CN212057865U - 一种浆料定向冷冻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种浆料定向冷冻装置，包括冷冻装置、导热层和浆料模具，冷冻装置用于盛放冷冻液，冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，导热层包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，浆料模具用于盛放待冷冻浆料，浆料模具具有不同规格尺寸，浆料模具侧壁贴合于导热层外侧壁。浆料模具侧壁通过导热层连接冷冻装置外侧壁，增大了浆料模具与冷冻装置的接触面积，更大程度地利用了冷冻装置的有效冷冻空间，提升了冷冻装置的冷冻效率。浆料模具可以定制，具有不同规格尺寸，通过选择合适宽度的浆料模具，能够减少冷冻距离，避免冷冻速度明显降低，有效提高了所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性。

Description

一种浆料定向冷冻装置

技术领域

本实用新型涉及冷冻装置技术领域，特别是涉及一种浆料定向冷冻装置。

背景技术

有序多孔纳米材料是一种具有多孔、比表面积高、轻质且内部结构有序的材料，在目前多孔纳米材料中多使用定向冷冻的方法来设计内部有序多孔的结构。定向冷冻法的基本原理是：将浆料或者混合溶液进行定向冷冻，使溶液或者浆料形成定向的温度梯度，水会沿着温度梯度方向形成冰晶，浆料或者溶质会随着温度梯度方向进行排列，从而形成有序的结构，最后经过冷冻干燥得到有序多孔纳米材料。

现有技术公开了一种定向冷冻装置，其由两部分组成：冷冻装置和样品容器，样品容器底部由铜箔构成，样品容器侧壁用聚氨酯泡沫包裹，样品容器由导热的铜锭支撑，使样品容器的底部与液氮接触。这样的设计可以保证热的传导是沿着垂直的方向进行。

然而，对于取向冷冻技术来说，随着冷冻的距离增加，冰晶前端受到的热量增加，温度梯度减小，冷冻速度会逐渐降低。这种情况会使得冰晶有机会沿着垂直温度梯度的方向进行生长甚至是无序生长。这样所制备的多孔材料的孔壁会逐渐沿着冷冻方向变厚、孔道变大，材料的不均匀性增加。

另外，申请人发现，现有技术利用导热的铜锭支撑样品容器，使样品容器的底部与液氮接触，通过冷冻装置的端面对样品容器进行垂直冷冻，由于冷冻装置的端面面积较小，导致冷冻装置的冷冻效率较低。

因此，如何提升冷冻装置的冷冻效率，同时提高所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性成为了需要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种浆料定向冷冻装置，通过面积较大的冷冻装置外壁对套接于冷冻装置外的浆料模具进行水平导向冷冻，提高了冷冻装置与浆料模具的表面接触面积，提升了冷冻装置的冷冻效率，浆料模具的宽度尺寸可以定制，能够减少冷冻距离，有效提高所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种浆料定向冷冻装置，包括冷冻装置、导热层和浆料模具，冷冻装置用于盛放冷冻液，冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，导热层包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，浆料模具用于盛放待冷冻浆料，浆料模具具有不同规格尺寸，浆料模具侧壁贴合于导热层外侧壁。

进一步，浆料模具为环状体，环状体内环、环状体底部与环状体外环之间合围形成用于盛放待冷冻浆料的内腔，环状体套置于冷冻装置外，导热层外侧壁紧密贴合于环状体内环。

进一步，环状体外设有保温装置，保温装置包裹于环状体外环、环状体底部与冷冻装置底部。

进一步，冷冻装置外设有保温装置，保温装置包括底部保温装置和多个竖向保温装置，底部保温装置设于冷冻装置下方，冷冻装置底部通过导热层连接于底部保温装置，多个竖向保温装置环绕冷冻装置均匀布置，每个竖向保温装置的下端均连接于底部保温装置，相邻的两个竖向保温装置之间设有多个横向保温装置，多个横向保温装置由上至下间隔布置，每个横向保温装置的两端分别连接于相邻的两个竖向保温装置，每个竖向保温装置和横向保温装置均通过导热层连接于冷冻装置外侧壁，浆料模具设有多个，多个浆料模具分别安装于上下相邻的两个横向保温装置之间。

