一种银纳米流体的微流控合成装置制造方法及图纸

一种银纳米流体的微流控合成装置，涉及纳米流体制备和传热领域。本发明专利技术是为了解决目前银纳米流体的制备方法繁琐、制备出的纳米颗粒粒径分布不均、分散性差等技术问题。基于T型三通、“8字形”绕流加热件微混合/反应器的银纳米流体制备系统，以连续绕流代替机械搅拌过程，装置简单成本低，易于控制。

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米流体的微流控合成装置
本技术涉及纳米流体制备和传热领域，具体涉及一种制备银纳米流体的微流控反应系统。
技术介绍
在航空航天、能源化工、微电子技术等领域，先进设备和大功率器件热负荷不断提高，瞬态热流密度已经超过100W/cm2，传统的散热工质如水、导热油等越来越无法满足散热需求，而纳米流体作为新的换热工质具有更高的导热性能，因此有着更加广泛的应用前景。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等提出纳米流体：将1-100nm的金属或非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程领域的创新性研究。迄今为止纳米流体的制备方法分为单步法和两步法，单步法和两步法的区别在于制备过程和纳米粒子的分散过程是否为一步进行。单步法的优点是纳米粒子分散均匀，传热性能更好，但是制备工艺较复杂，成本较高，不易大规模生产，且传统的单步法制备过程大部分在间歇式反应器中进行，不能连续稳定合成。两步法制备纳米流体具有工艺简单、成本低、易于批量生产等优点，但是也存在颗粒不易分散从而导致换热性能下降等缺点。由于传统方法制备的纳米流体在换热系统中存在稳定性差，长时间使用后纳米颗粒容易团聚、老化等现象，制约着纳米流体的应用化发展。因此研究一种制备固体颗粒尺寸小、稳定性高、换热性能好的纳米流体的方法将是解决这一问题的关键。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新的微流控制备银纳米流体的合成方法及装置。相比于传统的一步湿化学法制备，本技术提出一种基于T型三通、“8字形”绕流加热件微混合/反应器的银纳米流体制备系统，以连续绕流代替机械搅拌过程，装置简单成本低，易于控制。通过本技术制备系统及相关关键部位进行设计，使得反应在系统内的停留时间长，可以实现纳米颗粒尺寸的可控性，制备的纳米流体颗粒尺寸小，均匀性好，不易沉淀，因此使用本技术方法可以解决上述现有技术的不足。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：具体包括以下步骤：(1)按摩尔配比配出硝酸银，将定量的硝酸银溶于基液中，进行磁性搅拌并同时超声波振荡使分散均匀，装载在一支微注射器内；聚乙烯基吡咯烷酮和抗坏血酸以同样的方式进行搅拌、振荡均匀并装载在另一支微注射器上，其中抗坏血酸作为还原剂还原纳米银；(2)采用毛细管将步骤(1)的两支微注射器出液口分别与T型三通管的两通口连接，第三通口依次经过“8字形”绕流加热区和低温恒温水浴箱后与产物收集装置连接；通过调节温度控制仪使“8字形”绕流加热区温度为40-60℃，分别用两台注射泵推动微注射器，在T型三通管内进行混合并开始反应，流经“8字形”绕流加热区进行充分反应，之后流经25℃的恒温水浴箱进行冷却，最后在产物收集装置得到银纳米流体；实现上述方法所述的装置，其特征在于，包括两支微注射泵、一个T型三通微混合器、一个具有“8字形”槽道的微反应器、一个恒温水浴箱、一个收集装置和一台温度控制仪，两支微注射器出液口分别与T型三通管的两通口连接，T型三通管的第三通口通过毛细管与具有“8字形”槽道的微反应器连接，具有“8字形”槽道的微反应器与螺旋或蛇形弯折的毛细管连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管与收集装置连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管置于恒温水浴箱中，温度控制仪与具有“8字形”槽道的微反应器连接用于控制具有“8字形”槽道的微反应器。具有“8字形”槽道的微反应器的结构：毛细管弯曲折成“8字形”结构，进口和出口均设在“8字形”结构中间细腰处，使得毛细管内的物流从“8字形”的中间先进入一边的0型管进行流动一圈然后经过“8字形”中间再进入另一边0型管进行流动一圈然最后从“8字形”管的中间再流出，一边0型管内进行逆时针流动，另一0型管内进行顺时针流动，“8字形”绕流结构置于具有“8字形”槽的结构中，形成具有“8字形”槽道的微反应器。优选毛细管直径均为300-350微米，T型三通管的内径与毛细管的内径相当。所述一个微注射器内硝酸银的摩尔浓度范围为1-4mmol/L。