本發(fā)明涉及材料制備設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超高真空催化裝置以及團(tuán)簇沉積設(shè)備。

背景技術(shù)：

金屬、氧化物納米團(tuán)簇由于量子尺寸效應(yīng)，造成電子、能帶結(jié)構(gòu)的變化。通過控制納米團(tuán)簇尺寸的制備，可以實(shí)現(xiàn)不同用途的功能材料，如生物醫(yī)學(xué)、氣體傳感、光催化等。對于納米團(tuán)簇的制備，通常有水熱合成方法及氣相團(tuán)簇沉積方法。相比于水熱合成，氣相團(tuán)簇沉積方法制備的納米團(tuán)簇具有尺寸可控、無其它雜相，方法簡單等特點(diǎn)。

團(tuán)簇沉積設(shè)備中，超高真空催化裝置是在超高系統(tǒng)中在線檢測團(tuán)簇的催化性能。但是傳統(tǒng)的超高真空催化裝置需要人工轉(zhuǎn)移團(tuán)簇，增加了操作步驟，同時(shí)影響了團(tuán)簇的純度，進(jìn)而影響團(tuán)簇的催化性能的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超高真空催化裝置，其能夠快速高效的對團(tuán)簇的催化性能進(jìn)行檢測，以便對團(tuán)簇的催化性能及機(jī)理進(jìn)行分析。

本發(fā)明的另一目的在一種團(tuán)簇沉積設(shè)備，其能夠快速生成團(tuán)簇并及時(shí)對團(tuán)簇進(jìn)行在線催化、檢測、分析，減少了實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)人力以及時(shí)間。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種超高真空催化裝置，包括用于傳遞團(tuán)簇的超高真空傳樣裝置、用于氣相催化的催化裝置以及用于檢測催化產(chǎn)物的四極質(zhì)譜儀。超高真空傳樣裝置的出口端與催化裝置的進(jìn)口端連通，催化裝置的出口端與四極質(zhì)譜儀進(jìn)口端連通。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述所述催化裝置包括催化裝置本體、加熱裝置、樣品底座以及外部加熱電源。外部電源位于催化裝置本體外部，樣品底座設(shè)于催化裝置本體內(nèi)。加熱裝置的一端與樣品底座連接，加熱裝置的另一端與外部加熱電源連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述催化裝置還包括外部電源儀表以及用于測量團(tuán)簇電學(xué)特性的電輸運(yùn)測量裝置。外部電源儀表設(shè)于催化裝置本體外部。電輸運(yùn)測量裝置的一端與樣品底座連接，電輸運(yùn)測量裝置的另一端與外部電源儀表連接。

超高真空傳樣裝置包括傳遞桿、沉積室，所述傳遞桿與所述沉積室連通。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述傳遞桿包括第一伸縮桿、第二伸縮桿、襯底夾、所述第一伸縮桿的一端封閉，另一端套設(shè)于所述第二伸縮桿的一端，所述第二伸縮桿的另一端與所述襯底夾連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述傳遞桿還包括襯底片，襯底片與襯底夾活動(dòng)連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述沉積室包括用于觀測團(tuán)簇沉積的觀察窗、沉積腔，觀察窗鏡設(shè)于沉積腔的外部。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述超高真空催化裝置還包括插板閥。插板閥位于催化裝置和磁力傳遞裝置之間。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述超高真空催化裝置還包括流量計(jì)。流量計(jì)設(shè)置于催化裝置的氣體入口處。

