CN108806402B - 一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法，包括安装架、悬浮装置和演示装置，悬浮装置通过所述安装架固定，悬浮装置包括第一反磁性板、第二反磁性板和磁块，第一反磁性板和第二反磁性板均沿水平方向设置，第二反磁性板还设置于所述第一反磁性板和所述磁块之间，第一反磁性板和第二反磁性板之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间；演示装置包括分子模型和投射机构，分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；本发明还提供分子模型的制备方法。本发明实现有机分子的磁悬浮展示，有利于化学教学中有机分子的立体概念的构建。

Description

一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法

技术领域

本发明属于教学用具领域，具体涉及一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法。

背景技术

教学用具是指使学生能直观、形象地理解教学内容所使用的各类器具以及教师授课时使用的用具的总称，教具能够提高学生的学习兴趣，丰富学生的感性认识，帮助学生形成明确的概念，发展学生的观察能力和思维能力。球棍模型（球棒模型）是一种空间填充模型，用来表现化学分子的三维空间分布，将球棍模型（球棒模型）用实物表现出来，是初中及高中化学教学的一种常见教学演示方式。这种实物表现的球棍模型（球棒模型）通常由教师或学生组装后拿在手中或放置于桌面展示，不可避免的遮挡一些原子模型或是共价键模型，影响有机分子模型的直观表现，球棍模型的键模型代表两原子之间的共价键，棍状模型还连接以球状模型表示的原子。现有的用实物表现的球棍模型是在制作出来的球形原子模型上预留若干键孔，并在孔洞中插入罐装的键模型，键模型的两端分别设置于两个球形原子模型上的键孔内；这类键模型在组建分子的模型时，需要选取具有合适数量、适当位置键孔的球形原子模型，由于键孔的位置是预留在原子模型上，而分子的模型中又可能包含拥有不同键位数量及不同键位位置的多种原子类型及分子键形式。现有的实物表现的球棍模型是设计出多种键孔数量及位置不同的原子模型，而一套实物球棍模型通常包括数量有限的不同类型的原子模型，当需要装配同种类型原子较多的分子模型时，往往需要多套球棍模型来共同装配，而未用到的类型的原子模型则会闲置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法，通过安装架、悬浮装置和演示装置的设置，实现有机分子的磁悬浮展示，有利于化学教学中有机分子的立体概念的构建，且对原子模型表面的键位个数及键位位置没有限制，减少原有的球棍模型生产过程所需的模具数量及精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种有机分子的磁悬浮展示装置，包括安装架、悬浮装置和演示装置，所述悬浮装置通过所述安装架固定，其特征在于：所述悬浮装置包括第一反磁性板、第二反磁性板和磁块，所述第一反磁性板和第二反磁性板均沿水平方向设置，所述第二反磁性板还设置于所述第一反磁性板和所述磁块之间，所述第一反磁性板和第二反磁性板之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间；所述演示装置包括分子模型和投射机构，所述分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，所述原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；所述键模型包括旋转棒和设置于旋转棒两端的连接棒，所述旋转棒包括螺纹柱和套设于螺纹柱上的旋转环，所述旋转环设置于所述螺纹柱的中部，旋转环两侧螺纹柱上的螺纹方向相反，螺纹柱的两端还分别连接有铁块，所述螺纹柱还旋转环两侧的螺纹连接于所述连接棒；所述连接棒上设有可供铁块通过的内通道，两个连接棒的一端设有与螺纹柱的外螺纹相匹配的内螺纹，两个连接棒还分别通过内螺纹连接于旋转环的两侧，所述连接棒的侧壁设有透气孔，连接棒的另一端远离旋转环所在方向，连接棒的另一端还连接吸盘；所述吸盘包括吸盘壳体和吸盘槽，所述吸盘壳体为透明的圆锥壳体，吸盘壳体的顶部还设有供铁块放置的吸盘槽，所述吸盘槽与所述吸盘壳体之间还设有一个或多个连接孔；所述投射机构设置于所述悬浮空间处，所述投射机构为实物展示台，实物展示台的摄像头设置于所述悬浮空间处。

进一步的，所述第一反磁性板和第二反磁性板还分别设有凹形槽，两个凹形槽的开口方向均朝向悬浮空间的方向。

进一步的，所述第一反磁性板、第二反磁性板和磁块均设置于安装架上，所述安装架包括起到支撑作用的安装框和设置于安装框上的板夹和磁块夹，所述安装框为矩形框架，所述板夹包括夹持块、连接筒和连接栓，所述夹持块为三棱柱形，沿夹持块其中一个棱处还预留供连接筒安装的凹槽，所述连接筒固定于所述凹槽内，所述连接筒还套设于安装框框体的竖杆上，所述连接筒的侧壁还预留供连接栓通过的通孔，所述夹持块上还设有水平方向的固定槽，所述第一反磁性块和所述第二反磁性块还分别通过固定槽固定于所述夹持块上；所述磁块夹连接于安装框顶端的横杆上，所述磁块夹包括磁块放置框、连接杆和连接器，所述磁块放置框为矩形框架，矩形框架的两端还分别通过连接杆连接于连接器；所述连接器包括第一滑套、第二滑套、连接环和固定栓，所述第一滑套套设于安装框顶端框架杆处，所述第一滑套的外壁还预设供连接环安装的安装凹槽，所述连接环设置于所述安装凹槽内，所述第二滑套还通过连接环连接于所述第一滑套，所述连接杆的一端连接于磁块放置框，连接杆的另一端穿过所述第二滑套，所述第二滑套上预留供固定栓通过的固定孔，固定栓的一端穿过固定孔设置于第二滑套的内部。

进一步的，所述连接环包括第一连接环和第二连接环，所述第一连接环和第二连接环的一端均通过连接座铰接于所述第二滑套，第一连接环和第二连接环的另一端还通过螺栓和与螺栓相匹配的螺母固定。

