公司新闻

当前位置:首页 >> 新闻动态 >> 公司新闻

首套全自动六轴x射线衍射闭循环高低温样品台成功验收

发布时间:2017-06-27 10:52:00 点击次数:1012

X光衍射实验在研究材料的结构方面有着其他技术无可比拟的优势,特别是与同步辐射结合的X光衍射技术;同步辐射可以提供短波长、大角度、超高强度和超高分辨率的X光,可以测量到很大的衍射矢量值,对散射实验非常有利。

 

然而同步辐射X光源的衍射实验也面临着一系列挑战:

1)由于X光的动量大,而且同步辐射光源的光斑小,因此对样品的位置精度要求很高;常规的做法是通过手动调节三根螺杆来调节样品位置确保样品转动时处于衍射仪焦点,但是这样精度偏低,导致了需要多次进出X光工作站进行手动调节的麻烦,浪费宝贵的同步辐射机时,大大降低了工作效率。

2)Huber衍射仪上,由于空间和重量的限制,大部分实验只能在室温下开展;即便个别能做变温实验,也被局限在一个很小的温区内;而利用制冷剂降温既无法实现远程控制,也无法实现长时间连续工作。

3)在液氦越来越成为稀缺资源的情况下,对于X光衍射这样需要多角度多种温度条件测量的实验,动辄需要几十升到上百升的液氦,一来实验准备需要很长的时间,因为液氦的到货情况经常受到供货条件的制约,二来实验的成本也大大增加。

4)无法在被测样品结构变化的过程中原位表征其电、热输运性质的变化,即无法实现在精确控温下结构和物性的一一对应。

5)传统的液氦冷却需要经常性的调节样品处的液氦流量来实现不同的温度控制,受制于X光辐射的安全性措施,这个就使实验过程要不断受到人为的中断。


这些瓶颈极大地限制了X光衍射实验在更多新兴学科领域中的应用。

 

为了突破这些瓶颈,费勉仪器科技(上海)有限公司为上海同步辐射光源衍射光束线站(BL14B1)设计了一台全自动六自由度高精度高低温操纵台;该装置可以集成在Huber-5021六圆衍射仪上,不需要液氦制冷就可以实现变温(20K-800K)条件下的原位结构表征和输运测量,通过创新的软硬件设计,可以将样品一直精准的保持在衍射仪的焦点位置。历经18个月的协同技术攻关,该设备各项性能参数均满足或优于合同指标,并顺利交付客户。

 

该科研装置的特点如下:

(1)其六自由度运动装置利用三自由度Stewart platform的原理,将X光衍射实验中样品俯仰角度(γ,?)和Z自由度的高精度需求通过三个高精度的直线运动自由度(ABC)来实现。(γ,?,Z)与(ABC)之间的转换是一个高度非线性并相互耦合的关系,尤其是从(ABC)转换到(γ,?,Z)只能通过数值计算迭代逼近实现,通过自主研发的转换算法实现了实时运动控制并实时计算更新当前(γ,?,Z)值,并且在最终的测试中验证了(γ,?,Z)三自由度的解耦独立控制。

(2)俯仰角(γ,?)的运动通过真空外的直线运动实现,不需要如传统方式在样品台上增加运动结构,大大简化了样品台和真空系统的设计并实现小型化;并且因为能够远程电脑控制,因此可以方便的在X光工作站外调节。

(3)定制了轻量型、小冷量闭循环制冷机,跟需消耗液氮/液氦的制冷器相比,满足Huber转台苛刻的载重要求,可以实现长期无人值守的连续工作。

(4)针对大范围变温需求,专门设计开发了 “热开关”组件,能够实现高温下的低热导和低温下的高热导。可以确保单一样品台工作区间涵盖了20K~800K的完整工作区间,而且在样品处于最高温度时,实现了低温冷头与加热区的热隔离,确保低温冷头一直在合理的负载下工作。

(5)独特的样品台设计,既满足了样品台的最低温指标,又保证了样品台的多自由度运动,在高精度角度调节时,确保了旋转中心位于样品中心。

(6)模块化设计,各个模块间相对独立,方便不同模块间的装配和拆卸,方便换装样品;比如独立的运动模块,分段式的腔体设计,而且预留了多路电接口,后期可以扩展变温的电输运测试。

 

作为国际首套兼容Huber-5021六圆衍射仪的全自动六自由度高精度高低温操纵台,我们相信它将服务于上海光源做出更多的创新成果。费密仪器(FERMI INSTRUMENTS)将一如既往地以最优质的产品、最全面的服务、最佳的解决方案来服务每一位科研用户。


图1,左:集成在Huber5021六圆衍射仪(样品4圆 + 探测器2圆)上的全自动六自由度低温操纵台。六个自由度分别为:X、Y直线运动,θ旋转,以及通过三个的直线运动(A,B,C)实现的俯仰角度(γ,?)和Z自由度;

         右:实物照片。



2,左:可实现样品升降和高精度俯仰角(γ,?)运动的真空外直线运动装置;

右上:样品台在最高温度时各个部位的温度显示,样品台温度810K,二级冷头和隔离模块下端的温度分别为91.6K137.8K

右中:样品台最低温度为12.4K

右下:腔体真空度 4.2E-7mbar



关于我们

产品服务

系统产品

部件产品

法律条款

联系方式

  • 费勉仪器科技(上海)有限公司
  • 地址:上海市富联二路1894
  • 电话:+86-21-6555 7285 / 7287
  • 传真:+86-21-6555 7283
  • E-mail:info@fermi-instruments.com
微信公众号

@2017 版权所有:费勉仪器科技(上海)有限公司 沪ICP备12041142号

技术支持:上海屹超