一種團(tuán)簇沉積設(shè)備，包括團(tuán)簇產(chǎn)生裝置、質(zhì)量檢測裝置以及上述超高真空催化裝置。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：本發(fā)明的超高真空催化裝置通過傳樣裝置將沉積到襯底片上團(tuán)簇送入催化裝置中進(jìn)行催化。在超高真空下直接對制備好的催化劑進(jìn)行在線催化性能檢測，節(jié)約了操作時(shí)間以及人力，同時(shí)能夠更好的研究團(tuán)簇的催化機(jī)理，團(tuán)簇在催化裝置內(nèi)對流量計(jì)控制的引入的氣體進(jìn)行催化并通過質(zhì)譜儀檢測生成的氣體的性質(zhì)，判斷催化的效果以及研究催化的機(jī)理。催化以及檢測同時(shí)進(jìn)行，簡化了后續(xù)的檢測步驟，節(jié)約了時(shí)間。具有上述超高真空催化裝置的團(tuán)簇沉積設(shè)備，將團(tuán)簇生成、催化檢測集于一體。簡化了團(tuán)簇制備及催化性能研究所需的操作步驟，能夠達(dá)到高度的自動(dòng)機(jī)械化，節(jié)約研究所需的人力物力以及時(shí)間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的團(tuán)簇超高真空催化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的傳遞桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-超高真空催化裝置；110-超高真空傳樣裝置；120-催化裝置；140-四極質(zhì)譜儀；111-傳遞桿；130-沉積室；115-第一伸縮桿；117-第二伸縮桿；119-襯底夾；118-襯底片160-流量計(jì)；121-第一鐵芯；125-第二鐵芯；123-第一強(qiáng)磁圈；127-第二強(qiáng)磁圈；135-觀察窗；131-沉積腔；137-催化裝置本體；139-加熱裝置；136-樣品底座；138-外部加熱電源；150-插板閥；126-電輸運(yùn)測量裝置；124-外部電源儀表。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一些實(shí)施方式作詳細(xì)說明。在不沖突的情況下，下述的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

參照圖1，本實(shí)施例提供一種超高真空催化裝置100，其包括傳遞團(tuán)簇的超高真空傳樣裝置110、用于氣相催化的催化裝置120以及用于檢測催化產(chǎn)物的四極質(zhì)譜儀140。超高真空傳樣裝置110的出口端與催化裝置120的進(jìn)口端連通，催化裝置120的出口端與四極質(zhì)譜儀140進(jìn)口端連通。

進(jìn)一步地，超高真空傳樣裝置110包括傳遞桿111、沉積室130。傳遞桿111可伸縮的進(jìn)入、離開沉積室130。當(dāng)需要將沉積好的團(tuán)簇輸送進(jìn)入催化裝置120時(shí)時(shí)，傳遞桿111伸長，當(dāng)團(tuán)簇在催化裝置120內(nèi)進(jìn)行催化時(shí)，傳遞桿收縮退出催化裝置120。

進(jìn)一步地，參見圖2，傳遞桿111包括第一伸縮桿115、第二伸縮桿117襯底夾119以及襯底片118。第一伸縮桿115的一端采用不銹鋼封閉，第一伸縮桿115的另一端套設(shè)于第二伸縮桿117的一端，所述第二伸縮桿117的另一端與襯底夾119連接。第一伸縮桿115為不銹鋼制成。第一伸縮桿115與第二伸縮桿117之間設(shè)有第一鐵芯121、第二鐵芯125，第一伸縮桿115的外周套設(shè)有與第一鐵芯121相對的第一強(qiáng)磁圈123，第一伸縮桿115的外周套設(shè)有與第二鐵芯125相對的第二強(qiáng)磁圈127。因此，第一強(qiáng)磁圈123內(nèi)的第一強(qiáng)磁透過不銹鋼與第一鐵芯121形成了強(qiáng)大磁場。使得在推動(dòng)第一強(qiáng)磁圈123的時(shí)候可以帶動(dòng)內(nèi)部的第一鐵芯121運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)第二伸縮桿117運(yùn)動(dòng)。

同時(shí)，襯底夾119與襯底片118活動(dòng)連接。當(dāng)改變第一強(qiáng)磁圈123和第二強(qiáng)磁圈127的相對位置時(shí)，通過磁力信號(hào)可以控制襯底夾119的開合。當(dāng)?shù)谝粡?qiáng)磁圈123與第二強(qiáng)磁圈127相對靠近時(shí)，襯底夾119合攏，抓緊襯底片118，當(dāng)?shù)谝粡?qiáng)磁圈123與第二強(qiáng)磁圈127相對遠(yuǎn)離時(shí)，襯底夾119松開襯底片118。

進(jìn)一步地，沉積室130包括觀察窗135、沉積腔131。當(dāng)團(tuán)簇進(jìn)行沉積室，傳遞桿將襯底片118送入沉積腔131內(nèi)，而后團(tuán)簇沉積到襯底片118上。觀察窗135設(shè)于沉積腔131的外部。用于檢測催化性能的團(tuán)簇沉積在襯底片118上沉積的情況。沉積完成后，利用第一伸縮桿115和第二伸縮桿117的作用將襯底片118轉(zhuǎn)移到催化裝置120內(nèi)的136樣品底座上，通過移動(dòng)第一強(qiáng)磁圈123使得第二伸縮桿117離開催化裝置120回到沉積腔131內(nèi)。與輸送進(jìn)入的氣體進(jìn)行催化反應(yīng)。催化測試完畢后，相同的方法將催化裝置120內(nèi)的136樣品底座上的樣品取回。再重新進(jìn)行沉積，輸送、催化、檢測過程，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。而觀察窗135用于觀察沉積腔131內(nèi)的襯底片118的位置，角度信息。

