[发明专利]漫反射式多用途多变量耦合原位光学吸收测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种漫反射式多用途多变量耦合原位光学吸收测试装置，包括原位漫反射光学吸收池，以及与之配合的气氛系统、温控系统、激发光源和光学测量系统；其中原位漫反射光学吸收池包括漫反射光学积分球和特制样品池，该特制样品池通过夹具固定在漫反射光学积分球的0°开口上；激发光源发出的激光和光学测量系统的探测光通过分光镜后从漫反射光学积分球180°开口垂直入射到样品表面；光学测量系统的光探测器固定在漫反射光学积分球的90°开口上，并外接功率计收集信号。本发明可实现温度、光照(强度和波长)和气氛的多变量耦合测试。

技术领域

本发明涉及光谱学和材料物性测试领域，尤其涉及漫反射式多用途多变量耦合原位光学吸收测试装置及方法，可以用于光诱导物理和化学性质的测定和材料弛豫动力学机制的研究。

背景技术

光激发材料产生的电子跃迁会产生许多物理和化学效应，如荧光、磷光、光致吸收、光致漂白和光致化学反应等。这些现象的产生同光激发电子所引起材料物理和化学热力学状态的变化有关。通过测定光激发电子状态及其演变规律是研究上述物理和化学效应的重要方法。

处于热力学基态的电子会被光激发到材料的激发态能级上，同时也会相应产生空穴，处于这些能级上的载流子会产生不同于热力学基态载流子吸收特征，会在不同波段上产生具有指纹特征的吸收。不同能量的光生载流子会对材料的物理和化学效应产生不同作用。通过实时原位地监控光学吸收可以帮助人们了解材料光生载流子的物理化学状态，研究它们的弛豫动力学特征，有助于揭示材料被光激发所产生的物理和化学效应的相关机制。

人们在不同时域内发明了不同的实验装置去测试材料光诱导光学吸收。这些实验装置大多为透过式测试装置。透过式测试需要样品在待测波段具有较好透过率，这无法应用于难以制备为透明状的粉末样品。虽然一些粉末样品通过涂敷和后处理等可获得具有一定透光度的样品，但是粉末材料性状会发生改变，这大大限制了透射式测试方法的应用范围。光诱导载流子化学状态及其动力学弛豫过程同气氛、光照和温度等许多变量都有关系，现有大多数测试装置都不能实现这些变量的高精度集成。所报道的原位光学测试装置一般都采用较为昂贵的脉冲激光器，有专门的光学测试装置，对样品制备要求高，占地面积大，价格较高，不能对稳态光照条件下的光学吸收进行测试。由于有激光脉冲时间间隔限制，难以对一些光诱导物理化学变化的慢动力学过程进行研究。

综上所述，迫切需要一种性价比高、使用方便、适用性广的具有多变量耦合功能原位光诱导光学吸收的漫反射测试方法。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种漫反射式的多用途多变量耦合原位光学吸收测试装置和方法，适用于研究材料光激发导致的光学吸收及其演变，是一种研究相关物理化学效应的有力工具。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种漫反射式多用途多变量耦合原位光学吸收测试装置，其特征在于，包括原位漫反射光学吸收池，以及与之配合的气氛系统、温控系统、激发光源和光学测量系统；

其中原位漫反射光学吸收池包括漫反射光学积分球和特制样品池，该特制样品池通过夹具固定在漫反射光学积分球的0°开口上；激发光源发出的激光和光学测量系统的探测光通过分光镜后从漫反射光学积分球180°开口垂直入射到样品表面；

光学测量系统的光探测器固定在漫反射光学积分球的90°开口上，并外接功率计收集信号。

接上述技术方案，该特制样品池包括隔热底座、样品池和高透光盖帽，样品台固定隔热底座上，样品池和高透光盖帽紧密连接形成密封腔体；样品池上刻有底面为8°倾斜的圆形样品槽，样品槽内设有加热装置和热电偶；样品池上设有气氛接口，与气氛系统连接。

接上述技术方案，隔热底座上设有温控接口，连接样品台和温控系统。

接上述技术方案，气氛系统包括不同气源和流量控制器，通过管道与样品池上的气氛接口相连。