CN109999739B - 一种均匀混合的微流控反应合成材料装置 - Google Patents

一种均匀混合的微流控反应合成材料装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，本发明可以快速的进行不同配比量的配比，而且，对混合区和反应区的温度分别进行控制，保证混合的量的精确性以及反应的精确性，同时，本发明的混合腔结构(12)可以提高混合的均匀性，保证混合效果，在配比时，将第一连通腔(24)流入的液体的粘度大于第二连通腔(25)流入的液体的粘度，即在A料位置加入粘度大的物质，再B料位置加入粘度小的物质，可以有效的提高混合的均匀性，保证温控效果，有效的实现采用微流控技术进行合成材料。

Description

一种均匀混合的微流控反应合成材料装置
技术领域
本发明涉及微流控合成材料设备技术领域，具体地，涉及一种均匀混合的微流控反应合成材料装置。
背景技术
微流控(Microfluidics)是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total AnalyticalSystem)。
同时微流控技术还可以用于合成材料，尤其是对于纳米材料来说，采用微流控技术可以有效的保证纳米材料的合成精度。目前的微流控合成材料在使用时，由于微流控的微流道直径十分小，因此，微流道内的液体流动性一般为层流状态，流动性导致混合均匀性不佳，难以实现均匀的混合，而且，如果温控不佳，混合的精确性也难以满足，尤其是液体以及流道的大小误差均与温度相关。此外，对于普通的微流控装置，很难配制不同比例的混合物，难以对合成材料的配比进行研究。
本发明针对以上问题，提供一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，提高合成材料的准确性以及混合均匀性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种均匀混合的微流控反应合成材料装置。
根据本发明提供的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，包括在厚度方向上依次自上而下设置的进料盖片、上温控盖片、微流控盖片和下温控盖片；
所述微流控盖片内设置有多个对应的混合微流道和反应微流道，所述混合微流道与对应的反应微流道相连通；
所述进料盖片上设置有A料进料道区和B料进料道区；A料进料道区内的A料进料道和和B料进料道区内的B料进料道均与所述混合微流道连通；
所述上温控盖片、下温控盖片沿着所述混合微流道的延伸方向上分别设置有混合温控区、反应温控区，所述混合温控区对应所述混合微流道的位置设置，所述反应温控区对应所述反应微流道的位置设置。
优选地：
所述进料盖片的A料进料道区内设置有A料添加孔和A料流道；所述A料流道成V形结构，且所述A料添加孔设置在V形结构的顶点处；
所述进料盖片远离所述A料添加孔的底面上设置有多个与所述混合微流道连通的A料连通孔，且每个所述混合微流道均对应连接一个所述A料连通孔，当A料经过所述A料添加孔加入所述A料流道内后，A料能够通过A料连通孔均匀的分散流入所述混合微流道内。
优选地，所述进料盖片的B料进料道区内设置有B料添加孔、B料主流道、B料支流道和B料分支流道；
所述B料主流道成V形结构，所述B料添加孔设置在所述V形结构的顶点处，且所述B料添加孔与所述B料主流道连通；所述B料主流道上间隔地设置有多个B料支流道，每个所述B料支流道的端部连接有至少两个B料分支流道，所述进料盖片远离所述B料添加孔的底面上设置有多个B料连通孔，每个B料连通孔均对应一个所述B料分支流道，所述B料分支流道通过所述B料连通孔连接至所述混合微流道，每个所述混合微流道上连接设置有个数不同的B料连通孔，通过不同B料连通孔的个数来实现不同混合微流道内A料与B料的不同配比混合。
优选地，每个所述B料连通孔与所述混合微流道的连通处设置有混合腔结构。
优选地：
所述上温控盖片上设置有连接所述混合微流道与A料连通孔的第一温控连接通孔；所述上温控盖片上还设置有连接所述混合微流道与B料连通孔的第二温控连接通孔；
所述上温控盖片对应混合温控区、反应温控区的位置分别设置有上混合加热器、上反应加热器；所述上混合加热器主要由多个间隔套设的回字型结构的混合加热线圈构成；所述上反应加热器主要由多个间隔套设的回字型结构的反应加热线圈构成；
所述混合温控区和反应温控区之间还采用隔热板进行隔开设置。
