在半導體和電子材料研究中實現精確的溫度控制

近年來，材料研究一直是跨行業的一系列變革性發現和發展的核心，鋰離子電池技術已經改變了我們日常生活的面貌。此外，減少溫室氣體排放來盡量減少氣候變化的影響變得越來越受人關注，因此在材料研究領域目前的重點是尋找能提高電池性能，縮短充電時間，并減少電池的尺寸和重量的新型材料。

如今，科研團隊正在尋找新型的節能半導體、新的有機光伏（PV）解決方案、擴大鐵電材料的應用，以及提高金屬氧化物薄膜的魯棒性和可持續性。在例如溫度、壓力和濕度等可能影響性能或穩定性的現實條件下，測量和測試材料的相關性能，是研發工作的一個基本要素。

果果儀器（上海）有限公司一直為材料測試提供解決方案。本篇內容我們重點介紹一系列通過精確控制溫度來加深對關鍵材料理解的案例。

應用實例

1、有機光伏技術的表征創新

2、晶體相識別

3、鐵電材料的表征

4、金屬材料的抗氧化保護

5、鈣鈦礦材料應用

一、有機光伏技術的表征創新

下一代有機光伏 (OPV) 太陽能電池的研究中， 可使用探針冷熱臺搭建一種超靈敏、溫度依賴的外部量子效率測量系統，該應用于探索光生電荷生成率 (CGY) 與雙分子復合之間的微妙聯系，并研究有機半導體光伏電池中的熱力學和動力學過程。英國斯旺西大學團隊成功使用探針冷熱臺，在不同溫度下快速測量太陽能電池的光伏外部量子效率，極大地提升了動力學研究的效率（1）。

↑ 果果儀器八探針冷熱臺 ↑

果果儀器的八探針冷熱臺通過液氮致冷和電阻加熱的方式，在-190~600℃的寬溫度范圍內實現精準的溫度控制。該設備配備八個探針，探針的數量和材質可根據實際需求進行選擇。該產品能夠快速而準確地達到設定溫度，并保持溫度的穩定性，這對于測試樣品在不同溫度下的電學性能至關重要。

二、晶體相識別

X射線衍射（XRD）是一種分析結晶材料（從聚合物和塑料到結構復合材料和生物材料）的原子和分子結構的技術。通過X射線衍射，可以獲得晶體的衍射圖譜，進而分析晶體的結構和組成。

為了研究這些材料的特性，例如在高溫或低溫下的相變，整套測試系統可以配備冷熱臺一起使用，使得能夠收集溫度依賴性測量結果，從而有可能檢測固體和液體樣品中的新多晶型物和相變。

↑ 果果儀器XRD冷熱臺 ↑

果果儀器XRD冷熱臺是一款專為X射線衍射（XRD）分析設計的儀器，它集成了高精度溫控與穩定樣品平臺于一體，能夠在-190℃至600℃的溫度范圍內進行溫度控制。該冷熱臺有著良好的熱傳導性和結構穩定性，從而保證了X射線衍射數據的準確性和可靠性。其設計精巧，可與各種XRD儀器適配，使用戶能夠在不同溫度條件下，原位、實時地監測和分析樣品的晶體結構變化。

三、鐵電和壓電材料的表征

鐵電和壓電材料在電子和音頻設備、手機、醫療診斷儀器、相機和傳感器等領域發揮著關鍵作用，因為它們能夠在適當的條件下產生電流，而無需外部電源。

“鐵電測試儀+冷熱臺"的組合將溫度控制引入了鐵電特性分析中，被廣泛應用于鐵電材料的研究中。

↑ aixACCT TF2000E鐵電壓電分析儀 ↑

↑ 果果儀器探針冷熱臺ECH600S ↑

果果儀器探針冷熱臺ECH600S能提供從-190℃到600℃的精準溫度控制，并提供探針和電氣連接選項。動態加熱和冷卻性能支持廣泛的電氣元件溫度控制應用，同時多達4個位置電學探針可以連接到樣品室內的電氣連接器。支持電學測量，同時精確控制氣密環境內的溫度。冷熱臺適配鐵電測試儀可以為用戶提供溫度作為鐵電和壓電分析中的測試參數，以更好地了解非線性材料的行為及研究未來的潛在用途。

四、金屬材料的抗氧化保護

金屬材料在多種工業領域占據重要地位，包括石油、化學、航空航天、制藥和醫療等。但其易受腐蝕與氧化。冷熱臺可與拉曼光譜儀搭配進行抗氧化實驗。

↑ 果果儀器光學冷熱臺CH600S ↑

CH600S非常適合進行急性和氧化實驗以及拉曼光譜實驗。該臺面可以加熱到受控溫度，使實驗達到氧化所需的溫度，而石英窗口則允許通過拉曼光譜研究氧化過程。用于拉曼的激光穿過窗口，激發樣品并散射回探測器。

五、鈣鈦礦材料應用

傳統鈣鈦礦陶瓷材料雖然具有優異的壓電性能，但因為含有重金屬鉛，對健康和環境有著嚴重影響。無鉛壓電陶瓷材料通常溫度穩定性較差。四川師范大學的一個研究小組合成了利用固相反應技術合成了 BFO-BTO-Co-X。他們使用超高溫熱臺測試了陶瓷的介電常數，發現隨著 MnO2 的加入，多鐵性得到了顯著改善。1 mol % 的 Co2O3表現出強壓電性和多鐵性以及良好的溫度穩定性，表明它是無鉛壓電鈣鈦礦的候選材料（2）。

↑ 果果儀器超高溫熱臺H1500T ↑

超高溫熱臺H1500T是一款專為高溫環境下材料科學研究設計的科研儀器。它具備優秀的加熱能力，最高溫度可達1500℃，能夠穩定、精確地控制樣品在實驗過程中的溫度條件。H1500T以其高溫穩定性、高精度的溫度控制以及廣泛的適用性，成為材料科學、冶金等領域科研探索的強大助力。

總結 

以上描述了冷熱臺在半導體和電子材料領域的相關應用，果果儀器冷熱臺采用先進的溫控技術，可實現對研究樣品在極寬溫度范圍內的精確控制，確保實驗的準確性和穩定性，為科研人員提供了適用于電氣測試的科研儀器及溫度控制解決方案。

參考文獻：

（1）Li, W., Zeiske, S., Sandberg, O.J., Riley, D.B., Meredith,P., Armin, A. Energy Environ. Sci., 2021,14, 6484-6493.

（2）Li, W. et al. Vertical Interface Induced Dielectric Relaxation in Nanocomposite (BaTiO3)1-x:(Sm2O3)x Thin Films. Sci. Rep. 5, (2015), 11335.