进一步的，所述第一连接环和第二连接环的另一端均设有供螺栓通过的螺栓孔。

进一步的，所述第一反磁性板和第二反磁性板的对角均设有板夹，第一反磁性板和第二反磁性板还分别通过板夹固定于所述安装框上，所述磁块放置框上还设有矩形的阶梯孔，所述磁块设置于所述阶梯孔内。

进一步的，所述键模型为发泡聚氨酯，所述磁性球为球形的永磁铁或发泡的磁性聚氨酯球。

本发明还提供一种有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法，其特征在于：所述第一反磁性板、第二反磁性板均为铋板，所述磁块为块状的永磁铁，所述发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球的具体制备步骤为：

步骤一、分别将偶联剂和磁粉在机械搅拌下分散于水和乙醇溶液中，向分散有磁粉的乙醇溶液中滴加偶联剂的水解溶液，加热至60~70℃并搅拌2h，离心，用无水乙醇清洗并干燥，得到偶联剂包覆的磁粉，备用；

步骤二、向反应釜中加入100份聚己二酸乙二醇酯二醇，并在搅拌条件下依次向反应釜中加入1~2份三乙烯二胺、0.5~2份二月桂酸二丁基锡、10~25份水、5~15份1,4-丁二醇、3~6份三羟甲基丙烷和5~10份有机硅泡沫稳定剂，继续搅拌30~60min，转速200~600r/min，得多元醇混合液；

步骤三、取一半量的步骤二所得多元醇混合液，并向取出的多元醇混合液中加入70~75份多苯基多亚甲基多异氰酸酯和第一色浆，搅拌5~10min，转速300~600r/min，搅拌后的混合液倒入至第一注塑模具中，第一注塑模具为键模型的棍状注塑模具，将第一注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡2~3h后冷却脱模，得到键模型；

步骤四、向步骤二中剩余的一半多元醇混合液中加入步骤一得到的偶联剂包覆的磁粉，多元醇混合液与偶联剂包覆的磁粉的质量比为1~3，搅拌5~9h后得混合均匀的磁粉混合物，再将混合均匀的磁粉混合物转移至双螺杆挤出机中；

步骤五、第二色浆从步骤四中的双螺杆挤出机的加料口添加，并与磁粉混合物混合，第二色浆和磁粉混合物还经由螺杆挤出机挤出后冷冻造粒；

步骤六、将步骤五所得颗粒在20~25℃水浴下进行非磁力搅拌搅拌，待颗粒融化时加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续搅拌5~10min，转速为300~600r/min，搅拌后的混合液倒入至第二注塑模具中，第二注塑模具为球形注塑模具，并将第二注塑模具放入40~50℃的恒温箱中保温发泡，发泡2~3h后冷却脱模，得到磁性聚氨酯发泡球。

进一步的，步骤一中磁粉乙醇溶液的质量浓度为15g/L，磁粉在乙醇溶液中进行超声分散，偶联剂水溶液的质量浓度为0.3g/mL，且磁粉与偶联剂的质量比为1~10，所述磁粉为Nd₂Fe₁₄B磁粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

进一步的，所述第一色浆为白色浆，所述第二色浆还包括多种色浆，步骤五中加入双螺杆挤出机的第二色浆为多种色浆中的一种或多种。

本发明的有益效果为：

1、本发明的一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法，通过反磁体的磁悬浮方法获得了集安装架、悬浮装置和演示装置的有机分子的展示装置，演示装置的分子模型通过反磁体的磁悬浮的方法 悬浮于悬浮装置的第一反磁性板和第二反磁性板之间，同时分子模型还能通过投射机构投射于投影屏幕或是墙体上，对悬浮的分子模型进行放大，避免将有机分子的模型拿在手中或放置于桌面上时对模型的阻挡及展示方位的单一性；

2、本发明的一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法，通过注塑发泡的方法制备了包含有磁粉的发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球，制备方法简单，且制备出的发泡聚氨酯所代表的键模型和发泡的磁性聚氨酯球所代表的原子模型质轻且不易老化，有利于悬浮装置对磁性聚氨酯球及连接于磁性聚氨酯球上的键模型的悬浮展示；

3、分子模型中的原子模型为能够着色的磁性球模型，键模型上带有铁块和吸盘，并通过铁块与磁性球的磁吸引力连接于磁性球模型代表的原子模型上，连接方便，吸盘能够在一定程度上加固键模型在原子模型上的附着力，防止键模型在磁性球表面的滑动；拆卸时旋转键模型的旋转环，铁块离开磁性球模型表面，空气经由连接棒的透气孔和吸盘上的通孔进入吸盘壳体内，便于键模型从磁性球模型的表面拆除。

附图说明

图1为安装架和悬浮装置的配合图；

图2为连接器的结构示意图；

图3为第一滑套的结构示意图；

图4为键模型的结构示意图。

其中，图中各标号为：1、旋转棒；101、螺纹柱；102、旋转环；2、连接棒；3、铁块；4、螺纹孔；5、内通道；6、吸盘壳体；7、吸盘槽；8、连接孔；9、透气孔；10、第一反磁性板；11、第二反磁性板；12、磁块；13、安装框；14、夹持块；15、连接筒；16、连接栓；17、固定槽；18、磁块放置框；19、连接杆；20、螺栓；21、固定栓；22、安装凹槽；23、第一滑套；24、第二滑套；25、连接环；2501、第一连接环；2502、第二连接环。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。

本案将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得熟悉本技艺之人士可以据以完成，然本案之实施例并非可由下列而被限制其实施形态。

