CN113566448A - 一种用于软x射线谱学测试中的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置，包括冷却模块、散热模块和控制模块，所述冷却模块包括冷却单元和与所述控制模块相连的半导体制冷片，所述半导体制冷片位于所述冷却单元和散热模块之间、且嵌于所述冷却单元中；所述控制模块用于发送制冷信号给所述半导体制冷片，所述半导体制冷片用于根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品。本发明能够在真空或近常压(原位)气氛条件下对样品进行冷却，可提供软X射线谱学测试中所需的低温测试条件。
Description
技术领域
本发明涉及软X射线谱学实验仪器技术领域，特别是涉及一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置。
背景技术
传统的软X射线谱学，包括软X射线吸收谱，X射线光电子能谱装置等只能在真空条件下工作，其不能探测真实条件下样品的状态。为了获取真实条件下样品的电子结构的变化，需要引入各种原位装置来实现原位条件下的吸收谱或光电子谱学的探测。目前受限于电子的逃逸深度小，所以原位软X射线吸收谱通常基于荧光产额模式的吸收谱，而表面敏感的部分电子产额或Auger电子模式吸收谱还没有很好的应用，这大大阻碍了对样品真实状况下表面信息的探知。近几十年光电子能谱装置也伴随着近常压技术的突破可以实现原位近常压气体环境下的探测。但现有的软X射线谱学测试的工作温度通常在室温以上，而室温以下的低温测试条件需要借助于冷却装置。
传统的超高真空***中的低温环境主要采用冷却介质(如水、液氮和液氦)，利用这些冷却介质通过金属冷头与样品台接触，从而达到冷却样品的目的。这类传统的冷却装置一般价格较贵，而且对于一些不需要太低温的测试条件，这类装置需要配备电加热以满足温度控制。对比于传统的冷头式超高真空***的低温装置，要想在原位气氛的环境下冷却样品或者获得冷却的液体样品，必须使得样品处的温度最低，特别是在水、乙醇蒸汽等高饱和蒸气压的气体的研究中，这样才能实现样品的低温和气氛环境。另外为了利用软X射线谱学研究液体体系，必须要实现在样品处实现最低温度，这样才能使得分析腔体中的气体在样品表面上凝结成液体，而如果采用传统的超高真空***的冷却杆装置，在原位气氛环境下，样品杆冷头的温度要远低于样品处，这样就无法冷却样品或者在样品处获得液体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置，可用于原位软X射线测试过程中用于气氛条件下的样品冷却。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置，包括冷却模块、散热模块和控制模块，所述冷却模块包括冷却单元和与所述控制模块相连的半导体制冷片，所述半导体制冷片位于所述冷却单元和散热模块之间、且嵌于所述冷却单元中；所述控制模块用于发送制冷信号给所述半导体制冷片，所述半导体制冷片用于根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品。
所述冷却单元包括冷端供应装置和承载体，所述冷端供应装置和所述承载体通过承载管固定连接，所述半导体制冷片嵌于所述冷端供应装置中，所述半导体制冷片根据收到的制冷信号将冷能量通过冷端供应装置传递至样品。
所述半导体制冷片的上表面设置有上金属片，所述上金属片位于半导体制冷片的上表面和冷端供应装置之间，所述上金属片用于将半导体制冷片发出的冷能量传递至冷端供应装置。
所述承载体和所述承载管均由绝缘材料制成，所述绝缘材料为PEEK材料或Vespel材料，可满足软X谱学测试过程中样品需要绝缘的条件(例如软X射线吸收谱测试)。
所述半导体制冷片的下表面设置有下金属片，所述下金属片位于半导体制冷片的下表面和散热模块之间，所述下金属片用于将半导体制冷片发出的热能量传递至散热模块。
所述冷却模块上还设置有与所述控制模块相连的反馈单元，所述反馈单元用于采集样品的温度数据，并将采集的温度数据发送至控制模块，所述控制模块根据收到的温度数据发送制冷信号给半导体制冷片，所述半导体制冷片根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品。
所述散热模块由金属无氧铜制成。
所述冷却单元和所述散热模块通过螺栓固定连接。
所述冷却单元还设置有用于固定样品的金属片。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的冷却装置解决了近常压(原位)条件下软X射线谱学测试冷却装置无法在原位气氛中使用的问题，即本发明可以实现原位气体条件下样品的冷却环境(-50℃到室温)，可以在近常压气体条件下在不同样品上形成液体，从而实现各种固液界面的软X射线谱学研究。
附图说明
图1是本发明实施方式的冷却装置分离结构示意图；
图2是本发明实施方式的冷却装置外观结构示意图；
图3是本发明实施方式的冷却装置结构示意图；
图4是本发明实施方式的冷却装置在实际使用过程的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置，在详细介绍本发明之前，先对传统的半导体制冷装置进行说明：传统的半导体制冷片都是在大气压下工作，其热端可以很好地传递和释放半导体制冷片产生的废热，但在近常压条件下(约百分之一大气压)，半导体制冷片热端产生的废热不能及时得到释放，这会导致半导体制冷片温度升高，降低制冷效果，甚至损坏半导体制冷片，因此必须通过设计散热部分进行有效设计以解决该问题。
