一種膠體晶體測試裝置的製作方法
2023-07-30 13:39:16 1
專利名稱：一種膠體晶體測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種膠體晶體測試裝置，尤其涉及一種在太空飛行器環境中使用的膠體晶體測試裝置。
背景技術：
膠體晶體的研究近年來引起了人們的廣泛關注。由於單分散的膠體粒子表現出與原子、分子相似的相行為，而其納米至微米的尺寸使其微觀相行為可以通過光學顯微鏡直接觀察。因此，在基礎科學研究領域，膠體晶體在最近20年的時間裡引起了人們的濃厚興趣，成為一個異常活躍的研究方向。同時，膠體晶體還作為一種模型體系被廣泛應用於研究晶體的成核、生長、熔化及玻璃化轉變等重要的物理過程。由於膠體晶體的彈性模量非常小(大約102 103Pa)，微弱的外力如電場、熱對流和剪切力等都很容易影響晶體的有序結 構，研究這些因素對膠體結晶結構和過程的影響便有著很重要的科學意義。空間膠體晶體的研究是探索在空間微重力實驗條件下膠體晶體變化過程的規律和方法，是微重力科學的重要研究內容之一。重力對膠體晶體結構和性質起著不可忽視的效應，由於組成膠體晶體的顆粒密度較液體(通常為純淨水)的大，在地面開展實驗研究因密度差產生的沉降和靜水壓力效應，無法準確地獲得實際研究體系發生的物理現象和規律，地面膠體晶體實驗無法得到理想的實驗結果。因此，空間膠體晶體實驗的開展對相關科學研究具有重要的意義。從上世紀90年代開始，NASA就在國際空間站上開展了一系列微重力硬球粒子的膠體晶體生長實驗，Weitz等人在國際空間站上進行了膠體晶體成核、相變、生長動力學等內容的研究。但是，膠體晶體在容器中久置一段時間後，會發生水化現象，在普通的地面試驗中，可更換膠體晶體，或通過攪拌來使水化的膠體晶體重新變成膠體狀態。但是在太空飛行器中，不可能像在地面試驗中那樣方便地更換或手動攪拌樣品。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種膠體晶體測試裝置，能夠在測試過程中自動進行樣品攪拌，防止膠體晶體的水化。本發明提供一種膠體晶體測試裝置，包括第一儲液腔和第二儲液腔，分別具有第一推進杆和第二推進杆，第一推進杆和第二推進杆可在各自的儲液腔中做活塞運動，第一儲液腔與第二儲液腔被放置為使第一、第二推進杆向各自的儲液腔內推進時的運動方向相反，第一儲液腔和第二儲液腔還分別具有通孔；聯動滑軌，其一端連接到第一推進杆露出第一儲液腔外的端部，另一端連接到第二推進杆露出第二儲液腔外的端部，聯動滑軌沿第一、第二推進杆的運動方向往復運動；樣品池，通過管路連接到第一儲液腔和第二儲液腔的通孔；驅動裝置，驅動聯動滑軌進行往復運動。
根據本發明提供的裝置，其中第一儲液腔和第二儲液腔反平行地放置。根據本發明提供的裝置，其中聯動滑軌為之字形。根據本發明提供的裝置，其中第一推進杆和第二推進杆與各自的儲液腔的通孔相對。根據本發明提供的裝置，還包括至少一個排氣閥，其中第一儲液腔、樣品池、第二儲液腔及其之間的管路形成連通的密封結構，所述排氣閥位於密封結構的任意位置。根據本發明提供的裝置，其中至少一個所述排氣閥位於第一儲液腔或第二儲液腔的通孔處。根據本發明提供的裝置，其中所述驅動裝置包括驅動電機、螺旋杆、前支架、後支架，螺旋杆橫架在螺旋杆前支架、後支架上，並連接到所述聯動滑軌，螺旋杆在驅動電機的驅動下驅動聯動滑軌進行往復運動。根據本發明提供的裝置，還包括限位裝置，為聯動滑軌的往復運動提供折返的端點。根據本發明提供的裝置，其中樣品池為平板型容器，由兩塊導電石英玻璃片組成。根據本發明提供的裝置，其中樣品池一側貼有中間帶孔的加熱膜。本發明提供的膠體晶體測試裝置，體積足夠小，可對樣品進行攪拌、加熱、施加電場。使用該裝置，可以通過形貌成像和衍射成像等實驗方式，對膠體晶體界面形態變化和結構變化進行原位實時觀察，從而對膠體晶體的相變過程和結晶動力學過程進行研究。
