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学术知识

冷热台在偏光显微镜测试中的应用

偏光显微镜是一种精密的光学仪器、它运用偏振光的原理来观察和分析样品的光学特性。相较于传统的光学显微镜、偏光显微镜通过偏振器和分析器的协同作用、可以精确地调控光的振动方向、从而揭示出样品的各种偏振光现象。其核心组成部分包括光源、偏振器、样品台(冷热台)、偏光片和分析器等关键部件。


通过精细地调整偏振器与分析器之间的角度、并配合偏光片的旋转、研究者可以深入了解样品中的偏振光现象、例如双折射、偏振色和偏振光消光等。这些现象为研究者提供了关于样品结构、晶体学性质以及应力状态等重要信息[1]、具体表面在:

1. 晶体学特性:通过观察样品的各向异性、可以精确地解析其晶体结构、方位和形态等核心信息。

2. 双折射现象:当样品展现出双折射现象时、偏光显微镜能够精确地捕捉到这一现象、并推导出材料的性质。

3. 晶体颗粒大小和分布:通过对样品中晶体的大小、形状及分布情况的细致观察、可以全面了解材料的结晶度和颗粒分布状态。

4. 应力分析:偏光显微镜能够精确观察到材料内部的应力状态、包括应力分布和应力集中等关键信息。

5. 材料成分和组织:偏光显微镜能够清晰地揭示材料的成分和组织结构、从而深入了解样品的组成和性质。


显微镜冷热台在低温或变温条件下进行偏光显微镜测试具有多重优势[2]:

(1)有助于观察材料在不同温度下的性质变化。温度是影响材料性质的重要因素之一、通过在这些条件下进行测试、可以观察到材料在结构、形态、晶体学特性等方面的变化、进而了解其温度响应行为。

(2)低温或变温偏光显微镜测试对于研究材料的相变行为具有重要意义。许多材料在温度变化时会发生相变、如固态相变、液态相变等。通过测试、可以观察相变时的晶体结构变化、相界移动等现象、为研究材料的相变行为提供重要依据。

(3)低温或变温条件还可能揭示新材料的特殊性质。在这些条件下、一些材料可能会呈现出新的性质或现象、通过偏光显微镜测试、可以发现并研究这些新材料的特殊性质、为材料科学的发展提供新的见解和可能性。


综上所述、低温或变温偏光显微镜测试对于材料科学、生命科学、地质学、纳米科学与纳米技术、电子学以及半导体等多个领域的研究具有不可或缺的价值。


以锌离子电池在低温环境下的研究为例、随着可再生能源和电动汽车的快速发展、锌离子电池因其高能量密度、低成本和环保性而备受关注。然而、传统水系电解质在低温下易结冰、限制了锌离子电池的应用范围。因此、开发低温稳定工作的电解质成为当前的研究重点。


Sun等[3]人运用偏光显微镜对一种新型低温水系电解质进行了深入研究。该电解质由3.5 M Mg(ClO4)2和1 M Zn(ClO4)2组成的深共熔溶剂、通过引入氧配体Mg2+和氢配体ClO4−、显著降低了水分子中氢键的比例、实现了超低的固化点-121 °C。在这一过程中、偏光显微镜发挥了关键作用。科研团队利用偏光显微镜观察了电解质的微观结构、发现其在低温下仍能保持较好的流动性、有利于离子的快速传输。


同时、通过偏光显微镜观察电解质中离子的运动轨迹、发现该电解质在-70 °C下仍能保持较高的离子电导率和低粘度、这对于提升锌离子电池在低温下的性能至关重要、如图1所示。结合其他电化学测试手段、科研团队全面评估了使用该电解质的锌离子电池在低温下的性能。结果表明、该电池在低温下仍能保持较高的能量密度和良好的循环稳定性。这一案例充分展示了偏光显微镜在材料科学和能源领域的重要应用价值。

图片1

图1 偏振光(PL)和非偏振光显微镜对0M和3.5 M电解质的观察


为实现低温/变温场景的测试、通过显微冷热台(HCS-1L)和偏光显微镜的光路匹配设计、保持原有光学测试的完整性、又实现样品在78-600K的可控范围内、光谷薄膜可提供全套偏光显微镜冷热台解决方案。


冷热台(HCS-1L)是能够提供很好的温度梯度和高稳定性的温度场、具有78--800K的宽温度范围、0.1K的高精度控温等特性、并可以为客户设计定制化样品台、匹配客户检测设备、可实现在低温下或变温下电学、磁学、电磁学、光学、光电学、热力学、力学、声学等性能测试。


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