兼具小气载吸附、快速换样和全面温控的程序升温脱附谱装置

程序升温脱附谱技术能定量识别表面物种和测量脱附动力学,因此被广泛应用于多相催化和表面科学研究.对于高效率和高质量的程序升温脱附谱实验而言,减小吸附过程中的气载并在不破坏超高真空条件下完成样品更换以及实现对样品全方位的温度控制是至关重要的.然而,现有的表面科学程序升温脱附谱装置通常无法同时满足这些条件。鉴于此,本文搭建了一台可实现小气载进样、快速换样以及全面温控的程序升温脱附谱装置。使用自动控制的基于微毛细管阵列的溢流分子束给样器,制备分子吸附的表面,让气体的进样更加精准并大幅减小了气载。借助液氮传输线并优化样品台处的热接触和热偶连接方式,使得这台程序升温脱附谱装置同时具备了快速换样、精准测温、快速降温以及稳定线性升温等功能。通过测量水从高定向热解石墨和TiO_(2)(110)表面的脱附特征以及甲氧基阴离子在TiO_(2)(110)表面的光催化氧化反应,证实了该程序升温脱附谱装置在测量脱附动力学参数、定量识别表面吸附物种和吸附位点以及分析表面光化学反应等方面的性能,本工作将为研究人员设计高效率和高质量的程序升温脱附谱装置提供宝贵的经验和思路。

材料中氢同位素行为热脱附谱实验方法研究

材料中氢同位素行为研究是确保聚变堆安全和经济性的关键问题和重要研究方向。为研究材料中氢同位素的扩散、释放、居留等特性,建立了一种联合四极质谱仪(QMS)的热脱附谱(TDS)实验方法,解决了TDS系统超高真空、低氢同位素质谱本底、线性升温速率控制以及灵敏度标定等关键科学技术问题。通过涡轮分子泵和二级溅射离子泵实现了优于1×10-7 Pa的超高真空,本底H2分压降至1×10-9 Pa。通过MCGS直流PID控温程序实现样品升温速率在1～100K/min范围可调,采用漏率可变的特制通导型玻璃漏孔标定TDS系统的氘气脱附速率灵敏度,确定该灵敏度系数α和最小可检测氘气热脱附速率(脱附速率灵敏度)分别为6.22×1024 s-1.A-1、1.24×10-10 s-1。采用镀镍Zr-4合金吸氘样品验证了TDS方法的有效性,初步分析了Zr-4中的氘热脱附特性。

氦热脱附谱研究碳掺杂对铝中氦行为的影响

通过离子注入技术在铝中引入C,He两元素,并采用氦热脱附谱(THDS)研究了C掺杂对铝中氦行为的影响。注He纯铝的THDS中存在四个氦释放区间,分别归于小间隙环的解离、位错环的合并、位错环的皱缩及氦泡向样品表面的迁移。C掺杂后,铝中形成了高热稳定性的HenVmCx型复合物,造成样品中气体释放延迟。然而,随着C掺杂剂量的增加,THDS谱发生显著改变,低温区出现明显的释放峰,且C掺杂量越高,低温区的释放峰个数越多。

热脱附谱方法的脱附速率灵敏度与四极质谱仪参数关系的实验研究

为了获得热脱附谱(TDS)方法的脱附速率灵敏度与四极质谱仪(QMS)参数的关系,以优化TDS高灵敏度分析的条件和参数,采用一种特制的通导型校准漏孔,基于QMS对氢同位素释放速率的二次离子检测(SEM)模式,研究了QMS仪器参数对TDS氘气脱附速率灵敏度的影响规律。实验结果表明,QMS的参数对TDS的氘气脱附速率灵敏度具有明显的影响,获得了实现TDS高灵敏度分析的QMS参数范围:发射电流1 000～1 400μA;离子能量(栅极电压)3～3.5V;电子能量50～70V;聚焦电压-100～-60V;分辨率-5～+5。

热脱附谱表征SmMnO_3表面氧的吸附态

从SmMnO_3的清洁表面上吸附O_2后的热脱附谱图中发现,气相氧不仅在SmMnO_2表面吸附,而且也大量进人由于高温(820K)抽空而造成的晶格氧缺陷中.实验结果表明O_2在SmMnO_3的表面吸附存在着两种化学吸附态,且均为二级吸附,即O_2以离解方式吸附在SmMnO_3的表面,同时对氧的热脱附谱采用脱附速率等温线法处理,结果得到这两种化学吸附态的平均脱附活化能分别为67.0和93.9kJ/mol,其中脱附活化能较大的那一种吸附态仅在较高温度下吸附时才出现,因而该吸附态应具有较大的吸附活化能.

