CN114002289B - 瞬态光电压测试样品组件、瞬态光电压测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种瞬态光电压测试样品组件、瞬态光电压测量装置及方法，包括：卡座，具有第一安装腔；底电极模块，具有底电极；样品电极模块，具有样品电极，所述样品电极上适于设置待测样品；所述底电极模块、所述样品电极模块安装在在所述卡座的所述第一安装腔内，且所述底电极与所述样品电极之间形成狭缝，所述底电极与所述样品电极分别通过外接导线引出，用于测量电极间的压差。
Description
技术领域
本申请涉及一种光电压测量系统领域，尤其涉及一种瞬态光电压测试样品组件、瞬态光电压测量装置及方法。
背景技术
目前随着能源危机和环境污染的日益加重，在材料应用领域，尤其是半导体材料、光电材料在解决能源和环境问题方面有着极其重要的应用前景，因此加强材料的基础研究意义十分重大。在对材料的研究中，材料电子属性的测量是必不可少的。电子属性包括各种光电材料和其它半导体器件中的载流子动力学，载流子密度，传输/复合寿命，扩散长度，迁移率和复合速率等。
而目前对材料电子属性的测量技术有瞬态光电压、光电流及其衍生出的累积电荷量等技术。但是光电流技术主要表征光电材料在模拟太阳光下的氧化还原反应底物的能力。累积电荷量技术主要表征不同电位下光生电荷在光电材料与电解液固液界面累积的技术。上述两项技术还不足以研究载流子复合，光生，电荷传输机制和收集等的载流子动力学的基本物理研究。而瞬态光电压技术可以表征光生电荷在半导体内产生、分离、传输和复合的过程。
但是，现有的瞬态光电压技术无论是在工作原理上、还是时间尺度上，都不能测量原位反应过程中的电荷传输变化。也就是说，现有的瞬态光电压技术只能通过外加偏置电压调制或者对材料/物质光源扰动调制的方式，研究材料本身中的电荷的变化，是材料本身的电子属性的测量。而不能研究不同材料/物质之间的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合的过程，尤其是不能研究不同材料/物质的原位反应过程界面的电荷传输动力学。而且，现有的光电压测量系统，样品电极与底电极不方便替换，如果要替换的话需要替换整套系统，成本高，代价大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本申请实施例提供一种瞬态光电压测试样品组件、瞬态光电压测量装置及方法，可以反映不同材料之间动态的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合过程界面的电荷传输动力学。
本发明实施例提供了一种瞬态光电压测试样品组件，包括：
卡座，具有第一安装腔；
底电极模块，卡接安装在所述第一安装腔内，所述底电极模块具有第二安装腔以及设置在所述第二安装腔的底面上的底电极；
样品电极模块，具有样品电极，所述样品电极上适于设置待测样品，所述样品电极模块卡接安装在所述第二安装腔内，且所述底电极与所述样品电极之间形成狭缝，所述底电极与所述样品电极分别通过外接导线引出，用于测量电极间的压差；
其中，所述底电极和所述样品电极之间的二面角夹角在0度到180度范围内。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述卡座通过底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成所述第一安装腔，所述底电极模块卡合在所述第一安装腔内。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述卡座的两侧侧壁内表面设置有第一凹槽和/或第一凸起，所述底电极模块的两侧侧壁的外表面相应的设置有第一凸起和/或第一凹槽，所述底电极模块和所述卡座通过第一凹槽与第一凸起的配合卡合在一起；
所述底电极模块通过底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成所述第二安装腔，所述底电极设置在所述底电极模块的底面上，所述样品电极模块卡合在所述第二安装腔内；
