一種干式微小顆粒分離裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種干式微小顆粒分離裝置。其結構包括真空室，在真空室內水平設置有上下兩個極板，上極板接地線，下極板連接射頻電源的功率電極；在下極板上設置有顆粒分離器，所述顆粒分離器包括中間部位由若干內凹的棘齒依次鄰接而構成的棘齒曲面槽以及兩端的收集盒；在棘齒曲面槽的上方設置有用于盛放待分離顆粒的顆粒池；在真空室的外部設置有兩個相對的半導體激光器，且每一個半導體激光器分別對應一個收集盒；在每個半導體激光器的前方均設有一個斬波器，在每個斬波器的前方均設有一個擴束鏡。采用本發明專利技術分離兩種不同尺寸的顆粒時操作簡單、快速，無污染，為實驗室及工業領域的快速分離提供了一個解決方案。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種顆粒分離裝置，具體地說是一種干式微小顆粒分離裝置。
技術介紹
對于一種或者幾種微顆粒物的分離是一項非常有意義的工作，在樣品儲備、顆粒的物性分析、生物化學分析以及進一步形成功能化集成芯片等方面具有巨大的應用前景。目前的分離方法分為干法和濕法。濕法分離包括微流中分離顆粒法，較為有效的物理方法通常是采用均勻電場的電泳技術、基于不均勻電場的介電泳技術、基于不均勻磁場的磁泳技術，以及基于聲波的聲泳技術。在這些方法中，不同尺寸的顆粒在力的作用下流向不同的通道，從而可以實現空間上的分離。另外基于物質溶解性、吸附性等特性的一種分離方法叫做色譜法，其分離原理是根據混合物的各組分與互不相容的兩相（固定相和流動相）作用的差異。其中濕法類高效液相色譜法（HPLC）以分離效能高、速度快、檢測靈敏度高等特點使其應用廣泛、發展迅速，但HPLC的儀器設備價格昂貴，操作嚴格。干法類氣相色譜法用于測定能氣化或能轉化為氣體的物質或化合物，又分為氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）。值得一提的是干法分離中有一種方法叫做光色譜法，它是一種光學分離技術，利用來自弱聚焦光束的光輻射壓力和流體給予的拖力之間的平衡，從而實現不同尺寸顆粒在不同平衡位置上的分離。同樣，同為色譜法不能避免操作復雜嚴格的主要缺點，針對色譜柱的清理也較為復雜和耗時，并且當目標物質含量過低時分離難度驟升。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種干式微小顆粒分離裝置，以解決現有的干法和濕法分離技術操作繁瑣、處理時間長、分離精度低等的問題。本專利技術是這樣實現的：一種干式微小顆粒分離裝置，包括真空室，在所述真空室內水平設置有上極板和下極板，所述上極板接地線，所述下極板連接射頻電源的功率電極，射頻電源的另一電極接地線；在所述下極板上設置有顆粒分離器，所述顆粒分離器包括中間部位由若干內凹的棘齒依次鄰接而構成的棘齒曲面槽以及兩端的收集盒；在所述棘齒曲面槽的上方設置有用于盛放待分離顆粒的顆粒池，所述顆粒池連接穿出所述真空室的振動桿；在所述真空室的外部設置有兩個相對的半導體激光器，且每一個半導體激光器分別對應所述顆粒分離器中的一個收集盒；在每一個半導體激光器的前方均設有一個斬波器，在每一個斬波器的前方均設有一個擴束鏡。所述半導體激光器、所述斬波器以及所述擴束鏡均設置在升降臺上，所述升降臺與步進電機相連接。