进一步地，所述底部环形凸缘的外径为29.6mm、内径为26.6mm；

所述顶部环形凸缘的内径为30mm、外径为35mm；

所述金属底板的外径为37.6mm；

所述金属顶板的外径为35mm。

更进一步地，所述样品座和所述样品盖均采用不锈钢材料制成。

有益效果：

本实用新型的转移装置包括样品座、样品盖以及密封圈，通过密封圈对样品座与样品盖之间的间隙进行密封，在样品座与样品盖之间形成密封的样品容置空腔；转移装置使用时，利用内外压强差的原理，对样品座与样品盖通过抽真空操作使转移装置内腔为负压，从而保证样品的非大气暴露转移；当转移至进样室以后，通过穿装于U形卡槽的螺钉等紧固件将样品座固定连接于样品托，样品盖通过提拉环与进样室内的弹性销连接，当进样室内的压力低于转移装置内腔压力时，在弹性销和压力差的作用下样品盖被弹开，因此，样品盖可自动打开，无需电力驱动，极大地缩减了自身体积，尤其适用于体积紧凑的样品处理设备使用，兼容绝大多数样品处理平台，解决了目前已有的相关系统由于结构复杂、通用性差所导致的样品前处理成本高昂的问题，从而有利于提升敏感样品跨平台无损转移的通用性。

附图说明

图1为本实用新型用于XPS对空气敏感样品的转移装置的装配结构示意图；

图2为图1中转移装置的剖视图；

图3为图1中样品座的结构示意图；

图4为图3中样品座的A-A截面剖视图；

图5为图1中样品盖的结构示意图；

图6为图5中样品盖的B-B截面剖视图。

其中，1-样品座，2-样品盖，3-密封圈，4-样品容置空腔，11-金属底板，12-底部环形凸缘，13-U形卡槽，14-底部空腔，21-金属顶板，22-顶部环形凸缘，23-提拉环，24-顶部空腔

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型实施例提供了一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置，如图1和图2所示，该转移装置包括样品座1、样品盖2以及密封圈3；样品座1位于底部，样品盖2位于样品座1的顶部，密封圈3夹设于样品座1与样品盖2之间；样品座1和样品盖2均可以采用不锈钢材料制成；

如图3和图4所示，样品座1包括金属底板11、底部环形凸缘12以及三个U形卡槽13；底部环形凸缘12固定连接于金属底板11的顶面，并由底部环形凸缘12与金属底板11围成顶部开口的底部空腔14；底部环形凸缘12与金属底板11可以为一体成型结构，也可以为分体制备后固定连为一体；三个U形卡槽13固定连接于金属底板11的外周侧；U形卡槽13用于连接样品托，U形卡槽13可以通过穿装的紧固件固定连接于样品托，U形卡槽13中间具有开口槽，螺钉、螺栓等紧固件通过开口槽后与样品托可以通过螺纹连接；如图3所示，沿金属底板11的周向，三个U形卡槽13依次间隔90°分布；

如图5和图6所示，样品盖2包括金属顶板21、顶部环形凸缘22以及两个提拉环23；顶部环形凸缘22固定连接于金属顶板21的底面，并由顶部环形凸缘22与金属顶板21围成底部开口的顶部空腔24；顶部环形凸缘22与金属顶板21可以为一体成型结构，也可以为分体制备后固定连为一体；两个提拉环23对称设置且固定连接于金属顶板21的外周侧；提拉环23用于连接进样室内的弹性销，提拉环23为C形结构，中间具有穿孔，便于在XPS仪器内部与进样室内的弹性销进行绑定提拉操作，通过内外压力差配合弹性销的弹力使样品盖2可以自动弹开，避免了现有技术中电力驱动、磁力驱动开启样品盖2引入的复杂开启结构；

如图1和图2所示，样品盖2罩设于样品座1的顶部，底部环形凸缘12伸入顶部环形凸缘22的内部，并且底部环形凸缘12与顶部环形凸缘22之间间隙配合；密封圈3密封地夹设于顶部环形凸缘22与金属底板11之间，在金属底板11和金属顶板21之间形成密封的样品容置空腔4；转移样品时，通过抽真空使样品容置空腔4内为负压，利用密封圈3和压力差使样品座1与样品盖2之间密封，从而保证样品的非大气暴露转移。

一种具体的实施方式中，如图3和图5所示，金属底板11和金属顶板21均为圆形板，如：圆形不锈钢板；底部环形凸缘12和顶部环形凸缘22均为圆环形结构；底部环形凸缘12与金属底板11、以及顶部环形凸缘22与金属顶板21均同心设置，同心设置可以保证金属底板11和金属顶板21受力均匀。底部环形凸缘12的高度小于等于顶部环形凸缘22的高度，即，底部环形凸缘12的高度既可以小于顶部环形凸缘22的高度，底部环形凸缘12的高度也可以等于顶部环形凸缘22的高度。