以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中圖I根據本發明的實施例的膠體晶體測試裝置的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本實施例提供一種膠體晶體測試裝置，其結構如圖I所示，包括底座1-10 ；第一儲液腔1-121和第二儲液腔1-122，位於底座1_10上，其頂部分別具有第一推進杆1-131和第二推進杆1-132，可在各自的儲液腔中做活塞運動，其底部分別具有通孔，第一儲液腔1-121和第二儲液腔1-122反平行地放置，即第一、第二推進杆1-131和1-132露出儲液腔外的端部的朝向相反；聯動滑軌1-15，為之字形，其一端連接到第一推進杆1-131露出儲液腔外的端部，另一端連接到第二推進杆1-132露出儲液腔外的端部，聯動滑軌1-15可沿第一、第二推進杆的運動方向往復運動，從而帶動第一、第二推進杆在各自的儲液腔中做活塞運動，由於第一、第二儲液腔反平行地放置，因此第一、第二推進杆的運動方向相反，即第一推進杆向第一儲液腔內推進時，第二推進杆向第二儲液腔外拉出；樣品池1-20，為由兩塊導電石英玻璃片組成的平板型容器，兩塊導電玻璃間距O.3mm,以使雷射束可以通過，樣品池1-20其中的一片導電石英玻璃片兩側分別開有通孔，這兩個通孔分別通過連接部件1-19與管路LI和L2相連通，管路LI和L2的另一端分別與第一儲液腔1-121和第二儲液腔1-122底部的通孔連通，從而使第一儲液腔1-121、管路LI、樣品池1-20、管路L2和第二儲液腔1-122形成容納樣品的連通的密封結構，以進行樣品的攪動，導電玻璃片可為樣品加電壓，通過導電玻璃片可觀察樣品池1-20中樣品的晶體形態變化和結構變化；排氣閥1-11，位於第一儲液腔1-121底部與管路LI相連接處，試驗樣品通過排氣閥1-11注入到整個密閉 結構中，同時將管路中多餘氣體排出；驅動裝置，包括驅動電機1-18、螺旋杆1-23、螺旋杆前支架1_14、螺旋杆後支架1-16，螺旋杆1-23橫架在螺旋杆前、後支架1-14和1-16上，並連接到聯動滑軌1_15，螺旋杆1-23在驅動電機1-18的驅動下驅動聯動滑軌1-15進行往復運動；第一限位開關1-211和第一碰撞錘1-221,用於限制第一推進杆1_131向第一儲液腔外拉出的距離，其中第一碰撞錘1-221位於第一推進杆1-131露出第一儲液腔外的端部，當第一碰撞錘1-221碰撞到第一限位開關1-211後，聯動滑軌1-15的運動停止然後向相反方向運動；第二限位開關1-212和第二碰撞錘1-222，用於限制第二推進杆1_132向第二儲液腔外拉出的距離，其中第二碰撞錘1-222位於第二推進杆1-132露出第二儲液腔外的端部，當第二碰撞錘1-222碰撞到第二限位開關1-212後，聯動滑軌1-15的運動停止然後向相反
向 。當膠體發生水化現象時，或者其他需要攪動膠體晶體的情況下，通過驅動裝置使聯動滑軌1-15往復運動，當聯動滑軌1-15將第一推進杆1-131向第一儲液腔內推進時，聯動滑軌1-15同時將第二推進杆向第二儲液腔外拉出，此時第一儲液腔內的一部分膠體晶體被第一推進杆1-131推出到管路LI中，然後經過樣品池1-20、管路L2被推入到第二儲液腔1-122中；當聯動滑軌1-15上的第二碰撞錘1-222碰撞到第二限位開關1_212後，聯動滑軌1-15反向運動，將第一推進杆1-131向第一儲液腔外拉出，同時將第二推進杆1-132向第二儲液腔1-122內推進，此時第二儲液腔內的一部分膠體晶體被第二推進杆1-132推出到管路L2中，然後經過樣品池1-20、管路LI被推入到第一儲液腔1-121中。通過驅動裝置使聯動滑軌1-15往復運動，從而使膠體晶體在第一儲液腔1-121與第二儲液腔1-122之間被來回攪動，防止水化現象的發生。根據本發明的其他實施例，其中第一儲液腔1-121與第二儲液腔1-122優選為反平行地放置，這樣可以節省整個裝置的長度，更加緊湊，但是也可以以其他方式放置，例如第一推進杆面對第二推進杆地相對放置。或者兩個儲液腔共用一個推進杆，分別位於公共推進杆的兩端，使驅動裝置通過聯動滑軌驅動推進杆往復運動，當公共推進杆向第一儲液腔內推進時，公共推進杆同時向第二儲液腔外拉出，當公共推進杆向第一儲液腔外拉出時，公共推進杆同時向第二儲液腔內推進，從而達到同樣的攪拌膠體晶體的目的。