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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 液相擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量?jī)x
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 液相擴(kuò)散系數(shù)是研究傳質(zhì)過(guò)程、計(jì)算傳質(zhì)速率及化工設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目用透明毛細(xì)管構(gòu)成液相擴(kuò)散池，再利用毛細(xì)管成像法在液體折射率測(cè)量中的技術(shù)特點(diǎn)，即用實(shí)驗(yàn)方法研究液相擴(kuò)散過(guò)程并測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)。具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：沿毛細(xì)管軸向的整個(gè)成像區(qū)域都可以實(shí)時(shí)采集折射率數(shù)據(jù)，液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量精度高、速度快；用毛細(xì)管做擴(kuò)散池，擴(kuò)散樣品需要量??；成像過(guò)程的抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
- 詳細(xì)介紹：
- 液相擴(kuò)散系數(shù)是研究傳質(zhì)過(guò)程、計(jì)算傳質(zhì)速率及化工設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),已廣泛應(yīng)用在生物、化工、醫(yī)學(xué)、及環(huán)保等新興行業(yè)中。由于液體分子的平均間距遠(yuǎn)比氣體分子小,又不及固體那樣有規(guī)則排列,所以液相擴(kuò)散系數(shù)的理論描述和實(shí)驗(yàn)測(cè)量遠(yuǎn)比氣體及固體困難,不同體系的液相擴(kuò)散數(shù)據(jù)相當(dāng)缺乏。目前，液相擴(kuò)散系數(shù)主要依靠實(shí)驗(yàn)方法獲得，通過(guò)間接地測(cè)量溶液由于擴(kuò)散過(guò)程形成的濃度隨空間和時(shí)間的分布，根據(jù)描述擴(kuò)散過(guò)程的Fick定律計(jì)算出液相擴(kuò)散系數(shù)。從測(cè)量擴(kuò)散過(guò)程中溶液濃度分布的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)看，目前存在折射率測(cè)量、動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量、熒光分子示蹤測(cè)量和放射性元素示蹤測(cè)量等方法。廣泛采用的是折射率測(cè)量方法，尤其以折射率測(cè)量中的全息干涉法的使用最為普遍。全息干涉法是普通干涉法與全息術(shù)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量精度高，但對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性要求也很高。本項(xiàng)目就是用透明毛細(xì)管構(gòu)成液相擴(kuò)散池，再利用毛細(xì)管成像法在液體折射率測(cè)量中的技術(shù)特點(diǎn)，嘗試用實(shí)驗(yàn)方法研究液相擴(kuò)散過(guò)程并測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)。毛細(xì)管成像法測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的基本思想，是利用其具有的折射率空間分布測(cè)量能力，直接測(cè)量出由于擴(kuò)散過(guò)程造成的折射率沿毛細(xì)管軸向（定義為Z軸）的空間和時(shí)間分布{ni(Zi, ti), i =1,2,3,…}，再由溶液折射率和濃度之間的關(guān)聯(lián)式（可以用理論或?qū)嶒?yàn)方法確定），將{ni(Zi, ti), i =1,2,3,…}轉(zhuǎn)化為溶液濃度沿毛細(xì)管軸向的空間和時(shí)間分布{Ci(Zi, ti), i =1,2,3,…}。用Fick第二定律結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù){ Ci(Zi, ti), i =1,2,3,…}就可以計(jì)算出液相擴(kuò)散系數(shù)。采用毛細(xì)管成像法測(cè)定液相擴(kuò)散系數(shù)，可以期望具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）沿毛細(xì)管軸向的整個(gè)成像區(qū)域都可以實(shí)時(shí)采集折射率數(shù)據(jù)，液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量精度高、速度快；（2）用毛細(xì)管做擴(kuò)散池，擴(kuò)散樣品需要量??；（3）和全息干涉法相比，成像過(guò)程的抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。我們相信，毛細(xì)管成像法在測(cè)定液相擴(kuò)散系數(shù)中的成功應(yīng)用，可以在液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量方面，形成一種從基本測(cè)量方法到核心測(cè)量技術(shù)的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的和基本思路：目前唯一能精確測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法是激光全息干涉法，但無(wú)法達(dá)到空間分辨能力，為填缺此類空白而設(shè)計(jì)。 