一种有机分子的磁悬浮展示装置及其制备方法，通过抗磁性的磁悬浮原理，实现有机分子的磁悬浮展示，有利于化学教学中有机分子的立体概念的构建，同时还通过注塑发泡的方法制备了包含有磁粉的发泡磁性聚氨酯球，以磁性球模型作为原子模型，同样以注塑发泡的方法制备发泡聚氨酯的键模型，通过键模型表示的共价键和发泡磁性聚氨酯球表示的原子模型来共同构建由原子和原子之间的分子键构成的化学分子，化学分子的主要代表为有机分子。

实施例1

一种有机分子的磁悬浮展示装置，包括安装架、悬浮装置和演示装置，所述安装架包括起到支撑作用的安装框13和设置于安装框13上的板夹和磁块12夹，所述安装框13为矩形框架，所述板夹包括夹持块14、连接筒15和连接栓16，所述夹持块14为三棱柱形，沿夹持块14其中一个棱处还预留供连接筒15安装的凹槽，所述连接筒15固定于所述凹槽内，所述连接筒15还套设于安装框13框体的竖杆上，所述连接筒15的侧壁还预留供连接栓16通过的通孔，所述夹持块14上还设有水平方向的固定槽17，所述第一反磁性块和所述第二反磁性块还分别通过固定槽17固定于所述夹持块14上；所述磁块12夹连接于安装框13顶端的横杆上，所述磁块12夹包括磁块放置框18、连接杆19和连接器，所述磁块放置框18为矩形框架，矩形框架的两端还分别通过连接杆19连接于连接器；所述连接器包括第一滑套23、第二滑套24、连接环25和固定栓21，所述第一滑套23套设于安装框13顶端框架杆处，所述第一滑套23的外壁还预设供连接环25安装的安装凹槽22，所述连接环25设置于所述安装凹槽22内，所述第二滑套24还通过连接环25连接于所述第一滑套23，连接环25包括第一连接环2501和第二连接环2502，所述第一连接环2501和第二连接环2502的一端均通过连接座铰接于所述第二滑套24，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端均设有供螺栓20通过的螺栓20孔，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端还通过螺栓20和与螺栓20相匹配的螺母固定。所述连接杆19的一端连接于磁块放置框18，连接杆19的另一端穿过所述第二滑套24，所述第二滑套24上预留供固定栓21通过的固定孔，固定栓21的一端穿过固定孔设置于第二滑套24的内部。

所述悬浮装置通过所述安装架固定，所述悬浮装置包括第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11均沿水平方向设置，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别设有凹形槽，两个凹形槽的开口方向均朝向悬浮空间的方向，所述第二反磁性板11还设置于所述第一反磁性板10和所述磁块12之间，所述第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12均设置于安装架上，第一反磁性板10和第二反磁性板11的对角均设有板夹，第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别通过板夹固定于所述安装框13上，所述磁块放置框18上还设有矩形的阶梯孔，所述磁块12设置于所述阶梯孔内。所述第一反磁性板10和第二反磁性板11之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间。

所述演示装置包括分子模型和投射机构，所述分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，所述原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；所述键模型包括旋转棒1和设置于旋转棒1两端的连接棒2，所述旋转棒1包括螺纹柱101和套设于螺纹柱101上的旋转环102，所述旋转环102设置于所述螺纹柱101的中部，旋转环102两侧螺纹柱101上的螺纹方向相反，螺纹柱101的两端还分别连接有铁块3，所述螺纹柱101还旋转环102两侧的螺纹连接于所述连接棒2；所述连接棒2上设有可供铁块3通过的内通道5，两个连接棒2的一端设有与螺纹柱101的外螺纹相匹配的内螺纹，两个连接棒2还分别通过内螺纹连接于旋转环102的两侧，所述连接棒2的侧壁设有透气孔9，连接棒2的另一端远离旋转环102所在方向，连接棒2的另一端还连接吸盘；所述吸盘包括吸盘壳体6和吸盘槽7，所述吸盘壳体6为透明的圆锥壳体，吸盘壳体6的顶部还设有供铁块3放置的吸盘槽7，所述吸盘槽7与所述吸盘壳体6之间还设有一个或多个连接孔8；所述投射机构设置于所述悬浮空间处，所述投射机构为实物展示台，实物展示台的摄像头设置于所述悬浮空间处。

键模型两端的铁块3受磁性球模型磁吸引力的作用压紧于球表面，旋转旋转环102，旋转环102带动旋转棒1转动，使铁块3在连接棒2的内通道5中移动并逐渐靠近磁性球模型，铁块3与磁性球模型越靠近，其受到的磁吸引力越大，当铁块3移动至连接棒2的端部时，铁块3位于吸盘槽7的内部并将连接棒2端部的吸盘压紧于磁性球模型的表面，该吸盘为丁腈橡胶材质，贴附于球面表面具有吸附的功能，具有较大的牵扯力，至此，键模型的端面在吸盘和铁块3的磁吸附挤压作用下吸附于磁性球模型的表面；当需要将键模型从磁性球模型的表面拆除时，反方向旋转旋转环102，旋转环102带动旋转棒1转动，使铁块3在连接棒2的内通道5中移动并逐渐远离磁性球模型，铁块3与磁性球模型距离越来越远，其受到的磁吸引力也越来越小，当铁块3移出吸盘槽7时，外界气体经透气孔9和通孔进入吸盘壳体6，吸盘更易从磁性球表面移除，便于模拟分子的磁性球模型和键模型的重新组装及拆卸。

在有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法中，安装架为矩形架，材质为铝合金管或是不具有磁性的高分子材料杆，安装架的顶部框架还通过螺栓20固定于安装架的四个竖杆上，可以方便的将顶部框架拆卸，便于板夹及反磁性板的安装，所用螺栓20、固定栓21、连接栓16及各种连接件均为非磁性的铝合金或铜材质，分子模型中的键模型为发泡聚氨酯，原子磁性球为球形的永磁铁或发泡的磁性聚氨酯球，第一反磁性板10、第二反磁性板11均为铋板，所用磁块12为块状的永磁铁，其中发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球的具体制备步骤为：

