一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体制造技术

本发明专利技术属于微反应器技术领域，公开了一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体，具体为多种不同属性的材料组成的三维多孔结构；三维多孔结构利用多材料

【技术实现步骤摘要】
一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体


[0001]本专利技术属于微反应器
，具体涉及一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体
。

技术介绍

[0002]微反应器技术是指使用微型反应器进行化学反应，其反应物体积和质量均在微米级别内，便于进行精确且高效的传热传质，并提高反应效率
。
相比于传统的大型反应器，微反应器技术具有传热传质快
、
反应效率高
、
可持续生产等特点，为精细化工的研发和生产提供了一种创新和有效的方法
。
近年来，研究人员们针对于反应载体结构
、
反应器设计
、
催化剂及供热方式等方面进行了大量的探究，推进了微反应器技术的快速发展
。
然而，微反应器在精细化工中的应用却面临着“黑匣子”困境，即实际工况运行中微观尺度下反应过程难以观察与控制的难题
。
其中，温度作为化学反应过程中的核心变量之一，体现了化学反应的能量转换过程
。
对于绝大多数化学反应来说，存在反应能量变化与外界温度间难以动态平衡的挑战，容易在局部区域形成正反馈效应，导致反应失控或反应失效
。
因此，温度的动态选择与控制是实现理想反应结果亟需攻克的关键一环
。
[0003]在温度控制方面，传统微反应器采用加热棒进行外部加热，通过热传导的方式实现反应区域的热量供给
。
但此种方案在反应区域内将引起较大的温度梯度，且无法局部控温
。
如焦耳加热
、
微波加热
、
超声加热等内生热源在微反应器中的新兴应用有效减小了反应区域的温度梯度，但依然难以动态控制局部反应温度，而实现动态控温的第一步便是获取反应区域的动态温度信息
。
在温度感知方面，受限于反应区域狭小且相对极端的工作环境，现阶段反应区域的温度分布大多依赖于最终生成物结果进行推测
。
如仿真或测量反应器外壁温度等方式，无法还原内部的真实情况；若借助热电偶
、
热电阻等侵入式设备进行测量，其设备本身会干涉反应的实际运行，且随着测量点规模的增加，离真实情况的偏离越大；光纤传感器的尺寸优势能够在一定程度上降低该影响，但同样难以调和测量点位与测量失真间的矛盾，无法扩大测量规模
。
此外，受材料属性限制，光纤传感器存在化学兼容性较差，应用温度范围有限，影响局部热传递等问题，难以成为获取反应区域三维温度场的有效解决方案
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体，实现反应过程的温场动态监测与调控，解决微反应器在精细化工应用中面临的“黑匣子”困境，提高化学反应的动态可控性
。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为：一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体，为多种不同属性的材料组成的三维多孔结构；所述三维多孔结构利用多材料
3D
打印技术与选择性碳化工艺制造成形；所述三维多孔结构具备温场感知与温场调控功能，由热电相
、
导体相与结构相三部分组成；所述温场感知是由热电相与导体相
结合形成热电偶利用塞贝克效应实现；所述温场调控是通过对导体相输入电流产生焦耳热实现；所述实现温场感知与温场调控过程的部分载体则由电学绝缘的结构相来保持相互连接
。
[0006]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述智能多孔载体的外形为规则或不规则的长方体或圆柱体等
。
[0007]进一步优选的，所述长方体的长度为
5mm
～
1000mm
，宽度为
5mm
～
1000mm
，厚度为
1mm
～
20mm
，所述圆柱体长度为
5mm
～
1000mm
，直径为
1mm
～
20mm。
[0008]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述智能多孔载体由晶格状桁架结构单元组成
。
[0009]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述桁架结构单元横截面特征尺寸为