所述底电极模块的两侧侧壁内表面设置有第二凹槽和/或第二凸起，所述样品电极模块的两侧侧壁的外表面相应的设置有第二凸起和/或第二凹槽，所述样品电极模块和所述底电极模块通过第二凹槽与第二凸起的配合卡合在一起。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述底电极模块的底面设置有凸台，所述凸台从所述底电极模块的所述后壁延伸至前方开口处；所述凸台上设置有所述底电极，且所述底电极模块的后侧壁上设置有导线通孔，所述外接导线通过所述导线通孔与所述底电极相连接。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述样品电极模块包括上板、下板以及样品电极，所述样品电极夹设在所述上板和所述下板之间；其中，所述上板和所述下板均设置有向内凹陷的开口并形成相同的凹形形状，所述样品电极的一端夹设在所述上板和所述下板之间，所述样品电极的另一端处于向内凹陷的开口中，位于向内凹陷的所述开口中的样品电极暴露出来构成原位反应的场所，且所述样品电极模块安装在所述底电极模块上时，所述凸台嵌入向内凹陷的所述开口中；位于所述凸台上的所述底电极和所述样品电极之间形成狭缝并构成电容模型；且所述样品电极模块与外界导线电性连接。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述卡座和 /或所述底电极模块上设有电磁屏蔽层。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述底电极和所述样品电极之间的二面角夹角为90度。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述瞬态光电压测试样品组件还包括高精度位移装置，所述卡座安装在所述高精度位移装置上，所述高精度位移装置用于调节所述卡座在水平、垂直方向上的位移。
本发明实施例还提供一种瞬态光电压测量装置，包括：
屏蔽箱，用于屏蔽外界的电磁干扰；
如上所述的瞬态光电压测试样品组件，其设置在所述屏蔽箱内；
光源模块，用于发射激光，对瞬态光电压测试样品组件上的测试样品进行光激励；
光源控制模块，与所述光源模块连接，所述光源控制模块控制所述光源模块在间隔时间内发射激光；
信号变换模块，所述信号变换模块与所述瞬态光电压测试样品组件相连接，所述信号变换模块对接受的信号进行变换和去除噪音处理；
信号放大模块，所述信号放大模块与所述信号变换模块连接；
计算模块，所述计算模块与所述信号放大模块相连接。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测量装置，所述光源模块横跨所述屏蔽箱设置，所述光源模块的激光出射端设置在所述屏蔽箱内。
本发明实施例还提供一种瞬态光电压测量方法，包括：
在样品电极上制作样品A的膜层，并将所述样品电极夹设在样品电极模块的上板和下板之间；
使用喷雾系统在所述样品电极上再喷出样品B的液滴，形成液膜；
将形成所述液膜的所述样品电极模块卡接在底电极模块上构成电容模型，再将电容模型卡接安装在卡座上，形成瞬态光电压测试样品组件；将所述瞬态光电压测试样品组件放入屏蔽箱并关闭所述屏蔽箱，打开光源模块，照射到所述样品电极上，进行瞬态光电压的测量。
根据本发明实施例所提供的瞬态光电压测量方法，所述样品A为固态颗粒，所述样品B为液态或气体。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供了一种瞬态光电压测试样品组件、瞬态光电压测量装置及方法，通过卡座和底电极模块均设置成半包围形式，将样品电极模块卡合在底电极模块的半包围的凹槽中，底电极模块卡合在卡座的半包围的凹槽中。因而，该半包围的凹槽将所述样品电极模块上的样品电极暴露出来，从而保证了有一个原位反应的环境，该原位反应直接发生在电极之间。在利用光进行激励原位反应的发生，通过研究光激励状态下电极模块之间的瞬态光电压差，便于研究不同材料/物质之间动态的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合的过程。而且，为了满足不同的测量需求，所述底电极模块可以倾斜设置来满足不同条件下的瞬态光电压测试，以及将样品电极和底电极之间的角度可以设置成 0度到180度范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件的结构示意图。
