一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法，属于液体非接触超声悬浮反应技术领域，其具体包括封装有惰性气体的反应器，在反应器内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元、样品注射单元、调节支架、样品调节架；方法为惰性气体条件下，样品注射单元工作向超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点上注射反应液，使多种反应液在驻波悬浮点上混合并在声场作用下加快反应速度，实现非接触式反应。本发明专利技术可以避免了常见的化学反应由于容器壁的清洗以及力学影响而对反应结构造成较大误差的问题，而且反应结果、反应时间以及反应速率可精准控制，无污染、少投资、低成本、安全、清洁、环保。

A Non-contact Liquid Ultrasound Suspension Reactor and Its Non-contact Reaction Method

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法
本专利技术属于液体非接触超声悬浮反应
，特别涉及一种非接触式液体超声悬浮反应装置及液体非接触式反应方法。
技术介绍
随着电子技术、凝聚态物理、化学材料分析和生物技术的迅速发展，在精密加工、农业、化工、生物医学工程等领域的实验过程中，样品因为与容器壁接触而带来不确定吸附、记忆效应、样品损失、样品污染等研究性误差对结果造成不利的影响。超声悬浮技术是利用声辐射力将物体悬浮在超声驻波场声压结点处的无容器处理技术，该技术能够以非接触的方式处理体积为几微升甚至几十皮升的样品，避免因容器壁的接触而造成的误差或不利影响，排除了由于容器壁与样品间的相互作用对反应的干扰以及容器壁引起的光学干扰。但是，目前的超声与化学的结构仍然停留在超声空化或超声降解或超声搅拌或超声分解等技术层面，对于利用超声悬浮来实现不同药剂反应的技术暂未发现。
技术实现思路
为了克服现有技术中的超声化学反应技术所存在的问题以及技术需求，本专利技术提供了一种非接触式液体超声悬浮反应装置，其将阶梯型变幅杆结构与类弹簧等截面变幅杆结构耦合使指数型振动模态与螺旋型类弹簧纵振动模态叠加，在小功率条件下实现液滴的精准控制，而且环保、污染小。同时本专利技术还提供了利用上述非接触式液体超声悬浮反应装置实现的液体非接触式反应方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种非接触式液体超声悬浮反应装置，包括封装有惰性气体的反应器，在反应器内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元、样品注射单元、调节支架、样品调节架；所述超声驻波悬浮单元设置在调节支架上，并通过调节支架调整超声驻波悬浮单元与超声反射单元之间的驻波悬浮点位置，所述超声驻波悬浮单元的超声发射端与超声反射单元一一对应且相对设置；所述样品注射单元设置在样品调节架上并通过样品调节架调整样品注射单元的位置和角度，使样品注射单元的注射口与超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点正对。进一步限定，所述超声驻波悬浮单元是多个，且多个超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点在同一条直线上等距分布或非定距分布，进而形成超声混合场。进一步限定，所述超声驻波悬浮单元包括依次设置的压电陶瓷堆、振动输出杆以及变截面变幅杆，所述变截面变幅杆包括至少2级子变幅杆，且一级子变幅杆的直径小于等于相邻上一级自变幅杆的直径，使子变幅杆之间连接成阶梯型变幅杆结构，最末一级子变幅杆的发射端截面呈球冠状，使纵振动放大的同时指向性更好。进一步限定，所述振动输出杆包括至少1节侧壁上开设有多条螺旋通槽的等截面直管构成的类弹簧管；多条螺旋通槽的起点在同一圆周线上均匀分布，利用类弹簧管结构使压电陶瓷堆的应变和应力叠加，进而使输出纵向更进一步振幅放大。进一步限定，所述最末一级子变幅杆的球冠状发射端的圆心角为120～150°；高度h不超过对应子变幅杆直径的1/3。进一步限定，所述样品注射单元包括至少2个反应液注射器，反应液注射器距离超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点的距离不小于2mm。进一步限定，所述所述超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点之间的距离为0.95～2.85cm之间，每个驻波悬浮点都在半波长的整数倍节点上。一种利用上述的非接触式液体超声悬浮反应装置实现的液体非接触式反应方法，其包括以下步骤：调整调节支架使超声驻波悬浮单元的发射端与超声反射单元正对后利用样品调节架对样品注射单元的位置以及倾斜角度进行调整使样品注射单元的注射口与超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点正对，在惰性气体条件下，样品注射单元工作向超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点上注射反应液，使多种反应液在驻波悬浮点上混合并在声场作用下加快反应速度，实现非接触式反应。进一步限定，多种反应液在驻波悬浮点上混合并在声场作用下加快反应速度的具体方法是：超声驻波悬浮单元的指数型振动模态与螺旋型类弹簧纵振动模态耦合，使多种反应液出射后能够快速在驻波悬浮点聚集并在超声作用下增加接触面积。还可以进一步限定，多种反应液在驻波悬浮点上混合并在声场作用下加快反应速度的具体方法是：将不同反应液注射在不同的超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点上，移动超声驻波悬浮单元的位置，调整各个超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点重合，使不同的反应液能够在重合的驻波悬浮点上混合，并且超声驻波悬浮单元的指数型振动模态与螺旋型类弹簧纵振动模态耦合，使多种反应液能够快速在重合的驻波悬浮点聚集并在超声作用下增加接触面积发生，加速反应。