步骤一、分别将偶联剂KH560和磁粉在机械搅拌下分散于水和无水乙醇中，磁粉乙醇溶液的质量浓度为15g/L，磁粉在乙醇溶液中进行超声分散，偶联剂水溶液的质量浓度为0.3g/mL，且磁粉与偶联剂的质量比为1，所述磁粉为Nd₂Fe₁₄B磁粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂，之后向分散有磁粉的乙醇溶液中滴加偶联剂的水解溶液，加热至60℃并搅拌2h，离心，用无水乙醇清洗并干燥，得到偶联剂包覆的磁粉，备用；

步骤二、向反应釜中加入100份聚己二酸乙二醇酯二醇，并在搅拌条件下依次向反应釜中加入1份三乙烯二胺、0.5份二月桂酸二丁基锡、10份水、5份1,4-丁二醇、3份三羟甲基丙烷和5份有机硅泡沫稳定剂，继续搅拌30min，转速200r/min，得多元醇混合液；

步骤三、取一半量的步骤二所得多元醇混合液，并向取出的多元醇混合液中加入70份多苯基多亚甲基多异氰酸酯和第一色浆，搅拌5min，转速300r/min，搅拌后的混合液倒入至第一注塑模具中，第一注塑模具为键模型的棍状注塑模具，将第一注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡2h后冷却脱模，得到键模型；

步骤四、向步骤二中剩余的一半多元醇混合液中加入步骤一得到的偶联剂包覆的磁粉，多元醇混合液与偶联剂包覆的磁粉的质量比为1，搅拌5h后得混合均匀的磁粉混合物，再将混合均匀的磁粉混合物转移至双螺杆挤出机中；

步骤五、第二色浆从步骤四中的双螺杆挤出机的加料口添加，并与磁粉混合物混合，第二色浆和磁粉混合物还经由螺杆挤出机挤出后冷冻造粒；

步骤六、将步骤五所得颗粒在20℃水浴下进行非磁力搅拌搅拌，待颗粒融化时加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续搅拌5min，转速为300r/min，搅拌后的混合液倒入至第二注塑模具中，第二注塑模具为球形注塑模具，并将第二注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡2h后冷却脱模，得到磁性聚氨酯发泡球。

实施例2

一种有机分子的磁悬浮展示装置，包括安装架、悬浮装置和演示装置，所述安装架包括起到支撑作用的安装框13和设置于安装框13上的板夹和磁块12夹，所述安装框13为矩形框架，所述板夹包括夹持块14、连接筒15和连接栓16，所述夹持块14为三棱柱形，沿夹持块14其中一个棱处还预留供连接筒15安装的凹槽，所述连接筒15固定于所述凹槽内，所述连接筒15还套设于安装框13框体的竖杆上，所述连接筒15的侧壁还预留供连接栓16通过的通孔，所述夹持块14上还设有水平方向的固定槽17，所述第一反磁性块和所述第二反磁性块还分别通过固定槽17固定于所述夹持块14上；所述磁块12夹连接于安装框13顶端的横杆上，所述磁块12夹包括磁块放置框18、连接杆19和连接器，所述磁块放置框18为矩形框架，矩形框架的两端还分别通过连接杆19连接于连接器；所述连接器包括第一滑套23、第二滑套24、连接环25和固定栓21，所述第一滑套23套设于安装框13顶端框架杆处，所述第一滑套23的外壁还预设供连接环25安装的安装凹槽22，所述连接环25设置于所述安装凹槽22内，所述第二滑套24还通过连接环25连接于所述第一滑套23，连接环25包括第一连接环2501和第二连接环2502，所述第一连接环2501和第二连接环2502的一端均通过连接座铰接于所述第二滑套24，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端均设有供螺栓20通过的螺栓20孔，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端还通过螺栓20和与螺栓20相匹配的螺母固定。所述连接杆19的一端连接于磁块放置框18，连接杆19的另一端穿过所述第二滑套24，所述第二滑套24上预留供固定栓21通过的固定孔，固定栓21的一端穿过固定孔设置于第二滑套24的内部。

所述悬浮装置通过所述安装架固定，所述悬浮装置包括第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11均沿水平方向设置，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别设有凹形槽，两个凹形槽的开口方向均朝向悬浮空间的方向，所述第二反磁性板11还设置于所述第一反磁性板10和所述磁块12之间，所述第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12均设置于安装架上，第一反磁性板10和第二反磁性板11的对角均设有板夹，第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别通过板夹固定于所述安装框13上，所述磁块放置框18上还设有矩形的阶梯孔，所述磁块12设置于所述阶梯孔内。所述第一反磁性板10和第二反磁性板11之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间。

所述演示装置包括分子模型和投射机构，所述分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，所述原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；所述键模型包括旋转棒1和设置于旋转棒1两端的连接棒2，所述旋转棒1包括螺纹柱101和套设于螺纹柱101上的旋转环102，所述旋转环102设置于所述螺纹柱101的中部，旋转环102两侧螺纹柱101上的螺纹方向相反，螺纹柱101的两端还分别连接有铁块3，所述螺纹柱101还旋转环102两侧的螺纹连接于所述连接棒2；所述连接棒2上设有可供铁块3通过的内通道5，两个连接棒2的一端设有与螺纹柱101的外螺纹相匹配的内螺纹，两个连接棒2还分别通过内螺纹连接于旋转环102的两侧，所述连接棒2的侧壁设有透气孔9，连接棒2的另一端远离旋转环102所在方向，连接棒2的另一端还连接吸盘；所述吸盘包括吸盘壳体6和吸盘槽7，所述吸盘壳体6为透明的圆锥壳体，吸盘壳体6的顶部还设有供铁块3放置的吸盘槽7，所述吸盘槽7与所述吸盘壳体6之间还设有一个或多个连接孔8；所述投射机构设置于所述悬浮空间处，所述投射机构为实物展示台，实物展示台的摄像头设置于所述悬浮空间处。