Si(111)/H系统热脱附谱的计算

本文采用计算机模拟的方法计算了Si(111)/H系统的热脱附谱,研究了脱附能、指数前因子以及初始表面覆盖度对热脱附谱的影响.

热脱附谱的自动采集

本文采用在计算机上插入PC742 8型数据采集卡 ,由计算机通过PC742 8数据采集卡控制并采集热 脱附谱的分压强强度信号及经高精度信号放大器放大后的温度信号 ,由计算机进行实验数据处理 。

热脱附谱技术在储氢容器材料氢陷阱研究中的应用研究进展

氢能作为重要的二次能源,因其具有来源多样、储运便捷、清洁环保、利用高效等优点受到了各国的青睐。高压储氢容器是氢能的重要储输设备之一,其材料氢脆问题是氢能及其相关技术发展中的瓶颈,并逐渐发展为金属材料科学领域中一个非常重要且活跃的研究方向。热脱附谱(TDS)作为一种研究材料中氢陷阱特性的重要方法,得到了国内外学者的广泛使用。本文首先在综合介绍TDS装置及其测试原理的基础上,讨论了升温热脱过程中可能发生的氢陷阱变化对TDS结果及分析的影响。然后通过对TDS试样预处理技术发展水平及各技术利弊的分析,讨论了充氢技术和参数的选择以及充放氢过程对TDS试验结果的影响。最后,基于TDS数据后处理的现有理论及研究进展,讨论了TDS 3种拟合模型的适用性以及在其处理多陷阱曲线重合问题时反褶积过程的复杂性。

不锈钢、无氧铜和铝合金的升温脱附谱研究

研究超高真空材料的升温脱附谱对于获得超高真空、提高极限真空度和指导真空系统的烘烤除气有重要的意义。作者设计并加工了研究超高真空升温脱附谱的实验设备,并用此设备测量了真空系统结构材料不锈钢、无氧铜和铝合金的升温脱附谱。

用热脱附谱仪测量固体表面的化学吸附

一、引言研究固体表面化学吸附的方法很多,热脱附方法是其中一种。此方法与其他方法相比,具有设备简单、操作方便、实验结果直观、数据处理容易等优点。本文介绍一套完全由国产设备装置而成的热脱附谱仪。用此谱仪可以从能量角度来研究吸附气体与固体表面间的相互作用。根据实验测得的热脱附谱,可以知道吸附气体在固体表面吸附状态的数目及分布、不同吸附状态的脱附级数、脱附活化能及频率因子,由此了解气体在固体表面的吸附性质。文中详细介绍了实验装置及测量技术,并给出了用这种热脱附谱仪测得的典型的实验结果。

微机在热脱附谱测量和数据处理中的应用

一、引言热脱附技术是研究固体表面吸附状态和吸附物结构的基本实验方法之一。利用热脱附谱仪(TDS)并配合其它谱仪对吸附系统(基底与被吸附气体)进行研究,可获得一系列表面物理信息〔1、2〕,如表面吸附态、脱附反应级数和频率因子,从而可进行表面结构研究以及了解吸附分子脱附的微观机理和吸附动力学过程等。热脱附技术还是研究表面化学中多相催化的有力工具。另外,在真空的获得和测量中,吸附和脱附是个重要的过程,因而它在真空中亦有广泛的应用。TDS测量的信号,一路是热电偶输出的样品表面温度信号,另一路是四极质谱计输出的离子流信号。用微型计算机来采集和处理这些信号具有很大的优点。

