CN107029813B - 一种多角度低温水热反应衬底支架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多角度低温水热反应衬底支架，包括主体模块，所述主体模块包括上固定板、下固定板及环绕主体模块设置的多个分支模块，所述分支模块包括主夹板、副夹板及衬底移动架，所述主夹板和副夹板分布在分支模块两侧，并固定在上固定板和下固定板之间，且对应设有内轨道和外轨道，其中主夹板外端设有多个锁扣，所述衬底移动架一端安装在内轨道上，另一端安装在外轨道上，并设有安装在锁扣上的定位把手；通过将定位把手安装在不同的锁扣上，衬底移动架两端沿内外轨道移动。本发明通过分支模块、定位把手、内轨道及外轨道的设置，可安装多个衬底的同时也便于调整角度。

Description

一种多角度低温水热反应衬底支架

技术领域

本发明涉及物理化学实验器械领域，具体涉及一种多角度低温水热反应衬底支架。

背景技术

低温水热反应，是当前纳米无机非金属材料的重要合成手段，其通过选择适当的反应源及调控反应源的生长条件，可合成诸如纳米线和微球等不同形貌的纳米薄膜材料，这些材料将被进一步应用到光催化、太阳能电池、有机/无机发光器件及锂电池等不同领域。低温水热反应条件温和、原材料选择范围广、实现简单，很适合小规模的工业化生产，因此，在工业化生产的过程中为了尽量降低成本，加快效率，一次溶液配置产出大量薄膜是必要的。此外，低温水热反应的研究过程是一项多因素的试验探究过程，即使应用了正交试验等方法加以控制，试验因素的增加依然会严重延长试验周期。可将试验因素大体分为药物配比、温湿度等外界环境因素以及衬底在反应液中的放置角度和位置等物理环境因素三类，前两类直接作用于化学反应过程，是研究的重点，不可简化，而因素三则会影响纳米膜层的生长趋势、速率以及平整度，不同材料生长过程对因素三也有不同的需求，所以，在给定前两种因素条件的前提下，尽量全面并快速高效的尝试所有溶液内部的物理环境因素是必要的。以往的应对方案是在将配好的药品分别放置在不同的反应容器中，并制备简易的支架，以实现衬底放置角度及位置的调整，然而溶液在转移过程中，很容易受外界环境的影响，干净的衬底片在用镊子等器皿转移过程中容易产生二次接触带来的污染，影响化学反应结果，简易支架也存在利用率低，灵活性差，效果参差不齐等不稳定因素，使得试验结果不稳定，规律性弱化。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种多角度低温水热反应衬底支架，能够同时安装多个用于反应的衬底并便于调整其角度，灵活性好，避免二次接触带来的污染，提高实验效率及准确性。

针对上述技术问题，本发明是这样解决的：一种多角度低温水热反应衬底支架，包括主体模块，所述主体模块包括上固定板、下固定板及环绕主体模块设置的多个分支模块，所述分支模块包括主夹板、副夹板及衬底移动架，所述主夹板和副夹板分布在分支模块两侧，并固定在上固定板和下固定板之间，且对应设有内轨道和外轨道，其中主夹板外端设有多个锁扣，所述衬底移动架一端安装在内轨道上，另一端安装在外轨道上，并设有安装在锁扣上的定位把手；通过将定位把手安装在不同的锁扣上，衬底移动架两端沿内外轨道移动。

本发明的主体模块中包括多个分支模块，分支模块下均设有衬底移动架，且通过定位把手、内轨道和外轨道的协作作用，使得本发明可安装多个衬底的同时也可以调整每个衬底移动架的上下角度，灵活性好，达到了在给定药物配比和外界环境因素条件的前提下，尽量全面并快速高效的尝试所有溶液内部的物理环境因素试验的目的；本发明的支架可以作为水热反应支架，又可以作为超声清洗支架，也就是说，除非需要将衬底拿出做其他操作，不然衬底从清洗、烘干、反应中以及反应结束后的冲洗、烘干这一系列过程只需要转移整个支架即可完成，避免衬底因二次接触而被污染，也因为可以在支架上安装多个不同角度的衬底，整个反应只需要在一个反应容器中进行一次配药，不需要分瓶转移到多个反应容器中进行反应，避免的药物在此过程中可能受到的污染，保证了试验的安全和高效性；本发明整体未使用螺丝等有螺纹的连接件进行连接，极大的降低了加工难度。

