CN109718733B - 一种具有可调控外场耦合功能的反应装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可调控外场耦合功能的反应装置及其工作方法。该装置包括电磁屏蔽箱，所述电磁屏蔽箱内设有磁场装置、电场装置和反应釜，所述磁场装置包括横向设置的圆管，所述圆管外侧缠绕有线圈，所述反应釜设置在圆管内，所述电场装置包括两个电极板，两个电极板分别设置在圆管轴向的左右两侧且相对设置。本发明能够有效控制反应过程中的电场强度和磁场强度，便于实验。
Description
技术领域
本发明涉及反应容器技术领域，尤其涉及一种具有可调控外场耦合功能的反应装置及其工作方法。
背景技术
反应釜是一种能够进行物理或化学反应的综合反应容器，通常不锈钢外套和聚四氟乙烯内衬，加入反应物后在恒温箱中进行反应，结构简单，但存在无法控制外场条件的局限性。磁场和电场在材料制备过程中是重要的物理参数，能够无接触地传递到物质的原子尺寸，改变原子和分子的排列、匹配和迁移等行为，对材料的组织和性能产生较大影响。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种具有可调控外场耦合功能的反应装置及其工作方法，其能够有效控制反应过程中的电场强度和磁场强度，便于实验。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，包括电磁屏蔽箱，所述电磁屏蔽箱内设有磁场装置、电场装置和反应釜，所述磁场装置包括横向设置的圆管，所述圆管外侧缠绕有线圈，所述反应釜设置在圆管内，所述电场装置包括两个电极板，两个电极板分别设置在圆管轴向的左右两侧且相对设置。
在本方案中，通过改变输入电压的变化改变两个电极板间的电场强度，通过改变输入线圈的脉冲电流的大小改变磁场强度，反应物在反应釜内发生反应。电磁屏蔽箱具有磁电屏蔽效果，采用不锈钢或铜材质制成。
作为优选，所述反应釜包括呈下半球形的基体和呈上半球形的盖体，所述基体内设有呈半球形的反应槽，所述反应槽被十字形隔板等分成四个反应室，所述十字形隔板包括四个半圆形板体，四个半圆形板体的底边相接且相互垂直，所述盖体内侧面与半圆形板体对应的位置设有与半圆形板体匹配的密封凹槽。
反应室之间相互独立，每个反应室都可进行独立的实验，可同时做1~4个不同配比的实验，也可做1~4个平行实验。盖体盖在基体上时，半圆形板体的上缘插入对应的密封凹槽，从而确保密闭性。
作为优选，所述电磁屏蔽箱内设有温度传感器，所述电磁屏蔽箱两侧设有散热片。温度传感器采集电磁屏蔽箱内的温度，散热片用于加快散热速度。
作为优选，所述圆管由两个半圆弧形体组成，两个半圆弧形体一侧通过铰链连接，两个半圆弧形体另一侧通过卡扣结构连接。
作为优选，所述电极板底部设有可调节支架，所述可调节支架用于调整电极板上下、左右转动。可通过可调节支架调整电场方向。
作为优选，所述电磁屏蔽箱内还设有支座，所述支座包括基座和设置在基座上的支柱，所述圆管上设有供支柱穿过的第一通孔，所述支柱顶部穿过第一通孔伸入圆管内，所述反应釜设置在支柱顶部，所述支柱上套设有用于调整圆管上下、左右转动的调整座。可通过调整座调整磁场方向。
作为优选，所述十字形隔板由聚四氟乙烯制成。
作为优选，所述电磁屏蔽箱内还设有支撑座，所述支撑座包括底座和设置在底座上的支撑柱，所述圆管上设有供支撑柱穿过的第一通孔，所述支撑柱顶部穿过第一通孔，所述支撑柱顶部设有电动旋转柱，所述反应釜设置在电动旋转柱顶部，所述圆管与支撑柱固定连接。
