一种多功能气氛池

1.本发明属于材料测试技术领域，具体涉及一种多功能气氛池。


背景技术：

2.椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量仪器，测量精度高，适用于超薄膜，与样品非接触，对样品没有破坏。
3.椭偏仪测量一般是在空气环境中进行，虽然方便，但是无法保证稳定的气氛环境，对于一些特定样品，如对环境(不同气氛、不同湿度、不同环境温度)敏感的样品，需要在气氛池中进行测量。
4.目前国内市场上的气氛池功能单一，适用场景少，以申请号为201510852016.x名称为多通道原位测量气氛池的发明专利所记载的气氛池为例，其无法满足多种测试需求，例如无法对样品在电解液中进行电化学测试。


技术实现要素：

5.为增多气氛池的适用场景，本发明提供一种多功能气氛池。
6.具体地，本发明的技术方案是：
7.一种多功能气氛池，包括气氛池主体，气氛池主体内为密闭的测试腔体，气氛池主体上设有光学窗口、气体通道、电解液通道、对电极和参比电极，气体通道用于对测试腔体内导入气体，电解液通道用于对测试腔体内导入电解液，对电极的第一端和参比电极的第一端设在测试腔体内，对电极的第二端和参比电极的第二端设在气氛池主体外。
8.优选地，所述电解液通道的数量为1个，气氛池主体上设有与电解液通道连接的单向阀。
9.优选地，所述对电极为铂丝，参比电极为卤化银丝。
10.优选地，所述多功能气氛池还包括一对导电臂，导电臂的第一端用于固定样品和对样品通电，导电臂的第二端装设在气氛池主体上。
11.优选地，所述导电臂为设在测试腔体底部的导电簧片。
12.优选地，所述气氛池主体包括池体和两个侧板，两个侧板相对设置，分别设在池体的两个相对的侧壁上，池体与两个侧板围成测试腔体；池体和侧板上都设有光学窗口，侧板上的光学窗口用于透过测量样品时的入射光或反射光；池体上设有角度调节机构，用于调节侧板与测试腔体底面的夹角大小。
13.优选地，所述池体包括基座和上池体，上池体的底面开口设置，基座盖设在上池体的底面开口上，上池体与基座之间设有密封垫圈，上池体通过螺钉锁紧固定在基座上；上池体上设有光学窗口，对电极、参比电极和侧板设在上池体上，气体通道和电解液通道设在基座上。
14.优选地，所述角度调节机构包括设在上池体上的两组插槽，两组插槽各对应一个侧板，侧板与上池体之间通过密封脂密封；每组插槽包括至少两个插槽，侧板插设在不同的
插槽内时，与测试腔体底面的夹角大小不同。
15.优选地，每组插槽包括三个插槽，侧板插设在不同的插槽内时，与测试腔体底面的夹角大小分别为50度、60度和70度。
16.优选地，所述述基座采用导热材料制成。
17.本发明的有益效果：
18.本发明通过在气氛池主体上设置电解液通道、对电极和参比电极，使气氛池具有电化学测试功能，与现有的气氛池相比，增多了气氛池的适用场景。
附图说明
19.图1为一种多功能气氛池的结构图；
20.图2为图1所示多功能气氛池的爆炸图；
21.图3为图2中b部分的放大图；
22.图4为单向阀的剖视图；
23.图5为图2中a部分另一视角的结构图；
24.图6为图2中a部分的爆炸图一；
25.图7为图6中c部分的放大图；
26.图8为图2中a部分的爆炸图二；
27.图9为图8中d部分的放大图。
具体实施方式
28.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
29.实施例一：
30.如图1至9所示，一种多功能气氛池，包括气氛池主体，气氛池主体内为密闭的测试腔体，气氛池主体上设有光学窗口、气体通道、电解液通道、对电极41和参比电极42，气体通道用于对测试腔体内导入气体，电解液通道用于对测试腔体内导入电解液，对电极41的第一端和参比电极42的第一端设在测试腔体内，对电极41的第二端和参比电极42的第二端设在气氛池主体外，以连接电源。