请参阅图1和图3，本实施方式包括冷却模块、散热模块6和控制模块，所述散热模块6由金属无氧铜制成，散热模块6可以与各种分析***中的样品托相匹配，所述冷却模块和所述散热模块6固定连接，所述冷却模块包括冷却单元和与所述控制模块相连的半导体制冷片1，所述半导体制冷片1位于所述冷却单元和散热模块6之间、且嵌于所述冷却单元中，所述半导体制冷片1包括制冷面(靠近冷却模块的一面)和散热面(靠近散热模块6的一面)，制冷面用于传递冷能量，制热面用于传递热能量；所述控制模块用于发送制冷信号给所述半导体制冷片1，所述半导体制冷片1(即半导体制冷片1的制冷面)用于根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品9，以实现对样品9的冷却，所述半导体制冷片1(即半导体制冷片1的散热面)还将发出的热能量传递至所述散热模块6进行散热。
进一步地，所述冷却单元包括冷端供应装置2和承载体3，所述冷端供应装置2和所述承载体3通过承载管5固定连接，所述半导体制冷片1嵌于所述冷端供应装置2中，所述半导体制冷片1根据收到的制冷信号将冷能量通过冷端供应装置2传递至样品9；所述承载体3和所述承载管5均由绝缘材料制成，所述绝缘材料为PEEK材料或Vespel材料，可用于使得样品9和散热模块6绝缘，满足软X射线吸收谱测试需求。
进一步地，所述冷却模块上还设置有与所述控制模块相连的反馈单元，所述反馈单元用于采集样品9的温度数据，并将采集的温度数据发送至控制模块，所述控制模块根据收到的温度数据调整半导体制冷片1的工作电压以改变温度。
进一步地，所述半导体制冷片1的上表面设置有上金属片41，所述上金属片41位于半导体制冷片1的上表面(即制冷面)和冷端供应装置2之间，所述上金属片41用于将半导体制冷片1发出的冷能量传递至冷端供应装置2；所述半导体制冷片1的下表面设置有下金属片42，下金属片42通常为金属铟片或金片，所述下金属片42位于半导体制冷片1的下表面(即散热面)和散热模块6之间，所述下金属片42用于将半导体制冷片1发出的热能量传递至散热模块6；上金属片41使半导体制冷片1与冷端供应装置2接触更紧密，下金属片42使半导体制冷片1与散热模块6接触更紧密。
进一步地，所述冷却单元和所述散热模块6通过螺栓7进行固定，当样品置于承载体3内部时，为防止样品脱落，可在承载体3的上表明设置若干金属片8来固定样品，图2示出了冷却低温装置装配完毕的外观结构示意图。
请参阅图4，当在实际使用冷却装置时，冷却装置通过散热模块6(即金属无氧铜)固定于软X射线谱学测试样品托上，再将安装有冷却装置的样品托和冷却样品杆相连，冷却样品杆和冷却机之间通过进口管和出口管相连，通过循环于进口管和出口管中的冷却剂液体进而对冷却装置进行降温，冷却机里面的冷却剂可以为水、乙醇或乙二醇，以满足不同的温度区间，冷却装置和冷却样品杆处于近常压或真空的环境腔体中，通过使用冷却机可以加速散热模块6的散热。
由此可见，本发明的冷却装置解决了近常压(原位)条件下软X射线谱学测试冷却装置无法在原位气氛中使用的问题，即本发明可以实现原位气体条件下样品的冷却环境(-50℃到室温)，同时可以在近常压气体条件下在不同样品表面上形成液体。
Claims (9)
1.一种用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，包括冷却模块、散热模块(6)和控制模块，所述冷却模块包括冷却单元和与所述控制模块相连的半导体制冷片(1)，所述半导体制冷片(1)位于所述冷却单元和散热模块(6)之间、且嵌于所述冷却单元中；所述控制模块用于发送制冷信号给所述半导体制冷片(1)，所述半导体制冷片(1)用于根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品(9)。
2.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述冷却单元包括冷端供应装置(2)和承载体(3)，所述冷端供应装置(2)和所述承载体(3)通过承载管(5)固定连接，所述半导体制冷片(1)嵌于所述冷端供应装置(2)中，所述半导体制冷片(1)根据收到的制冷信号将冷能量通过冷端供应装置(2)传递至样品(9)。
3.根据权利要求2所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述半导体制冷片(1)的上表面设置有上金属片(41)，所述上金属片(41)位于半导体制冷片(1)的上表面和冷端供应装置(2)之间，所述上金属片(41)用于将半导体制冷片(1)发出的冷能量传递至冷端供应装置(2)。
4.根据权利要求2所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述承载体(3)和所述承载管(5)均由绝缘材料制成，所述绝缘材料为PEEK材料或Vespel材料。
5.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述半导体制冷片(1)的下表面设置有下金属片(42)，所述下金属片(42)位于半导体制冷片(1)的下表面和散热模块(6)之间，所述下金属片(42)用于将半导体制冷片(1)发出的热能量传递至散热模块(6)。
6.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述冷却模块上还设置有与所述控制模块相连的反馈单元，所述反馈单元用于采集样品(9)的温度数据，并将采集的温度数据发送至控制模块，所述控制模块根据收到的温度数据发送制冷信号给半导体制冷片(1)，所述半导体制冷片(1)根据收到的制冷信号将冷能量通过所述冷却单元传递至样品(9)。
7.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述散热模块(6)由金属无氧铜制成。
8.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述冷却单元和所述散热模块(6)通过螺栓(7)固定连接。
9.根据权利要求1所述的用于软X射线谱学测试中的冷却装置，其特征在于，所述冷却单元还设置有用于固定样品(9)的金属片(8)。
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