一种电制冷型低温显微装置的制作方法

本实用新型涉及低温显微实验技术领域，具体为一种电制冷型低温显微装置。

背景技术：

低温显微装置可利用低温环境对样品进行光电测试，比如研究分子能级、晶格中分子键以及量子点结构等，传统低温显微装置大都需要借助液氮或液氮等制冷剂对待测样品进行降温。

但是，传统的低温显微镜装置的配套系统复杂，若操作不规范可能存在冻伤的危险，尤其是使用液氦制冷的方式，随着液氦价格的飙升，以致于科研投入成本大大增加。

因此，急需一种能够替代制冷剂制冷的低温显微装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电制冷型低温显微装置，以解决传统低温显微装置需要借助液氮或液氮等制冷剂才能对待测样品进行降温的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种电制冷型低温显微装置，包括：制冷组件和显微组件，所述制冷组件包括：电制冷部件和导热带，所述显微组件包括：样品座；

所述电制冷部件与所述样品座通过所述导热带相连。

优选的，所述电制冷部件包括：tec制冷装置；

所述电制冷型低温显微装置还包括：制冷电源；

所述电制冷部件与所述制冷电源由电学引线相连，所述制冷电源为所述电制冷部件提供电能。

优选的，所述制冷组件还包括：散热槽；所述显微组件还包括：真空罩和支架；

所述真空罩顶部设有顶窗；

所述电制冷部件设置于所述真空罩内，所述样品座通过所述支架设置于所述真空罩内；

所述散热槽安装于所述真空罩，所述电制冷部件安装于所述散热槽。

优选的，所述散热槽为密闭式中空结构，内部开设有水路，所述散热槽的第一面开设有进水口和出水口，所述水路一端与所述进水口相连，另一端与所述出水口相连；

所述散热槽的第二面与所述电制冷部件热锚。

优选的，还包括：

安装于所述散热槽与所述真空罩之间的密封圈；

和/或，

设置于所述散热槽与所述真空罩之间的环氧胶。

优选的，所述显微组件还包括：抽真空阀和真空泵；

所述抽真空阀用于所述真空泵与所述真空罩装配。

优选的，还包括：减震器；

所述减震器安装于所述显微组件的真空泵与所述显微组件的所述抽真空阀之间。

优选的，还包括：制热组件；

所述制热组件安装于所述样品座，用于对所述样品座加热。

优选的，所述制热组件包括：加热器和温度计。

优选的，还包括：控温仪；

所述控温仪通过电学引线分别与所述电制冷部件、所述温度计和所述加热器相连。

基于上述本实用新型实施例提供的一种电制冷型低温显微装置，该电制冷型低温显微装置由制冷组件和显微组件构成，制冷组件由电制冷部件和导热带构成，电制冷部件与显微组件的样品座通过导热带相连，通过上述公开的电制冷型低温显微装置，在电制冷型低温显微装置中，通过电制冷部件作为冷源制造冷量，电制冷部件通过设置在与样品座之间的导热带将冷量传递给样品座，从而使样品座处于低温环境，且不需要借助制冷剂来制造冷量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电制冷型低温显微装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电制冷型低温显微装置的剖视图。

其中，电制冷部件1，进水口2，散热槽3，出水口4，导热带5，顶窗6，样品座7，抽真空阀8，真空泵9，真空罩10，温度计11，加热器12，制冷电源13，控温仪14，电学接头15和支架16。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种电制冷型低温显微装置，参见图1，为本实用新型电制冷型低温显微装置的结构示意图，所述电制冷型低温显微装置包括：制冷组件和显微组件。

所述制冷组件包括：电制冷部件1和导热带5，所述显微组件包括：样品座7；

所述电制冷部件1与所述样品座7通过所述导热带5相连。

需要说明的是，所述电制冷部件1能够制冷，所述导热带5能够将电制冷部件1所产生的冷量快速无损耗的传递到样品座7上。

还需要说明的是，所述导热带5用于连接电制冷部件1和样品座7，导热带5中间部分处于悬空，可将所述电制冷部件产生的冷量快速无损耗地传递到样品座，给待测样品降温，同时也可将所述散热槽内部水流产生的振动消除，避免对待测样品测试产生干扰。

