CN110586012A - 航天气凝胶制取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供航天气凝胶制取装置，以解决气凝胶没有便捷制取设备的问题。包括自上而下依次设置的上底板、升降板、转板和底板，上底板的上方安装有针筒装置，针筒装置的一端连接有透明管，上底板的内部设置有向下延伸的固定杆，上底板的圆周中心处设置有向下延伸并依次穿过升降板和转板至底板的钢丝杆，固定杆连接上底板和底板，升降板上端的钢丝杆圆周外部套接有升降电机，升降板上端外壁上设置有电磁阀，透明管的最下端与电磁阀固定连接，升降板的上端外壁上设置反应釜，升降板通过限位块和固定杆固定连接，转板的上端外壁上设置有加热装置和磁场搅拌仪，步进电机、升降电机、磁场搅拌仪和马达均通过外部电源电性连接。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶相关技术领域，具体涉及航天气凝胶制取装置。
背景技术
气凝胶，又称为干凝胶，当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等，气凝胶也具凝胶的性质，具有膨胀作用、触变作用、离浆作用。
通常气凝胶的制备包括溶胶-凝胶化过程、凝胶干燥两道工序，在地面重力条件下，由于沉降作用常导致溶胶-凝胶化过程中制品的均匀性较差，且干燥过程中因自身重力存在易引起坍塌而导致结构缺陷。因此太空环境下的航天气凝胶制取对于气凝胶的性能改善具有重要作用。现有的航天气凝胶制取装置技术存在以下问题：现有的航天气凝胶制取装置通常仅具备溶胶-凝胶化过程的能力，不具备干燥能力，需要将产品返回地面再进行干燥；另外，太空环境下重力对流作用大大减弱，扩散是质量输运的主要形式，使得溶胶化过程缓慢且溶液易于不均匀，这需要一定的搅拌作用，而现有的航天气凝胶制取装置无法实现在轨搅拌。可见，为了更好地发展和制取高质量的航天气凝胶制品，有必要研制功能齐全、便捷的可用于微重力环境下工作的气凝胶制取装置。
发明内容
本发明的目的在于提供航天气凝胶制取装置，以解决上述背景技术中提出的气凝胶没有便捷制取设备的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种航天气凝胶制取装置，包括自上而下依次设置的上底板、升降板、转板和底板，所述上底板的上方安装有针筒装置，所述针筒装置的一端连接有透明管，所述上底板的内部设置有向下延伸的固定杆，所述上底板的圆周中心处设置有向下延伸并依次穿过升降板和转板至底板的钢丝杆，所述固定杆连接上底板和底板，所述升降板上端的钢丝杆圆周外部套接有升降电机，所述升降板上端外壁上设置有电磁阀，所述透明管的最下端与电磁阀固定连接，所述升降板的上端外壁上设置反应釜，所述升降板通过限位块和固定杆固定连接，所述转板的上端外壁上设置有加热装置和磁场搅拌仪，所述转板的下方的钢丝杆圆周外壁上套接有齿轮，所述底板上端外壁设置有马达，所述马达和齿轮连接，所述步进电机、升降电机、磁场搅拌仪和马达均通过外部电源电性连接。
与现有技术相比，本发明装置提供的航天气凝胶制取装置，具有溶胶-凝胶化、加热干燥两道工序的一体化功能，可实现在轨有效溶液搅拌的能力，还具备以下有益效果：本发明使得气凝胶的制取变得更加方便，整个制取流程都只需要这一个设备，不需要其他的操作，也不需要其他的仪器，更加方便了气凝胶的制取，而且整个操作流程都是全自动，不需要人力进行相关操作，节省了人力，使得气凝胶的制备更加便捷。本发明装置由最顶层一套针筒装置通过步进电机注出液体（事先灌入一定比例的待反应溶液和催化剂溶剂），液体通过电磁阀再进入反应釜后，这时第二层升降电机下降，电磁阀防止进入的液体回流，随即第三层通过电机旋转，准确的落在磁场搅拌仪的上方，通过磁场搅拌仪的运作均匀搅拌20分钟，然后停止搅拌，静态60分钟后，反应釜里的液体形成凝胶，再通过第二层的电机上升，降落，以及第三层电机旋转，落在加温装置中进行加温形成气凝胶，这样使得气凝胶的制取变得更加方便，整个制取流程都只需要这一个设备，不需要其他的操作，也不需要其他的仪器，更加方便了气凝胶的制取，而且整个操作流程都是全自动，不需要人力进行相关操作，节省了人力，使得气凝胶的制备更加便捷。