31.密闭的测试腔体内气氛环境稳定，可以减少空气对样品造成的不确定影响，提高测量精度。在需要时，可以长期观测样品的性能变化，可以向测试腔体内导入特定气体，研究特定气体对样品的影响。通过设置对电极41、参比电极42和电解液通道，实现对样品在不同的电解液中进行电化学测试，研究样品在工作状态下光学性能的变化，进一步增多气氛池的适用场景。
32.在本实施例中，对电极41为铂丝，参比电极42为卤化银丝，例如氯化银丝。对电极41的第二端和参比电极42的第二端分别从气氛池主体顶壁穿出，便于操作。
33.在本实施例中，气体通道的数量为2个，2个气体通道(气体通道21、气体通道22)分别用于对测试腔体进行气体的导入和导出。在本实施例中，气体通道21为进气通道，其入口和出口分别位于气氛池主体外和测试腔体内，气体通道22为出气通道，其入口和出口分别位于测试腔体内和气氛池主体外。在其它实施例中，气体通道21也可以作为出气通道，气体通道22则作为进气通道。
34.在本实施例中，电解液通道的数量为1个(电解液通道43)，电解液通道43的两端分别位于测试腔体内和气氛池主体外，气氛池主体上设有与电解液通道43连接的单向阀431，用于在测试时使测试腔体保持密闭，电解液通道43用于对测试腔体进行电解液的导入和导出。
35.为测试样品在不同电场强度下的性能变化，进一步增多气氛池的适用场景，本实施例提供的多功能气氛池还包括一对导电臂(导电臂51、导电臂52)，导电臂的第一端用于固定样品和对样品通电，导电臂的第二端装设在气氛池主体上，导电臂通过导线55(仅示意性示出一段，导线55一端与电源连接，另一端可焊接在导电臂上)与一电源(未示出)连接。
36.在本实施例中，导电臂为设在测试腔体底部的导电簧片，导电簧片具有弹性，便于使用。
37.气氛池可以适配多种测量仪器，例如x射线衍射仪、椭偏仪。以椭偏仪为例，测量样品时的入射光(由椭偏仪发出)必须垂直气氛池侧壁的光学窗口射入气氛池，现有的气氛池侧壁的光学窗口角度固定，所以入射光的角度固定。但是，不同的样品布鲁斯特角不同，需要的入射光的角度不同。因此，为增多气氛池可以测试的样品种类，满足更多种测试需求，本实施例将气氛池用于透过测量样品时的入射光和出射光的光学窗口设在可以调节角度的侧板上。
38.在本实施例中，气氛池主体包括池体和两个侧板(侧板31、侧板32)，两个侧板相对设置，分别设在池体的两个相对的侧壁上，池体与两个侧板围成测试腔体。池体和侧板上都设有光学窗口，侧板上的光学窗口用于透过测量样品时的入射光或反射光。池体上设有角度调节机构，用于调节侧板与测试腔体底面的夹角大小。
39.椭偏仪发出的光从侧板31或侧板32上的光学窗口进入气氛池内，照射在测试腔体内的样品上；被样品反射的光从侧板32或侧板31上的光学窗口出射；观察者从池体侧壁上的光学窗口观察气氛池内的情况。池体侧壁上用于观察气氛池内情况的光学窗口可以设在如图1所示的侧壁上，也可设在其相对的另一侧壁上，还可以两个侧壁上各设置一个。测试时辅助定位光从气氛池主体顶壁上的光学窗口射入气氛池内；可从气氛池主体顶壁上的光学窗口向样品照射紫外光，以研究紫外光对样品性能的影响。
40.为便于取放样品，在本实施例中，池体包括上池体1和基座2，上池体1的底面开口设置，基座2可拆卸地盖设在上池体1的底面开口上。上池体1与基座2之间设有密封垫圈(未示出)，密封垫圈设在基座2上表面的凹槽23内，上池体1通过螺钉(未示出)锁紧固定在基座2上，压紧密封垫圈，实现上池体1与基座2之间的密封。上池体1上设有光学窗口，对电极41、参比电极42和侧板设在上池体1上，气体通道和电解液通道设在基座2上。
41.在本实施例中，角度调节机构包括设在上池体1上的两组插槽(插槽组11、插槽组12)，两组插槽各对应一个侧板，侧板与上池体1之间通过密封脂(可耐温度范围-50℃至210℃)密封；每组插槽包括至少两个插槽，侧板插设在不同的插槽内时，与测试腔体底面的夹角大小不同。在其它实施例中，角度调节机构也可以包括两组转动调节机构，转动调节机构包括转动轴，侧板可转动调节角度。在本实施例中，插槽与侧板加工的公差配合在h7/h6～h6/t5之间。