磁性球模型中加入永磁型的磁粉后注塑发泡，发泡的的磁性球模型作为原子模型与键模型共同组建为分子模型。磁性球模型还加入色浆进行染色，以期表示不同种类的原子，如加入黑色色浆的磁性球模型用来表示碳原子，加入白色色浆的磁性球模型用来表示氢原子，加入红色色浆的磁性球模型表示氧原子，氮原子以加入蓝色色浆的磁性球模型来表示。使用时先依次连接分子骨架，以原子模型、键模型、原子模型的顺序将骨架组装，再连接骨架外的支链，连接时一手手持磁性球模型，另一手将键模型的端部通过吸盘吸附于磁性球模型的表面，键模型与磁性球模型的连接点根据分子键的分布来选择，之后旋转键模型的旋转环102，将键模型连接的铁块3也吸附于磁性球模型的表面，防止键模型在磁性球模型表面的滑动或脱落，最后将组装好的分子模型放入悬浮装置的悬浮空间处，使分子模型在抗磁体磁悬浮的作用下悬浮，更为立体的表现分子模型的立体形态。同时在分子模型的制备过程中还可增加磁性球模型与键模型相连的用于模拟分子键断裂及再生成的球键模型，该球键模型包括非磁性的用于模拟原子的球模型和非磁性的用于模拟分子键的键模型，球模型与键模型固定连接，可用聚氨酯的黑料和白料直接注塑发泡，键模型的一端固定连接球模型，键模型的另一端还通过铁块3依靠磁吸附的作用吸附于另一表示原子的磁性球表面，键模型包括旋转棒1和设置于旋转棒1一端的连接棒2，旋转棒1包括螺纹柱101和套设于螺纹柱101上的旋转环102，旋转环102设置于螺纹柱101的中部，螺纹柱101的一端还分别连接有铁块3，螺纹柱101还旋转环102两侧的螺纹连接于连接棒2；连接棒2上设有可供铁块3通过的内通道5，连接棒2的一端设有与螺纹柱101的外螺纹相匹配的内螺纹，连接棒2还通过内螺纹连接于旋转环102的一侧，连接棒2的另一端远离旋转环102所在方向，连接棒2的另一端还连接吸盘；吸盘包括吸盘壳体6和吸盘槽7，吸盘壳体6为透明的圆锥壳体，吸盘壳体6的顶部还设有供铁块3放置的吸盘槽7，吸盘槽7与吸盘壳体6之间还设有一个或多个通孔，在连接棒2的侧壁还设有透气孔9，螺纹柱101的两端还分别设有螺纹孔4，铁块3的外壁设有与螺纹孔4向匹配的外螺纹，铁孔螺纹连接于所述螺纹柱101。

在有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法中，安装架为矩形架，材质为铝合金管或是不具有磁性的高分子材料杆，安装架的顶部框架还通过螺栓20固定于安装架的四个竖杆上，可以方便的将顶部框架拆卸，便于板夹及反磁性板的安装，所用螺栓20、固定栓21、连接栓16及各种连接件均为非磁性的铝合金或铜材质，分子模型中的键模型为发泡聚氨酯，原子磁性球为球形的永磁铁或发泡的磁性聚氨酯球，第一反磁性板10、第二反磁性板11均为铋板，所用磁块12为块状的永磁铁，其中发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球的具体制备步骤为：

步骤一、分别将有机偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷和磁粉在机械搅拌下分散于水和乙醇溶液中，磁粉乙醇溶液的质量浓度为15g/L，磁粉在乙醇溶液中进行超声分散，偶联剂水溶液的质量浓度为0.3g/mL，且磁粉与偶联剂的质量比为5，所述磁粉为Nd₂Fe₁₄B磁粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂，之后向分散有磁粉的乙醇溶液中滴加偶联剂的水解溶液，加热至65℃并搅拌2h，离心，用无水乙醇清洗并干燥，得到偶联剂包覆的磁粉，备用；

步骤二、向反应釜中加入100份聚己二酸乙二醇酯二醇，并在搅拌条件下依次向反应釜中加入1.5份三乙烯二胺、1份二月桂酸二丁基锡、15份水、10份1,4-丁二醇、5份三羟甲基丙烷和6份有机硅泡沫稳定剂，继续搅拌45min，转速300r/min，得多元醇混合液；

步骤三、取一半量的步骤二所得多元醇混合液，并向取出的多元醇混合液中加入70~75份多苯基多亚甲基多异氰酸酯和第一色浆，搅拌8min，转速400r/min，搅拌后的混合液倒入至第一注塑模具中，第一注塑模具为键模型的棍状注塑模具，将第一注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡2.5h后冷却脱模，得到键模型；

步骤四、向步骤二中剩余的一半多元醇混合液中加入步骤一得到的偶联剂包覆的磁粉，多元醇混合液与偶联剂包覆的磁粉的质量比为2，搅拌7h后得混合均匀的磁粉混合物，再将混合均匀的磁粉混合物转移至双螺杆挤出机中；

步骤五、第二色浆从步骤四中的双螺杆挤出机的加料口添加，并与磁粉混合物混合，第二色浆和磁粉混合物还经由螺杆挤出机挤出后冷冻造粒；

步骤六、将步骤五所得颗粒在23℃水浴下进行非磁力搅拌搅拌，待颗粒融化时加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续搅拌8min，转速为400r/min，搅拌后的混合液倒入至第二注塑模具中，第二注塑模具为球形注塑模具，并将第二注塑模具放入45℃的恒温箱保温发泡，注塑模具还在外加磁场下发泡，发泡2.5h后冷却脱模，得到磁性聚氨酯发泡球。

