[发明专利]一种用于原位合成和实时表征的高通量组合材料实验设备及相关方法

说明书

一种用于原位合成和实时表征的高通量组合材料实验设备包括成分散布装置，用于制备作为高通量实验样品库的前驱体的连续或分立的成分分布；低温扩散混合装置，用于在相对低的温度下在厚度方向上通过扩散充分混合所述成分散布体以形成非晶前驱体；和集成的合成‑表征单元，用于在不同的热力学条件下以并行式或逐点扫描式热处理所述材料库前驱体用于成相和以原位和实时的方式表征感兴趣的材料的特征和性能。所述集成的合成‑表征单元包括维持在所需真空度和气氛的腔体、微区加热源、激励源、信号采集器和样品台。

技术领域

本发明涉及科学仪器与设备领域中一种高通量组合材料实验设备，特别涉及一种集成连续原位材料合成和实时表征的高通量组合材料实验设备及相关方法。

背景技术

构建材料成分-结构-合成参数-性能之间的系统关系(一般表现为“相图”)是材料科学与工程的核心任务之一，并且仍然是一个很大的挑战。常规的材料研究方法，其特征在于一次合成和表征一个样品，是昂贵的、耗时的、无系统性的，并且鉴于这些缺点，不足以用于当前加速技术时代。同时，具有高通量合成并在短时间内在一个小基底上对含10²-10⁴个样品的材料库进行表征的特点的组合材料芯片技术(例如参见X.D.Xiang等人,Science,1995,268(5218):1738–1740)已经显示了突破现有瓶颈的巨大潜力。在过去二十年中，高通量实验技术发展迅速(例如参见M.L.Green,I.Takeuchi,J.R.Hattrick-Simpers.J.Appl.Phys.,2013,113(23):231101；R.A.Potyrailo,V.M.Mirsky,Chem.Rev.,2008,108(2):770–813)。已研发大量的技术和相关仪器，用于合成各种形式(薄膜、粉体、块材、液体等)的材料库，并且表征成分、结构和电化学、催化、电磁、磁、光学、热和机械性能。一般地，参见S.S.Mao.J.Cryst.Growth,2013,379:123–130；L.Chen,J.Bao,C.Gao,S.Huang,C.Liu,W.Liu.,J.Comb.Chem.,2004,6(5):699–702；J.C.Zhao,M.R.Jackson,L.A.Peluso,MRS Bull.,2002,27(04):324–329；J.Montgomery.Chemistry.,Science,2011,333(6048):1387–1388；J.M.Gregoire,D.Dale,A.Kazimirov,F.J.DiSalvo,R.B.vanDover.,J.Vac.Sci.Technol.A,2010,28(5):1279–1280；J.M.Gregoire等,Rev.Sci.Instrum.,2009,80(12):123905；E.Reddington等人,Science,1998,280(5370):1735–1737；X.Liu等人，Nano Lett.,2012,12(11):5733–5739；T.Wei等人,Appl.Phys.Lett.,1996,68(24):3506–3508；A.Oral等人,J.Vac.Sci.Technol.B,1996,14(2):1202–1205；I.Takeuchi等人,J.Appl.Phys.,2003,94(11):7336–7340；S.Huxtable等人,Nat.Mater.,2004,3(5):298–301；H.J.Kim等人,Rev.Sci.Instrum.,2008,79(4):045112。