日本的研究团队发明了一种新的便携式超高真空样品存储系统可通过高速列车光源设施安全地传输样品。图片来源:富士山提供

在去往日本筑波的火车上,经常带着公文包的工人和带着旅行袋的游客,但最近科学家们采用不同寻常的方式托运行李:超高真空腔存储铂金属空气敏感簇的手提箱。

因为有望改善诸如汽车尾气反应和电化学反应催化活动，集群具有特殊利益。

研究人员想要研究集群如何与不同材料的表面作用及其尺寸大小影响——影响可通过一种叫做偏振全反射荧光(PRTF)X射线吸收精细结构光谱(XAFS)观察到。这项技术需要只能在少数光源设施中产生的强大的X射线。

研究团队面临的问题是,实验室XAFS测量能力远低于自动精确集群沉积系统制造集群需要。铂集群对气体极为敏感，暴露在大气中会受到损害。

为克服这些挑战,来自丰田中央研发实验室、北海道大学、AVC Co .的研究人员合作开发一个超高真空(UHV)存储系统。正如他们发表在AVS' Journal of Vacuum Science and Technology A上文章所述,“特高真空条件下”使其更容易通过公共交通实现系统间携带和运输样品。

在其关键特性中,系统被设计成两个不同的样本操作系统访问。“样品可以通过鳌形摆动杆和“钥匙”形传递棒接收旗形样样品” ，论文的第一作者、丰田中央研发实验室前沿研究中心量子控制催化项目的项目经理Yoshihide Watanabe说。

样本在“特殊旅行手提箱”运输期间可免受振动，并在真空样品箱中保持至少72小时,在此期间离子泵由电池提供动力。

可同时存储和运输多达三个样品。“我们的垂直排列设计最大限度地减少所需直径,”Watanabe表示。“紧凑的样本堆垛机能减少公共交通便携式UHV样品存储系统的大小。”

研究工作的意义是便携式UHV样品存储系统可以很容易地将样本在集群沉积室和PTRF-XAFS特高压条件下测量室之间传递。

工作样品在位于长久手市的丰田中心研发实验室制备,而PRRF-XAFS测量在位于筑波市的材料结构科学研究所的光子中心进行。

这些设施之间的距离大约是400公里(248.5英里),因此该研究团队通过高速列车来进行系统测试。“其通过高速火车、公共汽车、出租车运输,但很难通过飞机实现,因为在登机之前需要高水平的安检，”渡边表示。“但通过高速列车一次运输3个样品在削减运输时间上已经有很大的优势。”

该团队的系统在进行小的重塑后将对使用同步x射线加速器分析的材料及用于其他气体敏感材料的粒子束有益。配备了由螺旋弹簧支持的90°旋转锁的“钥匙和锁眼”的样本操作系统,能实现灵活操作，并可快速、容易地释放样品。

“我们预计,具有钥匙和锁眼结构的便携式UHV样品存储系统作为用于UHV XAFS测量的标准系统将会有广泛使用——其可在世界上任何光源下进行实验,”渡边表示。

新材料在线编译整理——翻译：范红娜      校正：摩天轮