作为优选，所述盖体包括紧密贴合的外盖体和内盖体，所述外盖体和内盖体都呈上半球形，所述密封凹槽位于内盖体内侧面，所述内盖体上设有四组进料孔组，进料孔组与反应室一一对应，每个进料孔组位于对应的反应室上方，所述进料孔组包括N个进料孔，所述外盖体上与每个进料孔对应的位置设有第二通孔，每个第二通孔与对应的进料孔重合，所述圆管上与每个进料孔对应的位置设有第三通孔，每个第三通孔位于对应进料孔的正上方，所述内盖体顶部设有用于驱动外盖体转动的驱动机构，所述内盖体底部设有向下凸出的卡块，所述基体顶部外缘设有与卡块匹配的卡槽，所述卡块上设有第一连接端子，所述卡槽内设有与第一连接端子匹配的第二连接端子，所述电磁屏蔽箱顶部设有下料装置以及带动下料装置升降的升降机构，所述下料装置包括四组下料机构，下料机构与进料孔组一一对应，每个下料机构位于对应进料孔组的正上方，每个下料机构包括N个下料模块，下料机构的下料模块与对应进料孔组的进料孔一一对应，所述下料模块包括微量注射器和驱动微量注射器出液的微量泵，每个微量注射器的注射针管穿过电磁屏蔽箱且位于对应进料孔的正上方，所述电磁屏蔽箱还设有控制装置，所述驱动机构与第一连接端子电连接，所述控制装置分别与磁场装置、电场装置、电动旋转柱、第二连接端子、升降机构和微量泵电连接。
盖体盖在基体上时，内盖体上的卡块插入基体上的卡槽，第一连接端子与第二连接端子连接在一起，盖体上的驱动机构依次通过第一连接端子、第二连接端子与控制装置电连接，接受控制装置的控制。
本装置可自动同时向各个反应室注入反应液，进行实验，具体流程如下：控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的对应的进料孔重合，控制升降机构带动下料装置下降直到每个微量注射器的注射针管穿过其正下方的进料孔，控制每个微量注射器向反应室内滴入预设量的反应液，之后，控制升降机构带动下料装置上升直到每个微量注射器的注射针管移动到圆管上方，控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的进料孔都不连通。
反应室内的不同反应液发生反应时，可根据需要控制磁场装置产生预设磁场强度的磁场，控制电场装置产生预设电场强度的电场。还可控制电动旋转柱带动反应釜转动，使得各个反应室被施加的电池、磁场保持一致。本装置能够控制反应室被同时注入反应液，被施加的电场、磁场一致，从而有利于进行平行实验。
作为优选，所述内盖体内侧面设有四个气压传感器，气压传感器与反应室一一对应，每个气压传感器位于对应反应室上方，所述气压传感器与第一连接端子电连接。气压传感器检测对应反应室内的气压，并将其发送到控制装置，可根据气压变化判断反应进度。
作为优选，所述内盖体内侧面设有四个温度检测模块，温度检测模块与反应室一一对应，每个温度检测模块位于对应反应室上方，所述温度检测模块与第一连接端子电连接。温度检测模块检测对应反应室内的温度，并将其发送到控制装置，可根据温度变化判断反应进度。
作为优选，所述内盖体内侧面设有四组电化学体系模块，电化学体系模块与反应室一一对应，每个电化学体系模块位于对应反应室上方，所述电化学体系模块包括向下伸入对应反应室内的工作电极、参比电极和辅助电极，所述电化学体系模块与第一连接端子电连接。电化学体系模块用于检测反应过程中目标离子的浓度，并将其发送到控制装置。
本发明的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置的工作方法，用于上述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，包括以下步骤：控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的对应的进料孔重合，控制反应釜转动直到进料孔位于圆管上对应第三通孔的正下方，控制升降机构带动下料装置下降直到每个微量注射器的注射针管穿过其正下方的进料孔，控制每个微量注射器向反应室内滴入预设量的反应液，之后，控制升降机构带动下料装置上升直到每个微量注射器的注射针管移动到圆管上方，控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的进料孔都不连通；控制磁场装置产生预设磁场强度的磁场，控制电场装置产生预设电场强度的电场，控制电动旋转柱带动反应釜匀速转动。