图2为本实施例所提供的卡座的结构示意图。
图3为本实施例所提供的底电极模块的结构示意图。
图4为本实施例所提供的样品电极模块的结构示意图。
图5为本实施例所提供的样品电极模块与底电极模块组合的结构示意图。
图6为光分解水形成过氧化氢H2O2的实验中原位反应产生的光电压图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1-图5所示，本发明实施例提供了一种瞬态光电压测试样品组件，包括：卡座10，具有第一安装腔；
底电极模块20，具有底电极201；
样品电极模块30，具有样品电极303，所述样品电极303上适于设置待测样品；
所述底电极模块20、所述样品电极模块30安装在所述卡座10的所述第一安装腔内，且所述底电极201与所述样品电极303之间形成狭缝，所述底电极201与所述样品电极303分别通过外接导线50和外接导线40引出，用于测量电极间的压差。
本实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，所述底电极模块20和所述样品电极模块30均采用模块化设计，所述底电极模块20和所述样品电极模块30整体地安装在所述卡座10内。由于目前的瞬态光电压技术无论是在工作原理上、还是时间尺度上，都不能测量原位反应过程中的电荷传输变化，因此，本实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件通过在所述底电极201与所述样品电极303之间形成狭缝，从而所述样品电极303和所述底电极201之间构成电容模型。在电极之间发生原位反应的同时，通过外接导线引出，可以有效测量所述样品电极303和所述底电极201之间的瞬态光电压差，便于研究不同材料或物质之间动态的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合的过程。与现有技术中通过外加偏置电压调制或者对材料或物质光源扰动调制的方式，只能研究材料本身中的电荷的变化相比，本实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件可以研究原位反应的过程，而且可以用在液体或气体的各种原位反应场景中，应用前景非常广泛。
在一个实施例中，所述底电极模块20安装在所述第一安装腔内，所述底电极模块20上设有第二安装腔，所述样品电极模块30安装在所述第二安装腔内。
具体地，如图2所示，在一个实施例中，所述卡座10通过底面11、两侧侧壁12以及后壁13共同围合而成所述第一安装腔，所述底电极模块20卡合在所述第一安装腔内。
在一个实施例中，所述卡座10的两侧侧壁12内表面设置有第一凹槽和/或第一凸起，所述底电极模块20的两侧侧壁的外表面相应的设置有第一凸起和/或第一凹槽，所述底电极模块20和所述卡座10通过第一凹槽与第一凸起的配合卡合在一起。
在一个实施例中，所述底电极模块20通过底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成所述第二安装腔，所述底电极201设置在所述底电极模块20的底面上，所述样品电极模块30卡合在所述第二安装腔内。
在一个实施例中，所述底电极模块20的两侧侧壁内表面设置有第二凹槽和/或第二凸起，所述样品电极模块30的两侧侧壁的外表面相应的设置有第二凸起和/或第二凹槽，所述样品电极模块30和所述底电极模块20通过第二凹槽与第二凸起的配合卡合在一起。