进一步地，所述衬底移动架包括一个以上的衬底固定夹、与衬底固定夹数量相对应的运动固定轴以及一个外端设有定位把手的角度调控联动架，所述角度调控联动架的内端和各个衬底固定夹的内端通过对应的运动固定轴串联在内轨道上，所述外轨道的数量为一个以上，所述衬底固定夹的外端安装在对应的外轨道上。

通过将定位把手固定不同的锁扣即可将一个以上的衬底固定夹同时改变角度，获取多个角度的衬底的反应数据，有利于实验效率的提高。

进一步地，所述衬底固定夹包括主梁、设置在主梁左右的两根侧臂及沿主梁设置的圆柱管，所述圆柱管的内径与运动固定轴的外径相适应，所述主梁及两根侧臂均设有用于夹持衬底的夹持件，所述两根侧臂的外端安装在对应的外轨道上。

进一步地，两根侧臂的外端设有一对夹持件，夹持件中有一段区域被封住，形成衬底卡件，使这对夹持件之间形成的张口距离小于衬底的插入宽度。

此时衬底固定夹用于固定方形衬底，当使用镊子将衬底插入衬底固定夹时，因为外端张口距离比衬底的插入宽度小，两根侧臂被衬底撑开，当完全插入后，两根侧臂复原，由于衬底卡件使得两根侧臂外端的张口距离小于衬底的插入宽度，便可以防止衬底滑出，稳定性强。

进一步地，所述角度调控联动架内端设有与衬底固定夹数量对应的U型倒钩，所述U型倒钩上设有与运动固定轴相适应的开孔。

当将定位把手安装在不同的锁扣上时，各个U型倒钩的位置沿内轨道发生变化，也即通过运动固定轴和对应的U型倒钩串联的衬底固定夹的位置同时沿内轨道和外轨道发生变化，多个衬底固定夹中衬底的角度可以同时得到调整，灵活性强。

进一步地，所述内轨道与锁扣的排列方向平行设置，所述外轨道以一定的角度相对于内轨道向外延伸。

这样设置能更容易使定位把手安装在不同锁扣中，因为衬底移动架的内端可以方便地在内轨道中进行平行滑动，而外轨道和内轨道成一定角度可以使衬底移动架两端分别在外轨道和内轨道滑动时更好地改变角度，实验效果好。

进一步地，所述多个外轨道均平行设置。

保证多个沿外轨道移动的衬底固定夹之间所成的角度一致，获得更多的实验数据以过滤其他随机因素的干扰，可靠性高。

进一步地，还包括主固定柱，所述主体模块有多个，多个主体模块由主固定柱贯穿固定。

通过更换不同长度的主固定柱可以固定不同数量的主体模块，增加同时进行反应的衬底数量，且衬底在反应液中的放置角度和位置等物理环境因素也可以更多变化，灵活性更强，提高了实验效率。

进一步地，还包括多个分支固定柱，一部分只贯穿一个主体模块的上固定板和下固定板，另一部分贯穿多个主体模块的上固定板和下固定板。

在一定程度上增加支架整体的结构稳定性，便于对支架进行移动等操作，稳固性强，便利性好。

进一步地，所述下固定板中间设有托举圆饼以及安装有托举圆饼的凹槽，所述主固定柱上设置有卡槽，所述托举圆饼中设置有与卡槽相对应的卡扣，所述主固定柱通过托举圆饼和下固定板安装固定。