硝酸银对应的基液为去离子水或乙二醇或乙二醇水溶液。所述超声波振荡时长为40min-60min。抗坏血酸溶液采用的基液为去离子水或乙二醇。抗坏血酸既为还原剂又为保护剂，抗坏血酸的浓度和流量为能使得银完全还原为准进行调节。硝酸银和聚乙烯基吡咯烷酮的摩尔浓度之比1：(1-5)，抗坏血酸的用量为足以还原硝酸银的银为准。进一步最佳硝酸银和聚乙烯基吡咯烷酮的摩尔浓度之比1：5，此时吸光度最大，稳定性最好。控制装硝酸银的微注射器的注射流量为0.1ml/min-0.3ml/min，得到颗粒粒径范围20-60nm，如注射流量为0.1ml/min和0.3ml/min，对应得到颗粒粒径范围为20-30nm和40-60nm。加热件槽道设计为“8字形”以便硝酸银和还原剂更好的混合反应。低温恒温水浴来快速冷却纳米流体，可以防止副产物的产生。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：①本技术合成反应前驱体和产物收集是互不干扰的，反应可以连续进行，可控性强。②本技术用抗坏血酸作为还原剂，便于方便调节溶液的pH值,可以最大程度上减弱银颗粒的氧化反应。③本技术加热区微反应器槽道设计为“8字形”，流体进入加热区后首先沿逆时针方向流经上部分0型管再沿顺时针方向流经下部分0型管，由于惯性力和离心力的作用可以在横截面上会产生二次循环，这会增加干扰并增强前驱体溶液和还原剂溶液的混合效率，可以增加反应溶液在加热区域的停留时间，从而使反应进行的更彻底。④本技术加热区微反应器槽道设计为“8字形”，在保证充分混合反应的同时简化了微混合/反应系统，减少了微混合/反应系统的空间占用。⑤所得到的纳米流体稳定性较两步法提高，静置两个月后未发现团聚沉淀现象。⑥本技术利用微流控法制备银纳米流体时所得到的颗粒粒径更均匀，导热性能更高。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例。图1为本技术所采用微流控系统的结构示意图，1为微注射泵，2为T型三通微混合器，3为刻有“8字形”槽道的微反应器，4为恒温水浴箱，5为收集装置，6为温度控制仪，其中2和3组成微混合/反应系统。图2为本技术设计的“8字形”绕流槽道的微反应器。图3为实施例对应的添加不同比例PVP时银纳米流体的吸光度图。具体实施方式为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例1(1)用精密天平秤出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银纳米流体的微流控合成装置，其特征在于，包括两支微注射泵、一个T型三通微混合器、一个具有“8字形”槽道的微反应器、一个恒温水浴箱、一个收集装置和一台温度控制仪，两支微注射器出液口分别与T型三通管的两通口连接，T型三通管的第三通口通过毛细管与具有“8字形”槽道的微反应器连接，具有“8字形”槽道的微反应器与螺旋或蛇形弯折的毛细管连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管与收集装置连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管置于恒温水浴箱中，温度控制仪与具有“8字形”槽道的微反应器连接用于控制具有“8字形”槽道的微反应器；/n具有“8字形”槽道的微反应器的结构：毛细管弯曲折成“8字形”结构，进口和出口均设在“8字形”结构中间细腰处，使得毛细管内的物流从“8字形”的中间先进入一边的0型管进行流动一圈然后经过“8字形”中间再进入另一边0型管进行流动一圈然最后从“8字形”管的中间再流出，一边0型管内进行逆时针流动，另一0型管内进行顺时针流动，“8字形”绕流结构置于具有“8字形”槽的结构中，形成具有“8字形”槽道的微反应器。/n

【技术特征摘要】
1.一种银纳米流体的微流控合成装置，其特征在于，包括两支微注射泵、一个T型三通微混合器、一个具有“8字形”槽道的微反应器、一个恒温水浴箱、一个收集装置和一台温度控制仪，两支微注射器出液口分别与T型三通管的两通口连接，T型三通管的第三通口通过毛细管与具有“8字形”槽道的微反应器连接，具有“8字形”槽道的微反应器与螺旋或蛇形弯折的毛细管连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管与收集装置连接，螺旋或蛇形弯折的毛细管置于恒温水浴箱中，温度控制仪与具有“8字形”槽道的微反应器连接用于控制具有“8字形”槽道的微反应器；
具有“8字形”槽道的微反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏国栋，张辰阳，马丹丹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11