钛中氢同位素的热脱附谱定量分析研究

通过优化钛的吸氢工艺,成功制备了不同氢氘含量的氢/氘化钛样品;结合XRD分析,给出了钛吸氢前后的晶体结构变化。利用热脱附谱(TDS)技术,通过标准漏孔标定质谱仪的离子流信号强度,实现了钛中氢同位素脱附量的定量测定;TDS法测量结果与压力-体积法测量值之间的绝对误差小于6%。研究结果可为氢能、核能及核技术领域材料中氢同位素含量的准确测量提供有益参考。

NO在清洁和Cs覆盖的Ru(100)表面上吸附的热脱附谱

用热脱附谱等方法研究了NO分别在清洁和Cs覆盖的Ru(1010)表面上的吸附.结果表明:存在两种NO分子吸附态(a1,a2),脱附温度分别处于325℃和550℃附近.Cs的存在增加了Ru(1010)表面上a2态的吸附位置,提高了该态的脱附温度.Cs在Ru(1010)表面上的存在同时促进了吸附NO分子的分解.NO在Ru(1010)表面上分解后形成吸附O原子和N原子.N原子复合以N2在约500℃附近脱附,同时Cs的存在也促进了N2O的形成.在Cs覆盖的Ru(1010)表面上,N2O的脱附温度约在425℃.

钢中氢热脱附谱线影响因素的数值模拟

热脱附谱线分析已广泛用于研究高强钢中氢原子的吸收与扩散行为,以及氢原子与氢陷阱之间的反应动力学参数等。通过分析热脱附谱线峰值温度可获取氢陷阱的最重要参数:氢陷阱与氢原子之间的结合能。采用McNabb-Foster模型系统模拟研究钢中氢的热脱附谱线的影响因素。结果表明:除氢原子与氢陷阱之间的结合能之外,热脱附实验加热速率以及初始实验温度,样品尺寸、形状,氢原子在氢陷阱中的初始占有率,以及在样品中的分布等均能影响热脱附谱线的峰值温度以及形状,从而对氢陷阱与氢原子之间的结合能分析产生影响。同时基于局域平衡模型的模拟结果发现热脱附过程中氢原子从低结合能氢陷阱解析后可再次被高结合能陷阱捕获。

普洱茶热脱附—裂解色谱指纹图谱研究

采用热脱附/裂解色谱法测定不同制作工艺,不同存储时间,不同存放地点的普洱茶色谱指纹图谱,并选用模糊聚类数据处理手段对图谱进行综合分析,色谱图经过软件处理显得更直观精确;同时采用热脱附/裂解色谱-质谱对其裂解产物进行定性测定.各色谱峰调整保留时间的相对标准偏差RSD均≤2.73%,T的相对标准偏差RSD均≤11.54%.该工作为普洱茶的品质鉴定建立了一个快速、简便、科学的测试手段.使茶叶质量控制又迈进了新的一步.

用热脱附谱研究磷硅玻璃薄膜

用热脱附谱 (TDS)研究H2 O在磷硅玻璃 (PSG)中被吸附的问题 .PSG是在 4 0 0℃左右用化学气相淀积(CVD)方法生长的 ,在生长过程及以后的工序中容易吸收H2 O ,使器件失效 .TDS是由 2 5℃开始以 2 0℃ /min均匀升温到 80 0℃获得的 .由TDS的残余气体分析 (RGA)模式可以推出H2 O在PSG中的可能结合形式 .建立生长、吸附、扩散和脱附等几个模型 ,通过实验测量了PSG中脱附的H2 O随时间、温度、湿度等环境条件的变化 .在VLSI多层布线中这些结果决定了许多工艺参数 ,如烘烤时间、金属淀积前的等待时间等 .

程序升温热脱附法表征SmMnO_3及SmFeO_3的表面

本文用程序升温热脱附谱(TDS)及程序升温表面反应谱(TPRS),研究了SmMnO_3及SmFeO_3表面上CO与O_2的吸附与反应。实验表明,在SmMnO_3表面上,室温时就存在能与CO反应生成CO_2的氧物种,而对SmFeO_3来说,在温度为620K以前检测不到能与CO反应生化CO_2的氧物种。当CO与O_2先后吸附于SmMnO_3及SmFeO_3表面,则它们的TPRS都出现CO_2,但两者仍有区别。对SmMnO_2在室温以上的TPRS谱都有两个CO_2脱附峰,而对SmFeO_3则只有在较高温度吸附时才出现CO_2的第二个峰,且第二个峰的峰高在333K与451K间有一个极大值,表明在SmFeO_3上O_2在第二吸附中心的吸附是一个活化吸附过程。

