一种溶质浓度毛细对流液桥生成器及其应用的制作方法

本发明涉及一种液桥生成器及其应用，属于流体物理学技术领域，具体涉及一种溶质浓度毛细对流液桥生成器及其应用。

背景技术：

工业上广泛采用浮区法制备晶体材料，这种方法制备的晶体质量较高，模拟工业浮区法晶体生长技术的科学模型被称为液桥。理论研究表明，液体表面张力与浓度有关，浓度分布不均匀时，表面张力就分布不均匀，从而驱动液体流动，影响液桥界面形状。此外，液桥界面形状还与液桥体积比有关。传统的液桥生成装置往往只研究一种液体，功能简单，实验过程中操作复杂并且得到的结果不够精确。因此，就需要一种多功能、精确度高的溶质浓度毛细对流液桥生成器，能够研究两种不同液体接触时，表面浓度变化对液桥界面的影响，且能提供精确的液桥体积比。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种溶质浓度毛细对流液桥生成器及其应用，所述液桥生成器可通过调整下盘高度来产生精确的液桥体积比，还可实现两种不同液体的接触进而研究浓度变化对液桥界面形状产生的影响。本发明的技术方案为：

一种溶质浓度毛细对流液桥生成器，包括上盘和下盘，所述上盘固定安装在支架上；所述上盘内部中心处设有通孔，所述上盘底部沿盘沿设有一圈锥孔；所述液桥生成器还包括微型注液装置和高度调节装置，所述微型注液装置位于所述液桥生成器上方，所述微型注液装置包括微量注射器，所述微量注射器安装在微型注射泵上，所述微型注射泵连接微型注射泵控制器；所述高度调节装置包括微分头，所述微分头安装在所述下盘下方，所述微分头下方连接铜圆台。

进一步地，所述高度调节装置固定在所述支架上。

进一步地，所述高度调节装置包括外螺纹圆柱，所述外螺纹圆柱设置在所述铜圆台下方，所述支架上设有与所述外螺纹圆柱相匹配的螺纹安装孔。

进一步地，所述锥孔的锥度为45°。

进一步地，所述液桥生成器还包括温控装置，所述温控装置包括pi膜加热片、热电偶片、温度控制器和继电器，所述pi膜加热片和所述热电偶片缠绕在所述上盘上，并且所述pi膜加热片位于所述热电偶片上方5mm处，所述pi膜加热片、所述温度控制器、所述继电器与电源形成加热回路。

将所述溶质浓度毛细对流液桥生成器应用于研究液体浓度和液桥体积比对液桥界面形状的影响，具体过程包括：调节微分头来调节液桥体积比；在上盘和下盘之间注入第一种液体形成液桥；利用微型注液装置向上盘通孔中注入第二种液体。

本发明的有益效果是：

1）本发明与传统的液桥生成器相比，可以研究两种不同液体接触时，浓度的变化对液桥界面形状产生的影响，综合考虑了浓度和液桥体积比因素对浮区法制备晶体的影响；并且结构更加简单，功能更加灵活全面；

2）本发明能够实现自动控制注射的液体体积，提高实验结果的精确度；

3）本发明还能够精确调整下盘高度，产生精确的液桥体积比，简化了实验人员的操作，避免了测量过程中的误差。

附图说明

图1是本发明的溶质浓度毛细对流液桥生成器的一种结构示意图；

图2是图1中上盘的剖面结构示意图；

图3是图2中锥孔的结构示意图；

图4是图1中下盘的剖面结构示意图；

图5是本发明的微型注液装置的一种结构示意图，图5a为微型注射泵和微量注射器的安装结构示意图，图5b为微型注射泵控制器的结构示意图；

图6是本发明的高度调节装置的一种结构示意图；

其中，1-支架，2-微型注射泵，3-微型注射泵控制器，4-微量注射器，5-上盘，6-上盘通孔，7-下盘，8-微分头安装孔，9-微分头，10-铜圆台，11-外螺纹圆柱，12-锥孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语‘中心’、‘上’、‘下’等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另外，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘安装’、‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1~4所示，一种溶质浓度毛细对流液桥生成器，包括上盘5、下盘7、微型注液装置和高度调节装置，上盘和下盘均采用纯铜制作，所述上盘5固定安装在支架1上；所述上盘5内部中心处设有通孔6，所述通孔6可使微量注射器的针管自由进出，所述上盘5底部沿盘沿设有一圈锥孔12，所述锥孔12的锥度为45°，所述锥孔12可使注射的第二种液体与第一种液体接触，并防止两种液体接触时由于表面张力的作用而使液体沿孔壁有微小的流动，进而防止液桥失稳；安装上盘和下盘时应保证上盘和下盘的垂直中心线位于同一条铅垂线上；所述微型注液装置位于所述液桥生成器上方，所述微型注液装置包括微量注射器4，所述微量注射器4安装在微型注射泵2上，所述微型注射泵2固定在所述支架1上，安装微型注射泵时要保证微量注射器与上盘的垂直中心线位于同一条铅垂线上，所述微型注射泵2连接微型注射泵控制器3，所述微型注射泵控制器3连接外部电源，所述微型注液装置的结构如图5所示；所述高度调节装置固定在所述支架1上，所述高度调节装置包括微分头9，所述微分头9安装在所述下盘7下方，所述下盘7底部设有微分头安装孔8，所述微分头安装孔8和所述微分头9顶部采用胶水粘合；所述微分头9下方焊接铜圆台10，所述铜圆台10下方焊接外螺纹圆柱11，所述支架1上设有与所述外螺纹圆柱11相匹配的螺纹安装孔，通过调节微分头从而精确调整液桥高度；所述高度调节装置的结构如图6所示。

所述液桥生成器还包括温控装置，所述温控装置包括pi膜加热片、热电偶片、温度控制器和继电器，所述pi膜加热片和所述热电偶片缠绕在所述上盘上，并且所述pi膜加热片位于所述热电偶片上方5mm处，所述pi膜加热片、所述温度控制器、所述继电器与电源形成加热回路。

将所述溶质浓度毛细对流液桥生成器应用于研究液体浓度和液桥体积比对液桥界面形状的影响，具体过程包括：首先调节微分头9上的旋钮获得所需要的精确的液桥体积比，再使用手动注射器将第一种实验液体准确地注入上盘5与下盘7之间，形成液桥，静止的液桥通过表面张力维持界面形状；然后将装有第二种实验液体的微量注射器4安装在微型注射泵2上，接通电源，根据实验要求操作微型注射泵控制器3注入一定量的第二种实验液体，注射完成后操作微型注射泵控制器3使微量注射器4的针管退出上盘5。

利用上述溶质浓度毛细对流液桥生成器研究液体浓度和液桥体积比对液桥界面形状的影响，可通过以下两个具体实验方案实施：

实验方案一：液桥体积比一定的情况下，通过改变液桥表面的浓度，研究浓度变化对液桥界面形状的影响。通过使用微型注射泵控制注入到上盘内的液体体积，当液体与液桥接触时就可以改变液桥表面的浓度。

实验方案二：液桥表面浓度一定的情况下，通过改变下盘的高度，研究液桥体积比对液桥界面形状的影响。通过旋转微分头的旋钮控制下盘升降，改变上下盘之间的距离，就可以改变液桥的体积比。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明宗旨和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。