[发明专利]一种气氛环境下材料光电流谱高通量测试装置

说明书

技术领域

本发明属于材料性能分析测试技术，可以测试多种材料在气氛中的光电流性能，为评价材料在光激发下的气敏性能以及评价材料的光电催化性能提供依据，具体涉及一种气氛环境下材料光电流谱高通量测试装置。

背景技术

金属氧化物半导体材料具有良好的光响应性能，因此被广泛应用于光催化材料、光电导器件、光激发气敏、光储能材料以及太阳能电池等领域。在这些应用中，当光源发射的光子被金属氧化物半导体材料吸收后，会在材料的导带和禁带产生电子和空穴。光生电子和空穴会改变材料的电学性能。因此，光对金属氧化物半导体材料的影响主要体现在对其电学性能的影响，特别是对其电导变化的影响。同时，材料对光的吸收有其特定波长范围，在这个范围内，材料具有良好的性能。通过确定材料对光响应的最佳波长范围，对材料的使用条件提供建议。由于材料中还含有缺陷，缺陷受到光照射后也会释放所捕获的电子和空穴，但缺陷产生这个过程中所需要的光源波长与上述描述的本征激发不同。通过材料在全光谱范围内的光电流响应可以分离出本征的响应与缺陷的响应，进而间接的获得材料缺陷的种类和相对含量。

在国内外已经有很多科研团体对材料在特定波长光源下的响应进行了深入的研究。但很多研究都没有考虑环境对光电材料的影响。特别是在气相光催化与光激发气体敏感传感器的应用中，金属氧化物半导体材料在光的作用下会与气氛发生重要的交互作用。通过原位对这种交互作用的研究可以发现其响应机理性的问题，进而对我们选择与设计材料提供依据。因此，研究金属氧化物半导体材料在光激发条件下与环境气氛的响应机理是非常重要的。

传统的材料测试方式为单点测试，即在测试过程中只能针对一个样本进行测试。为了更好的筛选到合适的材料，在研究新材料时越来越多的使用到了组合材料学的方法。在组合材料学的研究过程中，为了提高测试效率，同时也是为了降低测试误差，要求在同一测试过程（或测试环境）中尽量测试较多的样本，即高通量表征。因此，高通量表征在材料研究领域中起到了重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气氛环境下材料光电流谱高通量测试装置，该装置具有可控环境多，自动化程度高，高通量的特点。

本发明提供的一种气氛环境下材料光电流谱测试装置，其特征在于，该装置包括光源组件，环境控制组件，测试腔，信号采集模块和控制单元；

光源组件用于原来测试腔提供200～1100nm连续变化波长的单色光；

测试腔用于提供放置样本的空间，以及用于温度、湿度、光强以及波长的检测；

测试腔位于环境控制组件所提供的环境气氛中，环境气氛包括真空、氮气气氛、氧气气氛、干燥空气、可控湿度气氛、挥发性气氛；

信号采集模块用于多通道采集测试腔中所测试试样的信号，并对采集的信号进行预处理，并将所测试的模拟信号转换为数字信号传递给控制单元；

控制单元根据测量的需要发送控制命令至光源组件，光源组件接受信号后控制其光源按照命令的要求变化；控制单元根据测量的需要发送控制命令至环境控制组件，环境控制组件接受信号后控制测试腔中环境的变化；同时控制单元接收信号采集模块提供的数字信号，并进行显示。

本发明实现了对材料在不同环境下的光电流谱进行测试。本发明装置可控环境多，光源可连续变化，环境气氛种类和浓度均可变；自动化程度高，设定好操作流程后系统可自动完成测试；高通量，即单次测试样本多，一次可以测试8～64个样本的性能。同时，材料光电流谱可以直接表征材料在全光谱范围内的性能极值区域和材料内部本征及缺陷的相对含量。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是实例中测试装置结构示意图；

图3是实例中采用的材料基本示意图；

图4是实例中采用本发明方法后的测试结果。

具体实施方式

下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅为说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本发明提供的测试装置包括光源组件1，环境控制组件2，测试腔3，信号采集模块4和控制单元5。

光源组件1可以提供200～1100nm连续变化波长的单色光。单色光波长步进最小值在0.5～2nm之间，单色光峰形半高宽小于5nm。单色光步进速度在0.1s/nm～10s/nm之间。特别的，在测试中，单色光波长需要增加变化和减小变化。