本发明的有益效果是：（1）能够有效控制反应过程中的电场强度和磁场强度，电场、磁场方向可调，便于实验。（2）反应室之间相互独立，可同时做1~4个不同配比的实验，也可做1~4个平行实验。（3）反应釜可拆卸，便于清洗。（4）能够自动进行反应实验。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例1的基体的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是实施例1的盖体的结构示意图；
图5是图4的仰视图；
图6是电磁屏蔽箱的侧视图；
图7是实施例2的结构示意图；
图8是实施例2的反应釜的结构示意图；
图9是实施例2的基体的俯视图；
图10是实施例2的盖体的局部截面图；
图11是实施例2的电路原理连接框图。
图中：1、电磁屏蔽箱，2、反应釜，3、圆管，4、线圈，5、电极板，6、基体，7、盖体，8、反应室，9、十字形隔板，10、半圆形板体，11、密封凹槽，12、卡扣结构，13、可调节支架，14、基座，15、支柱，16、调整座，17、底座，18、支撑柱，19、电动旋转柱，20、外盖体，21、内盖体，22、进料孔，23、第二通孔，24、第三通孔，25、驱动机构，26、卡槽，27、升降机构，28、微量注射器，29、微量泵，30、控制装置，31、第一连接端子，32、第二连接端子，33、磁场装置，34、电场装置，35、气压传感器，36、温度检测模块，37、电化学体系模块，38、散热片，39、卡块。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本实施例的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，包括电磁屏蔽箱1，电磁屏蔽箱1内设有磁场装置、电场装置和反应釜2，磁场装置包括横向设置的圆管3，所述圆管3外侧缠绕有线圈4，反应釜2设置在圆管3内，电场装置包括两个电极板5，两个电极板5分别设置在圆管3轴向的左右两侧且相对设置，反应釜2包括呈下半球形的基体6和呈上半球形的盖体7，基体6内设有呈半球形的反应槽，反应槽被十字形隔板9等分成四个反应室8，十字形隔板9包括四个半圆形板体10，四个半圆形板体10的底边相接且相互垂直，盖体7内侧面与半圆形板体10对应的位置设有与半圆形板体10匹配的密封凹槽11。
圆管3由两个半圆弧形体组成，两个半圆弧形体一侧通过铰链连接，两个半圆弧形体另一侧通过卡扣结构12连接。
电极板5底部设有可调节支架13，可调节支架13用于调整电极板5上下、左右转动。电磁屏蔽箱1内还设有支座，支座包括基座14和设置在基座14上的支柱15，圆管3上设有供支柱15穿过的第一通孔，支柱15顶部穿过第一通孔伸入圆管3内，反应釜2设置在支柱15顶部，支柱15上套设有用于调整圆管3上下、左右转动的调整座16。
电磁屏蔽箱1内设有温度传感器，电磁屏蔽箱1两侧设有散热片38。
本方案中，通过改变输入电压的变化改变两个电极板间的电场强度，通过改变输入线圈的脉冲电流的大小改变磁场强度，反应物在反应釜内发生反应。电磁屏蔽箱具有磁电屏蔽效果，采用不锈钢或铜材质制成。
反应室之间相互独立，每个反应室都可进行独立的实验，可同时做1~4个不同配比的实验，也可做1~4个平行实验。盖体盖在基体上时，半圆形板体的上缘插入对应的密封凹槽，从而确保密闭性。温度传感器采集电磁屏蔽箱内的温度，散热片用于加快散热速度。可调节支架上的铰链与电极板连接，通过铰链调整电极板朝向，从而调整电场方向。可通过调整座调整磁场方向。
盖体采用扣式盖子，为了确保密闭性，十字形隔板由聚四氟乙烯制成，严密性良好。支座选用陶瓷材质，运用于高温环境（< 800゜C）。
