微區(qū)加熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料科學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微區(qū)加熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的材料科學(xué)研究主要依賴“試錯法”，一次實驗產(chǎn)生一個樣品，這種研究手段的效率已逐漸無法滿足工業(yè)發(fā)展的需要。上世紀90年代中期，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的項曉東博士提出了一種先進的材料科學(xué)研究手段一一高通量組合材料實驗技術(shù)[“ACombinatorial Approach to Materials Discovery，，X._D.Xiang，Xiaodong Sun，GabrielBriceno，Yulin Lou, Kai—An Wang, Hauyee Chang, William Gregory ffallace-Freedman,Sung-ffei Chen，Peter G.Schultz，Science 268，1738 (1995)]，該技術(shù)受集成電路芯片與基因芯片啟發(fā)，在一塊基底上，通過巧妙的實驗設(shè)計，組合集成并且快速表征多達10-108種成分、結(jié)構(gòu)和服役性能等材料科學(xué)研究中所關(guān)注的實驗信息。實驗通量的大幅度提高帶來研究效率的根本轉(zhuǎn)變。在過去的近20年時間里，高通量組合材料實驗技術(shù)已在多個材料領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用，通過高效地篩選和優(yōu)化新材料，有效地推動了相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。然而，已見諸報道的高通量組合材料實驗研究中仍體現(xiàn)出一定的局限性，以往的成功案例往往是將合成條件參數(shù)類似的多元組合樣品置于同一熱力學(xué)條件下處理而得到最終樣品[“A Low-loss Composit1n Reg1n Identified from a Thin-film Composit1nSpread of (Bal-x-ySrxCay) Ti03，，H.Chang, 1.Takeuchi，X.-D.Xiang, Appl.Phys.Lett.74，1165(1999)]。實際上，探明不同組分的組合材料樣品在不同熱力學(xué)條件下的物相狀態(tài)，是材料科學(xué)研究中最為主要的研究目的之一。要使高通量組合材料實驗技術(shù)在滿足此項研究需求的過程中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，首先應(yīng)當(dāng)發(fā)展能夠?qū)捎诮M合材料芯片上的各個微小樣品施以不同熱力學(xué)條件的微區(qū)加熱技術(shù)及相關(guān)裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種微區(qū)加熱裝置，以充分發(fā)揮高通量組合材料實驗技術(shù)，在分立熱力學(xué)樣品研究中的應(yīng)用，以較低的成本實現(xiàn)組合材料芯片中大量微小樣品的分立熱力學(xué)條件研究。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種微區(qū)加熱裝置，其中，所述裝置包括:
[0006]掩模板，所述掩模板具有一貫穿其上下表面的通孔；
[0007]加熱源，設(shè)于所述掩模板的正下方且對準所述通孔；
[0008]位移控制設(shè)備，所述設(shè)備設(shè)有一懸臂托架，所述懸臂托架連接所述加熱源和所述掩模板，以同時帶動所述加熱源和所述掩模板進行移動；或所述懸臂托架連接置于所述掩模板正上方的一樣品，以帶動所述樣品進行移動；
[0009]其中，所述掩模板面積大于所述加熱源在掩模板處的輻射熱投影面積。
[0010]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，對準所述通孔且位于所述掩模板的下表面還設(shè)有一熱電偶，所述熱電偶電連接所述加熱源，與所述加熱源形成溫度反饋回路。
[0011 ] 較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，所述加熱源的輻射熱功率可調(diào)。
[0012]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，所述掩模板正對所述加熱源的表面上鍍有一層高反射率金屬膜；
[0013]且所述高反射率金屬膜覆蓋所述掩模板上除通孔以外區(qū)域的表面，以屏蔽除通孔以外區(qū)域的所述加熱源的輻射波。
[0014]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，所述掩模板背離所述加熱源的表面上鍍有一層低發(fā)射率材料或涂層；
[0015]且所述低發(fā)射率材料或涂層覆蓋所述掩模板上除通孔以外區(qū)域的表面，以降低所述掩模板對通孔以外區(qū)域正對的所述樣品的輻射功率。
[0016]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，所述掩模板的材質(zhì)為低熱導(dǎo)率材料。
[0017]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，所述加熱源為紅外輻射熱源。
[0018]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，還包括氣密性腔體，所述氣密性腔體設(shè)有進氣口、出氣口和擴展接口 ；
[0019]所述進氣口 /出氣口中設(shè)有一質(zhì)譜儀，所述擴展接口連接一傅里葉紅外光譜儀；
[0020]所述微區(qū)加熱裝置位于所述氣密性腔體中，實現(xiàn)對所述樣品進行加熱。
[0021]較佳的，上述的微區(qū)加熱裝置，其中，還包括氣密性腔體，所述氣密性腔體設(shè)有進氣口、出氣口和擴展接口 ；