吸附态物种表面迁移对程序升温脱附的影响

利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＭＣ）方法研究了吸附态物种表面迁移对程序升温脱附谱图的影响。在ＭＣ模型中，催化剂表面用一个二维的方格网络表示，网络格点表示吸附活性位。两种不同的活性位完全随机地分布在表面上。模拟结果表明，两种吸附位的脱附活化能相差不太大时，表面迁移会使高温峰和低温峰发生重叠。而当两种脱附活化能相差比较大时，表面迁移会使高温峰提前出现，但峰位置不会发生明显的变化。

锆合金中的氢化物脱附行为研究进展

锆合金因具有强的耐腐蚀能力、低的热中子吸收截面等特点而被广泛应用于核反应堆中。经过六十多年的发展,锆合金已由第一代锆-1合金发展至第二代锆-2、锆-4合金以及第三代的N36、ZIRLO、M05等。氢化物析出是造成核级锆合金力学性能变差的主要原因,氢主要来自于金属锆和水发生的腐蚀反应,它通过扩散运动进入金属基体,并滞留在基体中。锆合金中氢化物的种类及性质一直以来备受研究者们的关注。目前发现的氢化物有四种,但由于ζ-ZrH 0.5(bct)、γ-ZrH(fct)两种氢化物为亚稳态,且ζ相氢化物存在时间极短,现阶段的实验设备或实验方法无法在如此短的时间尺度上对其进行观察,因此大量关于氢化物的研究均集中于δ-ZrH 1.4—1.7(fcc)、ε-ZrH 2(fct)这两种稳定相上。锆合金包壳或结构件的工作环境均为高温,高温下基体中的滞留氢将发生脱附。在停堆及其他条件下吸收的氢超过极限固溶度后将以氢化物的形式析出,造成晶格畸变,而在高温时氢脱附使晶格畸变消失。此循环过程中,材料内部将逐渐累积大量微缺陷,加速材料老化。大量研究者均采用纯ZrH 2粉末样品研究氢的脱附行为,但实际服役的锆合金中还含有大量合金元素,合金元素的存在会影响氢的滞留状态以及脱附行为。因此以纯ZrH 2粉末样品中氢脱附温度的实验数据作为依据来判断锆合金的适用条件并不严谨,需研究不同种类锆合金中不同氢化物的脱附温度。热脱附谱(TDS)技术是研究金属及合金中滞留氢及其同位素的有效方式之一,但采用TDS设备测定锆合金中氢的脱附行为存在一定的局限性。此外,锆合金表面普遍存在一层氧化层,其会影响氢的脱附行为,在脱附过程中当氢扩散至氧化层时,氧化层中的氧将捕获部分氢原子形成氢氧键,使脱附量减少,同时滞后氢的脱附,使脱附温度升高。因此,实验数据上的脱附温度升高并不意味着基体内的氢化物实际脱附温度升高,只是氢向外扩散的过程受到了氧化层的阻挡,使脱附谱向高温方向移动。本文总结了氢化锆脱附行为的研究进展,分别对氢化物的结构、氢的来源、氢滞留量、TDS设备局限性以及氢化物脱附行为进行了介绍,指出了当前研究的不足之处,并展望了未来研究的方向。

化学气相沉积钨中氘热脱附特性的定量分析

利用不同升温速率的热脱附谱法(TDS)研究了化学气相沉积钨(CVD-W)经70 eV/D、1.3×10^25 D/m^2的氘离子辐照后,样品中氘的热脱附特性。结果表明:在该实验条件下,CVD-W中氘滞留总量在10^19 D/m^2量级;氘的脱附温度区间为400~800 K;脱附总量与升温速率呈负相关,且脱附温度区间会随着升温速率提高而向高温区漂移;CVD-W中氘的主要俘获位为位错或晶界,氘的脱附活化能为0.88 eV,缺陷激活能为0.81 eV。