实施例2：本实施例的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，如图7、图8、图9、图10、图11所示，包括电磁屏蔽箱1，电磁屏蔽箱1内设有磁场装置33、电场装置34和反应釜2，磁场装置33包括横向设置的圆管3，圆管3外侧缠绕有线圈4，反应釜2设置在圆管3内，电场装置34包括两个电极板5，两个电极板5分别设置在圆管3轴向的左右两侧且相对设置，反应釜2包括呈下半球形的基体6和呈上半球形的盖体7，基体7内设有呈半球形的反应槽，反应槽被十字形隔板9等分成四个反应室8，十字形隔板9包括四个半圆形板体10，四个半圆形板体10的底边相接且相互垂直，盖体7内侧面与半圆形板体10对应的位置设有与半圆形板体10匹配的密封凹槽11。
所述圆管3由两个半圆弧形体组成，两个半圆弧形体一侧通过铰链连接，两个半圆弧形体另一侧通过卡扣结构12连接。
电磁屏蔽箱1内还设有支撑座，支撑座包括底座17和设置在底座17上的支撑柱18，圆管3上设有供支撑柱18穿过的第一通孔，支撑柱18顶部穿过第一通孔，支撑柱18顶部设有电动旋转柱19，反应釜2设置在电动旋转柱19顶部，圆管3与支撑柱18固定连接。
盖体7包括紧密贴合的外盖体20和内盖体21，外盖体20和内盖体21都呈上半球形，密封凹槽11位于内盖体21内侧面，内盖体21上设有四组进料孔组，进料孔组与反应室8一一对应，每个进料孔组位于对应的反应室8上方，进料孔组包括N个进料孔22（N≥2），外盖体20上与每个进料孔22对应的位置设有第二通孔23，每个第二通孔23与对应的进料孔22重合，圆管3上与每个进料孔22对应的位置设有第三通孔24，每个第三通孔24位于对应进料孔22的正上方，内盖体21顶部设有用于驱动外盖体20转动的驱动机构25，内盖体21底部设有向下凸出的卡块39，基体6顶部外缘设有与卡块39匹配的卡槽26，卡块39上设有第一连接端子31，卡槽26内设有与第一连接端子31匹配的第二连接端子32，电磁屏蔽箱1顶部设有下料装置以及带动下料装置升降的升降机构27，下料装置包括四组下料机构，下料机构与进料孔组一一对应，每个下料机构位于对应进料孔组的正上方，每个下料机构包括N个下料模块，下料机构的下料模块与对应进料孔组的进料孔22一一对应，下料模块包括微量注射器28和驱动微量注射器28出液的微量泵29，每个微量注射器28的注射针管穿过电磁屏蔽箱1且位于对应进料孔22的正上方，电磁屏蔽箱1还设有控制装置30，驱动机构25与第一连接端子31电连接，控制装置30分别与磁场装置33、电场装置34、电动旋转柱19、第二连接端子32、升降机构27和微量泵29电连接。
本方案中，通过改变输入电压的变化改变两个电极板间的电场强度，通过改变输入线圈的脉冲电流的大小改变磁场强度，反应物在反应釜内发生反应。电磁屏蔽箱具有磁电屏蔽效果，采用不锈钢或铜材质制成。
反应室之间相互独立，每个反应室都可进行独立的实验，可同时做1~4个不同配比的实验，也可做1~4个平行实验。盖体盖在基体上时，半圆形板体的上缘插入对应的密封凹槽，从而确保密闭性。
盖体盖在基体上时，内盖体上的卡块插入基体上的卡槽，第一连接端子与第二连接端子连接在一起，盖体上的驱动机构依次通过第一连接端子、第二连接端子与控制装置电连接，接受控制装置的控制。
本装置可自动同时向各个反应室注入反应液，进行实验，具体流程如下：控制驱动机构驱动外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的对应的进料孔重合，控制电动旋转柱驱动反应釜转动直到进料孔位于圆管上对应第三通孔的正下方，控制升降机构带动下料装置下降直到每个微量注射器的注射针管穿过其正下方的进料孔，控制每个微量注射器向反应室内滴入预设量的反应液，之后，控制升降机构带动下料装置上升直到每个微量注射器的注射针管移动到圆管上方，控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的进料孔都不连通。
反应室内的不同反应液发生反应时，可根据需要控制磁场装置产生预设磁场强度的磁场，控制电场装置产生预设电场强度的电场。还可通过电动旋转柱带动反应釜匀速转动，使得各个反应室被施加的电池、磁场保持一致。可通过控制反应釜快速转动、变速转动或正反转使反应室内的各种反应液充分混合。本装置能够控制四个反应室被同时注入反应液，被同时施加一致的电场、磁场，从而使得四个反应室的平行实验在完全相同的外部条件下进行，从而排除干扰因素，使得平行实验结果更准确。