進(jìn)一步地，再次參見圖1，催化裝置120和超高真空傳樣裝置110之間設(shè)置有插板閥150。插板閥150用于隔開催化裝置120和超高真空傳樣裝置110。當(dāng)團(tuán)簇在超高真空傳樣裝置110的襯底片118上沉積的時(shí)候關(guān)閉插板閥150，保證待催化的團(tuán)簇完全沉積在襯底片118上，進(jìn)而保證待催化的團(tuán)簇的數(shù)量，減少操作步驟。在將催化反應(yīng)中作為催化劑的團(tuán)簇推進(jìn)催化裝置120的時(shí)候，打開插板閥150，確保所有的團(tuán)簇被送入催化裝置120內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)。

進(jìn)一步地，，催化裝置120包括催化裝置本體137、加熱裝置139、樣品底座136以及外部加熱電源138。外部加熱電源138位于催化裝置本體137外部，加熱裝置139的一端與外部加熱電源138連接。通過外部加熱電源138對加熱裝置139進(jìn)行加熱，進(jìn)而加熱沉積好的團(tuán)簇，促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行，加快催化反應(yīng)的速率。優(yōu)選地，加熱裝置139可以采用電阻絲加熱。溫度范圍在25℃至600℃之間。

通過樣品底座136設(shè)于催化裝置本體137內(nèi)，加熱裝置139的另一端與樣品底座136連接。當(dāng)襯底片118被傳遞桿111傳遞到催化裝置120后，襯底夾119松開襯底片118，使得襯底片118位于樣品底座136上，而后將傳遞桿111進(jìn)行收縮，使其離開催化裝置120，并關(guān)閉插板閥150，打開外部加熱電源138，通入氣體進(jìn)行催化反應(yīng)。

需要說明的是，在其他實(shí)施例中，加熱裝置139與催化裝置本體137得的位置關(guān)系并不僅限于本實(shí)施例介紹的這一種，加熱裝置139還可設(shè)置于催化裝置本體137材料的夾層中或催化裝置本體137的內(nèi)壁，均可起到加熱作用。

進(jìn)一步地，催化裝置本體137還包括外部電源儀表124以及用于測量團(tuán)簇電學(xué)特性的電輸運(yùn)測量裝置126。外部電源儀表124設(shè)于催化裝置本體137外部。電輸運(yùn)測量裝置126的一端與樣品底座136連接，電輸運(yùn)測量裝置126的另一端與外部電源儀表124連接。

電子輸運(yùn)是指載流子收到散射或碰撞或在外場作用下載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。外部電源儀表124通電后，使得電輸運(yùn)測量裝置126也被通電，進(jìn)而檢測團(tuán)簇的電學(xué)特性。

進(jìn)一步地，參見圖1，催化裝置120的出口端與四極質(zhì)譜儀140的進(jìn)口端連接。當(dāng)輸送進(jìn)入催化裝置120內(nèi)的氣體的催化反應(yīng)完成后，新生成的氣體進(jìn)入四極質(zhì)譜儀140。四極質(zhì)譜儀140是由四根桿狀電極兩兩一組而組成的質(zhì)量選擇器，在兩隊(duì)電極中間施加射頻反相交變電壓。當(dāng)極桿上的電壓被指定時(shí)，質(zhì)量過小的離子會(huì)受到很大的電壓影響，從而進(jìn)行非常激烈的震蕩，導(dǎo)致碰觸極桿失去電荷而被真空系統(tǒng)抽走；質(zhì)量過大的離子因?yàn)椴荒苁艿阶銐虻碾妶鰻恳罱K導(dǎo)致碰觸極桿或者飛出電場而無法通過質(zhì)量選擇器。而符合要求的具有特定荷質(zhì)比的離子可以穩(wěn)定的通過電場達(dá)到接收器。根據(jù)客戶的需求設(shè)置四極質(zhì)譜儀140的相關(guān)參數(shù)，對團(tuán)簇催化的新生成的氣體進(jìn)行檢測。判斷團(tuán)簇的催化效果同時(shí)研究團(tuán)簇的催化機(jī)理。

