你的拉曼如何实现变温测量？
发布日期：2019-12-08
拉曼测量在科研上的“江湖”地位不用多说，“江湖”上到处都是他的传说。随着仪器技术的发展，拉曼技术已经广泛应用于科研的各个领域，如今拉曼已经由普通拉曼发展到显微拉曼，已经由室温拉曼发展到低温拉曼。低温显微拉曼测量能够清楚展示材料随温度的相变、峰位移动、峰位半高宽的变化，通过低温测量还可以地增强弱信号样品的信号强度。因此变温拉曼可以通过无损测量获得样品特性随温度的变化。那么如何实现低温显微拉曼呢？今天我们就为您介绍两种途径。
一、不甘平凡，普通拉曼也能实现地覆天翻
几乎所有室温拉曼都可以通过升级达到上面提到的这些功能。具体来说，在已有的室温拉曼系统基础上配置一台低温的恒温器就可以实现变温测量了。但是需要注意的是，低温拉曼的恒温器与普通电学测量的恒温器有诸多不同点：
1、光学窗口。光学窗口的设计是光学恒温器的重中之重，通光范围、窗口位置、工作距离等技术指标都对实验有影响。而工作距离是光学窗口重要的指标，通常工作距离越近就越容易获得更大的NA值，这对于样品信号的收集和信噪比都是很重要的。因此我们要求恒温器的光学窗口要具有近工作距离等特点。
2、样品震动。低温拉曼要求样品位置的超低震动，传统制冷机恒温器由于震动较大使得样品始终处于一个振动状态，很难对某一个位置进行低温显微测量。灌液氮和液氦的湿式恒温器虽然没有制冷机，但是由于气流很难精确控制导致温度有时会出现轻微波动，并且随着液氮或液氦的消耗，实验时间受到限制。因此低温拉曼需要超低震动的恒温器。
3、位置漂移。在变温测量过程中样品台等机械结构会随着温度的变化热胀冷缩，从而导致样品和物镜的相对位置发生变化，甚在达到目标温度后样品台温度的缓慢驰豫也会导致位置漂移，这使得变温显微拉曼对同一位置的测量变得很困难。因此低温拉曼需要样品台位置漂移小的恒温器。
4、变温速率。变温测量通常都要测一系列不同温度的光谱来分析样品特性随温度的变化，而传统恒温器温度由一个温度点到下一个温度点时需要很长时间才能稳定。这是因为样品台等内部结构热容较大，每到一个温度点需要一定的稳定时间。这就导致整个实验时间非常长，可达几天之久，此中的“酸爽”在博士阶段应该是有体会。因此低温拉曼需要一款能够快速变温并稳定的恒温器。
综合以上四点，要将一台室温拉曼升级成低温拉曼需要的恒温器必须是低温技术与光学技术的集大成者。
二、巧夺天工，全新系统让你与众不同
话说，不破不立！如果说将室温拉曼升级成低温拉曼是地覆天翻，那么全新的低温拉曼系统可以说是再造乾坤。因为通过集成硬件和软件系统，全新的低温显微拉曼已经超越了机械的硬件拼接。除了上述普通升级低温拉曼系统所有的功能之外，该系统还具有以下神技：
1、 集成式软件控制样品聚焦、定位
2、 集成式软件控制样品温度，无需额外控温仪
3、 自动控制系统抽真空、降温、升温
4、 自动二维扫描成像与数据收集
5、 快速变温样品台实现大温区快速变温测量（4K-600K）
6、 低位置漂移样品台设计
7、 集成式高数值孔径镜头（NA0.75或0.85可选）
8、 兼容变温拉曼和电输运同时测量
什么？拉曼还能自动二维扫描成像？是的，可以轻松得到一张二维的拉曼扫描图像，听到这心里有没有一点小“雀跃”？通过扫描拉曼功能和新的算法，此新系统甚还可以测量样品的热导率二维分布，此外全新系统软件控制聚焦也给用户带来了很多便利。这些功能对于普通变温拉曼来说简直就是“降维打击”。
我们来看全新系统的一个简单案例。图1和图2分别是MoS2-WS2多层膜异质结（非外延式异质结）在5K（图1）和150K（图2）下的二维拉曼扫描成像。扫描范围200μm*200μm，每一个像素点1μm*1μm。每一幅图片就是40000次的拉曼测量，这是手动测量所不敢想象的。两幅图的右侧图片是通过k-means clustering方法进行分析后得到的结果，可以清楚地看到不同温度下边界态的相对强度明显不同。这对样品区域特性的研究具有重要意义。
图1，MoS2-WS2多层膜异质结（非外延式异质结）5K温度下的拉曼二维扫描图像（左）与k-means clustering分析结果（右）扫描范围200μm*200μm，每一个像素点1μm*1μm。
图2，MoS2-WS2多层膜异质结（非外延式异质结）150K温度下的拉曼二维扫描图像（左）与k-means clustering分析结果（右）扫描范围200μm*200μm，每一个像素点1μm*1μm。
综上所述，什么恒温器能够满足普通拉曼的低温升级呢？下面为您揭开庐山真面目。纵观目前商业化的恒温器，Montana Instruments生产的超精细无液氦低温光学恒温器是实现普通拉曼做低温升级的佳恒温器。近工作距离、超低震动、低位置温漂、超快变温和高稳定性已经成为Montana恒温器帮助用户“笑傲科研”的看家本领。目前国内外已经有很多科研工作者体会到了Montana恒温器带来的便利，国内已有近百台设备在各大实验室工作。
图3，Montana Instruments生产的低温恒温器主机部分。
而全新的低温显微拉曼系统就是Montana Instruments与 Princeton Instruments经过长时间的探索研究联合推出的全新的集成式低温显微拉曼系统——CryoRAMAN。
图4，CryoRAMNA集成式低温拉曼系统主机部分。
Quantum Design中国正在引进一套设备作为样机，我们将在7月份举行大型Workshop进行低温拉曼的应用和技术讲解。欢迎大家到时来参加，有机会可以进行测试，体验CryoRAMAN带来的便利。
拉曼向低温拉曼的发展已经成为大势所趋。无论是升级还是整套购买，赶紧行动起来吧！