当主体模块叠加得越多，支架结构就越不稳定，通过设置卡扣和卡槽相互配合的设计，可以把主固定柱与各个托举圆饼更好地安装固定，也就等于把各个主体模块也安装固定，进一步提供结构稳定性。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明有多个独立的分支模块，可安装多个衬底的同时也可以调整其中每个衬底移动架的上下角度，灵活性强；

（2）不需要触碰衬底就可以调整角度以及对衬底在清洗、烘干、反应中以及反应结束后的冲洗、烘干这一系列过程中进行转移，避免衬底因二次接触被污染，整个反应只需要在一个反应容器中进行一次配药，不需要分瓶转移到多个反应容器中进行反应，避免的药物在此过程中可能受到的污染，保证了试验的安全和高效性，保证了试验的安全和高效性；

（3）本发明整体未使用螺丝等有螺纹的连接件进行连接，极大的降低了加工难度；

（4）除了主固定柱以外，其他部件多为扁平的板状结构，便于从一张大板材上进行切割得到，提高材料利用率，也可以使用3D打印很方便地制作完成；

（5）上固定板和下固定板的面积越大，所能容纳的分支模块也就越多，可实现更多地衬底同时进行反应。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中衬底移动架的结构示意图；

图3是本发明的截面图；

图4是本发明中下固定板的结构示意图；

图5是本发明中上固定板的结构示意图；

图6是本发明实施例中5个分支固定柱的结构示意图；

图7是本发明实施例中一种托举圆饼的结构示意图；

图8是本发明实施例中一种托举圆饼的截面图；

图9是本发明实施例中另一种托举圆饼的结构示意图；

图10是本发明一种衬底固定夹的结构示意图；

图11是本发明另一种衬底固定夹的结构示意图；

图12是本发明角度调控联动架的结构示意图；

图13是本发明主夹板的结构示意图；

图14是衬底固定夹沿内轨道和外轨道移动的坐标轴示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。

实施例：

如图1和3所示的一种多角度低温水热反应衬底支架，包括两个圆柱状的主体模块及主固定柱11，主体模块包括上固定板7、下固定板6和六个分支模块，分支模块包括主夹板4、副夹板5及衬底移动架，所述主夹板4和副夹板5分布在分支模块两侧，并固定在上固定板7和下固定板6之间，且对应设有内轨道和外轨道，其中主夹板4外端设有七个倒L型锁扣，所述衬底移动架一端安装在内轨道上，另一端安装在外轨道上，并设有安装在锁扣上的定位把手9；通过将定位把手9安装在不同的锁扣上，衬底移动架两端沿内外轨道移动。

本实施例中主体模块中包括多个分支模块，分支模块下均设有衬底移动架，且通过定位把手9、内轨道和外轨道的协作作用，使得本发明可安装多个衬底的同时也可以调整每个衬底移动架的上下角度，灵活性好，达到了在给定药物配比和外界环境因素条件的前提下，尽量全面并快速高效的尝试所有溶液内部的物理环境因素试验的目的；本发明的支架可以作为水热反应支架，又可以作为超声清洗支架，也就是说，除非需要将衬底拿出做其他操作，不然衬底从清洗、烘干、反应中以及反应结束后的冲洗、烘干这一系列过程只需要转移整个支架即可完成，避免衬底因二次接触而被污染，也因为可以在支架上安装多个不同角度的衬底，整个反应只需要在一个反应容器中进行一次配药，不需要分瓶转移到多个反应容器中进行反应，避免的药物在此过程中可能受到的污染，保证了试验的安全和高效性；本发明整体未使用螺丝等有螺纹的连接件进行连接，极大的降低了加工难度。

如图2和12所示，衬底移动架包括两个衬底固定夹1、两个运动固定轴2以及一个角度调控联动架3，所述角度调控联动架3的内端设有两个设有用于套在主夹板4上的U型倒钩，U型倒钩上设有与运动固定轴2相适应的开孔，运动固定轴2插入衬底固定夹1的内端及U型倒钩的开孔，将它们串联安装在内轨道上，所述外轨道有两个且相互平行设置，两个衬底固定夹1的外端分别安装在对应的两个外轨道上。