优选地：
所述下温控盖片对应混合温控区、反应温控区的位置分别设置有下混合加热器、下反应加热器；所述下混合加热器主要由多个间隔设置的混合加热棒构成；所述下反应加热器主要由多个间隔布设的反应加热棒构成；
所述混合温控区和反应温控区之间还采用隔热板进行隔开设置。
优选地，所述混合腔结构包括第一连通腔、第二连通腔、混合腔和出料腔；
所述第一连通腔的进料端与所述混合微流道连通；所述第二连通腔的进料端与所述B料连通孔连通；所述出料腔与反应微流道连通；所述混合腔将所述第一连通腔、第二连通腔和出料腔连通，所述第一连通腔、第二连通腔沿着朝向所述混合腔的方向的横截面积逐渐缩小，且所述第一连通腔与第二连通腔之间的夹角为45-60°；
所述混合腔向远离所述第二连通腔的一侧延伸，所述第二连通腔与所述出料腔之间的夹角为60-90°，且所述第一连通腔与所述出料腔之间的夹角大于110°；
第一连通腔流入的液体的粘度大于第二连通腔流入的液体的粘度；
所述混合腔内还设置有向混合腔的内侧延伸的混合凸起，所述混合凸起位于所述第二连通腔与所述出料腔之间，所述第一连通腔和第二连通腔流入的料液经过所述混合凸起遮挡后流入所述混合腔内进行均匀混合。
优选地，所述混合温控区和反应温控区能够可调节地设置为设定的温度。
优选地，所述微流控盖片的端部，即所述反应微流道的末端设置有出液口；所述混合温控区的温度范围为20°～28°。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置，具有结构简单，可靠性好，反应效率高的优点；
2、本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置，可以快速的进行不同配比量的配比，而且，对混合区和反应区的温度分别进行控制，保证混合的量的精确性以及反应的精确性，同时，本发明的混合腔结构可以提高混合的均匀性，保证混合效果；
3、本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置，在配比时，将连通腔一流入的液体的粘度大于连通腔二流入的液体的粘度，即在A料位置加入粘度大的物质，再B料位置加入粘度小的物质，可以有效的提高混合的均匀性，保证温控效果，有效的实现采用微流控技术进行合成材料。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置的俯视结构示意图；
图2为本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置的厚度方向主视结构示意图；
图3为本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置的下温控盖片结构示意图；
图4为本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置的上温控盖片结构示意图；
图5为本发明提供的均匀混合的微流控反应合成材料装置的混合腔结构示意图。
图中示出：
Figure BDA0001966700550000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置8，包括在厚度方向上依次自上而下设置的进料盖片19、上温控盖片14、微流控盖片15和下温控盖片16；所述微流控盖片15内设置有多个对应的混合微流道13和反应微流道10，所述混合微流道13与对应的反应微流道10相连通；所述进料盖片19上设置有A料进料道区1和B料进料道区2；A料进料道区1内的A料进料道和和B料进料道区2内的B料进料道均与所述混合微流道13连通；所述上温控盖片14、下温控盖片16沿着所述混合微流道13的延伸方向上分别设置有混合温控区、反应温控区3，所述混合温控区对应所述混合微流道13的位置设置，所述反应温控区3对应所述反应微流道10的位置设置。
