[发明专利]一种粒子成像方法

摘要

本发明涉及粒子成像领域，一种粒子成像方法，粒子成像装置主要包括团簇源、真空腔、分流器、离子透镜I、门阀I、离子透镜II、门阀II、质量过滤器、微通道盘I、屏蔽罩、基准电压管、速度成像电极组、微通道盘II、探测器、激光器I和真空泵组，团簇源包括储液池、流量控制器、进样管、气管、储气罐、保护腔、冷凝腔、加热器、样品腔、喷口和激光器II，采用气体聚集和激光蒸发结合的方法来生成掺杂的大分子团簇，团簇的尺寸较为均匀，且团簇中掺杂的计量精确可控，并能够对生成的团簇进行快速冷却，通过采用切换电极上电压的方法对团簇进行有效聚集，增加光反应强度，提高光反应效率。

主权项

1.一种粒子成像方法，粒子成像装置主要包括团簇源(1)、真空腔(2)、分流器(3)、离子透镜I(4)、门阀I(5)、离子透镜II(6)、门阀II(7)、质量过滤器(8)、微通道盘I(9)、屏蔽罩(10)、基准电压管(11)、速度成像电极组(12)、微通道盘II(13)、探测器(14)、激光器I(15)和真空泵组，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔(2)具有起始端和末端，真空腔(2)起始端外侧连接团簇源(1)，探测器(14)位于真空腔(2)末端外侧，能够探测微通道盘I(9)和微通道盘II(13)上产生的光信号，从真空腔(2)起始端到末端依次分为真空段I(2‑1)、真空段II(2‑2)、真空段III(2‑3)和真空段IV(2‑4)，真空段I(2‑1)和真空段II(2‑2)通过分流器(3)连接，真空段II(2‑2)和真空段III(2‑3)通过门阀I(5)连接，真空段III(2‑3)和真空段IV(2‑4)通过门阀II(7)连接，所述真空段I(2‑1)、真空段II(2‑2)、真空段III(2‑3)和真空段IV(2‑4)均连接有真空泵组，离子透镜I(4)位于真空段II(2‑2)内，离子透镜II(6)位于真空段III(2‑3)内，质量过滤器(8)、微通道盘I(9)和屏蔽罩(10)依次位于真空段IV(2‑4)内，基准电压管(11)、速度成像电极组(12)和微通道盘II(13)依次位于屏蔽罩(10)内，所述分流器(3)、离子透镜I(4)、门阀I(5)、离子透镜II(6)、门阀II(7)、质量过滤器(8)、微通道盘I(9)、基准电压管(11)、速度成像电极组(12)和微通道盘II(13)组成了离子束流路径，微通道盘I(9)和微通道盘II(13)均能够移出或移入所述离子束流路径，激光器I(15)位于速度成像电极组(12)所在位置的真空腔(2)的外侧，真空腔(2)和屏蔽罩(10)均具有透光窗口，激光器I(15)发射的激光能够通过所述透光窗口进入速度成像电极组(12)；团簇源(1)主要包括储液池(1‑1)、流量控制器(1‑2)、进样管(1‑3)、气管(1‑4)、储气罐(1‑5)、保护腔(1‑6)、冷凝腔(1‑7)、加热器(1‑8)、样品腔(1‑9)、喷口(1‑10)和激光器II(1‑11)，所述保护腔(1‑6)连接于真空腔(2)起始端的真空段I(2‑1)，所述冷凝腔(1‑7)位于保护腔(1‑6)内部，冷凝腔是长度为20厘米、内径为12厘米的圆筒形，所述冷凝腔(1‑7)具有双层腔壁，双层腔壁之间的空间能够通入液氮用于降温，冷凝腔(1‑7)连接有喷口(1‑10)，所述样品腔(1‑9)位于冷凝腔(1‑7)内部，样品腔(1‑9)是长度为6厘米、内径为3.5厘米的圆筒形，样品腔(1‑9)具有外腔壁和内腔壁，所述内腔壁具有若干网孔，所述网孔直径为50微米，相邻网孔之间间隔为150微米，能够使得载气流更均匀地进入样品腔(1‑9)，样品腔(1‑9)内放置有掺杂样品，样品腔(1‑9)具有出口，所述进样管(1‑3)一端通过流量控制器(1‑2)连接储液池(1‑1)、另一端依次穿过保护腔(1‑6)腔壁、冷凝腔(1‑7)腔壁和样品腔(1‑9)的外腔壁并连通于样品腔(1‑9)的外腔壁和内腔壁之间，储气罐(1‑5)通过气管(