更优的，U型倒钩上的开孔设计成矩形，相对应的运动固定轴2的一端也设计成矩形，以阻止运动固定轴2的转动，增加支架稳定性。

角度调控联动架3的外端设有一对拱门型突出，内侧两面的中部设有半球型突起，形成双拱门型关节腔，定位把手的一端为单拱门型，其上下两侧设有与半球型突起相适应的半球型凹槽，且凹槽两侧设有深度小于半球型凹槽半径的直线沟道；安装定位把手9时，将定位把手9单拱门型的一端插入双拱门型关节腔，由于直线沟道较浅，此时定位把手9通过半球形突起将双拱门型关节腔撑开，当半球型突起滑入半球型凹槽后，双拱门型关节腔复原，如此设计，使得定位把手9可以以双拱门型关节腔为中心180°转动，且只能沿着直线沟道滑出，防止定位把手9在其他角度滑出掉落。

两个U型倒钩分别连接角度调控联动架3外端的双拱门型关节腔，中间形成的空隙，并在这个空隙中设有支撑杆，增强角度调控联动架3的稳定性，使得U型倒钩和双拱门型关节腔之间的连接机构和支撑杆组成三角形结构，起到加固作用。

如图10所示，用于夹持方形衬底的衬底固定夹1，包括主梁、设置在主梁左右的两根侧臂及沿主梁设置的圆柱管，所述运动固定轴插放在圆柱管中，所述主梁及两根侧臂设有四个用于夹持衬底的夹持件，所述夹持件包括两对延伸平台，由于延伸平台本身有一定厚度，起到了加固侧臂和主梁连接的作用，位于外端的每对延伸平台呈钩状，且有一部分区域被封住，形成衬底卡件，封口区域截面为上下两个直角三角形，且直角三角形的斜边面向外，在封口区域边沿开小于封口面积的V型槽孔，供尖嘴镊夹取方形衬底，使得两根侧臂在最外端张口距离小于方形衬底的边长，所述两根侧臂的外端设有一对小圆柱，一对小圆柱对应安装在主夹板和副夹板的外轨道上。

对于边长为x的方形衬底，衬底固定夹1的工作原理为：

放入衬底时，因为衬底固定夹1开口宽度小于方形衬底，所以需要利用方形衬底的侧面将衬底固定夹1挤开，使张口距离大于x，整张衬底可进入衬底固定夹1内；

取出衬底时，原先衬底和两根侧臂内侧以及各延伸台阶紧密贴合，镊子伸入V形槽孔后，挤压两根侧臂，使侧臂外翻，此时两根侧臂最外端张口将宽于x，镊子可将衬底夹出，之后衬底固定夹1复原。

如图11所示，用于夹持圆形衬底的衬底固定夹1，与上一段中衬底固定夹1不同的是，分别在主梁中段和两个侧臂的中段上对应设有三个用于夹持衬底的夹持件，在主梁和侧臂连接处的内侧设置了三角形状块体，加固侧臂和主梁的连接，且所述夹持件也包括两对延伸平台，在侧臂上的每对延伸平台之间设有拱形填充，设于圆形衬底与侧臂相切点的外端，用于固定圆形衬底，拱形填充顶端还开有小于填充区域的V型孔，用于尖嘴镊夹取圆形衬底。

对于圆形衬底，衬底固定夹1的工作原理为：

可直接夹着圆形衬底从衬底固定夹1插入或拔出，或者利用拱形填充上的v型孔，用尖嘴镊夹取衬底。

如图3、4和5所示，所述主固定柱11从上往下贯穿固定两个主体模块，所述下固定板6中间设有托举圆饼以及安装有托举圆饼的主通孔，上固定板中间设有与主固定柱相适应的圆孔，所述主固定柱上设置有卡扣，所述托举圆饼中设置有与卡扣相对应的卡槽，所述主固定柱11通过托举圆饼和下固定板6安装固定。

