费勉100问第十期

26.样品台几种加热方式的区别（红外，电阻加热丝）？

上面这个问题有些含糊，因为电阻丝加热样品台和红外加热有一定的交叠，要解释清楚这个问题，首先要把加热方式做个分类，按照热传导的形式，不同热量的传递主要有三种方式：

● 接触传热
● 辐射传热

● 对流

其中，对流在真空内部是很少见的，但不是没有，例如稀薄氦气的对流性能就可以用作减震导热的用途；真空内部的主要热量传递都依赖于热接触和辐射传热。

所谓的热接触是比较好理解的，一般用在低温区域，主要的介质是铜、铝等高热导金属，依赖良好的接触面来提高热传导的效率，往往在接触面上需要采用柔性介质（例如In）以及在接触面上增加压力来提高热导率。

辐射传热就会复杂的多，辐射的形式可以是红外、激光甚至电子束、离子束。我们经常说的电阻加热就是用红外辐射的方式，用加热丝处的红外辐射来给样品加热，但这种方式有局限性，因为随着样品达到高温，样品本身也在放出红外线，特别是随着样品温度的升高，吸收和放出的红外辐射会趋于平衡，这个时候很难再利用红外辐射来达到更高的温度，所以我们一般对电阻加热的温度范围最高不超过1000℃，常规指标一般是800℃。

为了达到更高的温度，常见的手段有两种，一种就是用能量密度更高的红外辐射源，比较多的就是采用红外激光器，因为激光的准直性和高能量密度，可以把上百瓦的能量聚焦到一个毫米量级的点上，因此加热效率会远远好于常规的电阻加热，甚至可以在10s内把一个小样品从室温加热至1000℃。

因为激光器的成本和大功率激光使用的安全性温度，所以实际实验中常见的另一种手段是电子束加热，电子束加热的方式与常规的电阻加热只有一步之遥。一般来说电子束加热如果去掉高压就是一个常规的电阻加热模块。如果我们在灯丝或者样品加上高压，那么就能把电阻加热升级成电子束加热。这时候灯丝上的热发射电子就会被指向性的导到样品处，从而实现集中高密度的能量转移。

27.激光加热器的工作原理？以及公司常用激光加热器输出功率的计算方式？
真空常规加热方式包括电阻热辐射加热或者电子束轰击加热，对真空的依赖度较高。

常规的钨、钽加热丝只有在超高真空时才能保证有比较长的寿命，而替代的贵金属合金丝，例如铂铑丝对气氛有要求，否则参与反应或者干扰实验进程；此外，常规的热辐射或者电子束轰击的方式在真空变差时加热效率会显著下降，主要原因在于更密集的气体分子吸收了红外辐射和电子束，造成实际样品处的功率下降很快。

为了满足用户对近常压及特殊气氛下的加热需求，激光加热被发展出来并广泛的用于不同的实验领域。激光加热器使用光子来激发材料里面的电子作为传热的载体， 或者通过电流产生Joule Heating。 “热加工”具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。

相比传统电加热方式，激光加热无需考虑真空内部电路损耗以及热绝缘问题，无需考虑设计屏蔽层，设备设计更为简单。功率集中，热损失小，额定功率200W的激光器，最大输出功率可以到300W以上，集中在很小的区域内可以很快将样品加热到1000℃以上。

目前使用的激光器工作电压12V，输出功率=12V×设置电流。

28.检漏仪里面的He质谱仪，如何工作的？与常用的SRS质谱仪有什么区别？

SRS的质谱仪的工作原理是四极杆质谱，通过四极杆上加的交流和直流的偏压，从而实现对不同核质比的带电粒子的选择。其结构更加复杂，适用于很大范围的质谱扫描分析。

而检漏仪里面的四极杆，因为已经确定测试对象是He，所以实际结构会更加简单，基本上灵敏区域就在4左右，实际工作时只要稍加调峰，确保最敏感的测试区域是针对He的即可。