所述步進電機、所述半導體激光器和所述斬波器均與控制器相接，所述控制器可控制所述步進電機工作，以驅動升降臺上下運動，進而實現調整所述半導體激光器、所述斬波器及所述擴束鏡的高度；所述控制器還可控制所述半導體激光器的照射時間以及所述斬波器的脈沖頻率。所述顆粒分離器由絕緣材料制成。所述棘齒曲面槽的曲面彎曲度為180°。所述收集盒是通過在內凹的半圓形凹槽兩側分別設置半圓環形的矮沿而形成。待分離顆粒為兩種不同尺寸的微米量級的顆粒。所述棘齒的齒深與齒長比例為1:2。所述真空室由不銹鋼腔體圍成，且不銹鋼腔體接地線；在所述不銹鋼腔體的側壁上設有兩個相對的側窗口，每一個側窗口對應一個半導體激光器；所述半導體激光器所發的激光經對應的側窗口后照射到真空室內的棘齒曲面槽內。所述顆粒池由不同目數的多層金屬網壓制而成；所述振動桿呈豎直設置，所述顆粒池通過水平設置的絕緣桿與所述振動桿相接。打開本專利技術裝置中的射頻電源，通過氣體放電可在上、下極板之間產生均勻的等離子體，等離子體的組分主要包括電子、離子以及中性分子。當待分離的微小顆粒（一般為兩種不同尺寸的微米量級的顆粒）自顆粒池撒出進入等離子體環境后，等離子體將會對其進行充電。由于電子擴散的比離子快，因此當入射到顆粒上的電子流與離子流達到平衡時，顆粒攜帶大量負電荷。當顆粒受重力落入下極板上方附近鞘層中所受重力與靜電場力平衡時，顆粒將懸浮于下極板上方附近。同時由于顆粒具有高帶電性，顆粒間可以很好的分散，形成分散懸浮體系。由于顆粒分離器位于下極板上且處于等離子體環境中，因此在棘齒曲面槽表面形成棘齒形的等離子體鞘層，此鞘層為不滿足反演對稱性的周期勢（在物理學中稱為棘齒勢），棘齒勢滿足對稱性破缺，能夠產生定向輸運。分散懸浮著的待分離的顆粒就處于棘齒形的等離子體鞘層中。不同大小的顆粒所帶電量不同，所懸浮的高度不同，固有頻率也不同，在激光脈沖照射下所產生的共振頻率（共振頻率與顆粒半徑成反比，與顆粒帶電量成正比）也不同，通過調節斬波器的脈沖頻率，可控制使得兩種不同尺寸的顆粒分別向相反方向運動，最終由兩個收集盒分別收集兩種不同尺寸的顆粒，實現微小顆粒的分離。本專利技術在真空室內通過氣體放電形成等離子體，待分離顆粒在等離子體環境中帶負電，并形成穩態、分散的懸浮體系，這為實現顆粒的分離提供了基礎條件。由于采用等離子體使顆粒分散并處于穩態懸浮狀態，因此分離過程屬于干法工藝，這種干法工藝與現有激光粒度儀的濕法工藝相比，可避免現有濕法工藝所帶來的測量過程繁瑣、測量時間長等的一系列問題。由于真空室內的氣體基本靜止，因此可以克服現有干法工藝中因氣體流動而對激光光路造成干擾的缺點，進而可以實現準確分離顆粒。除此之外，采用本專利技術可以實現對極低含量的微小顆粒進行分離。顆粒分離器中棘齒曲面槽的設計，使得在其表面形成棘齒形的等離子體鞘層，該鞘層具有不對稱性，分散、懸浮著的顆粒被束縛在該等離子體鞘層中。打開半導體激光器以及斬波器，并調節斬波器的脈沖頻率，在激光的推動下，不同尺寸的顆粒分別向兩個方向運動，從而實現顆粒的分離。本專利技術裝置結構簡單，操作方便，且能準確分離兩種不同尺寸的微米量級的顆粒。附圖說明圖1是本專利技術中干式微小顆粒分離裝置的結構示意圖。圖2是圖1中顆粒分離器的三維立體結構示意圖。圖中：1、真空室，2、上極板，3、顆粒池，4、振動桿，5、側窗口，6、待分離顆粒，7、升降臺，8、半導體激光器，9、斬波器，10、擴束鏡，11、下極板，12、顆粒分離器，12-1、棘齒曲面槽，12-2、收集盒，13、真空計，14、射頻電源，15、控制器。