本专利技术的非接触式液体反应方法主要是利用阶梯型变幅杆结构与类弹簧等截面变幅杆结构耦合使指数型振动模态与螺旋型类弹簧纵振动模态叠加实现振幅放大，并指向性好的效果，使多种反应液出射后能够快速在驻波悬浮点聚集并在超声作用下混均，实现非接触式反应，避免了常见的化学反应由于容器壁的清洗以及力学影响而对反应结构造成较大误差的问题，而且反应结果、反应时间以及反应速率可精准控制，无污染、少投资、低成本、安全、清洁、环保，还可结合自动化控制技术实现智能操作、无污染、绿色环保的新型实验室或精密生产工作做出突破性进展。附图说明图1为实施例1的非接触式液体超声悬浮反应装置的结构示意图。图2为图1中的振动变幅杆的结构示意图。图3为实施例4的振动变幅杆结构示意图。图4为粒子在发射端和反射端之间悬浮状态示意图。图5为发射端和反射端之间表面总声压场示意图。具体实施方式现结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行进一步说明。实施例1参见图1，本实施例的非接触式液体超声悬浮反应装置包括封装有惰性气体的反应器1、第一超声驻波悬浮单元7、第二超声驻波悬浮单元3、超声反射单元5、样品注射单元4、第一调节支架6、第二调节支架2以及样品调节架8；其中，反应器1是玻璃或钢质反应容器。第一超声驻波悬浮单元7通过第一调节支架6水平设置在反应器1内腔底部，第二超声驻波悬浮单元3通过第二调节支架2竖向吊装在反应器1的内腔，第二调节支架2固定在反应器1的顶部且第二调节支架2是轨道设施，使第二超声驻波悬浮单元3可做水平位移。第一超声驻波悬浮单元7的驻波悬浮点之间的间距和第二超声驻波悬浮单元3的驻波悬浮点之间的间距均为1.95cm，驻波悬浮点的位置是在超声半波长的整数倍位置上。对应超声反射单元5是2个，分别通过安装支座固定在第一超声驻波悬浮单元7和第二超声驻波悬浮单元3的发射端正对面位置。每个超声驻波悬浮单元与对应的超声反射单元5的相互间距为10.7mm，不超过半波长的3倍。样品注射单元4通过样品调节架8固定并通过样品调节架8可以调整注射角度使样品注射单元4的注射口与驻波悬浮点正对。样品注射单元4用于注射反应液，包括多个样品注射器，使用时在不同的样品注射器内填装不同的反应液。进一步说明，参见图2，第一超声驻波悬浮单元7和第二超声驻波悬浮单元3均包括依次设置的压电陶瓷堆31、振动输出杆32以及变截面变幅杆33，压电陶瓷堆31是采用直径10.0mm、高18.0mm的锆钛酸铅材料制成，压电陶瓷堆31的横截面边界分别接地或终端电压。振动输出杆32采用直径10.0mm的铝制圆直管制成，在圆直管的侧壁上开设有2条并列的螺旋通槽构成类弹簧结构，螺旋通槽的起点在同一圆周线上均匀分布，且螺旋通槽为左螺旋，也可以是右螺旋，其槽宽为1mm，螺旋升角为45°，螺距为32mm，螺旋圈数为2。变截面变幅杆33包括2级子变幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式液体超声悬浮反应装置，包括封装有惰性气体的反应器(1)，其特征在于：在反应器(1)内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元(5)、样品注射单元(4)、调节支架、样品调节架(8)；所述超声驻波悬浮单元设置在调节支架上，并通过调节支架调整超声驻波悬浮单元与超声反射单元(5)之间的驻波悬浮点位置，所述超声驻波悬浮单元的超声发射端与超声反射单元(5)一一对应且相对设置；所述样品注射单元4设置在样品调节架(8)上并通过样品调节架(8)调整样品注射单元(4)的位置和角度，使样品注射单元(4)的注射口与超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点正对。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式液体超声悬浮反应装置，包括封装有惰性气体的反应器(1)，其特征在于：在反应器(1)内设置有至少1个超声驻波悬浮单元以及超声反射单元(5)、样品注射单元(4)、调节支架、样品调节架(8)；所述超声驻波悬浮单元设置在调节支架上，并通过调节支架调整超声驻波悬浮单元与超声反射单元(5)之间的驻波悬浮点位置，所述超声驻波悬浮单元的超声发射端与超声反射单元(5)一一对应且相对设置；所述样品注射单元4设置在样品调节架(8)上并通过样品调节架(8)调整样品注射单元(4)的位置和角度，使样品注射单元(4)的注射口与超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点正对。2.根据权利要求1所述的非接触式液体超声悬浮反应装置，其特征在于：所述超声驻波悬浮单元是多个，且多个超声驻波悬浮单元的驻波悬浮点在同一条直线上等距分布或非定距分布。3.根据权利要求1或2所述的非接触式液体超声悬浮反应装置，其特征在于：所述超声驻波悬浮单元包括依次设置的压电陶瓷堆(31)、振动输出杆(32)以及变截面变幅杆(33)，所述变截面变幅杆(33)包括至少2级子变幅杆，且一级子变幅杆的直径小于等于相邻上一级自变幅杆的直径，使子变幅杆之间连接成阶梯型变幅杆结构，最末一级子变幅杆的发射端截面呈球冠状。4.根据权利要求3所述的非接触式液体超声悬浮反应装置，其特征在于：所述振动输出杆(32)包括至少1节侧壁上开设有多条螺旋通槽的等截面直管构成的类弹簧管；多条螺旋通槽的起点在同一圆周线上均匀分布。5.根据权利要求3所述的非接触式液体超声悬浮反应装置，其特征在于：所述最末一级子变幅杆的球冠状发射端的圆心角为120～150°；高度h不超过对应子变幅杆直径的1/3。6.根据权利要求3所述的非接触式液体超声悬浮反应装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰雪，张光斌，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61