CN206219495U - 一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道。该微通道具有三阶毛细结构，第一阶毛细结构为线型的沟槽微通道；第二阶毛细结构为在第一阶毛细结构壁面上化学腐蚀或激光雕刻的尺寸更微小的，且与第一毛细结构同向的微沟槽微通道；第三阶毛细结构为依附在第二阶毛细结构上的铜粉烧结式毛细芯，且铜粉粒径在线型方向上呈梯度分布。本实用新型具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道在宏观上解决微通道反应过程中液体流动不畅的问题，辅助外部泵的工作，实现辅助驱动，使反应液在微流道内流速均匀，得到均匀颗粒的量子点。

Description

一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道

技术领域

本实用新型涉及量子点合成的微通道，具体涉及一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道。

背景技术

量子点是一种纳米颗粒，其粒径一般在1~10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射出荧光。基于量子效应，量子点在太阳能电池，发光器件，光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。科学家已经实用新型出许多不同的方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在21世纪的纳米电子学上有极大的应用潜力。

微通道合成法是量子点水相直接合成法的一种具体操作形式及方案。微通道合成法以其高效的传热、传质以及精确的反应控制为纳米材料的连续、可控合成提供了可靠的方法，并且在反应工艺参数的高通量筛选、工艺的直接放大等方面体现的独特的优势。在实际应用中，一方面，微通道流道的截面积在平方毫米甚至平方微米级别，外部推动流体的泵需要克服一定的截面阻力和流体粘性；另一方面，由于量子点的合成条件，微通道的内部需要提供100℃以上的高温条件，此条件下反应液中部分水的蒸发造成的微通道内部的压强增大，增大了外部液体进入微通道的阻力，增加了泵的工作难度。另外，微通道环境下，流体的流动状态主要受粘性力的影响，此时，通道壁面施加到流体表面的剪切力使流体流经通道时呈抛物线流型，即在通道中心处的流体流速快，而管壁处的流速慢。此时，在通道截面不同径向位置的流体存在显著的停留时间分布不均匀现象。并且，停留时间的差异使通道中前驱体的浓度表现出显著的非均一性。特别是当流体的径向扩散速率慢于反应速率时，通道中将出现明显的径向浓度梯度。停留时间以及浓度的分布不均匀将导致纳米晶的生长尺寸不一致。虽然降低流速可以使通道中流体的停留时间分布接近，但也会造成合成效率的降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是利用复合多阶毛细结构优化量子点合成的微通道，改善微通道的流通性能，提高合成质量和效率，同时实现微通道的单向流通功能。

本实用新型通过以下技术方案实现。

一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，具有复合多阶的毛细结构，同时起到单向传输和辅助驱动的作用；在宏观上解决微通道反应过程中液体流动不畅的问题，辅助外部泵的工作，实现辅助驱动；同时微通道内反应液流速均匀，可得到均匀颗粒的量子点。

一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，具有三阶毛细结构，第一阶毛细结构为线型的沟槽微通道；第二阶毛细结构为在第一阶毛细结构壁面上化学腐蚀或激光雕刻的尺寸更微小的，且与第一阶毛细结构同向的微沟槽微通道；第三阶毛细结构为依附在第二阶毛细结构上的铜粉烧结式毛细芯，且铜粉粒径在沿线型方向上呈梯度分布。

进一步地，所述线型包括直线、曲线或折线。

进一步地，所述第一阶毛细结构在线型方向上起引导作用。

进一步地，所述第二阶毛细结构在具有毛细作用的同时，为第三阶毛细结构提供依附场所，起过渡作用。

进一步地，所述第三阶毛细结构形成线型方向上的毛细力梯度，实现单向传输效果。

进一步地，所述第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的微通道的截面形状为对称V形或对称梯形。

更进一步地，所述第一阶毛细结构的深度为1mm~2mm；其中，V型沟槽的斜边角度范围为45°~80°；梯形沟槽上宽为0.9mm~4mm，下宽为1mm~2mm。

更进一步地，所述第二阶毛细结构的深度为0.2mm~0.5mm；其中，V型沟槽的斜边角度范围为45°~80°；梯形沟槽上宽为0.5mm~1.6mm，下宽为0.4mm~0.8mm。

进一步地，所述第一阶毛细结构采用包括机械加工、化学腐蚀、激光烧结、激光雕刻或压印的方法得到。

更进一步地，所述机械加工包括拉削或刨削，利用相应仿形的刀具得到相应形状的沟槽。

进一步地，所述第三阶毛细结构为将高温烧结的不同粒径的铜粉通过人工或机械方法，按铜粉粒径大小分层加入，并通过超声震实。

进一步地，所述第三阶毛细结构中，在线型方向上，从入口处至出口处，铜粉尺寸呈由大到小的梯度分布。

更进一步地，在入口处的铜粉粒径最大，毛细芯结构的间距最大，毛细空隙也最大，毛细力最小；而在出口处的铜粉粒径最小，毛细芯结构的间距最小，毛细空隙也最小，毛细空隙也最小，毛细力最大；形成毛细力在入口-出口线型方向上逐渐由小到大的梯度分布，在接近出口处的液体受到更大的毛细力而无法逆向流动，实现流入微通道的流体只能沿着入口-出口方向的单向流动功能。