上固定板7和下固定板6还设有可供主夹板4和副夹板5安装的分支模块插槽。

如图7和8所示，设在下面的主体模块中的下固定板6中间的第一托举圆饼10-1，中间有倒圆台型的槽孔，第一圆孔下端还设有半球状环形的凹槽，槽孔和凹槽相接处形成凸出的第一卡扣，所述主固定柱11的底端设置有与第一卡扣相对应的卡槽；主固定柱11底端插入倒圆台型圆孔窄端时，由于第一卡扣比窄端宽，主固定柱11底端把窄端撑大，之后第一卡扣将滑入卡槽，同时窄口复原，卡住卡槽，第一托举圆饼10-14最终被固定在主固定柱11底端。

第一托举圆饼10-1的一侧设有方形凹槽，对应地，槽孔设有方形突出，当第一托举圆饼10-1放置在主凹槽时，方形凹槽和方形突出之间相互契合，从而限制主体模块转动，提高了支架的稳定性。

如图9所示，设在上面的主体模块中的下固定板6中间的第二托举圆饼10-2，一侧边设有U型缺口，缺口两侧形成方形的卡扣，对应的主固定柱11上设有方形卡槽，U型缺口上方还设有贴合主固定柱11的加强筋；结合图3可知，方形卡扣插入方形卡槽中，限制第二托举圆饼上下移动，同时U型缺口充当了方形凹槽的作用，与槽孔的方形突出相互契合，进一步提高支架的稳定性。

如图13所示的主夹板4，前端设有多个倒L型锁扣，对应0到90°间等分的七个可调角度，且为从外端到内端逐渐增厚的梯形结构，相应地，为了使定位把手9与倒L型锁扣相适应，定位把手9设置为从外端到内端逐渐变薄的梯形结构，可选的，倒L型锁扣的数量根据所需要的角度数量可做增减。其中定位把手9前端的形状和倒L型锁扣形成的方型槽相适应，使用时将定位把手9放置在其中进行固定，取出时抬起并转动定位把手9即可。

其中主夹板4和副夹板5上对应的两个外轨道为弧线轨道，内轨道为竖直的直线轨道。

结合图14，本专利的工作原理为：设方形衬底的边长为x，设衬底固定夹1内端圆柱管中轴线点j到侧臂外端小圆柱中轴线点k间的距离为Z，Z应略大于x，例如x为15mm，Z则可设为17.5mm。内外轨道底端为衬底固定夹1水平放置位，所以，内外轨道最下端间距就是Z，将此位置时点k设为坐标原点（见图13），将衬底固定夹1内端抬升的距离设为y，内轨道高度为Y。

当定位把手9不在倒L型锁扣中时，上抬定位把手9，定位把手9将带动双拱门型关节腔，双拱门型关节腔带动所有U型倒钩，U型倒钩再带动运动固定轴2，而运动固定轴2再拉动衬底固定夹1内端沿内轨道上下运动，外轨道则作为辅助轨道，由于衬底固定夹1外端只能沿外轨道运动，在两轨道的配合下，当提升或降下角度调控联动架3时，衬底固定夹1将与水平面呈出不同的角度，如图14中的虚线所示。为达到此目的，外轨道需满足以下条件：

将内轨道Y平分为n段，每段Δy，要求抬升Δy高度，衬底与水平面角度增加Δθ，所以抬升高度为y，衬底固定夹1与水平面角度为y•π/2Y（rad），衬底固定夹轨道间长度Z又为定值，所以，满足以上前提条件时，每个抬升高度y对应的k点位置均可通过如下公式确认：

y - Z•sin(y•π/2Y) = h

Z - b•cos(y•π/2Y) = l

其中h和l分别为联动架3抬升y高度时，衬底固定夹1前端（k点）的抬升高度和水平移动距离。取Δy无限小时，对应可得无数个k点位置，所有这些k点位置即构成了外轨道轨迹。