[0022]所述進氣口 /出氣口中設(shè)有一質(zhì)譜儀，所述擴展接口連接一傅里葉紅外光譜儀；
[0023]所述掩模板作為所述氣密性腔體底座，所述通孔中填充有石英，所述樣品和所述位移控制設(shè)備位于所述氣密性腔體中，所述加熱源位于所述氣密性腔體外，實現(xiàn)對所述樣品進行加熱。
[0024]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果:
[0025]本發(fā)明公開了一種微區(qū)加熱裝置，通過加熱源經(jīng)具有一通孔的掩模板對樣品進行加熱，并通過一位移控制設(shè)備改變樣品與掩模板的相對位置，以滿足材料樣品生產(chǎn)中對同一加熱樣品的不同位置加熱到不同溫度的要求，以充分發(fā)揮高通量組合材料實驗技術(shù)在分立熱力學(xué)樣品研究中的應(yīng)用，并以較低的成本實現(xiàn)組合材料芯片中大量微小樣品的分立熱力學(xué)條件研究。
[0026]具體
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分，同時也可以未按照比例繪制附圖，其重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0028]圖1是本發(fā)明中微區(qū)加熱裝置的掩模板的俯視圖；
[0029]圖2是本發(fā)明中微區(qū)加熱裝置的掩模板的側(cè)視圖；
[0030]圖3是本發(fā)明中微區(qū)加熱裝置的掩模板的正視圖；
[0031]圖4是本發(fā)明中微區(qū)加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5和圖6是本發(fā)明中微區(qū)加熱裝置的工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0034]為充分發(fā)揮高通量組合材料實驗技術(shù)在分立熱力學(xué)樣品研究中的應(yīng)用，并以較低的成本實現(xiàn)組合材料芯片中大量微小樣品的分立熱力學(xué)條件研究，本發(fā)明提供了一種微區(qū)加熱裝置，如圖1?4所示，通過將加熱源4經(jīng)具有通孔2的掩模板1對樣品3進行加熱，并通過一位移控制設(shè)備改變樣品3與掩模板1的相對位置以滿足材料樣品生產(chǎn)中，對同一樣品3的不同位置加熱到不同溫度的要求。
[0035]實施例一:
[0036]如圖5所示，該微區(qū)加熱裝置主要包括一例如尺寸為12cmX 16cm的掩模板11，該掩模板11中具有由掩模板11上表面貫穿至下表面的一通孔21。優(yōu)選的該通孔21為正方形形狀，其邊長為0.5cm。
[0037]在上述掩模板11的正下方5cm處固定設(shè)置有用于提供熱量的加熱源41，且該加熱源41與掩模板11的通孔始終處于對準狀態(tài)，以達到加熱源41發(fā)射的輻射熱量通過該通孔實現(xiàn)對樣品(樣品尺寸長、寬為5cmX8cm)31加熱效果，同時為了實現(xiàn)對同一樣品31加熱到不同溫度的要求，以充分發(fā)揮高通量組合材料實驗技術(shù)在分立熱力學(xué)樣品研究中的應(yīng)用，本發(fā)明中，對準通孔且位于掩模板11的下表面設(shè)有與加熱源41組成溫度反饋回路的一熱電偶(圖中未示出)，進而可靈活調(diào)整熱功率。其中本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際實驗進行熱電偶不同位置的設(shè)置，如設(shè)置在對準通孔21且位于掩模板11的上表面、加熱樣品的上下表面或者通孔21中均可，對本發(fā)明并無實質(zhì)性的影響。
[0038]優(yōu)選的該加熱源41為紅外輻射熱源，如紅外鹵素?zé)簦?dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員也可根據(jù)需要選擇其他加熱源，以實現(xiàn)對樣品31的不同位置加熱到不同溫度的要求。
[0039]在本發(fā)明的實施例中，該掩模板11的面積要大于加熱源41在掩模板11處的輻射熱投影面積，以保證與加熱源41對樣品31進行加熱時，除通孔21位置外，其他位置不會受到熱輻射。
[0040]在上述微區(qū)加熱裝置中，根據(jù)加熱源41的熱輻射波長，進行掩模板11材料的選擇，如掩模板11的材質(zhì)可以為A1203等其它低熱導(dǎo)率材料，同時在掩模板11正對加熱源41的表面鍍有一層高反射率金屬膜，如鋁膜或金膜等其他金屬薄膜；但作為一個優(yōu)選的實施例，在該掩模板11正對加熱源41的表面鍍一層鋁膜，鋁膜可以僅覆蓋掩模板11除通孔以外區(qū)域的下表面(即鋁膜不覆蓋通孔)，以屏蔽除通孔21以外區(qū)域的加熱源41的輻射波，進而使得輻射波只能穿過通孔21從而對樣品31進行加熱處理。在一可選但非限制的實施例中，在掩模板背離加熱源的表面上還可鍍有低發(fā)射率材料或涂層，低發(fā)射率材料或涂層覆蓋掩模板除通孔以外區(qū)域的表面，以降低掩模板對通孔以外區(qū)域正對的樣品的輻射功率，一定程度上降低了對樣品的熱影響，提高了加熱源對樣品加熱的精度。
[0041]在進行對樣品31進行加熱前，將該樣品31設(shè)置在加熱源41上方，同時該樣品31位于掩模板11的正上方1mm處設(shè)置，其中該加熱源41與掩模板11的通孔始終處于對準狀態(tài)，進而通過變動樣品31與掩模板11的相對位置使得樣品31上不同位置分別獨立的受到熱輻射。在本發(fā)明的實施例中，變動其相對位置是通過位移控制設(shè)備51進行的，具體的為X-Y平面控制設(shè)備，該平面平行于掩模板11的上表面，該設(shè)備上設(shè)有一懸臂托架61以托住樣品31并在該設(shè)備的帶動下，實現(xiàn)樣品31在X-Y平面內(nèi)靈活運動(加熱源與掩模板設(shè)于一固定支架上)，從而實現(xiàn)樣品31上的不同位置對準通孔，如圖5所示，因在對準通孔21且位于掩模板11的下表面還設(shè)有一熱電偶，該熱電偶電連接該加熱源41，與加熱源41形成溫度反饋回路以控制溫度，從而可以靈活調(diào)節(jié)該紅外鹵素?zé)舻墓β屎蜆悠繁┞队谳椛湎碌臅r間，實現(xiàn)對同一樣品的不同位置加熱到不同溫