进一步，冷冻装置为液氮槽，冷冻液为液氮。

进一步，液氮槽上设有顶盖，顶盖设有把手、注入孔和排气孔，注入孔和排气孔分别连通液氮槽。

进一步，注入孔和排气孔分别设有多个，多个注入孔和排气孔分别均匀分布于顶盖。

进一步，导热层由铜箔制成。

进一步，保温装置为聚氨酯保温层。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

导热层包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，导热层不仅能够将冷冻装置侧壁的热量传递给浆料模具侧壁，而且能够将冷冻装置底部的热量传递给浆料模具侧壁，提升了冷冻效率。冷冻装置可以通过增加冷冻装置高度等手段来增大冷冻装置侧壁面积。由于冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，浆料模具侧壁通过导热层连接冷冻装置外侧壁，增大了浆料模具与冷冻装置的接触面积。相比于现有技术通过冷冻装置的端面对样品容器进行垂直冷冻，本实用新型通过大面积的水平方向的冷冻导向，更大程度地利用了冷冻装置的有效冷冻空间，提升了冷冻装置的冷冻效率。浆料模具可以定制，具有不同规格尺寸，通过选择合适宽度的浆料模具，能够减少冷冻距离，避免冷冻速度明显降低，有效提高了所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的平面结构示意图。

图2为图1的A—A视图。

图3为本实用新型实施例2的平面结构示意图。

图4为图3的B—B视图。

附图标记说明：

1——液氮槽，2——保温层，3——导热层，4——浆料模具，5——顶盖、51——把手、52——注入孔、53——排气孔。

具体实施方式

下面来对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例1

如图1、图2所示，一种浆料定向冷冻装置，包括冷冻装置、导热层3和浆料模具4，冷冻装置用于盛放冷冻液，冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，导热层3包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，浆料模具4用于盛放待冷冻浆料，浆料模具4具有不同规格尺寸，浆料模具4侧壁贴合于导热层3外侧壁。

导热层3包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，导热层3不仅能够将冷冻装置侧壁的热量传递给浆料模具4侧壁，而且能够将冷冻装置底部的热量传递给浆料模具4侧壁，提升了冷冻效率。冷冻装置可以通过增加冷冻装置高度等手段来增大冷冻装置侧壁面积。由于冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，浆料模具4侧壁通过导热层3连接冷冻装置外侧壁，增大了浆料模具4与冷冻装置的接触面积。相比于现有技术通过冷冻装置的端面对样品容器进行垂直冷冻，本实用新型通过大面积的水平方向的冷冻导向，更大程度地利用了冷冻装置的有效冷冻空间，提升了冷冻装置的冷冻效率。浆料模具4可以定制，具有不同规格尺寸，通过选择合适宽度的浆料模具4，能够减少冷冻距离，避免冷冻速度明显降低，有效提高了所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性。

浆料模具4为环状体，环状体内环、环状体底部与环状体外环之间合围形成用于盛放待冷冻浆料的内腔，环状体套置于冷冻装置外，导热层3外侧壁紧密贴合于环状体内环。

浆料模具4的环状体内环与冷冻装置侧壁外形相匹配。环状体套置于冷冻装置外，通过导热层3与冷冻装置紧密连接。采用这种结构后，最大限度地利用了冷冻装置的侧壁面积进行水平定向冷冻，有效提升了冷冻装置的冷冻效率。

环状体外设有保温装置，保温装置包裹于环状体外环、环状体底部与冷冻装置底部。

通过保温装置包裹于环状体外环，减少了水平方向的热量损失，延缓了温度降低的速度，有利于提高所制备得到的多孔纳米材料的结构的有序性。

通过保温装置连接冷冻装置底部和环状体底部，减少了垂直方向的热量损失，提高了水平定向冷冻的效果。

冷冻装置为液氮槽1，冷冻液为液氮。

液氮槽1上设有顶盖5，顶盖5设有把手51、注入孔52和排气孔53，注入孔52和排气孔53分别连通液氮槽1。

通过顶盖5把手51能够打开或盖合液氨槽。顶盖5盖合于液氨槽减少了热量损失，提高了定向冷冻的效果。通过注入孔52能够向液氮槽1加入液氮。排气孔53用于排出液氮槽1内过多的氮气。

注入孔52和排气孔53分别设有多个，多个注入孔52和排气孔53分别均匀分布于顶盖5。通过多个注入孔52能够加快液氮的注入速度，多个排气孔53使液氮槽1内的氮气排出更迅速。