具體實施方式如圖1所示，本專利技術所提供的干式微小顆粒分離裝置包括真空室1，真空室1由不銹鋼腔體圍成，不銹鋼腔體接地線；在真空室1內水平設置有上下兩個極板，分別為上極板2和下極板11。本實施例中上極板2由兩塊ITO導電玻璃相對疊加在一起而構成，下極板11為金屬平板。上極板2接地線，下極板11連接射頻電源14的功率電極，射頻電源14的另一電極接地線，射頻電源14位于真空室1外。下極板11在與射頻電源14的功率電極連接時，具體連接方式為：在下極板11的板底中心鉆孔，在所鉆的孔內套接絕緣套，在絕緣套內穿接金屬導線，下極板11通過絕緣套內的金屬導線與真空室1外的射頻電源14的功率電極電連接。在射頻電源14的功率電極與下極板11之間可設置用來調節功率匹配的電容。當射頻電源14接通后，射頻電源14的電壓不斷地改變極性，經過幾次充放電之后，最終會使下極板11具有負偏壓，通過高頻放電可在上、下極板之間產生均勻的等離子體。射頻電源14的頻率可調為13.56MHz，電源功率可為1~60W。在下極板11上設置有顆粒分離器12，顆粒分離器12由絕緣材料制作而成，其具體結構如圖2所示。顆粒分離器的底部為平面結構，上面整體為頂部敞口的、內凹的通道結構，該通道結構具體又包括中間部位的棘齒曲面槽12本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種干式微小顆粒分離裝置，其特征是，包括真空室，在所述真空室內水平設置有上極板和下極板，所述上極板接地線，所述下極板連接射頻電源的功率電極，射頻電源的另一電極接地線；在所述下極板上設置有顆粒分離器，所述顆粒分離器包括中間部位由若干內凹的棘齒依次鄰接而構成的棘齒曲面槽以及兩端的收集盒；在所述棘齒曲面槽的上方設置有用于盛放待分離顆粒的顆粒池，所述顆粒池連接穿出所述真空室的振動桿；在所述真空室的外部設置有兩個相對的半導體激光器，且每一個半導體激光器分別對應所述顆粒分離器中的一個收集盒；在每一個半導體激光器的前方均設有一個斬波器，在每一個斬波器的前方均設有一個擴束鏡。

【技術特征摘要】
1.一種干式微小顆粒分離裝置，其特征是，包括真空室，在所述真空室內水平設置有上極板和下極板，所述上極板接地線，所述下極板連接射頻電源的功率電極，射頻電源的另一電極接地線；在所述下極板上設置有顆粒分離器，所述顆粒分離器包括中間部位由若干內凹的棘齒依次鄰接而構成的棘齒曲面槽以及兩端的收集盒；在所述棘齒曲面槽的上方設置有用于盛放待分離顆粒的顆粒池，所述顆粒池連接穿出所述真空室的振動桿；在所述真空室的外部設置有兩個相對的半導體激光器，且每一個半導體激光器分別對應所述顆粒分離器中的一個收集盒；在每一個半導體激光器的前方均設有一個斬波器，在每一個斬波器的前方均設有一個擴束鏡。2.根據權利要求1所述的干式微小顆粒分離裝置，其特征是，所述半導體激光器、所述斬波器以及所述擴束鏡均設置在升降臺上，所述升降臺與步進電機相連接。3.根據權利要求2所述的干式微小顆粒分離裝置，其特征是，所述步進電機、所述半導體激光器和所述斬波器均與控制器相接，所述控制器可控制所述步進電機工作，以驅動升降臺上下運動，進而實現調整所述半導體激光器、所述斬波器及所述擴束鏡的高度；所述控制器還可控制所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賀亞峰，閆佳，馮帆，劉富成，范偉麗，董麗芳，
申請(專利權)人：河北大學，
類型：發明
國別省市：河北;13