即第一儲液腔與第二儲液腔被放置為，使第一、第二推進杆向儲液腔內推進的運動方向相反，或者第一、第二推進杆向儲液腔外拉出的運動方向相反。根據本發明的其他實施例，其中第一、第二儲液腔，樣品池，排氣閥，驅動電機，螺旋杆前支架，螺旋杆後支架，第一、第二限位開關均可位於底座上，或者以其他的方式固定其相對位置關係。上述實施例中採用限位開關和碰撞錘相結合的方式對聯動滑軌的往復運動提供折返的端點，在本發明的其他實施例中，也可以採用其他的手段為聯動滑軌的往復運動提供折返的端點，例如為驅動電機設置固定的往返運動長度。根據本發明的其他實施例，其中排氣閥可以位於由第一儲液腔、管路LI、樣品池、管路L2和第二儲液腔形成的連通密封結構中的任意位置。
根據本發明的其他實施例，其中聯動滑軌也可以為其他形狀。根據本發明的其他實施例，其中樣品池1-20 —側貼有中間帶孔的加熱膜，實現為樣品加熱的功能，樣品池1-20外可用保溫材料包裹，在樣品加熱的時候進行保溫。本發明提供的膠體晶體測試裝置，體積足夠小，可對樣品進行攪拌、加熱、施加電場。使用該裝置，可以通過形貌成像和衍射成像等實驗方式，對膠體晶體界面形態變化和結構變化進行原位實時觀察，從而對膠體晶體的相變過程和結晶動力學過程進行研究。最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種膠體晶體測試裝置，包括 第一儲液腔和第二儲液腔，分別具有第一推進杆和第二推進杆，第一推進杆和第二推進杆可在各自的儲液腔中做活塞運動，第一儲液腔與第二儲液腔被放置為使第一、第二推進杆向各自的儲液腔內推進時的運動方向相反，第一儲液腔和第二儲液腔還分別具有通孔； 聯動滑軌，其一端連接到第一推進杆露出第一儲液腔外的端部，另一端連接到第二推進杆露出第二儲液腔外的端部，聯動滑軌沿第一、第二推進杆的運動方向往復運動； 樣品池，通過管路連接到第一儲液腔和第二儲液腔的通孔； 驅動裝置，驅動聯動滑軌進行往復運動。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中第一儲液腔和第二儲液腔反平行地放置。
3.根據權利要求I所述的裝置，其中聯動滑軌為之字形。
4.根據權利要求I所述的裝置，其中第一推進杆和第二推進杆與各自的儲液腔的通孔相對。
5.根據權利要求I所述的裝置，還包括至少一個排氣閥，其中第一儲液腔、樣品池、第二儲液腔及其之間的管路形成連通的密封結構，所述排氣閥位於密封結構的任意位置。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中至少一個所述排氣閥位於第一儲液腔或第二儲液腔的通孔處。
7.根據權利要求I所述的裝置，其中所述驅動裝置包括驅動電機、螺旋杆、前支架、後支架，螺旋杆橫架在螺旋杆前支架、後支架上，並連接到所述聯動滑軌，螺旋杆在驅動電機的驅動下驅動聯動滑軌進行往復運動。
8.根據權利要求I所述的裝置，還包括限位裝置，為聯動滑軌的往復運動提供折返的端點。
9.根據權利要求I所述的裝置，其中樣品池為平板型容器，由兩塊導電石英玻璃片組成。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中樣品池一側貼有中間帶孔的加熱膜。
全文摘要
本發明提供一種膠體晶體測試裝置，包括第一儲液腔和第二儲液腔，分別具有第一推進杆和第二推進杆，第一推進杆和第二推進杆可在各自的儲液腔中做活塞運動，第一儲液腔與第二儲液腔被放置為使第一、第二推進杆向各自的儲液腔內推進時的運動方向相反，第一儲液腔和第二儲液腔還分別具有通孔；聯動滑軌，其一端連接到第一推進杆露出第一儲液腔外的端部，另一端連接到第二推進杆露出第二儲液腔外的端部，聯動滑軌沿第一、第二推進杆的運動方向往復運動；樣品池，通過管路連接到第一儲液腔和第二儲液腔的通孔；驅動裝置，驅動聯動滑軌進行往復運動。
文檔編號G01N33/00GK102914622SQ20121040129
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者翟永亮, 吳蘭生, 李明, 胡書新, 李小龍 申請人:中國科學院物理研究所