原子模型中加入永磁型的磁粉后注塑发泡，磁粉表面用于改性的硅烷偶联剂带有双键，使硅烷偶联剂包覆的磁粉在聚氨酯中的分散度及稳定性增加，同时磁性球模型和键模型的生产过程都通过聚己二酸乙二醇酯二醇及其添加剂与多苯基多亚甲基多异氰酸酯的组合聚醚与异氰酸酯的混合发泡料的制备，将聚己二酸乙二醇酯二醇及其添加剂的多元醇混合液作为原料混合的步骤，可以将磁性球模型和键模型的混合发泡料制备过程合并，在同一个反应釜中加入聚己二酸乙二醇酯二醇及其添加剂搅拌，得到的多元醇混合液还经由计量泵分别分配至键模型制备和磁性球模型的后续工序；其中的键模型制备的后续工序还包括双螺杆挤出机、高速混料机和注塑发泡机，键模型的第一色浆在双螺杆挤出机中常温挤出，挤出的带有颜色的混合熔体还通过染色仓的进料口输送至染色仓，所述染色仓为保温仓，仓体温度为20~30℃，染色仓上还预留观察口，观察口上设有无色玻璃，染色仓的进料口设置于染色仓的仓顶或侧壁，染色仓的底部还设有第一出料口和第二出料口，第一出料口连接于双螺杆挤出机的进料口，第二出料口连接于高速混料机的进料口，高速混料机中还加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，从染色仓的观察口观察混合熔体的染色均匀度，如染色不均匀，染色仓中的带色多元醇混合液经由第一出料口再次经由双螺旋挤出机混合并挤出，此过程可循环多次，直至染色均匀，染色均匀的带色混合熔体则依次通过高速混料机和注塑发泡机进行与多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混料和注塑发泡，最终得到注塑发泡的键模型；此染色仓还可用于磁性球模型的染色过程中。

实施例3

一种有机分子的磁悬浮展示装置，包括安装架、悬浮装置和演示装置，所述安装架包括起到支撑作用的安装框13和设置于安装框13上的板夹和磁块12夹，所述安装框13为矩形框架，所述板夹包括夹持块14、连接筒15和连接栓16，所述夹持块14为三棱柱形，沿夹持块14其中一个棱处还预留供连接筒15安装的凹槽，所述连接筒15固定于所述凹槽内，所述连接筒15还套设于安装框13框体的竖杆上，所述连接筒15的侧壁还预留供连接栓16通过的通孔，所述夹持块14上还设有水平方向的固定槽17，所述第一反磁性块和所述第二反磁性块还分别通过固定槽17固定于所述夹持块14上；所述磁块12夹连接于安装框13顶端的横杆上，所述磁块12夹包括磁块放置框18、连接杆19和连接器，所述磁块放置框18为矩形框架，矩形框架的两端还分别通过连接杆19连接于连接器；所述连接器包括第一滑套23、第二滑套24、连接环25和固定栓21，所述第一滑套23套设于安装框13顶端框架杆处，所述第一滑套23的外壁还预设供连接环25安装的安装凹槽22，所述连接环25设置于所述安装凹槽22内，所述第二滑套24还通过连接环25连接于所述第一滑套23，连接环25包括第一连接环2501和第二连接环2502，所述第一连接环2501和第二连接环2502的一端均通过连接座铰接于所述第二滑套24，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端均设有供螺栓20通过的螺栓20孔，第一连接环2501和第二连接环2502的另一端还通过螺栓20和与螺栓20相匹配的螺母固定。所述连接杆19的一端连接于磁块放置框18，连接杆19的另一端穿过所述第二滑套24，所述第二滑套24上预留供固定栓21通过的固定孔，固定栓21的一端穿过固定孔设置于第二滑套24的内部。

所述悬浮装置通过所述安装架固定，所述悬浮装置包括第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11均沿水平方向设置，所述第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别设有凹形槽，两个凹形槽的开口方向均朝向悬浮空间的方向，所述第二反磁性板11还设置于所述第一反磁性板10和所述磁块12之间，所述第一反磁性板10、第二反磁性板11和磁块12均设置于安装架上，第一反磁性板10和第二反磁性板11的对角均设有板夹，第一反磁性板10和第二反磁性板11还分别通过板夹固定于所述安装框13上，所述磁块放置框18上还设有矩形的阶梯孔，所述磁块12设置于所述阶梯孔内。所述第一反磁性板10和第二反磁性板11之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间。

所述演示装置包括分子模型和投射机构，所述分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，所述原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；所述键模型包括旋转棒1和设置于旋转棒1两端的连接棒2，所述旋转棒1包括螺纹柱101和套设于螺纹柱101上的旋转环102，所述旋转环102设置于所述螺纹柱101的中部，旋转环102两侧螺纹柱101上的螺纹方向相反，螺纹柱101的两端还分别连接有铁块3，所述螺纹柱101还旋转环102两侧的螺纹连接于所述连接棒2；所述连接棒2上设有可供铁块3通过的内通道5，两个连接棒2的一端设有与螺纹柱101的外螺纹相匹配的内螺纹，两个连接棒2还分别通过内螺纹连接于旋转环102的两侧，所述连接棒2的侧壁设有透气孔9，连接棒2的另一端远离旋转环102所在方向，连接棒2的另一端还连接吸盘；所述吸盘包括吸盘壳体6和吸盘槽7，所述吸盘壳体6为透明的圆锥壳体，吸盘壳体6的顶部还设有供铁块3放置的吸盘槽7，所述吸盘槽7与所述吸盘壳体6之间还设有一个或多个连接孔8；所述投射机构设置于所述悬浮空间处，所述投射机构为实物展示台，实物展示台的摄像头设置于所述悬浮空间处。