优选地，所述进料盖片19的A料进料道区1内设置有A料添加孔4和A料流道；所述A料流道成V形结构，且所述A料添加孔4设置在V形结构的顶点处；所述进料盖片19远离所述A料添加孔4的底面上设置有多个与所述混合微流道13连通的A料连通孔，且每个所述混合微流道13均对应连接一个所述A料连通孔，当A料经过所述A料添加孔4加入所述A料流道内后，A料能够通过A料连通孔均匀的分散流入所述混合微流道13内。所述进料盖片19的B料进料道区2内设置有B料添加孔5、B料主流道6、B料支流道7和B料分支流道11；所述B料主流道6成V形结构，所述B料添加孔5设置在所述V形结构的顶点处，且所述B料添加孔5与所述B料主流道6连通；所述B料主流道6上间隔地设置有多个B料支流道7，每个所述B料支流道7的端部连接有至少两个B料分支流道11，所述进料盖片19远离所述B料添加孔5的底面上设置有多个B料连通孔，每个B料连通孔均对应一个所述B料分支流道11，所述B料分支流道11通过所述B料连通孔连接至所述混合微流道13，每个所述混合微流道13上连接设置有个数不同的B料连通孔，通过不同B料连通孔的个数来实现不同混合微流道13内A料与B料的不同配比混合。
具体地，每个所述B料连通孔与所述混合微流道13的连通处设置有混合腔结构12。所述上温控盖片14上设置有连接所述混合微流道13与A料连通孔的第一温控连接通孔；所述上温控盖片14上还设置有连接所述混合微流道13与B料连通孔的第二温控连接通孔；所述上温控盖片14对应混合温控区、反应温控区3的位置分别设置有上混合加热器17、上反应加热器；所述上混合加热器17主要由多个间隔套设的回字型结构的混合加热线圈22构成；所述上反应加热器主要由多个间隔套设的回字型结构的反应加热线圈23构成；所述混合温控区和反应温控区3之间还采用隔热板18进行隔开设置。所述下温控盖片16对应混合温控区、反应温控区3的位置分别设置有下混合加热器、下反应加热器；所述下混合加热器主要由多个间隔设置的混合加热棒20构成；所述下反应加热器主要由多个间隔布设的反应加热棒21构成；所述混合温控区和反应温控区3之间还采用隔热板18进行隔开设置。
更具体地，所述混合腔结构12包括第一连通腔24、第二连通腔25、混合腔27和出料腔26；所述第一连通腔24的进料端与所述混合微流道13连通；所述第二连通腔25的进料端与所述B料连通孔连通；所述出料腔26与反应微流道10连通；所述混合腔27将所述第一连通腔24、第二连通腔25和出料腔26连通，所述第一连通腔24、第二连通腔25沿着朝向所述混合腔27的方向的横截面积逐渐缩小，且所述第一连通腔24与第二连通腔25之间的夹角为45-60°；所述混合腔27向远离所述第二连通腔25的一侧延伸，所述第二连通腔25与所述出料腔26之间的夹角为60-90°，且所述第一连通腔24与所述出料腔26之间的夹角大于110°；第一连通腔24流入的液体的粘度大于第二连通腔25流入的液体的粘度；所述混合腔27内还设置有向混合腔27的内侧延伸的混合凸起，所述混合凸起位于所述第二连通腔25与所述出料腔26之间，所述第一连通腔24和第二连通腔25流入的料液经过所述混合凸起遮挡后流入所述混合腔27内进行均匀混合。所述混合温控区和反应温控区3能够可调节地设置为设定的温度。所述微流控盖片15的端部，即所述反应微流道10的末端设置有出液口9；所述混合温控区的温度范围为20°～28°。
进一步地，请参阅图1-5，本发明提供一种优选的技术方案：一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于，其包括在厚度方向上依次从上往下设置的进料盖片19、上温控盖片14、微流控盖片15和下温控盖片16，其中，所述微流控盖片15内设置有多个混合微流道13和反应微流道10，所述混合流道13与各自的所述反应微流道10相连通，所述进料盖片19上至少设置有A料进料道区1和B料进料道区2，A料进料道区1内的所述A料进料道和和B料进料道区2内的B料进料道均与所述混合微流道13连通设置，以便通过混合微流道13实现对A料与B料的混合，并且在不同的所述混合微流道13内能够得到A料与B料不同配比的混合，所述上温控盖片14和下温控盖片16沿着所述混合微流道13的延伸方向上分割设置有混合温控区和反应温控区3，所述混合温控区对应所述混合微流道13的位置设置，所述反应温控区3对应所述反应微流道10的位置设置，所述混合温控区的温度为20-28°之间。
在本实施例中，所述进料盖片19的A料进料道区1内设置有A料添加孔4和A料流道，所述A料流道成V型或者倒V型结构，且所述V型或者倒V型结构的V型交点处设置与所述A料流道连通的所述A料添加孔4，所述进料盖片19的与设置所述A料添加孔4相对的底面上设置有多个与所述混合微流道13连通的A料连通孔，且每个所述混合微流道13均对应连接一个所述A料连通孔，当A料经过所述A料添加孔4加入所述A料流道内后，A料能够通过A料连通孔均匀的分散流入所述混合微流道13内。