10
μ
m
～
500
μ
m
，横截面形状为圆形
、
椭圆形
、
矩形
、
三角形等规格形状或随机多边形，随机多孔形状等不规则形状
。
[0010]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述材料属性主要指电导率与塞贝克系数
。
[0011]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述材料是通过聚合物热解形成；所述聚合物为聚乳酸
(PLA)、
丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯
(ABS)、
尼龙
(PA)、
聚碳酸酯
(PC)、
热塑性聚氨酯
(TPU)、
环氧树脂等材料的一种或多种
。
[0012]进一步优选的，所述聚合物热解是利用真空烧结炉，气氛烧结炉，等离子体烧结炉等设备结合一定的升温程序实现
。
[0013]更进一步优选的，所述升温程序如下：热解温度为
300
～
1000℃
，升温速度为
0.5
～
25℃/min
，热解时间为
20
～
500min。
[0014]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述多材料
3D
打印技术包括喷墨式
3D
打印
、
熔融沉积建模
(FDM)、
选择性激光烧结
(SLS)、
光固化
3D
打印
(SLA)、
复合光固化
3D
打印
(DLP)
及粉末压制技术
。
[0015]在本专利技术的一个优选实施方案中，所述选择性碳化工艺为利用聚合物在不同碳化程度下载流子浓度具有较大差异的特点，通过改变聚合物内催化剂的含量来控制多孔结构不同空间位置的碳化程度，进而控制其电学特性
。
[0016]进一步优选的，所述催化剂为金属催化剂
、
碳基催化剂
、
氧化物催化剂及钙基催化剂等的一种或多种
。
[0017]更进一步优选的，所述金属催化剂包括铁
(Fe)、
钴
(Co)、
镍
(Ni)
等过渡族金属催化剂与铂
(Pt)、
钯
(Pd)
等贵金属催化剂，碳基催化剂包括碳纳米管
、
炭黑等，氧化物催化剂包括三氧化二铁...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可实现反应区域温场动态监测与调控的智能多孔载体，其特征在于，为多种不同属性的材料组成的三维多孔结构；所述三维多孔结构利用多材料
3D
打印技术与选择性碳化工艺制造成形；所述三维多孔结构具备温场感知与温场调控功能，由热电相
、
导体相与结构相三部分组成；所述温场感知是由热电相与导体相结合形成热电偶利用塞贝克效应实现；所述温场调控是通过对导体相输入电流产生焦耳热实现；所述实现温场感知与温场调控过程的部分载体则由电学绝缘的结构相来保持相互连接
。2.
如权利要求1所述的智能多孔载体，其特征在于，所述智能多孔载体的外形为规则或不规则的长方体或圆柱体等；所述长方体的长度为
5mm
～
400mm
，宽度为
5mm
～
400mm
，厚度为
1mm
～
20mm
，所述圆柱体长度为
5mm
～
400mm
，直径为
1mm
～
20mm。3.
如权利要求1所述的智能多孔载体，其特征在于，所述智能多孔载体由晶格状桁架结构单元组成；所述桁架结构单元横截面特征尺寸为
10
μ
m
～
500
μ
m
，横截面形状为圆形
、
椭圆形
、
矩形
、
三角形等规格形状或随机多边形，随机多孔形状等不规则形状
。4.
如权利要求1所述的智能多孔载体，其特征在于，所述材料是通过聚合物热解形成；所述聚合物为聚乳酸
、
丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯
、
尼龙
、
聚碳酸酯
、
热塑性聚氨酯
、
环氧树脂中的一种或多种
。5.
如权利要求1所述的智能多孔载体，其特征在于，所述聚合物热解是利用真空烧结炉，气氛烧结炉，等离子体烧结炉等设备结合如下升温程序实现：热解温度为
300
～
1000℃
，升温速度为
0.5
～
25℃/min
，热解时间为
20
～
500min。6.
如权利要求1所述的智能多孔载体，其特征在于，所述多材料
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，徐文俊，李新颖，罗涛，马尧，高超，吴粦静，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：