键模型两端的铁块3受磁性球模型磁吸引力的作用压紧于球表面，旋转旋转环102，旋转环102带动旋转棒1转动，使铁块3在连接棒2的内通道5中移动并逐渐靠近磁性球模型，铁块3与磁性球模型越靠近，其受到的磁吸引力越大，当铁块3移动至连接棒2的端部时，铁块3位于吸盘槽7的内部并将连接棒2端部的吸盘压紧于磁性球模型的表面，该吸盘为丁腈橡胶材质，贴附于球面表面具有吸附的功能，具有较大的牵扯力，至此，键模型的端面在吸盘和铁块3的磁吸附挤压作用下吸附于磁性球模型的表面；当需要将键模型从磁性球模型的表面拆除时，反方向旋转旋转环102，旋转环102带动旋转棒1转动，使铁块3在连接棒2的内通道5中移动并逐渐远离磁性球模型，铁块3与磁性球模型距离越来越远，其受到的磁吸引力也越来越小，当铁块3移出吸盘槽7时，外界气体经透气孔9和通孔进入吸盘壳体6，吸盘更易从磁性球表面移除，便于模拟分子的磁性球模型和键模型的重新组装及拆卸。

在有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法中，安装架为矩形架，材质为铝合金管或是不具有磁性的高分子材料杆，安装架的顶部框架还通过螺栓20固定于安装架的四个竖杆上，可以方便的将顶部框架拆卸，便于板夹及反磁性板的安装，所用螺栓20、固定栓21、连接栓16及各种连接件均为非磁性的铝合金或铜材质，分子模型中的键模型为发泡聚氨酯，原子磁性球为球形的永磁铁或发泡的磁性聚氨酯球，第一反磁性板10、第二反磁性板11均为铋板，所用磁块12为块状的永磁铁，其中发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球的具体制备步骤为：

步骤一、分别将偶联剂KH570和磁粉在机械搅拌下分散于水和无水乙醇中，磁粉乙醇溶液的质量浓度为15g/L，磁粉在乙醇溶液中进行超声分散，偶联剂水溶液的质量浓度为0.3g/mL，且磁粉与偶联剂的质量比为10，所述磁粉为Nd₂Fe₁₄B磁粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂，之后向分散有磁粉的乙醇溶液中滴加偶联剂的水解溶液，加热至60℃并搅拌2h，离心，用无水乙醇清洗并干燥，得到偶联剂包覆的磁粉，备用；

步骤二、向反应釜中加入100份聚己二酸乙二醇酯二醇，并在搅拌条件下依次向反应釜中加入2份三乙烯二胺、2份二月桂酸二丁基锡、25份水、15份1,4-丁二醇、6份三羟甲基丙烷和5份硅油，继续搅拌60min，转速600r/min，得多元醇混合液；

步骤三、取一半量的步骤二所得多元醇混合液，并向取出的多元醇混合液中加入75份多苯基多亚甲基多异氰酸酯和第一色浆，第一色浆为白色色浆，搅拌10min，转速600r/min，搅拌后的混合液倒入至第一注塑模具中，第一注塑模具为键模型的棍状注塑模具，将第一注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡3h后冷却脱模，得到键模型；

步骤四、向步骤二中剩余的一半多元醇混合液中加入步骤一得到的偶联剂包覆的磁粉，多元醇混合液与偶联剂包覆的磁粉的质量比为3，搅拌9h后得混合均匀的磁粉混合物，再将混合均匀的磁粉混合物转移至双螺杆挤出机中；

步骤五、第二色浆从步骤四中的双螺杆挤出机的加料口添加，并与磁粉混合物混合，第二色浆还包括多种颜色色浆，加入双螺杆挤出机的第二色浆可以为多种色浆中的一种或多种，聚己二酸乙二醇酯二醇凝固点＜5℃，加入色浆的多元醇混合料经由双螺杆挤出机挤出后可以冷冻造粒；

步骤六、将步骤五所得颗粒在25℃水浴下进行非磁力搅拌搅拌，待颗粒融化时加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续搅拌10min，转速为600r/min，搅拌后的混合液倒入至第二注塑模具中，第二注塑模具为球形注塑模具，并将第二注塑模具放入50℃的恒温箱中保温发泡，发泡3h后冷却脱模，得到磁性聚氨酯发泡球。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种有机分子的磁悬浮展示装置，包括安装架、悬浮装置和演示装置，所述悬浮装置通过所述安装架固定，其特征在于：所述悬浮装置包括第一反磁性板、第二反磁性板和磁块，所述第一反磁性板和第二反磁性板均沿水平方向设置，所述第二反磁性板还设置于所述第一反磁性板和所述磁块之间，所述第一反磁性板和第二反磁性板之间还预留供分子模型悬浮的悬浮空间；

所述演示装置包括分子模型和投射机构，所述分子模型包括原子模型和连接原子模型的键模型，所述原子模型为磁性球，相邻的两个原子模型之间还通过键模型连接；所述键模型包括旋转棒和设置于旋转棒两端的连接棒，所述旋转棒包括螺纹柱和套设于螺纹柱上的旋转环，所述旋转环设置于所述螺纹柱的中部，旋转环两侧螺纹柱上的螺纹方向相反，螺纹柱的两端还分别连接有铁块，所述螺纹柱还通过旋转环两侧的螺纹连接于所述连接棒；所述连接棒上设有可供铁块通过的内通道，两个连接棒的一端设有与螺纹柱的外螺纹相匹配的内螺纹，两个连接棒还分别通过内螺纹连接于旋转环的两侧，所述连接棒的侧壁设有透气孔，连接棒的另一端远离旋转环所在方向，连接棒的另一端还连接吸盘；所述吸盘包括吸盘壳体和吸盘槽，所述吸盘壳体为透明的圆锥壳体，吸盘壳体的顶部还设有供铁块放置的吸盘槽，所述吸盘槽与所述吸盘壳体之间还设有一个或多个连接孔；所述投射机构设置于所述悬浮空间处，所述投射机构为实物展示台，实物展示台的摄像头设置于所述悬浮空间处。