所述进料盖片19的B料进料道区2内设置有B料添加孔5、B料主流道6、B料支流道7和B料分支流道11，B料主流道6、B料支流道7和B料分支流道11构成B料流道，所述B料主流道6成V型或者倒V型结构，且所述V型或者倒V型结构的V型交点处设置与所述B料主流道6连通的所述B料添加孔5，所述B料主流道6等间距的间隔的设置有多个B料支流道7，每个所述B料支流道7的端部连接设置有至少两个B料分支流道11，所述进料盖片19的与设置所述B料添加孔5相对的底面上设置有多个B料连通孔，每个B料连通孔均对应一个所述B料分支流道11，所述B料分支流道11通过所述B料连通孔连接至所述混合微流道13，每个所述混合微流道13上连接设置有个数不同的B料连通孔，通过不同B料连通孔的个数来实现不同混合微流道13内A料与B料的不同配比混合。
为了保证混合均匀，每个所述B料连通孔与所述混合微流道13的连通处设置有混合腔结构12。
如图4所示，所述上温控盖片14上设置有连接所述混合微流道13与A料连通孔的温控连接通孔；所述上温控盖片14上还设置有连接所述混合微流道13与B料连通孔的温控连接通孔，所述上温控盖片14的对应所述混合温控区和反应温控区3的位置分别设置有上混合加热器17和上反应加热器，所述上混合加热器17采用多个间隔套设的回字型结构的混合加热线圈22构成，所述上反应加热器采用多个间隔套设的回字型结构的反应加热线圈23构成，所述混合温控区和反应温控区3之间还采用隔热板18进行隔开设置。
所述下温控盖片16的对应所述混合温控区和反应温控区3的位置分别设置有下混合加热器和下反应加热器，所述下混合加热器采用多个间隔设置的混合加热棒20构成，所述下反应加热器采用多个间隔布设的反应加热棒21构成，所述混合温控区和反应温控区3之间还采用隔热板18进行隔开设置。
如图5，所述混合腔结构12包括第一连通腔24、第二连通腔25、混合腔27和出料腔26，其中，所述第一连通腔24的进料端与所述混合微流道13连通，所述第二连通腔25的进料端与所述B料连通孔连通，所述出料腔26与反应微流道10连通，所述混合腔27将所述第一连通腔24、第二连通腔25和出料腔26连通，所述第一连通腔24、第二连通腔25沿着朝向所述混合腔27的方向的横截面积逐渐缩小，且所述第一连通腔24与第二连通腔25之间的夹角为45-60°，所述混合腔27向远离所述第二连通腔25的一侧延伸，所述第二连通腔25与所述出料腔26之间的夹角为60-90°，且所述第一连通腔24与所述出料腔26之间的夹角大于110°，其中，第一连通腔24流入的液体的粘度大于第二连通腔25流入的液体的粘度，所述混合腔27内还设置有向混合腔27的延伸内侧延伸的混合凸起28，所述混合凸起28位于所述第二连通腔25与所述出料腔26之间的位置，所述第一连通腔24和第二连通腔25流入的料液经过所述混合凸起遮挡后流入所述混合腔27内进行均匀混合。
为了便于对不同的料液进行混料以及不同的反应温度，所述混合温控区和反应温控区3的温度均为可调节的设置。所述微流控盖片15的端部位于所述反应微流道10的末端设置有出液口9。
更进一步地，本发明优选的均匀混合的微流控反应合成材料装置，可以快速的进行不同配比量的配比，而且，对混合区和反应区的温度分别进行控制，保证混合的量的精确性以及反应的精确性，同时，本发明优选例的混合腔结构12可以提高混合的均匀性，保证混合效果，在配比时，将第一连通腔24流入的液体的粘度大于第二连通腔25流入的液体的粘度，即在A料位置加入粘度大的物质，再B料位置加入粘度小的物质，可以有效的提高混合的均匀性，保证温控效果，有效的实现采用微流控技术进行合成材料。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于，包括在厚度方向上依次自上而下设置的进料盖片（19）、上温控盖片（14）、微流控盖片（15）和下温控盖片（16）；
所述微流控盖片（15）内设置有多个对应的混合微流道（13）和反应微流道（10），所述混合微流道（13）与对应的反应微流道（10）相连通；
所述进料盖片（19）上设置有A料进料道区（1）和B料进料道区（2）；A料进料道区（1）内的A料进料道和和B料进料道区（2）内的B料进料道均与所述混合微流道（13）连通；
所述上温控盖片（14）、下温控盖片（16）沿着所述混合微流道（13）的延伸方向上分别设置有混合温控区、反应温控区（3），所述混合温控区对应所述混合微流道（13）的位置设置，所述反应温控区（3）对应所述反应微流道（10）的位置设置；