42.在本实施例中，侧板从上池体1的底面向上插设在上池体1上，上池体1的两个相对的侧壁上各设有一个让位孔，两个让位孔101、102分别与两个侧板31、32上的光学窗口对
应。在其它实施例中，池体也可以为其它结构，例如，在一实施例中，池体一体成型，侧板从池体的顶面向下插设在池体上，气氛池主体顶壁的光学窗口为嵌设在气氛池主体顶壁上通孔内的玻璃，玻璃与气氛池主体之间通过密封脂密封，拆下玻璃后，可以从气氛池主体顶壁上的通孔取放样品。在另一实施例中，池体的两个侧壁开口设置，两个侧板分别嵌设在两个侧壁开口处。
43.在本实施例中，每组插槽包括三个插槽，侧板插设在不同的插槽内时，与测试腔体底面(或基座2上表面)的夹角大小分别为50度、60度和70度，以适配大部分的样品。具体地，与侧板31对应的插槽组11包括插槽111、112、113，侧板31插设在插槽111、112、113内时，与测试腔体底面的夹角大小分别为50度、60度和70度；与侧板32对应的插槽组12包括插槽121、122、123，侧板32插设在插槽121、122、123内时，与测试腔体底面的夹角大小分别为50度、60度和70度。图1、2、5示出了侧板31插设在插槽113内，侧板32插设在插槽123内，侧板31和侧板32与测试腔体底面的夹角大小都为70度的情况。在其它实施例中，每组插槽可以包括两个或四个或更多的插槽，侧板与测试腔体底面的夹角大小也可以为其它值，例如55度、65度和75度。
44.在本实施例中，上池体1和侧板采用化学性质稳定的材料制成，例如环氧乙烯或树脂。基座2采用导热材料(例如黄铜)制成，以便控制基座2的温度，从而控制样品的温度。使用时可将气氛池放置于加热板上，通过控制加热板的温度控制基座2的温度；样品的具体实时温度可用红外测温枪测定。通过采用可导热的基座2，可以控制样品的温度保持稳定，以减少温度变化对样品性能的影响；也可以控制样品的温度变化，以研究温度对样品性能的影响。
45.在本实施例中，基座2采用导热金属制成，导电臂通过绝缘螺钉53装设在基座2上，导电臂与基座2之间设置绝缘垫片54，导线55由绝缘材料包裹，导电臂的中部向上拱起，防止导电臂或导线55接触基座2，在通电时与基座2产生电连接。为使测试腔体保持密闭，可在基座2上设置盲螺孔，将导电臂通过锁入盲螺孔的绝缘螺钉53装设在基座2上，在上池体1底面设置一条能容纳2条导线55的凹槽16，将分别连接导电簧片51、52的2条导线55从凹槽16引至气氛池主体外，与一电源(电压可以是2至5v)连接，对于导线55与凹槽16之间的间隙，通过密封脂密封。
46.在本实施例中，光学窗口为设在池体和侧板上的石英玻璃，包括设在池体顶壁上的石英玻璃13、设在池体侧壁上的石英玻璃15、设在侧板31上的石英玻璃311和设在侧板32上的石英玻璃321。石英玻璃13与池体之间、石英玻璃15与池体之间、石英玻璃311与侧板31之间、石英玻璃321与侧板32之间通过密封脂密封。
47.为防止气氛池顶面过高，在本实施例中，气氛池主体的顶面设有让位凹槽14，让位凹槽14的底面设有连通让位凹槽14与测试腔体内的通孔，石英玻璃13嵌设在通孔内，石英玻璃13与通孔之间通过密封脂密封。
48.在本实施例中，气氛池主体的一个侧壁上设有通孔，石英玻璃15嵌设在通孔内，石英玻璃15与通孔之间设有密封脂。在其它实施例中，石英玻璃15也可以尺寸比通孔大，盖设在通孔上，石英玻璃15与气氛池主体之间设置密封脂。
49.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的限制。应当指出，本领域的技术人员在阅读完本说明书后，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改
进等，均应包含在本发明的保护范围之内。