所述导热带5具有轻质超柔高导热的特点，具体可以为无氧铜导热带，也可以为石墨纤维导热带，在本实用新型中，所述导热带5并不仅限于无氧铜导热带或石墨纤维导热带，还可以为其他具有轻质超柔高导热的特点的导热带。

从上述方案可以看出，本实用新型提供的电制冷型低温显微装置中，通过上述公开的电制冷型低温显微装置，在电制冷型低温显微装置中，通过电制冷部件作为冷源制造冷量，电制冷部件通过设置在与样品座之间的导热带将冷量传递给样品座，从而使样品座处于低温环境，且不需要借助制冷剂来制造冷量。

进一步，所述电制冷部件1包括：tec(thermoelectriccooler,半导体制冷器)制冷装置；

所述电制冷型低温显微装置还包括：制冷电源；

所述电制冷部件1与所述制冷电源由电学引线相连，所述制冷电源13为所述电制冷部件1提供电能。

需要说明的是，所述tec制冷装置是利用半导体材料的珀尔帖效应制成，所述珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。重掺杂的n型和p型的碲化铋主要用作tec的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。tec包括一些p型和n型对组，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从tec流过时，电流产生的热量会从tec的一侧传到另一侧，在tec上产生″热″侧和″冷″侧。

还需要说明的是，制冷电源13设置在真空罩外，通过电学引线与真空罩10内的电制冷部件1相连，为电制冷部件1提供制冷时所需电能。

进一步，所述制冷组件还包括：散热槽3；

所述显微组件还包括：真空罩10和支架16；

所述真空罩10顶部设有顶窗6；

所述电制冷部件1设置于所述真空罩10内，所述样品座7通过所述支架16设置于所述真空罩10内；

所述散热槽3安装于所述真空罩10，所述电制冷部件1安装于所述散热槽3。

需要说明的是，所述电制冷部件1主要是由tec制冷装置组成，而tec制冷装置在工作时，即有电流从tec流过时，电流产生的热量会从tec的一侧传到另一侧，也就是说，在电制冷部件1中，会有一端产生热量，而本实用新型需要为样品座提供低温环境，因此，需要设置一个散热槽3，将电制冷部件1所产生的热量传递至真空罩外，使真空罩内的样品座处于一个低温环境。

进一步，所述散热槽3为密闭式中空结构，内部开设有水路，所述散热槽3的第一面开设有进水口2和出水口4，所述水路一端与所述进水口2相连，另一端与所述出水口4相连；

所述散热槽3的第二面与所述电制冷部件1热锚。

需要说明的是，由于散热槽3需要将电制冷部件1所产生的热量传递至真空罩10外部，通过将散热槽3设置成中空结构，并在内部开设水路，通过开设水路的进水口2和出水口4，将冷却液从进水口2输入，流经内部水路，从出水口4排出，从而实现水循环，并通过水循环将散热槽3的热量带走，最终将电制冷部件1因制冷而产生的热量带走。

进一步，所述电制冷型低温显微装置，还包括：

安装于所述散热槽3与所述真空罩10之间的密封圈；

和/或，

设置于所述散热槽3与所述真空罩10之间的环氧胶。

需要说明的是，通过安装于散热槽3与所述真空罩10之间的密封圈，或者，通过设置于所述散热槽3与所述真空罩10之间的环氧胶，提高了真空罩10的密封性能，为真空罩提供良好的真空环境，以及低温环境。

还需要说明的是，真空罩10的顶窗窗片可通过低温胶或者密封圈进行密封，为真空罩提供良好的真空环境，以及低温环境。

进一步，所述显微组件还包括：抽真空阀8和真空泵9；

所述抽真空阀8用于所述真空泵9与所述真空罩10装配。

需要说明的是，通过在真空罩10设置的抽真空阀8和与真空阀相连的真空泵9，能够对真空罩10进行抽真空，可以使真空罩10内一直处于真空状态，并且有助于使样品座内的样品温度降到更低。

