无液氦综合物性测量系统技术参数

无液氦综合物性测量系统技术参数

1.该综合物性测量系统用于凝聚态物理及材料科学相关领域的研究，可在低温及强磁场环境下研究凝聚态物质和材料的电学、磁学、热学等特性。系统运行环境：1.1 工作温度：15-38℃；

1.2 工作湿度：< 80% （20℃）；

1.3 适用电源：AC 220V ±10%，50Hz±1单相；AC 380V±10%，50Hz±1三相；

1.4 持久性：仪器设计为连续工作，可持续开机使用。

2.功能与组成：

2.1 科学研究与教学实验；

2.2 系统应由基本系统和若干测量功能部件构成，可完成磁、电、热等物理性能测量，须配置完全无液氦超低温装置，可变超强磁场工作环境，包含完整功能的软件；

2.3 基本系统包括磁场控制、温度控制、高真空系统和磁屏蔽系统；

2.4 磁学测量：振动样品测量；交直流磁学测量；

2.5 电学测量：交直流电阻率测量；霍尔系数测量；伏安特性测量；微分电阻测量；

2.6 热学测量：比热测量；热导率测量；塞贝克系数测量；热电品质因子测量。

3.技术规格

3.1 基本系统：

3.1.1 电制冷9特斯拉超导磁体、磁体控制系统及温度控制系统，

4.2K以下全自动连续低温控制和温度扫描；

3.1.2 低温杜瓦、底部带有样品插座的样品腔（内径> 25.4 mm）、样品操作杆、样品初连线检测台、高真空系统、磁屏蔽系统；

3.1.3 控制软件运行于Windows系统下，能通过网路进行远程诊断和测量实时监控；

3.1.4 为保证主机系统的稳定性，当数据处理软件崩溃情况下主机仍能稳定工作，需要提供独立于软件操作系统之外的中央控制系统（系统含独立CPU）；

3.1.5采用高效稳定的水冷型压缩机的脉冲管制冷机，从首次安装启动到日常运行都不需要灌装液氦，初次启动消耗< 1瓶氦气。

3.2 磁场控制：

3.2.1 纵向磁体, 磁场强度：±9T （使用水冷式脉冲管式制冷机直接传导制冷）；

3.2.2 场均匀性：0.01% over 3 cm on axis（9T）；

3.2.3 磁场稳定性：1 ppm/hr；

3.2.4 双向充磁磁体电源：60A（9T）；

3.2.5 扫描速度：0.1-200 Oe/sec（9T）；

3.2.6 从零场加至满场所需时间：<8分钟（9T）；

3.2.7 多种磁场控制模式：闭环运行模式和驱动模式；

3.2.8 磁场逼近模式：线性加场、振荡加场、非过冲式加场、扫描加场；

3.2.9 磁场分辨率：<0.16 Gs（9T）；

3.2.10 初次启动时间：<20小时（9T）3.3 温度控制。

3.3 温度控制：

3.3.1温度范围：1.9 K-400 K 连续变温；

3.3.2降温时间：从300K降至稳定在1.9 K < 40min；

3.3.3温度稳定性：±0.1% for T < 20K；±0.02% for T > 20K；

3.3.4控温模式：连续低温控制和温度扫描模式，采用新式流阻控温技术；

3.3.5液氦消耗：无需灌装液氦或液氮，通过制冷机直接液化少量氦气对样品进行控温。

3.4 高真空系统：

3.4.1样品腔环境能提供最低10-5Torr的高真空环境，可兼容比热测量、热输运测量、极低温输运测量、高温磁测量所需高真空热屏蔽；

3.4.2真空度：<10-4 Torr，延迟时间< 10 min；

3.4.3活化时间：<2分钟；

3.4.4活化后冷却时间：30分；

3.5 磁屏蔽系统：系统内置磁屏蔽罩用于避免超导磁体励磁对周围其他设备造成磁场干扰，主机外壳边缘≤ 5 Gs,逃逸磁场范围小于60 cm。

3.6 样品腔：

3.6.1 净内径要求不小于25.4 mm；

3.6.2 腔底能通过插座与样品托进行传热和引线连接，提供至少12个针脚引线；

3.6.3能够在样品放入样品腔之前，腔外检测各种测量模式样品引线的导通质量。

3.7 振动样品测量：

3.7.1 能够对磁性样品进行高精度的直流磁化强度测量；

3.7.2 温度范围：1.9-400 K；

3.7.3 灵敏度（1s平均数据）：< 10-6 emu；

3.7.4精确度：< 5×10-6 emu/T；

3.7.5 噪音基：< 5×10-7 emu rms；

3.7.6 振动的频率：5-80 Hz；

3.7.7 振幅：0.1-5 mm；

3.7.8 最大测量磁矩：40emu/振动峰值；

3.7.9 线圈内径：6 mm。