进一步地，所述第三阶毛细结构中，铜粉的粒径大小为200目~1000目，即13μm~75μm。

进一步地，所述具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道具有变截面；入口截面的尺寸最大，铜粉粒径最大，第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的沟槽尺寸也最大；出口截面的尺寸最小，铜粉粒径最小，第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的沟槽尺寸也最小；在入口-出口线型方向上，微通道截面和三阶毛细结构形成由大到小的梯度尺寸分布。

变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，入口截面的尺寸最大，铜粉粒径最大，是为了入口处的液体更加容易进入微通道，并且截面的尺寸和铜粉粒径在通道流通方向上递减，在出口处达到最小值；在出口处的毛细力最大，使液体单向流动的驱动力更大。

进一步地，在量子点合成过程中，反应液在微通道中流通的速度由毛细力的大小决定，且流通的距离由其流通的距离和反应需要的时间决定；由于第三阶毛细结构的铜粉烧结式毛细芯的存在，增大了与反应液热交换的接触面积，有利于量子点合成的充分进行。

进一步地，所述具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道在量子点合成的过程中，主要利用多阶的毛细沟槽及毛细芯产生的毛细吸力，对流入微通道的反应液流体进行吸附和引流，减少了反应液流入时受到的阻力，并且转化为微通道的主动引流，对工作泵起到辅助驱动作用，减小了对外部泵的功率需求；且复合毛细结构极大的利用了毛细力的作用，起到毛细叠加的功效。

将单层具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道采用双层交错，得到双层交错具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，第一阶毛细结构的沟槽相互契合，实际形成了折线状的入口边线，微通道截面基本由毛细结构覆盖，由毛细力的引导和辅助驱动的作用，在外部工作水泵的配合下，使量子点的反应液通过毛细空隙沿入口-出口的方向单向流动。双层交错微通道的外部平面作为加热平面，其材料包括具有导热率的钢材或铝材材料，加热系统采用加热板进行加热，以稳定且均匀地提供量子点合成的必要温度，同时第三阶铜粉烧结结构也继承了铜良好的导热性能，使在烧结铜粉间隙的反应液均匀且充分的接受热量，使反应合成的量子点均匀且质量优良。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点及有益效果：

（1）本实用新型的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，利用多阶的具有叠加效果的毛细作用力，辅助量子点合成过程中外部泵的工作，在反应过程中引导反应液进入微通道，优化了原先通道在高温反应中水溶液的蒸发造成的微通道内部压强过大而使反应液难以进入的问题；同时微通道中的毛细通道引导反应液的流通更利于反应液充分均匀的接受热量，使量子点的合成反应进行更加充分，可生产出质量均匀的量子点。

（2）本实用新型微通道结构具有单向流通的功能，在微通道的线型流通方向上，布置了具有毛细力大小梯度的低阶毛细芯结构，使反应液只能往毛细力的方向流动，即入口-出口方向的运动，防止由毛细力的无方向性造成反应液的回流。

附图说明

图1 为本实用新型一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的截面示意图；

图2 为采用本实用新型具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道合成量子点的流程示意图；

图3 为实施例1中变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的入口处的截面示意图；

图4 为实施例1中变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的出口处的截面示意图；

图5为实施例2中具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的梯形和V型复合截面示意图；

图6a和6b 为实施例2中具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的前端结构和后端结构的截面示意图；

图7为实例3中双层交错的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的示意图；

图8a和图8b分别为实施例3中双层交错的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的入口处和出口处截面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本结构实用新型做进一步的详细说明，在以下的描述中阐述了更多细节以便于充分理解本实用新型。

图1为本实用新型一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的截面示意图，包括第一阶毛细结构的沟槽微通道截面1、第二阶毛细结构的微沟槽微通道截面2、由大粒径的铜粉组成第三阶毛细结构3以及由小粒径的铜粉组成的第三阶毛细结构4。

图2为采用本实用新型具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道合成量子点的流程示意图，反应液A和反应液B进入反应混合器中混合均匀后，通过工作泵流入本实用新型具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道充分反应，最后通过冷却收集合成的量子点。

实施例1

本例设计了变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道。其中，如图3所示结构为微通道入口处的截面示意图：第一阶毛细结构5的沟槽微通道为V型，槽深2mm，斜边壁面呈80°角；第二阶毛细结构6的微沟槽微通道也为V形，槽深0.5mm，斜壁面呈80°角；在第二阶毛细结构6内有第三阶毛细结构7，烧结的毛细芯采用目数200即粒径0.075mm的铜粉。如图4所示结构为微通道出口处的截面示意图：其中，第一阶毛细结构8的沟槽微通道为V形，槽深1mm，斜边壁面呈45°角；第二阶毛细结构9的微沟槽微通道为V形，槽深0.2mm，斜壁面呈45°角；在第二阶毛细结构9内有第三阶毛细结构10，烧结的毛细芯采用目数1000即粒径0.013mm的铜粉。