創(chuàng)新點(diǎn)：運(yùn)用全新的測(cè)量原理和測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)折射率空間測(cè)量能力，動(dòng)態(tài)研究液相擴(kuò)散系數(shù)。主要表現(xiàn)在（1）沿毛細(xì)管軸向的整個(gè)成像區(qū)域都可以實(shí)時(shí)采集折射率數(shù)據(jù)，液相擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量精度高、速度快；（2）用毛細(xì)管做擴(kuò)散池，擴(kuò)散樣品需要量??；（3）和全息干涉法相比，成像過(guò)程的抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 技術(shù)關(guān)鍵：兩種液體對(duì)接和圖像鑒別判斷 主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量精度達(dá)到10-5 cm2.s-1。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與目前試驗(yàn)測(cè)量方法相比： 1具有折射率空間分布測(cè)量能力，能動(dòng)態(tài)研究液相擴(kuò)散過(guò)程； 2儀器能實(shí)現(xiàn)放射性微量樣品擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量； 3采用完全不同的測(cè)量原理。其中所涉及原理已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，此方法也已申報(bào)相關(guān)專利；
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月于獲“科技之光—★★大學(xué)學(xué)生科技節(jié)”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽科技發(fā)明制作類特等獎(jiǎng)； 2011年6月參加第六屆★★省高校青年學(xué)術(shù)科技節(jié)比賽獲一等獎(jiǎng)； 獲專利兩項(xiàng)，相關(guān)文章在《光學(xué)學(xué)報(bào)》、《光學(xué)精密工程》等發(fā)表。（見(jiàn)附件）
作品所處階段
- 產(chǎn)品加工
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)觀測(cè)液相擴(kuò)散過(guò)程，測(cè)量精度滿足 優(yōu)勢(shì)：測(cè)量速度快，能實(shí)現(xiàn)微量液體的測(cè)量，系統(tǒng)穩(wěn)定，分析簡(jiǎn)單。 試驗(yàn)要求。可廣泛應(yīng)用于高校、科研機(jī)構(gòu)、石油化工等行業(yè)。 本產(chǎn)品前期市場(chǎng)為：高等院校、科研機(jī)構(gòu) 產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)收益預(yù)測(cè)：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化后能填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)的空白，且易操作，測(cè)量精度高，收益可觀。
同類課題研究水平概述
- 液相擴(kuò)散系數(shù)是研究傳質(zhì)過(guò)程、計(jì)算傳質(zhì)速率及化工設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),已廣泛應(yīng)用在生物、化工、醫(yī)學(xué)、及環(huán)保等新興行業(yè)中。由于液體分子的平均間距遠(yuǎn)比氣體分子小,又不及固體那樣有規(guī)則排列,所以液相擴(kuò)散系數(shù)的理論描述和實(shí)驗(yàn)測(cè)量遠(yuǎn)比氣體及固體困難,不同體系的液相擴(kuò)散數(shù)據(jù)相當(dāng)缺乏。目前，液相擴(kuò)散系數(shù)主要依靠實(shí)驗(yàn)方法獲得，通過(guò)間接地測(cè)量溶液由于擴(kuò)散過(guò)程形成的濃度隨空間和時(shí)間的分布，根據(jù)描述擴(kuò)散過(guò)程的Fick定律計(jì)算出液相擴(kuò)散系數(shù)。從測(cè)量擴(kuò)散過(guò)程中溶液濃度分布的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)看，目前存在折射率測(cè)量、動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量、熒光分子示蹤測(cè)量和放射性元素示蹤測(cè)量等方法。廣泛采用的是折射率測(cè)量方法，尤其以折射率測(cè)量中的全息干涉法的使用最為普遍。全息干涉法是普通干涉法與全息術(shù)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量精度高，但對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性要求也很高。本項(xiàng)目就是用透明毛細(xì)管構(gòu)成液相擴(kuò)散池，再利用毛細(xì)管成像法在液體折射率測(cè)量中的技術(shù)特點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)方法研究液相擴(kuò)散過(guò)程并測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)。