具体地，所述卡座10由底面11、两侧侧壁12以及后壁13共同围合而成，所述卡座10没有设置前壁以及顶面，即在前壁处和顶面处形成开口。而底面11、两侧侧壁12以及后壁13共同形成所述第一安装腔。从所述卡座10的顶视图来看，所述卡座10整体呈凹字形设计，凹字形的开口用于安装容纳所述底电极模块20、所述样品电极模块30。所述卡座10的两侧侧壁12内表面设置有第一凹槽101而所述底电极模块20的两侧侧壁的外表面相应的设置有第一凸起203，所述底电极模块20和所述卡座10通过第一凹槽101与第一凸起203的配合卡合在一起。作为可替换的实施方式，也可以将所述卡座10的两侧侧壁内表面设置第一凸起，相应地在所述底电极模块20的两侧侧壁的外表面设置第一凹槽，所述底电极模块20和所述卡座10通过所述第一凸起和所述第一凹槽配合卡合在一起。即在所述卡座10内侧侧壁设置有卡槽，所述底电极模块20通过卡槽可以整体滑动卡置在所述卡座10内，方便了底电极模块20的安装和拆卸。设置在所述卡座10和所述底电极模块20上的卡槽不限于为凸起或凹槽的形状，其他能实现滑动卡合或配合能实现所述卡座10和底电极模块20多次结合和分离即可。所述卡座10设置为具有开口的凹槽形状有利于所述底电极模块20和所述样品电极模块30的安装，且开口处提供了原位反应的位置。
具体地，如图3所示，类似地，所述底电极模块20由底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成，所述底电极模块20没有设置前壁以及顶面，即在前壁处和顶面处形成开口。而底面、两侧侧壁以及后壁共同形成所述第二安装腔。从所述底电极模块20的顶视图来看，所述底电极模块20整体呈凹字形设计，凹字形的开口用于安装容纳所述样品电极模块30。所述底电极模块20的两侧侧壁内表面设置有第二凹槽202而所述样品电极模块30的两侧侧壁的外表面相应的设置有第二凸起305，所述底电极模块20和所述样品电极模块30通过第二凹槽202与第二凸起305的配合卡合在一起。作为可替换的实施方式，也可以将所述底电极模块20的两侧侧壁内表面设置第二凸起，相应地在所述样品电极模块30的两侧侧壁的外表面设置第二凹槽，所述底电极模块20和所述样品电极模块30通过所述第二凸起和所述第二凹槽配合卡合在一起。设置在所述底电极模块20和所述样品电极模块30上的卡槽不限于为凸起或凹槽的形状，其他能实现滑动卡合或配合能实现所述底电极模块20和所述样品电极模块30多次结合和分离即可。且在所述底电极模块20内侧侧壁设置有卡槽，所述样品电极模块30通过卡槽可以整体滑动卡置在所述底电极模块20内，方便了样品电极模块30的安装和拆卸。所述底电极模块20设置为具有开口的凹槽形状有利于所述样品电极模块30的安装，且开口处提供了原位反应的位置。
本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件，位于底部的所述卡座10以及所述底电极模块20均是由底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成的具有开口的半包围形状。而所述样品电极模块30卡合在所述电极模块的半包围安装腔内，所述电极模块卡合在所述卡座10的半包围安装腔内。通过半包围形状的开口将所述样品电极模块30上的所述样品电极303暴露出来，给待测样品在所述样品电极303上进行原位反应提供了位置，使得原位反应可以直接发生在电极之间。利用激光进行激励发生原位反应，通过研究光激励状态下电极模块之间的瞬态光电压差，可以研究不同材料或物质之间动态的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合的过程。
在一个实施例中，所述底电极模块20的底面设置有凸台210，所述凸台210从所述底电极模块20的所述后壁延伸至前方开口处；所述凸台210上设置有所述底电极201，且所述底电极模块20的后侧壁上设置有导线通孔，所述外接导线50通过所述导线通孔与所述底电极201相连接。具体地，所述凸台210可根据样品电极上的待测试样品发生原位反应的需求设置在所述底电极模块20的底面的不同位置，其中优选为底面的中央位置。在本实施例中以所述凸台210设置在底面的中央位置为例说明。
