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制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。科学家已经专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术具有如下优点及有益效果：（1）本专利技术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）本专利技术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，防止由毛细本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄宝山，李宗涛，汤勇，梁观伟，陈凯航，李志，陆龙生，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44