一种高均匀性毛细管阵列气体吸附装置的制作方法

本发明涉及超高真空气固相互作用领域，具体涉及一种高均匀性毛细管阵列气体吸附装置。

背景技术：

表面化学是研究在固液界面或气固表面发生的物理和化学现象的学科。表面化学主要是在原子尺度对金属、半导体表面成分、表面结构、电子结构及表面吸附、反应进行研究，获得气固/液固表面反应机理。表面化学可以获得表面反应机理及动力学信息，为构建高效催化剂提供指导。绝大多数的化工反应在催化剂表面发生，因此，表面化学对于现代化学工业具有十分重要的作用。

经过多年的高速发展，表面能谱、热脱附谱、电子衍射谱、光谱、电子成像谱等表面分析手段逐步建立起来。其中，热脱附谱是研究表面吸附结构及表面化学反应最直接有效的方法，得到了广泛的应用。在超高真空环境中，精确控制研究气体在固体表面的均匀吸附是该方法的核心技术之一。普通的溢流分子束吸附方式存在吸附量难以控制，吸附不均匀，背底真空破坏等问题，难以获得精确的吸附结构。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种高均匀性毛细管阵列气体吸附装置，用于超高真空环境中表面化学研究，可以在研究对象表面实现反应气体的高度均匀性吸附，且吸附过程对背底真空的影响可以忽略，并且可在固体样品表面均匀地精确吸附特定层数(可小于单分子层)的吸附质分子。此外，本发明在运行过程中对温度可以精确自动控制，避免不同反应气体切换时带来的交叉污染及毛细管堵塞问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高均匀性毛细管阵列气体吸附装置，包括顶部开口底部封口且呈竖直状态的圆柱形气体室，所述气体室的底部中心处连通有竖直分布并与外部气路连接的进气管道，所述气体室的内底部螺纹连接有与所述进气管道相对应的蝶形塞，所述进气管道上设有采用vcr垫片中心激光打孔形成微米级别的vcr微孔，所述气体室的顶部开口处设有毛细管阵列安装槽，并且该毛细管阵列安装槽内竖直安装有封闭于所述气体室的顶部开口并可将所述气体室内气流形成高均匀性大面积气流向外输送的毛细管阵列。

进一步地，所述进气管道上设有相互配合的vcr公接头和vcr母接头，并且所述vcr公接头和所述vcr母接头相互配合以将所述vcr微孔紧固于所述进气管道上。

进一步地，所述进气管道的自由端设有外接vcr公接头，并且所述进气管道通过所述外接vcr公接头与外部气路连接。

进一步地，所述气体室的上部设有安装螺帽，所述安装螺帽用于将所述毛细管阵列紧密固定于所述气体室的毛细管阵列安装槽内。

进一步地，还包括温控系统，所述温控系统包括加热线圈、热偶探头、热偶线、加热电源线、以及温控仪，所述气体室的底部开设有热偶探头安装孔，所述热偶探头安装于所述热偶探头安装孔内，并且所述热偶探头通过所述热偶线与所述温控仪连接，所述加热线圈均匀固定安装于所述安装螺帽、所述气体室和所述进气管道的外壁上，并且所述加热线圈通过所述加热电源线与所述温控仪连接。

进一步地，所述温控系统还包括设有热偶接线柱和加热线圈接线柱的温控真空电贯通，所述热偶线与所述热偶接线柱的真空侧连接，所述加热电源线与所述加热线圈接线柱的真空侧连接，所述热偶接线柱和所述加热线圈接线柱的大气侧分别与所述温控仪连接。