具体而言，航天气凝胶制取装置，包括针筒装置和上底板，所述上底板的上端安装有针筒装置，所述针筒装置上设置有推动片，所述推动片的周长内部设置有转杆，所述转杆的一端与步进电机固定连接，所述转杆上侧的推动片外壁上设置有针筒套，所述针筒装置的左端外壁上连接有步进电机，所述上底板的圆周内部设置有连接口，所述针筒装置的右端连接有透明管，所述透明管的最下端穿过连接口设置在上底板的下侧，所述上底板的靠近右端圆周内部设置有向下延伸的固定杆，所述上底板的圆周中心处设置有向下延伸的钢丝杆，所述上底板的下侧设置有升降板，所述钢丝杆的下端穿过升降板设置在升降板的下侧，所述升降板上端的钢丝杆圆周外部套接有升降电机，所述升降电机右侧的升降板上端外壁上设置有电磁阀，所述透明管的最下端与电磁阀圆周外壁靠近下侧固定连接，所述电磁阀前侧的升降板的上端外壁上设置有反应釜，所述反应釜和电磁阀通过连接管固定连接，所述升降板的上端最右侧外壁上设置有限位块，所述升降板通过限位块和固定杆固定连接，所述升降板下侧设置有转板，所述钢丝杆的下端穿过转板设置在转板的下侧，所述转板的上端外壁上设置有加热装置，所述加热装置左侧的转板上端外壁上设置有磁场搅拌仪，所述转板的下侧设置有底板，所述钢丝杆的最下端设置在底板上端外壁上，所述固定杆的最下端设置有底板上端外壁上，所述底板上端外壁中心处设置有固定套，所述钢丝杆的最下端套接在固定套的圆周内部，所述固定套上侧的钢丝杆圆周外壁上套接有齿轮，所述齿轮右侧的底板上端外壁上设置有固定架，所述固定架上连接有马达，所述马达的左端和齿轮固定连接，所述步进电机、升降电机、磁场搅拌仪和马达均通过外部电源电性连接。
优选的，所述针筒装置共设置有三个，三个所述针筒装置的大小形状均相同，三个所述针筒装置的一端均设置有步进电机，三个所述针筒装置的另一端均连接有透明管。
优选的，所述电磁阀共设置有六个，六个所述电磁阀的大小形状均相同，所述反应釜共设置有三个，三个所述反应釜的大小形状均相同，六个所述电磁阀和三个反应釜均设置在升降板上端外壁上。
优选的，所述钢丝杆的圆周直径略大于固定杆的圆周直径。
优选的，所述马达工作带动齿轮转动，齿轮带动转板转动。
优选的，所述上底板和底板的圆周直径大小形同，所述上底板的圆周直径略大于升降板的圆周直径，所述升降板的圆周直径略大于转板的圆周直径。
优选的，所述固定杆共设置有四个，四个所述固定杆的大小形状均相同，四个所述固定杆分别等距设置在底板的上端圆周外壁上。
附图说明
图1为本发明一实施形态的航天气凝胶制取装置整体结构示意图；
图2为图1所示实施形态的航天气凝胶制取装置的上底板俯视结构示意图；
图3为图1所示实施形态的航天气凝胶制取装置的升降板俯视结构示意图；
图4为图1所示实施形态的航天气凝胶制取装置的转板俯视结构示意图；
图5为图1所示实施形态的航天气凝胶制取装置的底板正面结构示意图；
附图标记：1、步进电机；2、针筒装置；3、上底板；4、透明管；5、连接口；6、固定杆；7、限位块；8、电磁阀；9、反应釜；10、钢丝杆；11、加热装置；12、底板；13、转板；14、磁场搅拌仪；15、升降板；16、升降电机；17、连接管；18、固定架；19、马达；20、固定套；21、齿轮；22、推动片；23、转杆；24、针筒套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-5，本发明一种航天气凝胶制取装置，包括自上而下依次设置的上底板3、升降板15、转板13和底板12。