具体地，如图4、图5所示，在一个实施例中，所述样品电极模块30包括上板301、下板302以及样品电极303，所述样品电极303夹设在所述上板301和所述下板302之间；其中，所述上板301和所述下板302均设置有向内凹陷的开口304并形成相同的凹形形状，所述样品电极303的一端夹设在所述上板301和所述下板302之间，所述样品电极303的另一端处于向内凹陷的开口304中，且所述样品电极模块30安装在所述底电极模块20上时，所述凸台210嵌入所述开口304中，此时所述样品电极303与所述底电极201之间呈竖直垂直状，且所述样品电极303和所述底电极201之间存在狭缝，即所述样品电极303和所述底电极201之间并没有直接接触，且所述样品电极303和所述底电极201之间构成电容模型。且所述样品电极模块30、底电极模块20均与外界导线电性连接。位于所述样品电极上的样品发生原位反应时，所述底电极模块20和所述样品电极模块30分别通过导线连接出来，可以有效测量到所述样品电极303和所述底电极201之间的压差。具体地，所述样品电极模块30还包括电极板306以及保护盖307。所述保护盖307设置在所述上板301上，用于保护所述电极板306。
在一个实施例中，所述卡座10和 /或所述底电极模块20上设有电磁屏蔽层。
具体地，由于原位反应中的瞬态光电压的信号可能会比较微弱，为了能检测到瞬态光电压的信号，提高检测精度，需要对外界电磁信号进行良好的屏蔽。而本实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件安装在屏蔽箱内进行测量。且位于底部的所述卡座10以及所述底电极模块20均是由底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成的具有开口的半包围形状。而所述样品电极模块30卡合在所述电极模块的半包围安装腔内，所述电极模块卡合在所述卡座10的半包围安装腔内。在所述卡座10和 /或所述底电极模块20上设有电磁屏蔽层。从而，在所述样品电极303卡合在半包围的所述底电极模块20内，所述底电极模块20卡合在半包围的所述卡座10上时，除了外在的屏蔽箱可以提供一次电磁屏蔽外，所述底电极模块20涂覆有电磁屏蔽层的外侧壁可以提供第二次电磁屏蔽，所述卡座10涂覆有电磁屏蔽层的外侧壁可以提供第三次电磁屏蔽。通过这种多层电磁屏蔽，可以使得原位反应的瞬态光电压检测的精度更高。
在一个实施例中，所述底电极201和所述样品电极303之间的二面角夹角在0度到180度范围内。
在一个实施例中，所述底电极201和所述样品电极303之间的二面角夹角为90度。
具体地，由于所述样品电极模块30包括上板、下板以及样品电极303，所述样品电极303夹设在所述上板和所述下板之间，而所述底电极201设置在所述底电极模块20的凸台上。为了方便所述底电极201的取放，在所述样品电极模块30放置在所述底电极模块20上之后，所述底电极201和所述样品电极303之间所形成的夹角为90度夹角。
根据不同的测量需求，所述样品电极303和所述底电极201之间的二面角夹角可以在0度到180度范围内。当所述样品电极303和所述底电极201之间的二面角夹角不为90度时，为了测量所述样品电极303和所述底电极201之间的瞬时光电压，所述底电极模块20上的凹槽为倾斜设置，该倾斜设置可以使向里倾斜或者向外倾斜，从而可以将所述样品电极模块的凸起部分卡合到所述底电极模块20上的凹槽上。
在一个实施例中，所述瞬态光电压测试样品组件还包括高精度位移装置，所述卡座10安装在所述高精度位移装置上，所述高精度位移装置用于调节所述卡座10在水平、垂直方向上的位移。