由于当衬底固定夹1与水平呈90°时，j点和k点均会进入内轨道，侧臂外端小圆柱的直径大于内轨道宽度，且内外轨道接口处设置倒圆脚，可以防止出现衬底固定夹1侧臂外端一对小圆柱进入内轨道而无法返回的情况，确保实验顺利进行。

具体实施过程中，如图6所示，本专利还包括若干长度不一的分支固定柱，分别为第一分支固定柱8-1、第二分支固定柱8-2、第三分支固定柱8-3、第四分支固定柱8-4、第五分支固定柱8-5，可根据需要连接及固定的主体模块个数设置，对应的，下固定板6在分支模块之间的间隙还设有分支固定柱插槽，而上固定板7设有对应的分支固定柱接口。可选的，如果需要叠加更多的主体模块，可以根据需求设置其他不同长度的分支固定柱。

根据上述设计，分支模块内所有衬底固定夹1可同时呈现不同的角度，而不同分支模块之间又是相互独立的，以此实现了支架上多衬底和多可调角度这两个目的。

本实施例可应用于衬底的超声清洗以及在高压釜或者烧杯等器皿中进行低温水热等化学反应

在作为超声清洗支架的过程中，建议将所有衬底设置为水平放置状态，并且主体模块不要堆叠，一次清洗只放一个主体模块，这样有利于减少清洗液的使用。

在进行水热反应等化学反应时，主体模块可以按顺序堆叠放置，紧密排列，也可以通过第二托举圆饼10-2将主体模块托举在特定的高度。

上述实施方案为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施方案的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多角度低温水热反应衬底支架，包括主体模块，所述主体模块包括上固定板、下固定板及环绕主体模块设置的多个分支模块，其特征在于，所述分支模块包括主夹板、副夹板及衬底移动架，所述主夹板和副夹板分布在分支模块两侧，并固定在上固定板和下固定板之间，且均对应设有内轨道和外轨道，其中主夹板外端设有多个锁扣，所述衬底移动架内端安装在内轨道上，外端安装在外轨道上，并设有安装在锁扣上的定位把手；通过将定位把手安装在不同的锁扣上，衬底移动架两端沿内外轨道移动。

2.根据权利要求1所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述衬底移动架包括一个以上的衬底固定夹、与衬底固定夹数量相对应的运动固定轴以及一个外端设有定位把手的角度调控联动架，所述角度调控联动架的内端和各个衬底固定夹的内端通过对应的运动固定轴串联在内轨道上，所述外轨道的数量为一个以上，所述衬底固定夹的外端安装在对应的外轨道上。

3.根据权利要求2所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述衬底固定夹包括主梁、设置在主梁左右的两根侧臂及沿主梁设置的圆柱管，所述圆柱管的内径与运动固定轴的外径相适应，所述主梁及两根侧臂均设有用于夹持衬底的夹持件，所述两根侧臂的外端安装在对应的外轨道上。

4.根据权利要求3所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，两根侧臂的外端设有一对夹持件，夹持件中有一段区域被封住，形成衬底卡件，使这对夹持件之间形成的张口距离小于衬底的插入宽度。

5.根据权利要求2所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述角度调控联动架内端设有与衬底固定夹数量对应的U型倒钩，所述U型倒钩上设有与运动固定轴相适应的开孔。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述内轨道与锁扣的排列方向平行设置，所述外轨道以一定的角度相对于内轨道向外延伸。

7.根据权利要求6所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述多个外轨道均平行设置。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，还包括主固定柱，所述主体模块有多个，多个主体模块由主固定柱贯穿固定。

9.根据权利要求8所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，还包括多个分支固定柱，一部分只贯穿一个主体模块的上固定板和下固定板，另一部分贯穿多个主体模块的上固定板和下固定板。

10.根据权利要求8所述的一种多角度低温水热反应衬底支架，其特征在于，所述下固定板中间设有托举圆饼以及安装有托举圆饼的凹槽，所述主固定柱上设置有卡槽，所述托举圆饼中设置有与卡槽相对应的卡扣，所述主固定柱通过托举圆饼和下固定板安装固定。