如图1和图2所示，上底板3的上端安装有针筒装置2。针筒装置2可设有1个或多个。本实施形态中针筒装置2由不锈钢制成，共设置有三个，三个针筒装置2的大小形状均相同，三个针筒装置2的一端均设置有步进电机1，三个针筒装置2的另一端均连接有透明管4，通过透明管4连接可以便于观察内部的工作情况。针筒装置2里面分别事先灌入按比例稀释的醋酸和硅酸钠。
具体而言，如图2所示，针筒装置2上设置有推动片22，推动片22的周长内部设置有转杆23。转杆23的一端与步进电机1固定连接。推动片22外壁上设置有针筒套24。通过步进电机1工作带动转杆23转动，并带动推动片22前移推动针筒套24的注射液进入透明管4中。针筒装置2的一端（例如图1所示左端）外壁上连接有步进电机1。上底板3的圆周内部设置有连接口5。针筒装置2的另一端（例如图1所示右端）连接有透明管4。透明管4的最下端穿过连接口5延伸至上底板3的下侧。本实施形态中每个针筒装置2的透明管4设有两根。
上底板3圆周内部设置有向下延伸的固定杆6，固定杆可在上底板3周向排布有多个，例如2-4个。上底板3的圆周中心处设置有向下延伸的钢丝杆10。钢丝杆10的圆周直径略大于固定杆6的圆周直径，钢丝杆10的作用是通过升降电机16和马达19带动升降板15和转板13移动，固定杆6的作用主要是支撑固定上底板3和底板12，因而钢丝杆10的圆周直径略大于固定杆6。上底板3的下侧设置有升降板15。钢丝杆10的下端穿过升降板15延伸至升降板15的下侧。升降板15上端的钢丝杆10圆周外部套接有升降电机16。除升降电机16外，升降板15上端外壁上还设置有电磁阀8。透明管4的最下端与电磁阀8圆周外壁靠近下侧固定连接。升降板15的上端外壁上还设置有反应釜9。反应釜9和电磁阀8通过连接管17固定连接。一实施形态中电磁阀8共设置有六个。六个电磁阀8的大小形状均相同。反应釜9共设置有三个。三个反应釜9的大小形状均相同。六个电磁阀8和三个反应釜9均设置在升降板15上端外壁上。两个电磁阀8和一个反应釜9为一组,共3组，与前述针筒装置2的数量对应，且每个针筒装置2的两根透明管4分别与一组电磁阀8各自相连。每组电磁阀8和反应釜9之间通过连接管17固定连接。
其间，为了通过升降电机16让升降板15上下移动，升降板15上端外壁的边缘处设置有限位块7，限位块7的存在可以使得升降板15的升降更加平稳，升降板15通过限位块7和固定杆6固定连接。限位块7可以根据固定杆6的数量和位置设置有多个。升降板15下侧设置有转板13。钢丝杆10的下端穿过转板13延伸至转板13的下侧。转板13的上端外壁上设置有加热装置11。转板13的上端外壁上还设置有磁场搅拌仪14，磁场搅拌仪14的实质就是借助在设备内感生的电磁力强化液体的运动，由此强化液体的对流、传热和传质过程。转板13的下侧设置有底板12。
本实施形态中固定杆6共设置有四个。四个固定杆6的大小形状均相同。四个固定杆6分别在圆周方向等距设置在底板12和上底板3之间。多个固定杆6使得上底板3与底板12之间的连接更加牢固。上底板3和底板12的圆周直径大小形同。上底板3的圆周直径略大于升降板15的圆周直径。升降板15的圆周直径略大于转板13的圆周直径。升降板15设置在四个固定杆6内部。通过限位块7与固定杆6固定连接。钢丝杆10的最下端设置在底板12上端外壁上。固定杆6的最下端设置在底板12上端外壁上。