2.根据权利要求1所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述第一反磁性板和第二反磁性板还分别设有凹形槽，两个凹形槽的开口方向均朝向悬浮空间的方向。

3.根据权利要求1所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述第一反磁性板、第二反磁性板和磁块均设置于安装架上，所述安装架包括起到支撑作用的安装框和设置于安装框上的板夹和磁块夹，所述安装框为矩形框架，所述板夹包括夹持块、连接筒和连接栓，所述夹持块为三棱柱形，沿夹持块其中一个棱处还预留供连接筒安装的凹槽，所述连接筒固定于所述凹槽内，所述连接筒还套设于安装框框体的竖杆上，所述连接筒的侧壁还预留供连接栓通过的通孔，所述夹持块上还设有水平方向的固定槽，所述第一反磁性块和所述第二反磁性块还分别通过固定槽固定于所述夹持块上；所述磁块夹连接于安装框顶端的横杆上，所述磁块夹包括磁块放置框、连接杆和连接器，所述磁块放置框为矩形框架，矩形框架的两端还分别通过连接杆连接于连接器；所述连接器包括第一滑套、第二滑套、连接环和固定栓，所述第一滑套套设于安装框顶端框架杆处，所述第一滑套的外壁还预设供连接环安装的安装凹槽，所述连接环设置于所述安装凹槽内，所述第二滑套还通过连接环连接于所述第一滑套，所述连接杆的一端连接于磁块放置框，连接杆的另一端穿过所述第二滑套，所述第二滑套上预留供固定栓通过的固定孔，固定栓的一端穿过固定孔设置于第二滑套的内部。

4.根据权利要求3所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述连接环包括第一连接环和第二连接环，所述第一连接环和第二连接环的一端均通过连接座铰接于所述第二滑套，第一连接环和第二连接环的另一端还通过螺栓和与螺栓相匹配的螺母固定。

5.根据权利要求4所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述第一连接环和第二连接环的另一端均设有供螺栓通过的螺栓孔。

6.根据权利要求3所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述第一反磁性板和第二反磁性板的对角均设有板夹，第一反磁性板和第二反磁性板还分别通过板夹固定于所述安装框上，所述磁块放置框上还设有矩形的阶梯孔，所述磁块设置于所述阶梯孔内。

7.根据权利要求1所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置，其特征在于：所述键模型为发泡聚氨酯，所述磁性球为球形的永磁铁或发泡的磁性聚氨酯球。

8.根据权利要求7所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法，其特征在于：所述第一反磁性板、第二反磁性板均为铋板，所述磁块为块状的永磁铁，所述发泡聚氨酯和发泡的磁性聚氨酯球的具体制备步骤为：

步骤一、分别将偶联剂和磁粉在机械搅拌下分散于水和乙醇溶液中，向分散有磁粉的乙醇溶液中滴加偶联剂的水解溶液，加热至60~70℃并搅拌2h，离心，用无水乙醇清洗并干燥，得到偶联剂包覆的磁粉，备用；

步骤二、向反应釜中加入100份聚己二酸乙二醇酯二醇，并在搅拌条件下依次向反应釜中加入1~2份三乙烯二胺、0.5~2份二月桂酸二丁基锡、10~25份水、5~15份1,4-丁二醇、3~6份三羟甲基丙烷和5~10份有机硅泡沫稳定剂，继续搅拌30~60min，转速200~600r/min，得多元醇混合液；

步骤三、取一半量的步骤二所得多元醇混合液，并向取出的多元醇混合液中加入70~75份多苯基多亚甲基多异氰酸酯和第一色浆，搅拌5~10min，转速300~600r/min，搅拌后的混合液倒入至第一注塑模具中，第一注塑模具为键模型的棍状注塑模具，将第一注塑模具放入40℃的恒温箱中保温发泡，发泡2~3h后冷却脱模，得到键模型；

步骤四、向步骤二中剩余的一半多元醇混合液中加入步骤一得到的偶联剂包覆的磁粉，多元醇混合液与偶联剂包覆的磁粉的质量比为1~3，搅拌5~9h后得混合均匀的磁粉混合物，再将混合均匀的磁粉混合物转移至双螺杆挤出机中；

步骤五、第二色浆从步骤四中的双螺杆挤出机的加料口添加，并与磁粉混合物混合，第二色浆和磁粉混合物还经由双螺杆挤出机挤出后冷冻造粒；

步骤六、将步骤五所得颗粒在20~25℃水浴下进行非磁力搅拌，待颗粒融化时加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯，继续搅拌5~10min，转速为300~600r/min，搅拌后的混合液倒入至第二注塑模具中，第二注塑模具为球形注塑模具，并将第二注塑模具放入40~50℃的恒温箱中保温发泡，发泡2~3h后冷却脱模，得到磁性聚氨酯发泡球。

9.根据权利要求8所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法，其特征在于：步骤一中磁粉乙醇溶液的质量浓度为15g/L，磁粉在乙醇溶液中进行超声分散，偶联剂水溶液的质量浓度为0.3g/mL，且磁粉与偶联剂的质量比为1~10，所述磁粉为Nd₂Fe₁₄B磁粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

10.根据权利要求8所述的一种有机分子的磁悬浮展示装置的制备方法，其特征在于：所述第一色浆为白色浆，所述第二色浆还包括多种色浆，步骤五中加入双螺杆挤出机的第二色浆为多种色浆中的一种或多种。

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