具体地，本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件主要用于测量原位反应，该原位反应包括但不限于液体或气体之间的原位反应。比如，为了研究液体的原位反应，样品电极303可以是在透明的ITO电极板上，采用镀膜或喷膜的方式形成一种样品A（例如某些催化剂）的薄膜；然后利用喷雾系统在镀有样品A薄膜的ITO电极板上喷上一层另外一种样品B(例如催化反应中的某些气体液体等)的液膜，在光激励下，在样品A和样品B的原位反应中，电子会发生迁移和变化，从而可以通过瞬态压差的变化，研究光激励下样品A和样品B的液体形式的原位反应中的电荷的变化以及电荷传输动力学。例如，具体的样品A可以为某些催化剂，样品B可以为某些液体、气体，比如，在光催化氧还原生成过氧化氢或二氧化碳还原反应或氮还原反应的过程中，采用惰性的液体无水乙腈，将作为样品B的氧气或二氧化碳或氮气吸收后，以喷雾的方式喷在作为样品A光催化剂上。
而为了研究与气体的原位反应，采用镀膜或喷膜的方式形成一种包含有样品A的样品电极303，然后将样品电极303和底电极201设置在一种气体形式的样品B的氛围中，或者将含有气体形样品B的溶液以液膜的方式喷到含有样品A的样品电极303上，从而可以检测与气体的原位反应。
具体地，本发明实施例所提供的瞬态光电压测试样品组件可以在10-9至分钟级别的多时间尺度内的测量，在原位反应过程中实时检测到瞬态光电压，因此可以研究原位反应中的电荷传输动力学。与现有技术中通过外加偏置电压调制或者对材料/物质光源扰动调制的方式，只能研究材料本身中的电荷的变化相比，可以研究原位反应的过程，而且可以用在液体或气体的各种原位反应场景中，应用前景非常广泛。
本发明实施例还提供一种瞬态光电压测量装置，包括：
屏蔽箱，用于屏蔽外界的电磁干扰；
如上所述的瞬态光电压测试样品组件，其设置在所述屏蔽箱内；
光源模块，用于发射激光，对瞬态光电压测试样品组件上的测试样品进行光激励；
光源控制模块，与所述光源模块连接，所述光源控制模块控制所述光源模块在间隔时间内发射激光；
信号变换模块，所述信号变换模块与所述瞬态光电压测试样品组件相连接，所述信号变换模块对接受的信号进行变换和去除噪音处理；
信号放大模块，所述信号放大模块与所述信号变换模块连接；
计算模块，所述计算模块与所述信号放大模块相连接。
具体地，所述光源控制模块能够控制激光在间隔一特定时间对待测样品进行激励，特定时间可以是几皮秒-几纳秒。所述屏蔽箱的屏蔽壳体为金属，所述屏蔽箱可以有效的屏蔽外界的电磁干扰，减少了外界电磁干扰对瞬时光电压测量的影响。所述信号变换模块与所述瞬态光电压测试样品组件的外接导线相连接，所述信号变换模块接收所述瞬态光电压测试样品组件的光电压信号，并进行信号的变换和噪音处理，来去掉各自信号噪音。经过信号变换和噪音处理后的信号通过导线连接设置在屏蔽箱外部的所述信号放大模块。所述信号放大模块包括但不限于锁相放大器。信号经过所述信号放大模块放大后，在通过信息采集卡采集，然后传输到所述计算模块。
在一个实施例中，所述计算模块包括信息处理模块、指令输入模块和显示模块；
所述指令输入模块与所述光源控制模块相连接，所述指令输入模块发出指令控制所述光源控制模块来控制激发的发射；
所述信息处理模块与所述信号变换模块以及信号放大模块相连接，所述信息处理模块对所接收的数据信号进行放大、拟合处理；
所述显示模块与所述信息处理模块相连接，所述显示模块将经过所述信息处理模块处理后的数据信号进行显示。
具体地，所述指令输入模块能够发出指令控制所述光源控制模块来控制激发的发射，可以提前将所述光源模块所需发射的激光束的参数和时间间隔确定好，控制所述光源模块发射激光束以及控制好激光器的光斑大小。而所述计算模块上的所述指令输入模块还可以操作三维移动平台的步进电机的运动。所述信息处理模块可以对数据信号进行放大、拟合等处理变换，所述显示模块将测试的电荷数据经过放大、拟合之后，进行显示。
在一个实施例中，所述光源模块横跨所述屏蔽箱设置，所述光源模块的激光出射端设置在所述屏蔽箱内。
本实施例还提供了一种瞬态光电压测量方法，包括：
在样品电极上制作样品A的薄膜，并将所述样品电极夹设在样品电极模块的上板和下板之间；
使用喷雾系统在所述样品电极上再喷出样品B的液滴，形成液膜；
将形成所述液膜的所述样品电极模块卡接在底电极模块上构成电容模型，再将电容模型卡接安装在卡座上，形成瞬态光电压测试样品组件；