所述进料盖片（19）的A料进料道区（1）内设置有A料添加孔（4）和A料流道；所述A料流道成V形结构，且所述A料添加孔（4）设置在V形结构的顶点处；
所述进料盖片（19）远离所述A料添加孔（4）的底面上设置有多个与所述混合微流道（13）连通的A料连通孔，且每个所述混合微流道（13）均对应连接一个所述A料连通孔，当A料经过所述A料添加孔（4）加入所述A料流道内后，A料能够通过A料连通孔均匀的分散流入所述混合微流道（13）内；
所述进料盖片（19）的B料进料道区（2）内设置有B料添加孔（5）、B料主流道（6）、B料支流道（7）和B料分支流道（11）；
所述B料主流道（6）成V形结构，所述B料添加孔（5）设置在所述V形结构的顶点处，且所述B料添加孔（5）与所述B料主流道（6）连通；所述B料主流道（6）上间隔地设置有多个B料支流道（7），每个所述B料支流道（7）的端部连接有至少两个B料分支流道（11），所述进料盖片（19）远离所述B料添加孔（5）的底面上设置有多个B料连通孔，每个B料连通孔均对应一个所述B料分支流道（11），所述B料分支流道（11）通过所述B料连通孔连接至所述混合微流道（13），每个所述混合微流道（13）上连接设置有个数不同的B料连通孔，通过不同B料连通孔的个数来实现不同混合微流道（13）内A料与B料的不同配比混合；
每个所述B料连通孔与所述混合微流道（13）的连通处设置有混合腔结构（12）；
所述混合腔结构（12）包括第一连通腔（24）、第二连通腔（25）、混合腔（27）和出料腔（26）；
所述第一连通腔（24）的进料端与所述混合微流道（13）连通；所述第二连通腔（25）的进料端与所述B料连通孔连通；所述出料腔（26）与反应微流道（10）连通；所述混合腔（27）将所述第一连通腔（24）、第二连通腔（25）和出料腔（26）连通，所述第一连通腔（24）、第二连通腔（25）沿着朝向所述混合腔（27）的方向的横截面积逐渐缩小，且所述第一连通腔（24）与第二连通腔（25）之间的夹角为45-60°；
所述混合腔（27）向远离所述第二连通腔（25）的一侧延伸，所述第二连通腔（25）与所述出料腔（26）之间的夹角为60-90°，且所述第一连通腔（24）与所述出料腔（26）之间的夹角大于110°；
第一连通腔（24）流入的液体的粘度大于第二连通腔（25）流入的液体的粘度；
所述混合腔（27）内还设置有向混合腔（27）的内侧延伸的混合凸起，所述混合凸起位于所述第二连通腔（25）与所述出料腔（26）之间，所述第一连通腔（24）和第二连通腔（25）流入的料液经过所述混合凸起遮挡后流入所述混合腔（27）内进行均匀混合。
2.根据权利要求1所述的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于：
所述上温控盖片（14）上设置有连接所述混合微流道（13）与A料连通孔的第一温控连接通孔；所述上温控盖片（14）上还设置有连接所述混合微流道（13）与B料连通孔的第二温控连接通孔；
所述上温控盖片（14）对应混合温控区、反应温控区（3）的位置分别设置有上混合加热器（17）、上反应加热器；所述上混合加热器（17）主要由多个间隔套设的回字型结构的混合加热线圈（22）构成；所述上反应加热器主要由多个间隔套设的回字型结构的反应加热线圈（23）构成；
所述混合温控区和反应温控区（3）之间还采用隔热板（18）进行隔开设置。
3.根据权利要求1所述的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于：
所述下温控盖片（16）对应混合温控区、反应温控区（3）的位置分别设置有下混合加热器、下反应加热器；所述下混合加热器主要由多个间隔设置的混合加热棒（20）构成；所述下反应加热器主要由多个间隔布设的反应加热棒（21）构成；
所述混合温控区和反应温控区（3）之间还采用隔热板（18）进行隔开设置。
4.根据权利要求1所述的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于，所述混合温控区和反应温控区（3）能够可调节地设置为设定的温度。
5.根据权利要求1所述的一种均匀混合的微流控反应合成材料装置，其特征在于，所述微流控盖片（15）的端部，即所述反应微流道（10）的末端设置有出液口（9）；所述混合温控区的温度范围为20°～28°。
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