3.8 交直流磁学测量：

3.8.1 能够对磁性样品进行高精度的交流磁化率测量；

3.8.2 温度范围：1.9-350 K；

3.8.3 测量灵敏度：AC 2×10-8 emu @10 kHz；DC 2×10-6 emu；

3.8.4 交流驱动频率：10 Hz-10 kHz；

3.8.5 交流场幅值：0.002-15 Oe。

3.9 高级电输运测量：

3.9.1 对高低阻抗样品分别采用两套独立的测量模式，不同量程之间自动切换，可进行交直流电阻、微分电阻、霍尔效应和伏安特性等测量；

3.9.2 测量温度范围：1.9K-400K；

3.9.3 电流范围：10 nA-100 mA，持续操作；

3.9.4 电压输出范围：±

4.5 V （一倍增益时）；

3.9.5 频率范围：直流或交流（1-150 Hz）；

3.9.6 电阻测量精度：±0.1% （R ≤200 kΩ）；±0.2% （R > 200 kΩ）；

3.9.7 相对灵敏度：± 10 nΩ RMS；

3.9.8 电阻测量范围：四线法10-8 Ω-106 Ω；二线法106Ω-5×109Ω；

3.9.9 使用样品托方式装样，非插杆式，可同时用4引线法测量2个样品的电阻率，或者同时测量1个样品的电阻和霍尔效应；

3.9.10 噪声基：1 nV/rtHz。

3.10 比热测量：

3.10.1 基于弛豫法中的双时间常数模型测量样品比热，系统可以自动校正并减除背景比热，自动进行多次测量平均，以及对每个测量点计算样品的德拜温度；3.10.2 样品室内压力：<10-4 Torr；

3.10.3 温度范围：1.9-400 K；

3.10.4 测量灵敏度：20 nJ/K @2K；

3.10.5 样品重量：1-500 mg；

3.10.6 测试精度：< 5% @2-300K（典型值<2%）。

3.11 热输运测量：

3.11.1能够同时测量热导率、塞贝克系数（热电势）、交流电阻率、热品质因子。采用四端头引线法消除接触电阻和热阻的影响。在温度不断变化的情况下进行连续测量,能够得到高密度的数据。系统软件可以精确的动态建立热流量模型，补偿各种可能的系统误差；

3.11.2 样品室内压力：≤ 10-5 Torr；

3.11.3 温度范围：1.9-400 K；

3.11.4 热传导测量精度：± 5 % 或± 2 μW/K@T ≤ 15 K；± 5 % 或± 20 μW/K@ 15 K < T ≤ 200 K；± 5 % 或± 0.5 mW/K@200 K < T ≤ 300 K；± 5 % 或± 1 mW/K@T > 300 K；

3.11.5 塞贝克系数测量：测量精度：± 5 %（S）或± 0.5 μV/K （S）或± 2 μV （V）；测量范围：1 μV/K - 1 V/K；

3.11.6 热品质因子测量精度：±15%；

3.11.7 测量速度：± 0.5 K/min@T > 20 K；± 0.2 K/min@T < 20 K。

3.12 扩展功能：

3.12.1 带有通用样品板，样品板上嵌有校正过的温度计，可通过轴向端口引入光钎、微波导管、以及用户的电子线路进入样品腔，不破坏真空环境、可进行光电、电容、介电、铁磁、铁电等研究；

3.12.2 匹配多功能样品杆完成相关测试。

3.13 计算机控制系统：

3.13.1 仪器控制与数据采集工作站：至强E5（2609）处理器，8 GB内存，2 TG 硬盘，DVD-RW光驱，1 G静音型独显，22寸宽屏，长宽比为16：10，塔式机箱，英文Win10 64位系统；

3.13.2 移动工作站：酷睿15（4200U）处理器，8 GB DDR3 内存，256 GB SSD 硬盘，12.5英寸IPS触摸屏，中文Win10 64位系统；

3.13.3 仪器控制和数据采集系统运行与英文Win 10环境，配置激光打印机，结果可输出于激光打印机。

3.14 循环冷却水系统：

3.1

4.1 配置水冷机，采用分体式设计，内置冷却剂而非风冷方式，满足仪器满功率运行；

3.1

4.2 工作温度：5-35℃；稳定度：± 0.5℃。

3.15 其它部件：提供1个备用冷头；保修期后仪器运行五年的易损备件；1套维护维修专用工具；配套10L进口真空泵油；配套氮气1瓶、氦气1瓶、含进口减压阀；其他保证系统完整性与可靠性的部件。

3.16 冷头维护：冷头维护周期：大于20,000工作小时；冷头维护1次。