还需要说明的是，如果不对真空罩内抽真空，低温下的真空罩10内部的水蒸气将会凝结在显微组件的窗片上，该窗片为电制冷型低温显微装置的观察窗口，因此会对实验产生影响。

进一步，所述电制冷型低温显微装置，还包括：减震器；

所述减震器安装于所述显微组件的真空泵9与所述显微组件的所述抽真空阀8之间。

需要说明的是，由于真空泵9对真空罩10抽真空时，可能会产生振动，该振动可能会影响实验设备的准确性，因此，需要在真空泵9与真空阀8之间设置减震器，通过该减震器，能够有效隔绝真空泵9所产生的振动。

进一步，所述电制冷型低温显微装置，还包括：制热组件；

所述制热组件安装于所述样品座7，用于对所述样品座7加热。

需要说明的是，所述制热组件相对于制冷组件独立设置在样品座7上，能够对样品座7进行加热，从而控制样品温度变化。在本实用新型中由于制冷制热相互独立，因此，样品座7内的样品需要低温或变温时，可通过控制制热组件制热功率来调节样品座内的样品温度。

还需要说明的是，在本实用新型中，将制冷组件和制热组件部分相互独立设置，能够增大待测样品安装空间及变温范围。

具体的，所述制热组件包括：加热器12和温度计11。

需要说明的是，所述加热器12用于对样品座7进行加热，所述温度计11能够准确的反应样品座7的温度，实验人员可根据样品座7的温度控制加热器12开启或关闭，进一步的，在本实用新型中，还可以通过控制加热器12的加热功率来控制加热器所产出热量，从而达到对样品座7内样品温度微小调节。

进一步，所述电制冷型低温显微装置，还包括：控温仪14；

所述控温仪14通过电学引线分别与所述电制冷部件1、所述温度计11和所述加热器12相连。

需要说明的是，所述控温仪14能够根据温度计11的信号反馈及自身pid温度控制程序对待测样品进行温度调控，当样品座7需要在最低温度进行恒温测试时，加热器12此时处于关闭，温度计11测量样品座7内的样品温度，当样品温度高于最低温进行恒温测试时，启动加热器，并控制加热器采用合适的加热功率对样品升温，当样品温度达到恒温测试所需温度时，控温仪14利用pid控制程序进行控温；当样品座7内样品需要进行变温测试时，控温仪14利用pid控制程序选择合适的加热功率对样品进行连续变温。

值得注意的是，在低温实验过程中，制冷部件可以始终处于制冷量最大的工作状态，主要目的是为了防止样品座7内样品温度过高，导致制冷部件损坏。

为了便于理解上述方案。结合图1和图2，下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

一种电制冷型低温显微装置，包括：电制冷部件1，散热槽3，导热带5，样品座7，支架16，加热器12，温度计11，真空罩10，真空泵9，控温仪14和制冷电源13。

所述电制冷部件1设置在真空罩10内部，并固定在所述散热槽3正面；所述散热槽3固定于所述真空罩10上；所述导热带5固定于所述电制冷部件1和所述样品座7之间，中间部分悬空；所述温度计11和加热器12置于所述样品座7上，所述样品座7通过所述支架16固定在所述真空罩10底面；所述真空罩10留有顶窗6、真空电学接头15及抽真空阀8；所述温度计11和加热器12通过电学接头15及引线与控温仪14相连，所述电制冷部件1通过电学接头15及引线与制冷电源13相连，所述真空泵9与抽真空阀8相连，并可对所述真空罩10内部抽真空。

进一步，所述电制冷部件1为多级帕尔贴芯片构成的tec制冷部件，通过调节流经其内部电流的大小可调控其制冷量，该部件置于所述散热槽3正面，与所述制冷电源13通过真空电学接头15及引线相连。所述电制冷部件1始终工作在制冷量最大状态。

进一步，所述散热槽3为密闭式中空结构，背面带有两个独立的管口，分别为进水口2和出水口4，利用循环水源将电制冷部件1因制冷而产生的热量带走，所述散热槽3的材质为铝合金。

进一步，所述导热带5固定在所述电制冷部件1和所述样品座7之间，中间部分悬空。导热带5具体为无氧铜导热带5或石墨纤维导热带5，具有轻质超柔高导热的特点，可将所述电制冷部件1产生的冷量快速无损耗地传递到样品座7，给待测样品降温，同时也可将所述散热槽3内部水流产生的振动消除，避免对待测样品测试产生干扰。

