Design Considerations of a Dual Mode X-Band EPR Resonator for Rapid In-Situ Microwave Heating
Design Considerations of a Dual Mode X-Band EPR Resonator for Rapid In-Situ Microwave Heating
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用于快速原位微波加热的双模式 X 波段 EPR 谐振器的设计考虑
DOI：
10.1007/s00723-022-01463-1
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发表时间：
2022
影响因子：
1
通讯作者：
Barter M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Barter M
本文介绍了X波段连续波电子顺磁共振（EPR）腔的设计考虑，同时EPR测量和微波加热同一样品。选择椭圆腔几何形状来分离TM 110模的简并性，从而允许具有分别在10 GHz和9.5 GHz左右谐振的TM 110，a和TM 110，b模的良好分辨的EPR信号，其中后者用于EPR测量。这种几何结构的好处是，用于微波加热的TM 010模式在6.1 GHz下谐振，低于用于EPR通道的X波段波导的截止频率，从而在加热和EPR通道之间提供有效的隔离。使用一对9 µm厚的覆铜板作为平坦腔壁，可以使调制场（Bmod）充分穿透到腔中，并保持高腔Q因子（> 5700），以进行灵敏的EPR测量。加热端口与EPR端口成135°角的位置提供了额外的空间，以便更容易地进行耦合调节，并容纳更大的样品入口。通过在加热端口上使用7.2 GHz低通滤波器，可以完全补偿EPR信号强度的相关降低。使用1.6 mm和4.0 mm样品管的EPR谱显示在室温（298 K）和318 K的标准Cu（acac）2溶液，证明了这种双模EPR腔的有效性，微波加热在EPR检测。
This paper describes the design considerations for a dual mode X-band continuous wave (CW) Electron Paramagnetic Resonance (EPR) cavity, for simultaneous EPR measurement and microwave heating of the same sample. An elliptical cavity geometry is chosen to split the degeneracy of the TM110mode, allowing for a well resolved EPR signal with the TM110,aand TM110,bmodes resonating at around 10 GHz and 9.5 GHz, respectively, the latter of which is used for EPR measurements. This geometry has the benefit that the TM010mode used for microwave heating resonates at 6.1 GHz, below the cut off frequency of the X-band waveguide used for the EPR channel, providing effective isolation between the heating and EPR channels. The use of a pair of 9 µm thick copper clad laminates as the flat cavity walls allows for sufficient penetration of the modulation field (Bmod) into the cavity, as well as maintaining a high cavity Q factor (> 5700) for sensitive EPR measurements. Locating the heating port at an angle of 135° to the EPR port provides additional space for easier coupling adjustment and for larger sample access to be accommodated. The associated decrease of EPR signal strength is fully compensated for by using a 7.2 GHz low pass filter on the heating port. EPR spectra using 1.6 mm and 4.0 mm sample tubes are shown at room temperature (298 K) and 318 K for a standard Cu(acac)2solution, demonstrating the effectiveness of this dual-mode EPR cavity for microwave heating during EPR detection.
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