内盖体21内侧面设有四个气压传感器35，气压传感器35与反应室8一一对应，每个气压传感器35位于对应反应室8上方，气压传感器35与第一连接端子31电连接。气压传感器检测对应反应室内的气压，并将其发送到控制装置，可根据气压变化判断反应进度。
内盖体21内侧面设有四个温度检测模块36，温度检测模块36与反应室8一一对应，每个温度检测模块36位于对应反应室8上方，温度检测模块36与第一连接端子31电连接。温度检测模块检测对应反应室内的温度，并将其发送到控制装置，可根据温度变化判断反应进度。
内盖体21内侧面设有四组电化学体系模块37，电化学体系模块37与反应室8一一对应，每个电化学体系模块37位于对应反应室8上方，电化学体系模块37包括向下伸入对应反应室8内的工作电极、参比电极和辅助电极，电化学体系模块37与第一连接端子31电连接。电化学体系模块用于检测反应过程中目标离子的浓度，并将其发送到控制装置。
本实施例的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置的工作方法，用于上述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，包括以下步骤：控制驱动机构驱动外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的对应的进料孔重合，控制电动旋转柱驱动反应釜转动直到进料孔位于圆管上对应第三通孔的正下方，控制升降机构带动下料装置下降直到每个微量注射器的注射针管穿过其正下方的进料孔，控制每个微量注射器向反应室内滴入预设量的反应液，之后，控制升降机构带动下料装置上升直到每个微量注射器的注射针管移动到圆管上方，控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的进料孔都不连通；控制磁场装置产生预设磁场强度的磁场，控制电场装置产生预设电场强度的电场，控制电动旋转柱带动反应釜快速转动M秒，使得反应室内的各种反应液充分混合，之后电动旋转柱带动反应釜以慢速匀速转动，使得各个反应室被施加一致的电场、磁场。
本方法能够控制四个反应室被同时注入反应液，被同时施加一致的电场、磁场，从而使得四个反应室的平行实验在完全相同的外部条件下进行，从而排除干扰因素，使得平行实验结果更准确。
Claims (6)
1.一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，包括电磁屏蔽箱(1)，所述电磁屏蔽箱(1)内设有磁场装置(33)、电场装置(34)和反应釜(2)，所述磁场装置(33)包括横向设置的圆管(3)，所述圆管(3)外侧缠绕有线圈(4)，所述反应釜(2)设置在圆管(3)内，所述电场装置(34)包括两个电极板(5)，两个电极板(5)分别设置在圆管(3)轴向的左右两侧且相对设置，所述反应釜(2)包括呈下半球形的基体(6)和呈上半球形的盖体(7)，所述基体(6)内设有呈半球形的反应槽，所述反应槽被十字形隔板(9)等分成四个反应室(8)，所述十字形隔板(9)包括四个半圆形板体(10)，四个半圆形板体(10)的底边相接且相互垂直，所述盖体(7)内侧面与半圆形板体(10)对应的位置设有与半圆形板体(10)匹配的密封凹槽(11)，所述电磁屏蔽箱(1)内还设有支撑座，所述支撑座包括底座(17)和设置在底座(17)上的支撑柱(18)，所述圆管(3)上设有供支撑柱(18)穿过的第一通孔，所述支撑柱(18)顶部穿过第一通孔，所述支撑柱(18)顶部设有电动旋转柱(19)，所述反应釜(2)设置在电动旋转柱(19)顶部，所述圆管(3)与支撑柱(18)固定连接，所述盖体(7)包括紧密贴合的外盖体(20)和内盖体(21)，所述外盖