进一步地，还包括cf35型安装法兰，所述进气管道采用氩弧焊接于所述安装法兰上。

进一步地，所述安装法兰上通过氩弧焊接有接线弯管，所述热偶线和所述加热电源线均通过所述接线弯管分别与所述热偶接线柱和所述加热线圈接线柱连接。

进一步地，所述蝶形塞包括与所述气体室内底部螺纹连接的蝶形塞主体，所述蝶形塞主体的下部中心竖直开设有气体竖直通道，所述蝶形塞主体的中部水平开设有两条相互垂直并位于同一水平面上的气体水平通道，并且两条所述气体水平通道均为贯穿性通道，所述气体竖直通道的底端与所述进气管道连通，所述气体竖直通道的顶端与两条所述气体水平通道的交叉点相连接以使所述气体竖直通道分别与两条所述气体水平通道相连通。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，采用vcr接口，有效减少了死空间的体积，保证吸附质气体的纯度；通过微孔、蝶形塞及毛细管阵列三种机构大大提高了吸附气流的均匀性及有效面积；微孔及毛细管阵列的应用，极大的降低了喷入超高真空腔体的气流量，避免了对背底真空的影响；采用螺纹方式紧固毛细管阵列，安装简单，加工成本低；配备温控系统，有效的避免了吸附质之间的污染，同时避免了高饱和蒸汽压的吸附分子对微孔的堵塞；本发明集成于一个cf35法兰上，体积小，安装方便，通用性强。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1气体室处放大图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-安装法兰、2-进气管道、3-vcr公接头、4-vcr母接头、5-接线弯管、6-温控真空电贯通、7-气体室、8-安装螺帽、9-毛细管阵列、10-加热线圈、11-蝶形塞、12-热偶探头、13-vcr微孔、14-热偶线、15-加热电源线、16-温控仪、17-外接vcr公接头、18-蝶形塞主体、19-气体竖直通道、20-气体水平通道、61-热偶接线柱、62-加热线圈接线柱。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1和2所示，本发明提供的一种高均匀性毛细管阵列气体吸附装置，结构简单、设计科学合理，使用方便，可以在研究对象表面实现反应气体的高度均匀性吸附，且吸附过程对背底真空的影响可以忽略，并且可在固体样品表面均匀地精确吸附特定层数(可小于单分子层)的吸附质分子，此外，本发明在运行过程中对温度可以精确自动控制，避免不同反应气体切换时带来的交叉污染及毛细管堵塞问题。本发明包括顶部开口底部封口且呈竖直状态的圆柱形气体室7，所述气体室7的底部中心处连通有竖直分布并与外部气路连接的进气管道2，所述进气管道2的自由端设有外接vcr公接头17，并且所述进气管道2通过所述外接vcr公接头17与外部气路连接，所述气体室7的内底部螺纹连接有与所述进气管道2相对应的蝶形塞11，所述进气管道2上设有采用vcr垫片中心激光打孔形成微米级别的vcr微孔13，所述进气管道2上设有相互配合的vcr公接头3和vcr母接头4，并且所述vcr公接头3和所述vcr母接头4相互配合以将所述vcr微孔13紧固于所述进气管道2上，所述气体室7的顶部开口处设有毛细管阵列安装槽，并且该毛细管阵列安装槽内竖直安装有封闭于所述气体室7的顶部开口并可将所述气体室7内气流形成高均匀性大面积气流向外输送的毛细管阵列9，所述气体室7的上部设有安装螺帽8，所述安装螺帽8用于将所述毛细管阵列9紧密固定于所述气体室7的毛细管阵列安装槽内，还包括cf35型安装法兰1，所述进气管道2采用氩弧焊接于所述安装法兰1上。

本发明还包括温控系统，所述温控系统包括加热线圈10、热偶探头12、热偶线14、加热电源线15、以及温控仪16，所述气体室7的底部开设有热偶探头安装孔，所述热偶探头12安装于所述热偶探头安装孔内，并且所述热偶探头12通过所述热偶线14与所述温控仪16连接，所述加热线圈10均匀固定安装于所述安装螺帽8、所述气体室7和所述进气管道2的外壁上，并且所述加热线圈10通过所述加热电源线15与所述温控仪16连接，所述安装法兰1上通过氩弧焊接有接线弯管5，所述热偶线14和所述加热电源线15均通过所述接线弯管5分别与所述热偶接线柱61和所述加热线圈接线柱62连接。

本发明所述温控系统还包括设有热偶接线柱61和加热线圈接线柱62的温控真空电贯通6，所述热偶线14与所述热偶接线柱61的真空侧连接，所述加热电源线15与所述加热线圈接线柱62的真空侧连接，所述热偶接线柱61和所述加热线圈接线柱62的大气侧分别与所述温控仪16连接，该温控真空电贯通为现有已知设备，具体功能是在保持超高真空密封的同时，将电流输入并将温度信息反馈到温控仪。

本发明所述蝶形塞11包括与所述气体室7内底部螺纹连接的蝶形塞主体18，所述蝶形塞主体18的下部中心竖直开设有气体竖直通道19，所述蝶形塞主体18的中部水平开设有两条相互垂直并位于同一水平面上的气体水平通道20，并且两条所述气体水平通道20均为贯穿性通道，所述气体竖直通道19的底端与所述进气管道2连通，所述气体竖直通道19的顶端与两条所述气体水平通道20的交叉点相连接以使所述气体竖直通道19分别与两条所述气体水平通道20相连通。

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，采用vcr接口，有效减少了死空间的体积，保证吸附质气体的纯度；通过微孔、蝶形塞及毛细管阵列三种机构大大提高了吸附气流的均匀性及有效面积；微孔及毛细管阵列的应用，极大的降低了喷入超高真空腔体的气流量，避免了对背底真空的影响；采用螺纹方式紧固毛细管阵列，安装简单，加工成本低；配备温控系统，有效的避免了吸附质之间的污染，同时避免了高饱和蒸汽压的吸附分子对微孔的堵塞；本发明集成于一个cf35法兰上，体积小，安装方便，通用性强。

本发明的工作原理是：气体或液体蒸汽由外部气路经外接vcr公接头进入超高真空内的进气管道内，经过微米级别的vcr微孔后形成溢流分子束，之后经蝶形塞进入气体室，后经过毛细管阵列形成高均匀性的大面积气流，并吸附于样品表面。温控系统中温控仪分别与热偶探头和加热线圈连接，温控仪通过固定于气体室的热偶探头获取气体定量给料器的温度信息，并通过获取的温度信息对加热线圈施加一定的电流控制气体定量给料器的温度，避免不同气体的污染及吸附。

本发明气体经过vcr微孔13后减速，形成缓慢均匀的溢流束；蝶形塞11下端通过螺纹固定于气体室7内底部，两个垂直的贯通孔与气体室7底部的非贯通孔相交于中轴线处，气体经vcr微孔13进入蝶形塞11后，进一步均匀化，在气体室7形成大面积的均匀气流；毛细管阵列9、蝶形塞11和vcr微孔13的联合使用，有效的减小了对背底真空的影响，使研究吸附质在表面的精确吸附结构成为了现实。

本发明构思奇妙，体积小，安装方便，通用性强，可形成高均匀性大面积气流，适于在本技术领域大力推广应用。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。