阅读说明：本技术 一种超高真空红外光谱原位分析系统 (Ultrahigh vacuum infrared spectrum in-situ analysis system ) 是由 严洁 刘建 高平 孙晓军 刘维民 于 2018-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超高真空红外光谱原位分析系统,包括红外光谱仪,该系统还包括与超高真空样品室相连的样品控制装置和超高真空获得装置；超高真空样品室两侧设有超高真空KBr红外窗口；超高真空获得装置包括无油机械泵、涡轮分子泵和溅射离子泵；样品控制装置由微分头通过轴、杆控制其下方的样品架,并与超高真空样品室采用金属封接,通过波纹管进行力及运动的传递。本发明实现了模拟空间环境下材料表面的红外光谱原位分析。(The invention discloses an ultra-high vacuum infrared spectrum in-situ analysis system, which comprises an infrared spectrometer, a sample control device and an ultra-high vacuum obtaining device, wherein the sample control device and the ultra-high vacuum obtaining device are connected with an ultra-high vacuum sample chamber; ultrahigh vacuum KBr infrared windows are arranged on two sides of the ultrahigh vacuum sample chamber; the ultrahigh vacuum obtaining device comprises an oil-free mechanical pump, a turbo molecular pump and a sputtering ion pump; the sample control device controls the sample frame below the sample control device through a shaft and a rod by a differential head, and is in metal sealing connection with the ultrahigh vacuum sample chamber, and force and motion are transmitted through a corrugated pipe. The invention realizes the infrared spectrum in-situ analysis of the material surface in the simulated space environment.)

一种超高真空红外光谱原位分析系统

技术领域

本发明涉及一种超高真空红外光谱原位分析系统，应用于模拟空间环境下材料表面微观结构的原位红外光谱分析，属于空间科学与表面分析技术领域。

背景技术

红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子组成和结构分析的有力工具。红外光谱分析技术的优点是灵敏度高、波数准确、重复性好。将红外光谱仪应用到空间科学技术领域，可以将材料在空间环境下物理化学性质的变化与其表面微观结构准确关联，通过优化材料微观结构改善其空间环境适应性。但空气中的水和二氧化碳不仅存在红外吸收，还可能污染材料表面，甚至发生化学反应，影响检测结果的准确性。因此，急需发展空间环境下红外光谱原位分析技术及其装置。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术难以实现模拟空间环境下材料表面的红外光谱原位分析提供了一种超高真空红外光谱原位分析系统。

一种超高真空红外光谱原位分析系统，包括红外光谱仪，其特征在于该系统还包括与超高真空样品室相连的样品控制装置和超高真空获得装置；所述超高真空样品室两侧设有超高真空KBr红外窗口；所述超高真空获得装置包括无油机械泵、涡轮分子泵和溅射离子泵；所述样品控制装置由微分头通过轴、杆控制其下方的样品架，并与超高真空样品室采用金属封接，通过波纹管进行力及运动的传递。

所述超高真空样品室通过其上所设闸板阀与空间摩擦学实验系统连接，优选采用双闸板阀联用实现双向密封，保证可随时与空间摩擦学实验系统联通或者断开，并可独立对材料表面进行快速原位分析。

所述超高真空获得装置的极限真空为10^-8 Pa。

所述红外光谱仪的光路系统采用掠入射的角度为4^o模式进行红外光谱采集。

所述超高真空KBr红外窗口由圆片状的KBr晶体和超高真空密封法兰组成，确保了红外光的透过率以及真空度的获取。

所述样品控制装置控制样品进行四个自由度运动（面内左右运动、轴线旋转、高度方向调节）从而获取测试最佳位置。

本发明的优点如下：

1、本发明实现了模拟空间环境下材料表面的红外光谱原位分析。

2、本发明所述系统与空间摩擦学实验系统通过超高真空闸板阀连接，可以实现空间摩擦学实验样品的原位红外光谱分析，将润滑材料的空间摩擦学行为与其表面及化学状态准确关联，通过控制润滑材料表面和化学结构优化其空间环境适应性，解决了集群结构的匹配和性能兼容问题，避免了大气环境对样品表面的污染，为设计新型空间润滑材料提供可靠的实验依据，对保障月球探测等航天工程的顺利实施意义重大。

3、样品可以进行四个自由度调整，确保光路实现掠入射漫反射模式，可以获得较强的表面反射红外光谱信号。

附图说明

图1为本发明的侧视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明光路系统示意图。

图中：1-超高真空样品室，2-红外光谱仪，3-闸板阀，4-无油机械泵，5-涡轮分子泵，6-样品控制装置，7-超高真空KBr红外窗口。

具体实施方式

如图1、2所示，一种超高真空红外光谱原位分析系统，包括红外光谱仪2，该系统还包括与超高真空样品室1相连的样品控制装置6和超高真空获得装置；超高真空样品室1两侧设有超高真空KBr红外窗口7；超高真空获得装置包括无油机械泵4、涡轮分子泵5和溅射离子泵；样品控制装置6由微分头通过轴、杆控制其下方的摩擦专用样品架，并与超高真空样品室1采用金属封接，通过波纹管进行力及运动的传递。

超高真空样品室1通过其上所设闸板阀3与空间摩擦学实验系统连接。

超高真空获得装置的极限真空为10^-8 Pa。

红外光谱仪2的光路系统采用掠入射的角度为4^o模式进行红外光谱采集。

超高真空样品室1由闸板阀3与空间摩擦学实验系统连接，进行空间摩擦学试验后，打开闸板阀3，样品通过样品控制装置可被传递至红外光谱仪2部分，关闭闸板阀；超高真空样品室1的真空由无油机械泵4与涡轮分子泵5和溅射离子泵获取，极限真空为10^-8Pa；样品可由样品控制装置6进行四个自由度（面内平动、轴线旋转、高度方向调节）操纵来调整位置，确保光路实现低角度掠入射和漫反射，从而获得最强的反射红外光谱信号；超高真空样品室1两侧通过超高真空KBr红外窗口7与红外光谱仪2进行光路连通，光路采用掠入射（角度为4^o）模式进行光谱信息采集。完成测试后，再次打开闸板阀，将样品传递至空间摩擦学实验系统。

本发明所述的超高真空红外光谱原位分析系统可以应用于研究空间环境对材料表面的影响，有效地避免了以往实验中大气环境对材料表面的影响，为空间摩擦学及相关领域的研究提供了一种新颖的技术手段。