将所述瞬态光电压测试样品组件放入屏蔽箱并关闭所述屏蔽箱，打开光源模块，照射到所述样品电极上，进行瞬态光电压的测量。
在一个实施例中，所述样品A为固态颗粒，所述样品B为液态或气体。
若所述样品B为气态样品，则所述样品A经过溶解之后，采用镀膜或喷膜的方式形成一种包含有所述样品A的样品电极，然后将所述样品电极设置在所述样品电极模块中，将所述样品电极模块和所述底电极模块放置在一种含有以气体形式存在的样品B的氛围之中。或者将溶解有气体的样品B的溶液，利用喷雾的方式将含有样品B的溶液喷到含有样品A的样品电极上。从而可以检测到样品A与气态的样品B的原位反应。例如，在光催化氧还原生成过氧化氢或二氧化碳还原反应或氮还原反应的过程中，采用惰性的液体无水乙腈，将作为样品B的氧气或二氧化碳或氮气吸收后，以喷雾的方式喷在作为样品A光催化剂上。
具体地，对于原位反应的瞬态光电压测试的具体的操作方法包括：
在进行测量时，在所述样品电极303上用镀膜或喷膜的方式制作样品A的薄膜，样品A的薄膜制作好并晾干或烘干后，打开所述样品电极模块30的上板和下板，通过上板、下板的磁力吸合将待测样品夹设在上板和下板之间；
利用喷雾系统在样品电极模块30上的样品电极303上喷出样品B的液滴，形成液膜；其中，样品B的液体喷雾量的液滴大小在几百微米到一毫米之间。
将样品电极模块30与底电极模块20卡接，将样品电极模块30与底电极模块20的整体与卡座10卡接；
将屏蔽箱关闭，打开光源模块，所述光源模块将激光发射出来，照射到待测样品上，所述光源模块的出射端设置在屏蔽箱内，激光对样品进行光激励，产生的光电压信号被信号变换、放大、处理变换之后显示出来。
具体地，如图6所示，在光分解水形成过氧化氢H2O2的实验中，在样品电极303上以镀膜或者喷膜的方式制作SnS2/In2S3/CDs复合材料的薄膜，利用喷雾系统分别将充有饱和N2的无水乙腈溶液和充有饱和N2以及含有5‰体积比水的无水乙腈溶液喷到SnS2/In2S3/CDs复合材料的薄膜上，在光激励情况下，测量瞬态光电压的变化。参阅图4，与充有饱和N2的无水乙腈溶液相比，充有饱和N2以及含有5‰体积比水的无水乙腈溶液与SnS2/In2S3/CDs复合材料的原位反应中产生了更高的光电压。
本发明实施例提供了一种瞬态光电压测试样品组件及瞬态光电压测量装置，通过卡座10和底电极模块20均设置成半包围形式，将样品电极模块30卡合在底电极模块20的半包围的凹槽中，底电极模块20卡合在卡座10的半包围的凹槽中。因而，该半包围的凹槽将所述样品电极模块30上的样品电极303暴露出来，从而保证了有一个原位反应的环境，该原位反应直接发生在电极之间。在原位反应发生的同时，利用光进行激励，通过研究光激励状态下电极模块之间的瞬态光电压差，便于研究不同材料/物质之间动态的原位反应过程中的电荷的产生、分离、传输和复合的过程。
以上对本申请实施例所提供的一种瞬态光电压测试样品组件及瞬态光电压测量装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，包括：
卡座，具有第一安装腔；
底电极模块，卡接安装在所述第一安装腔内，所述底电极模块具有第二安装腔以及设置在所述第二安装腔的底面上的底电极；
样品电极模块，具有样品电极，所述样品电极上适于设置待测样品，所述样品电极模块卡接安装在所述第二安装腔内，且所述底电极与所述样品电极之间形成狭缝并构成电容模型，所述底电极模块与所述样品电极模块分别通过外接导线引出，用于测量电极间的压差；
其中，所述底电极和所述样品电极之间的二面角夹角在0度到180度范围内。
2.根据权利要求1所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述卡座通过底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成所述第一安装腔，所述底电极模块卡合在所述第一安装腔内。