参见图5，底板12上端外壁中心处设置有固定套20，钢丝杆10的最下端套接在固定套20的圆周内部。固定套20上侧的钢丝杆10圆周外壁上套接有齿轮21。齿轮21与转板13用螺丝固定为一体。齿轮21附近（例如图5所示齿轮右侧）的底板12上端外壁上设置有固定架18，固定架18上连接有马达19。马达19的左端和齿轮21啮合固定连接，马达19工作带动齿轮21使转板13一起转动。步进电机1、升降电机16、磁场搅拌仪14和马达19均通过外部电源电性连接。
工作方法及原理
本实验装置安装好后，由最顶层的针筒套24通过步进电机1注出液体（事先灌入一定比例的硅酸钠和醋酸），其中借助于步进电机1，液体通过电磁阀8再进入反应釜9后，这时第二层的升降电机16下降，电磁阀8防止进入的液体回流，随即转板13通过马达19旋转，其中马达19的型号可为：57BL70-240，液体准确地落在磁场搅拌仪14的上方，通过磁场搅拌仪14的运作均匀搅拌20分钟，然后停止搅拌，静态60分钟后，反应釜9里的液体形成凝胶，再通过第二层的升降电机16上升、降落，从而使得搅拌更加均匀，以及第三层马达19旋转，使得反应釜9落在加热装置11中进行加温形成气凝胶。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.航天气凝胶制取装置，其特征在于：包括自上而下依次设置的上底板（3）、升降板（15）、转板（13）和底板（12），所述上底板（3）的上方安装有针筒装置（2），所述针筒装置（2）的一端连接有透明管（4），所述上底板（3）的内部设置有向下延伸的固定杆（6），所述上底板（3）的圆周中心处设置有向下延伸并依次穿过升降板（15）和转板（13）至底板（12）的钢丝杆（10），所述固定杆（6）连接上底板（3）和底板（12），所述升降板（15）上端的钢丝杆（10）圆周外部套接有升降电机（16），所述升降板（15）上端外壁上设置有电磁阀（8），所述透明管（4）的最下端与电磁阀（8）固定连接，所述升降板（15）的上端外壁上设置反应釜（9），所述升降板（15）通过限位块（7）和固定杆（6）固定连接，所述转板（13）的上端外壁上设置有加热装置（11）和磁场搅拌仪（14），所述转板（13）的下方的钢丝杆（10）的圆周外壁上套接有齿轮（21），所述底板（12）的上端外壁设置有马达（19），所述马达（19）和齿轮（21）连接，所述步进电机（1）、升降电机（16）、磁场搅拌仪（14）和马达（19）均通过外部电源电性连接。
2.根据权利要求1所述的航天气凝胶制取装置，其特征在于：设置有三个所述针筒装置（2），三个所述针筒装置（2）的大小形状均相同，三个所述针筒装置（2）的一端均设置有步进电机（1），三个所述针筒装置（2）的另一端均连接有透明管（4）。
3.根据权利要求1所述的航天气凝胶制取装置，其特征在于：所述电磁阀（8）共设置有六个，六个所述电磁阀（8）的大小形状均相同，所述反应釜（9）共设置有三个，三个所述反应釜（9）的大小形状均相同，六个所述电磁阀（8）和三个反应釜（9）均设置在升降板（15）上。
4.根据权利要求1所述的航天气凝胶制取装置，其特征在于：所述马达（19）工作带动齿轮（21）转动，齿轮（21）带动转板（13）转动。
5.根据权利要求1所述的航天气凝胶制取装置，其特征在于：所述上底板（3）和底板（12）的直径大小相同，所述上底板（3）的直径大于升降板（15）的直径，所述升降板（15）的直径大于转板（13）的直径。
6.根据权利要求1所述的航天气凝胶制取装置，其特征在于：所述固定杆（6）共设置有四个，四个所述固定杆（6）的大小形状均相同，四个所述固定杆（6）分别等距设置在底板（12）的上端圆周外壁上。
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