导热层3由铜箔制成。铜箔的导热性好。

保温装置为聚氨酯保温层2。聚氨酯保温装置的保温性能好。

实施例2

本实施例和实施例1不同之处在于：

如图3、图4所示，冷冻装置外设有保温装置，保温装置包括底部保温装置和多个竖向保温装置，底部保温装置设于冷冻装置下方，冷冻装置底部通过导热层3连接于底部保温装置，多个竖向保温装置环绕冷冻装置均匀布置，每个竖向保温装置的下端均连接于底部保温装置，相邻的两个竖向保温装置之间设有多个横向保温装置，多个横向保温装置由上至下间隔布置，每个横向保温装置的两端分别连接于相邻的两个竖向保温装置，每个竖向保温装置和横向保温装置均通过导热层3连接于冷冻装置外侧壁，浆料模具设有多个，多个浆料模具分别安装于上下相邻的两个横向保温装置之间。

具体地，底部保温装置为凹槽状，凹槽底部上表面通过导热层3连接于冷冻装置底部，底部保温装置减少了垂直方向的热量损失，提高了水平定向冷冻的效果。

横向保温装置和竖向保温装置不仅起到保温作用，而且能够为浆料模具4提供安装位置。通过调整上下相邻的两个横向保温装置之间的距离，能够安装不同尺寸的浆料模具4，可以一次性实现多个不同规格的多孔纳米材料的制备。

本实用新型的工作过程：

将液氮通过注入孔52缓慢地、少量地注入液氮槽1中，并对液氮槽1进行预冷，待液氮槽1的温度与液氮的温度相接近时，可以大量地、快速地加入液氮，添加的液氮量不宜超过液氮槽1高度的2/3，加入的液氮量需要根据不同浆料冷冻的时间进行调整。向浆料模具4中加入待定向冷冻的浆料，浆料模具4中浆料的高度不宜超过浆料模具4高度的2/3。

待液氮不再沸腾后，将浆料模具4安装到聚氨酯保温层2中，使浆料模具4的侧壁通过导热层3与液氮槽1外壁紧密相接。直至观察到浆料模具4中的浆料冷冻完成，液氮气化完毕后，待浆料冰块有微微融化后即可从聚氨酯保温层2中取出，完成定向冷冻的步骤。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：包括冷冻装置、导热层和浆料模具，冷冻装置用于盛放冷冻液，冷冻装置侧壁面积大于冷冻装置底部面积，导热层包裹于冷冻装置外侧壁和冷冻装置底部，浆料模具用于盛放待冷冻浆料，浆料模具具有不同规格尺寸，浆料模具侧壁贴合于导热层外侧壁。

2.按照权利要求1所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：浆料模具为环状体，环状体内环、环状体底部与环状体外环之间合围形成用于盛放待冷冻浆料的内腔，环状体套置于冷冻装置外，导热层外侧壁紧密贴合于环状体内环。

3.按照权利要求2所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：环状体外设有保温装置，保温装置包裹于环状体外环、环状体底部与冷冻装置底部。

4.按照权利要求1所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：冷冻装置外设有保温装置，保温装置包括底部保温装置和多个竖向保温装置，底部保温装置设于冷冻装置下方，冷冻装置底部通过导热层连接于底部保温装置，多个竖向保温装置环绕冷冻装置均匀布置，每个竖向保温装置的下端均连接于底部保温装置，相邻的两个竖向保温装置之间设有多个横向保温装置，多个横向保温装置由上至下间隔布置，每个横向保温装置的两端分别连接于相邻的两个竖向保温装置，每个竖向保温装置和横向保温装置均通过导热层连接于冷冻装置外侧壁，浆料模具设有多个，多个浆料模具分别安装于上下相邻的两个横向保温装置之间。

5.按照权利要求1-4任一项所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：冷冻装置为液氮槽，冷冻液为液氮。

6.按照权利要求5所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：液氮槽上设有顶盖，顶盖设有把手、注入孔和排气孔，注入孔和排气孔分别连通液氮槽。

7.按照权利要求6所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：注入孔和排气孔分别设有多个，多个注入孔和排气孔分别均匀分布于顶盖。

8.按照权利要求1-4任一项所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：导热层由铜箔制成。

9.按照权利要求1-4任一项所述的一种浆料定向冷冻装置，其特征在于：保温装置为聚氨酯保温层。

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