3.根据权利要求2所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述卡座的两侧侧壁内表面设置有第一凹槽和/或第一凸起，所述底电极模块的两侧侧壁的外表面相应的设置有第一凸起和/或第一凹槽，所述底电极模块和所述卡座通过第一凹槽与第一凸起的配合卡合在一起；
所述底电极模块通过底面、两侧侧壁以及后壁共同围合而成所述第二安装腔，所述底电极设置在所述底电极模块的底面上，所述样品电极模块卡合在所述第二安装腔内；
所述底电极模块的两侧侧壁内表面设置有第二凹槽和/或第二凸起，所述样品电极模块的两侧侧壁的外表面相应的设置有第二凸起和/或第二凹槽，所述样品电极模块和所述底电极模块通过第二凹槽与第二凸起的配合卡合在一起。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述底电极模块的底面设置有凸台，所述凸台从所述底电极模块的所述后壁延伸至前方开口处；所述凸台上设置有所述底电极，且所述底电极模块的后侧壁上设置有导线通孔，所述外接导线通过所述导线通孔与所述底电极相连接。
5.根据权利要求4所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述样品电极模块包括上板、下板以及样品电极，所述样品电极夹设在所述上板和所述下板之间；其中，所述上板和所述下板均设置有向内凹陷的开口并形成相同的凹形形状，所述样品电极的一端夹设在所述上板和所述下板之间，所述样品电极的另一端处于向内凹陷的开口中，位于向内凹陷的所述开口中的样品电极暴露出来构成原位反应的场所，且所述样品电极模块安装在所述底电极模块上时，所述凸台嵌入向内凹陷的所述开口中；位于所述凸台上的所述底电极和所述样品电极之间形成狭缝并构成电容模型；且所述样品电极模块与外界导线电性连接。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述卡座和 /或所述底电极模块上设有电磁屏蔽层。
7.根据权利要求1所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述底电极和所述样品电极之间的二面角夹角为90度。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的瞬态光电压测试样品组件，其特征在于，所述瞬态光电压测试样品组件还包括高精度位移装置，所述卡座安装在所述高精度位移装置上，所述高精度位移装置用于调节所述卡座在水平、垂直方向上的位移。
9.一种瞬态光电压测量装置，其特征在于，包括：
屏蔽箱，用于屏蔽外界的电磁干扰；
如权利要求1-8中任一项所述的瞬态光电压测试样品组件，其设置在所述屏蔽箱内；
光源模块，用于发射激光，对瞬态光电压测试样品组件上的测试样品进行光激励；
光源控制模块，与所述光源模块连接，所述光源控制模块控制所述光源模块在间隔时间内发射激光；
信号变换模块，所述信号变换模块与所述瞬态光电压测试样品组件相连接，所述信号变换模块对接受的信号进行变换和去除噪音处理；
信号放大模块，所述信号放大模块与所述信号变换模块连接；
计算模块，所述计算模块与所述信号放大模块相连接。
10.根据权利要求9所述的瞬态光电压测量装置，其特征在于，所述光源模块横跨所述屏蔽箱设置，所述光源模块的激光出射端设置在所述屏蔽箱内。
11.一种使用如权利要求9或10所述的瞬态光电压测量装置测量瞬态光电压的方法，其特征在于，包括：
在样品电极上制作样品A的膜层，并将所述样品电极夹设在样品电极模块的上板和下板之间；
使用喷雾系统在所述样品电极上再喷出样品B的液滴，形成液膜；
将形成所述液膜的所述样品电极模块卡接在底电极模块上构成电容模型，再将电容模型卡接安装在卡座上，形成瞬态光电压测试样品组件；
将所述瞬态光电压测试样品组件放入屏蔽箱并关闭所述屏蔽箱，打开光源模块，照射到所述样品电极上，进行瞬态光电压的测量。
12.根据权利要求11所述的测量瞬态光电压的方法，其特征在于，所述样品A为固态颗粒，所述样品B为液态或气体。
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