体(20)和内盖体(21)都呈上半球形，所述密封凹槽(11)位于内盖体(21)内侧面，所述内盖体(21)上设有四组进料孔组，进料孔组与反应室(8)一一对应，每个进料孔组位于对应的反应室(8)上方，所述进料孔组包括N个进料孔(22)，N≥2，所述外盖体(20)上与每个进料孔(22)对应的位置设有第二通孔(23)，每个第二通孔(23)与对应的进料孔(22)重合，所述圆管(3)上与每个进料孔(22)对应的位置设有第三通孔(24)，每个第三通孔(24)位于对应进料孔(22)的正上方，所述内盖体(21)顶部设有用于驱动外盖体(20)转动的驱动机构(25)，所述内盖体(21)底部设有向下凸出的卡块(39)，所述基体(6)顶部外缘设有与卡块(39)匹配的卡槽(26)，所述卡块(39)上设有第一连接端子(31)，所述卡槽(26)内设有与第一连接端子(31)匹配的第二连接端子(32)，所述电磁屏蔽箱(1)顶部设有下料装置以及带动下料装置升降的升降机构(27)，所述下料装置包括四组下料机构，下料机构与进料孔组一一对应，每个下料机构位于对应进料孔组的正上方，每个下料机构包括N个下料模块，下料机构的下料模块与对应进料孔组的进料孔(22)一一对应，所述下料模块包括微量注射器(28)和驱动微量注射器(28)出液的微量泵(29)，每个微量注射器(28)的注射针管穿过电磁屏蔽箱(1)且位于对应进料孔(22)的正上方，所述电磁屏蔽箱(1)还设有控制装置(30)，所述驱动机构(25)与第一连接端子(31)电连接，所述控制装置(30)分别与磁场装置(33)、电场装置(34)、电动旋转柱(19)、第二连接端子(32)、升降机构(27)和微量泵(29)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，所述圆管(3)由两个半圆弧形体组成，两个半圆弧形体一侧通过铰链连接，两个半圆弧形体另一侧通过卡扣结构(12)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，所述电极板(5)底部设有可调节支架(13)，所述可调节支架(13)用于调整电极板(5)上下、左右转动。
4.根据权利要求1所述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，所述内盖体(21)内侧面设有四个气压传感器(35)，气压传感器(35)与反应室(8)一一对应，每个气压传感器(35)位于对应反应室(8)上方，所述气压传感器(35)与第一连接端子(31)电连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，所述内盖体(21)内侧面设有四组电化学体系模块(37)，电化学体系模块(37)与反应室(8)一一对应，每个电化学体系模块(37)位于对应反应室(8)上方，所述电化学体系模块(37)包括向下伸入对应反应室(8)内的工作电极、参比电极和辅助电极，所述电化学体系模块(37)与第一连接端子(31)电连接。
6.一种具有可调控外场耦合功能的反应装置的工作方法，用于权利要求1所述的一种具有可调控外场耦合功能的反应装置，其特征在于，包括以下步骤：
控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的对应的进料孔重合，控制反应釜转动直到进料孔位于圆管上对应第三通孔的正下方，控制升降机构带动下料装置下降直到每个微量注射器的注射针管穿过其正下方的进料孔，控制每个微量注射器向反应室内滴入预设量的反应液，之后，控制升降机构带动下料装置上升直到每个微量注射器的注射针管移动到圆管上方，控制外盖体转动直到外盖体上的第二通孔与内盖体上的进料孔都不连通；控制磁场装置产生预设磁场强度的磁场，控制电场装置产生预设电场强度的电场，控制电动旋转柱带动反应釜匀速转动。
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