进一步，所述样品座7置于所述真空罩10顶窗6的正下方，通过所述支架16固定在真空罩10底面，其结构为圆柱形镀金铜，具有轻质，热传导性好的特点。

进一步，所述支架16固定于所述真空罩10底面，用于支撑所述样品座7，可选玻璃纤维柱或者薄壁不锈钢柱，具体选择根据样品达到的最高温度而定。

进一步，所述加热器12、温度计11安装于所述样品座7上，用于监测和加热样品座7，结合所述控温仪14来及时快速地改变待测样品温度。

进一步，所述真空罩10四周装有所述散热槽3、抽真空阀8以及与所述制冷电源13和控温仪14相连的真空电学接头15，其顶部开有顶窗6并装有窗片，窗口大小与显微镜匹配，窗片材质可为石英、金刚石等，根据具体实验选配。上述部件与真空罩10的连接均采用环氧胶或o圈密封，以确保整个低温装置密封性能良好。还可以在所述真空罩10的上下两面均开窗口，相应的需要更换合适的样品座7。所述真空罩10材质一般为铝合金，若升级到高温版可用不锈钢材质替代，具体材质根据需要达到的温度而定。

进一步，所述真空泵9用于对所述真空罩10的内部抽真空，一方面有助于使样品温度降到更低；另一方面防止窗片结霜，若不抽真空，低温下真空罩10内部的水蒸汽将凝结在窗片，对实验产生影响。此外，考虑到真空泵9工作时产生的振动，可在真空泵9和抽真空阀8之间安装减震器，以隔绝振动。

进一步，所述控温仪14与所述温度计11、加热器12相连，通过温度计11的反馈信号及自身温度调控程序控制加热器12加热能力。

优选地，所述制冷电源13使所述电制冷部件1始终工作在最大制冷量状态，所述制冷电源13输出功率保持最大。

进一步，所述散热槽3为中空密闭式铝合金结构，背部带有进水口2和出水口4，循环水源流经散热槽3内部，将所述电制冷部件1因制冷而产生的热量带走。所述电制冷部件1热锚在所述散热槽3正面，所述电制冷部件1为多级帕尔贴芯片构成的tec制冷部件，该电制冷部件1作为整个系统的冷源。所述导热带5固定在所述电制冷部件1和所述样品座7之间，能够将所述电制冷部件1产生的冷量快速无损耗的传递到所述样品座7上。所述温度计11和加热器12安装于所述样品座7上，并与所述控温仪14由真空电学接头15及引线相连。所述样品座7置于所述支架16上，固定于所述真空罩10底面。所述真空罩10顶部开有顶窗6，与显微镜头匹配，四周装有散热槽3、真空电学接头15以及抽真空阀8。所述真空泵9与抽真空阀8相连，所述控温仪14与所述温度计11、加热器12相连，所述制冷电源13与所述制冷部件1相连。

工作时，打开抽真空阀8，利用真空泵9使真空罩10内部始终保持真空环境。开启电制冷部件1的电源，使其输出功率最大，tec部件开始制冷且制冷量保持最大；打开循环水源，散热槽持续不断为tec部件降温。tec部件制冷和散热槽3降温贯穿整个实验过程。根据温度计型号选择控温仪13内部温度计11曲线类型，根据待测样品需达到的温度选择控温仪13功率输出档位，开启控温仪13后，将结合温度计11的信号反馈及自身pid温度控制程序对待测样品进行温度调控。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型采用电制冷型tec部件作为冷源，独立于样品座7之外；导热带5置于tec部件和样品座7之间，将冷量快速无损耗的传递到样品座7对待测样品进行降温，此外，导热带5具有轻质超柔的特性，能够隔绝散热槽3的内部水流动时产生的向样品座7传递的振动；加热器12、温度计11安装于样品座7上，结合控温仪14调控待测样品温度。制冷和制热部分相互独立，增大待测样品安装空间及变温范围。采用的电制冷型tec部件无需消耗制冷剂即可达到-50℃，与传统制冷剂型低温装置相比降低了成本，且系统组成简洁，易操作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。