[发明专利]金刚石对顶砧压机微量气体液化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体液化装置的技术领域，特别适用于在金刚石对顶砧压机中对微量气体样品进行液化的装置。

背景技术

早在1784年，英国化学家拉瓦锡曾预言：假设地球突然进入寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体形式存在，它将回到液态。从那时候起，拉瓦锡的预言就一直激励人们去实现气体的液化并由此得到极低的温度，使气体变成液体。这听起来如同神话一般，但是科学家不仅相信了这个神话，而且使它成为了现实。

要使气体液化就需要有足够低的低温热源。首先是用低温热源把气体的显热吸收掉，把气体冷却到它的冷凝温度，这时气体就变为饱和蒸气。接着再在该冷凝温度下吸收它的冷凝潜热，气体就从饱和蒸气变为液体。这就是气体的液化过程。很显然，具有足够低的低温热源是使气体液化的重要条件。但是有很多气体的液化温度要低于或远远低于地球上自然环境所能达到的最低温度，所以这些气体的液化必须依靠人工制冷。

物质由气态变为液态的过程叫液化，临界温度是气体能液化的最高温度。使气体液化有两种方式：降低温度(任何气体在降到足够低的情况下都可以使气体液化)、压缩体积(压缩体积不能使所有的气体都液化)。

降低温度是气体液化比较常用的方法，其特点是装置比较简单。图1所示就是一种比较简单的气体液化装置，图1中，9是液氮桶，17是液氮，18是液化气管。其原理是把液化气管浸泡在液氮中，在液化气管中通入要液化的气体，由于液化气管始终处于液氮的低温环境中，那么就会从液化气管的下端有被液化气体的液体流出，达到气体液化的目的。但是，这种气体液化装置的缺点是:因为液化气管要始终要浸泡在液氮中，而且要液化的气体要不断地在液化气管流动才能有液体流出，所以要浪费大量的液氮和要液化的气体。因此不适合于易燃易爆气体和价格比较昂贵的气体的液化。

以气体液化后的液态气体作为样品，利用金刚石对顶砧(DAC)压机对样品营造超高压环境，探索在超高压的极端条件下的物质性质和可能产生的新物质，是一个新的研究方向。一般情况下是先将气体经原理如图1所示的装置在液氮环境中液化成液态气体，再将组装好的DAC压机整体置于液态气体中，在显微镜观察下，液态气体通过压机上开有的通往样品室的孔道进入DAC压机砧面中间的样品腔后，密封DAC压机再对样品腔内的液态气体加压。这样就需要对大量的气体进行液化，以便得到足够的液态气体以浸没DAC压机，这不仅造成液化的气体，特别是贵重的气体的浪费，而且对特殊的气体进行液化，比如对硅烷或乙硅烷，还存在易燃易爆的不安全因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是克服现有技术消耗大量气体和不安全的缺欠，在金刚石对顶砧(DAC)压机中，采用微量气体液化的技术，设计出金刚石对顶砧压机微量气体液化装置，实现针对易燃易爆和价格比较昂贵的气体样品在DAC压机内的封装。

本发明的具体技术方案如下。

一种金刚石对顶砧压机微量气体液化装置，由腔体外套1、上盖2和低温室4三个部件构成；外套1为上面开口的盒体，上盖2扣在外套1上端并用紧固螺栓与外套1连接成一体；上盖2中间开口，低温室4装在上盖2的开口中并与上盖2紧密配合，低温室4下半部分在位置上低于上盖2的下底面；上盖2开有液氮入口3和液氮出口6；外套1内侧、上盖2下底面与低温室4外侧面和下底面围成的空间为液氮室8；低温室4的大小能容下金刚石对顶砧压机，低温室4侧面开有气体入口5，气体入口5能与压机上开有的通往样品室的孔道(可以是压机侧面的观察孔)对接。

为了减少液氮的外泄，最好在腔体外套1和上盖2相接触的部位装上低温密封圈7。

所述的低温室4，采用无氧铜材料，使其有很好的导热性，能使低温室内的DAC压机快速降低到气体的液化温度；上盖2采用不锈钢材料，使其能够与同样材质的不锈钢卡套接头焊接，保证液氮循环系统的密闭性。

所述的液氮入口3和液氮出口6采用不锈钢卡套接头与上盖2焊接成一体。