1‑4)连接于流量控制器(1‑2)和保护腔(1‑6)之间的进样管(1‑3)上，进样管(1‑3)与保护腔(1‑6)腔壁、冷凝腔(1‑7)腔壁和样品腔(1‑9)外腔壁的各连接处均具有气密性，位于冷凝腔(1‑7)中的部分进样管(1‑3)的外周具有加热器(1‑8)；所述储液池(1‑1)中储存有待成簇样品，储液池(1‑1)温度能够在‑50至250摄氏度范围调节，所述储气罐(1‑5)中储存有载气，载气为氩气和氦气的混合气体，氩气和氦气的质量比为8∶92，使得能够在团簇形成的反应中具有较好的冷却效果，储气罐(1‑5)能够控制载气的流速，所述载气与进样管(1‑3)中的待成簇样品的蒸汽混合后，一并进入样品腔(1‑9)的外腔壁和内腔壁之间，能够通过样品腔(1‑9)内腔壁上的网孔进入样品腔(1‑9)；所述保护腔(1‑6)、冷凝腔(1‑7)和样品腔(1‑9)均具有真空窗口，激光器II(1‑11)发射的激光能够通过各所述真空窗口进入样品腔(1‑9)以对掺杂样品进行融蒸，掺杂样品的蒸汽与待成簇样品的蒸汽在样品腔(1‑9)内充分混合后，在载气的作用下依次通过样品腔(1‑9)出口和喷口(1‑10)进入真空腔(2)的真空段I(2‑1)；基准电压管(11)是长度为20毫米、内径为12毫米的圆筒形，由铜制成，基准电压管(11)具有入口和出口，基准电压管(11)的入口直径为1.5毫米、出口直径为1.0毫米，基准电压管(11)上的电势能够根据离子相对于基准电压管(11)的位置而切换，其特征是：所述一种粒子成像方法的步骤为：一.在冷凝腔(1‑7)的双层腔壁之间通入液氮降温；二.调节加热器(1‑8)，使得样品腔(1‑9)温度保持在‑20到20摄氏度之间；三.调节储液池(1‑1)温度，使得储液池(1‑1)中的待成簇样品溶液产生蒸汽，调节流量控制器(1‑2)，使得所述待成簇样品的蒸汽进入进样管(1‑3)，流速典型值为50SCCM，开启储气罐(1‑5)，使得载气通过气管(1‑4)进入进样管(1‑3)，流速典型值为300SCCM；四.所述载气与进样管(1‑3)中的所述待成簇样品蒸汽混合后进入样品腔(1‑9)的外腔壁和内腔壁之间，并通过样品腔(1‑9)内腔壁上的网孔进入样品腔(1‑9)，样品腔(1‑9)内气压典型值为100Pa；五.激光器II(1‑11)发射脉冲激光对样品腔(1‑9)中的掺杂样品进行融蒸，脉冲激光的功率典型值为2到10mJ；六.待成簇样品的蒸汽和掺杂样品的蒸汽发生成核反应，生成掺杂的大分子团簇，所述掺杂的大分子团簇在载气流的作用下，依次通过样品腔(1‑9)出口和喷口(1‑10)进入真空腔(2)的真空段I(2‑1)；七.掺杂的大分子团簇在真空泵组的作用下，依次通过分流器(3)、离子透镜I(4)、门阀I(5)、离子透镜II(6)和门阀II(7)，到达质量过滤器(8)，并在质量过滤器(8)中进行荷质比选择，以使得所要研究的掺杂的大分子团簇通过质量过滤器(8)；八.将微通道盘I(9)移入离子束流路径，将微通道盘II(13)移出离子束流路径，经过荷质比选择的掺杂的大分子团簇入射到微通道盘I(9)，并在微通道盘I(9)的不同位置产生相应的光信号，微通道盘I(9)上产生的光信号能够通过基准电压管(11)和速度成像电极组(12)并进入探测器(14)，从而得到光反应前掺杂的大分子团簇的相关特性的信息；九.将微通道盘I(9)移出离子束流路径，将微通道盘II(13)移入离子束流路径，当掺杂的大分子团簇进入基准电压管(11)的时刻，基准电压管(11)的电势为零，当掺杂的大分子团簇全部位于基准电压管(11)内时，基准电压管(11)的电势切换为与速度成像电极组(12)的反射电极的电势一致；十.掺杂的大分子团簇离开基准电压管(11)后，进入速度成像电极组(12)，并被激光器I(15)发射的激光照射，从而发生光反应；十一.光反应产生的产物到达微通道盘II(13)，并在微通道盘II(13)的不同位置产生相应的光信号；十二.探测器(14)收集微通道盘II(13)产生的光信号，从而得到光反应产物的相关特性的信息。