進(jìn)一步地，超高真空催化裝置100還包括流量計(jì)160，流量計(jì)160設(shè)于催化裝置120的氣體入口處。用于控制待催化的氣體流入催化裝置120的流量，使得進(jìn)入催化裝置120的氣體能夠充分與團(tuán)簇進(jìn)行催化反應(yīng)。避免因?yàn)榱髁窟^快而導(dǎo)致對部分氣體未與團(tuán)簇接觸而不進(jìn)行催化反應(yīng)，或者接觸不充分使得催化反應(yīng)進(jìn)行不充分。最終，導(dǎo)致能夠順利通過四極質(zhì)譜儀140規(guī)定的電場的氣體的實(shí)際數(shù)量少于理論值，進(jìn)而導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確。影響后續(xù)對團(tuán)簇催化性能以及催化機(jī)理的研究。同時(shí)，避免流量過慢，浪費(fèi)檢測時(shí)間，進(jìn)而造成生產(chǎn)成本的提高。

本實(shí)施例超高真空催化裝置100的工作原理：

關(guān)閉插板閥150，襯底夾119抓住襯底片118，推動(dòng)第一強(qiáng)磁圈123，使得第二伸縮桿117被第一伸縮桿115帶動(dòng)進(jìn)入沉積室130內(nèi)，進(jìn)而使得襯底片118被輸送進(jìn)入沉積腔131。團(tuán)簇在襯底片118上進(jìn)行沉積，通過觀察窗135觀測襯底片118在沉積腔131的位置，角度。打開插板閥150并進(jìn)一步地，推動(dòng)第一強(qiáng)磁圈123，將第二伸縮桿117送入催化室裝置120內(nèi)。而后改變第一強(qiáng)磁圈123與第二強(qiáng)磁圈127的相對位置，使得襯底夾119展開使得襯底片118平穩(wěn)的被放置于樣品底座136上，并將傳遞桿拉回，同時(shí)關(guān)閉插板閥。打開流量計(jì)160將氣體輸入催化裝置120內(nèi)，同時(shí)，打開加熱裝置139，加熱團(tuán)簇，并催化氣體。將進(jìn)行催化后的氣體通入四極質(zhì)譜儀140進(jìn)行分析檢測。并接通外部電源儀表124，使得電輸運(yùn)測量裝置126工作。

本實(shí)施例還包括一種團(tuán)簇沉積設(shè)備，其包括團(tuán)簇生產(chǎn)裝置、上述的超高真空催化裝置。團(tuán)簇生產(chǎn)裝置的出口端與團(tuán)簇超高真空催化裝置的磁力傳遞裝置的進(jìn)口端連通，團(tuán)簇生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出來的團(tuán)簇進(jìn)入超高真空傳樣裝置內(nèi)進(jìn)行沉積，而后被送入催化裝置，通入氣體，氣體與團(tuán)簇發(fā)生催化反應(yīng)，最后將發(fā)生完催化反應(yīng)的氣體通過四極質(zhì)譜儀進(jìn)行團(tuán)簇催化性能的研究。

綜上所述，本發(fā)明通過將沉積到襯底片上的團(tuán)簇利用傳遞桿將其運(yùn)輸?shù)酱呋b置內(nèi)，同時(shí)，通入氣體并加熱，使得氣體與沉積的納米團(tuán)簇進(jìn)行催化反應(yīng)，而后將催化后的氣體通入四極質(zhì)譜儀進(jìn)行分析檢測，進(jìn)而評價(jià)團(tuán)簇的催化性能以及研究催化機(jī)理。節(jié)約了操作時(shí)間以及人力，同時(shí)能夠更好的研究團(tuán)簇的催化機(jī)理，團(tuán)簇在超高真空催化裝置內(nèi)對流量計(jì)控制的引入的氣體進(jìn)行催化并通過質(zhì)譜儀檢測生成的氣體的性質(zhì)，判斷催化的效果以及研究催化的機(jī)理。催化以及檢測同時(shí)進(jìn)行，簡化了后續(xù)的檢測步驟，節(jié)約了時(shí)間。具有上述超高真空催化裝置的團(tuán)簇沉積設(shè)備，將團(tuán)簇生成、質(zhì)量選擇、催化檢測集于一體。簡化了團(tuán)簇制備及催化性能研究所需的操作步驟，能夠達(dá)到高度的自動(dòng)機(jī)械化，節(jié)約研究所需的人力物力以及時(shí)間。

上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。