如图4所示，金属底板11可以具有不同厚度，如：底部环形凸缘12外侧的金属底板11的厚度可以为1.5mm，底部环形凸缘12内侧的金属底板11的厚度可以为2mm，金属顶板21的厚度为2mm，底部环形凸缘12的高度以及顶部环形凸缘22的高度均为2mm。通过金属底板11和金属顶板21的尺寸可以保证结构强度，从而保证样品容置空腔4内样品的安全。

如图2所示，底部环形凸缘12的外径可以为29.6mm、内径可以为26.6mm；顶部环形凸缘22的内径可以为30mm、外径可以为35mm；金属底板11的外径为37.6mm；金属顶板21的外径为35mm。

上述转移装置通过密封圈3对样品座1与样品盖2之间的间隙进行密封，在样品座1与样品盖2之间形成密封的样品容置空腔4；转移装置使用时，利用内外压强差的原理，对样品座1与样品盖2通过抽真空操作使转移装置内腔为负压，从而保证样品的非大气暴露转移；当转移至进样室以后，通过穿装于U形卡槽13的螺钉等紧固件将样品座1固定连接于样品托，样品盖2通过提拉环23与进样室内的弹性销连接，当进样室内的压力低于转移装置内腔压力时，在弹性销和压力差的作用下样品盖2被弹开，因此，样品盖2可自动打开，无需电力驱动，极大地缩减了自身体积，尤其适用于体积紧凑的样品处理设备使用，兼容绝大多数样品处理平台，解决了目前已有的相关系统由于结构复杂、通用性差所导致的样品前处理成本高昂的问题，从而有利于提升敏感样品跨平台无损转移的通用性。

上述转移装置的操作步骤如下：

步骤1：将转移装置转移到手套箱中；

步骤2：将样品制备在样品座1上；

步骤3：将转移装置放入手套箱的过渡舱中，连续抽真空10min左右即可使得样品转移装置内腔为负压状态，并利用密封圈3进行密封，使样品非大气暴露转移；

步骤4：将转移装置送入光电子能谱仪的进样室预抽真空，待转移装置内外压强达到平衡后，样品盖2自动弹开，通过提拉环23移除样品盖2，进行测试。

采用上述转移装置能实现真空或惰性气氛下完全隔离空气和水汽的XPS样品转移，具有良好的密闭性以保证样品几乎完全隔离空气和水汽，同时，结合XPS仪器的实际条件进行相应设计，能与XPS仪器匹配，实现腔室匹配或者腔内机械操作。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于XPS对空气敏感样品的转移装置，其特征在于，包括样品座、样品盖以及密封圈；

所述样品座包括金属底板、底部环形凸缘以及三个U形卡槽；所述底部环形凸缘固定连接于所述金属底板的顶面，并由所述底部环形凸缘与所述金属底板围成顶部开口的底部空腔；三个所述U形卡槽固定连接于所述金属底板的外周侧；所述U形卡槽用于连接样品托；

所述样品盖包括金属顶板、顶部环形凸缘以及两个提拉环；所述顶部环形凸缘固定连接于所述金属顶板的底面，并由所述顶部环形凸缘与所述金属顶板围成底部开口的顶部空腔；两个所述提拉环对称设置且固定连接于所述金属顶板的外周侧；所述提拉环用于连接进样室内的弹性销；

所述样品盖罩设于所述样品座的顶部，所述底部环形凸缘伸入所述顶部环形凸缘的内部，并且所述底部环形凸缘与所述顶部环形凸缘之间间隙配合；所述密封圈密封地夹设于所述顶部环形凸缘与所述金属底板之间，在所述金属底板和所述金属顶板之间形成密封的样品容置空腔。

2.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述金属底板和所述金属顶板均为圆形板；

所述底部环形凸缘与所述金属底板、以及所述顶部环形凸缘与所述金属顶板均同心设置。

3.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述底部环形凸缘的高度小于等于所述顶部环形凸缘的高度。

4.如权利要求3所述的转移装置，其特征在于，所述底部环形凸缘外侧的所述金属底板的厚度为1.5mm；

所述底部环形凸缘内侧的所述金属底板的厚度、所述金属顶板的厚度、所述底部环形凸缘的高度以及所述顶部环形凸缘的高度均为2mm。

5.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述U形卡槽通过穿装的紧固件固定连接于所述样品托。

6.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，沿所述金属底板的周向，三个所述U形卡槽依次间隔90°分布。

7.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述底部环形凸缘的外径为29.6mm、内径为26.6mm；

所述顶部环形凸缘的内径为30mm、外径为35mm；

所述金属底板的外径为37.6mm；

所述金属顶板的外径为35mm。

8.如权利要求1-7任一项所述的转移装置，其特征在于，所述样品座和所述样品盖均采用不锈钢材料制成。