变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，入口截面的尺寸最大，铜粉粒径最大，且截面的尺寸和铜粉粒径在通道流通方向上递减，在出口处达到最小值；在出口处的毛细力最大，使液体单向流动的驱动力更大。

采用该设计的变截面尺寸的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道合成量子点，得到的量子点大小均匀，外部泵的功率需求小。

实施例2

如图5所示为设计的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的梯形和V型复合截面示意图，其中，第一阶毛细结构11的沟槽微通道为梯形，槽深1.5mm，对称的梯形壁面呈60°角；第二阶毛细结构12的微沟槽微通道为V形，槽深0.25mm，对称的斜壁面呈60°角；在第二阶毛细结构12内有第三阶毛细结构13。

在微通道的流通方向上，有铜粉粒径大小梯度的布置方式；微通道前端的结构14中的第三阶毛细结构由粒径为0.06mm的铜粉经烧结得到毛细芯组成，微通道后端的结构15由粒径为0.03mm的铜粉经烧结得到毛细芯组成，铜粉粒径按从前端的结构14至后端的结构15逐渐变小，由此形成的毛细力大小梯度，实现了流体的单向驱动传输。

微通道前端结构14和后端结构15的截面示意图如图6a和图6b所示。

采用该具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道合成量子点，得到的量子点大小均匀，外部泵的功率需求小。

实施例3

在保证量子点多通道合成过程的同时，使毛细结构覆盖流道的截面，采用平行的单层毛细微通道结构进行复合交错叠加，设计出了的双层交错复合毛细结构的微通道；图7为双层交错的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道的示意图，入口处16和出口处17的截面示意图分别如图8a和图8b所示。

其中，单层的三维立体沟槽结构，第一阶毛细结构的宏观角度上是V形槽微通道的阵列，尺寸为2mm的沟槽深度，对称斜壁角度为60°；第二阶的沟槽结构建立在第一阶V形沟槽的斜壁上，尺寸为0.4mm的沟槽深度，对称斜壁角度为60°；第三阶毛细结构采用的是铜粉进行烧结形成的毛细结构，铜粉的粒径大小为从入口出至出口处由1000目至200目（75μm~13μm）逐渐变小。

采用双层交错的具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道合成量子点，得到的量子点大小均匀，外部泵的功率需求小。

Claims (9)

1.一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，该微通道具有三阶毛细结构；第一阶毛细结构为线型的沟槽微通道；第二阶毛细结构为在第一阶毛细结构壁面上化学腐蚀或激光雕刻的尺寸更微小的，且与第一阶毛细结构同向的微沟槽微通道；第三阶毛细结构为依附在第二阶毛细结构上的铜粉烧结式毛细芯，且铜粉粒径在沿线型方向上呈梯度分布。

2.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述线型包括直线、曲线或折线。

3.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第一阶毛细结构在线型方向上起引导作用；所述第二阶毛细结构在具有毛细作用的同时，为第三阶毛细结构提供依附场所，起过渡作用；所述第三阶毛细结构形成线型方向上的毛细力梯度，实现单向传输效果。

4.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的微通道的截面形状为对称V形或对称梯形。

5.根据权利要求4所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第一阶毛细结构的深度为1mm~2mm；其中，V型沟槽的斜边角度范围为45°~80°；梯形沟槽上宽为0.9mm~4mm，下宽为1mm~2mm。

6.根据权利要求4所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第二阶毛细结构的深度为0.2mm~0.5mm；其中，V型沟槽的斜边角度范围为45°~80°；梯形沟槽上宽为0.5mm~1.6mm，下宽为0.4mm~0.8mm。

7.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第三阶毛细结构中，在线型方向上，从入口处至出口处，铜粉尺寸呈由大到小的梯度分布；在入口处的铜粉粒径最大，毛细芯结构的间距最大，毛细空隙也最大，毛细力最小；而在出口处的铜粉粒径最小，毛细芯结构的间距最小，毛细空隙也最小，毛细空隙也最小，毛细力最大；形成毛细力在入口-出口线型方向上逐渐由小到大的梯度分布，在接近出口处的液体受到更大的毛细力而无法逆向流动，实现流入微通道的流体只能沿着入口-出口方向的单向流动功能。

8.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述第三阶毛细结构中，铜粉的粒径大小为200目~1000目，即13μm~75μm。

9.根据权利要求1所述的一种具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道，其特征在于，所述具有复合毛细单向辅助驱动结构的量子点合成微通道具有变截面；入口截面的尺寸最大，铜粉粒径最大，第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的沟槽尺寸也最大；出口截面的尺寸最小，铜粉粒径最小，第一阶毛细结构和第二阶毛细结构的沟槽尺寸也最小；在入口-出口线型方向上，微通道截面和三阶毛细结构形成由大到小的梯度尺寸分布。