本實(shí)用新型涉及量子點(diǎn)合成的微通道，具體涉及一種具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道。

背景技術(shù)：

量子點(diǎn)是一種納米顆粒，其粒徑一般在1~10nm之間，由于電子和空穴被量子限域，連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，受激后可以發(fā)射出熒光。基于量子效應(yīng)，量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池，發(fā)光器件，光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家已經(jīng)實(shí)用新型出許多不同的方法來(lái)制造量子點(diǎn)，并預(yù)期這種納米材料在21世紀(jì)的納米電子學(xué)上有極大的應(yīng)用潛力。

微通道合成法是量子點(diǎn)水相直接合成法的一種具體操作形式及方案。微通道合成法以其高效的傳熱、傳質(zhì)以及精確的反應(yīng)控制為納米材料的連續(xù)、可控合成提供了可靠的方法，并且在反應(yīng)工藝參數(shù)的高通量篩選、工藝的直接放大等方面體現(xiàn)的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，微通道流道的截面積在平方毫米甚至平方微米級(jí)別，外部推動(dòng)流體的泵需要克服一定的截面阻力和流體粘性；另一方面，由于量子點(diǎn)的合成條件，微通道的內(nèi)部需要提供100℃以上的高溫條件，此條件下反應(yīng)液中部分水的蒸發(fā)造成的微通道內(nèi)部的壓強(qiáng)增大，增大了外部液體進(jìn)入微通道的阻力，增加了泵的工作難度。另外，微通道環(huán)境下，流體的流動(dòng)狀態(tài)主要受粘性力的影響，此時(shí)，通道壁面施加到流體表面的剪切力使流體流經(jīng)通道時(shí)呈拋物線流型，即在通道中心處的流體流速快，而管壁處的流速慢。此時(shí)，在通道截面不同徑向位置的流體存在顯著的停留時(shí)間分布不均勻現(xiàn)象。并且，停留時(shí)間的差異使通道中前驅(qū)體的濃度表現(xiàn)出顯著的非均一性。特別是當(dāng)流體的徑向擴(kuò)散速率慢于反應(yīng)速率時(shí)，通道中將出現(xiàn)明顯的徑向濃度梯度。停留時(shí)間以及濃度的分布不均勻?qū)?dǎo)致納米晶的生長(zhǎng)尺寸不一致。雖然降低流速可以使通道中流體的停留時(shí)間分布接近，但也會(huì)造成合成效率的降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是利用復(fù)合多階毛細(xì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化量子點(diǎn)合成的微通道，改善微通道的流通性能，提高合成質(zhì)量和效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)微通道的單向流通功能。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，具有復(fù)合多階的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)起到單向傳輸和輔助驅(qū)動(dòng)的作用；在宏觀上解決微通道反應(yīng)過(guò)程中液體流動(dòng)不暢的問(wèn)題，輔助外部泵的工作，實(shí)現(xiàn)輔助驅(qū)動(dòng)；同時(shí)微通道內(nèi)反應(yīng)液流速均勻，可得到均勻顆粒的量子點(diǎn)。

一種具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，具有三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)為線型的溝槽微通道；第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)為在第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)壁面上化學(xué)腐蝕或激光雕刻的尺寸更微小的，且與第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)同向的微溝槽微通道；第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)為依附在第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)上的銅粉燒結(jié)式毛細(xì)芯，且銅粉粒徑在沿線型方向上呈梯度分布。

進(jìn)一步地，所述線型包括直線、曲線或折線。

進(jìn)一步地，所述第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)在線型方向上起引導(dǎo)作用。

進(jìn)一步地，所述第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)在具有毛細(xì)作用的同時(shí)，為第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)提供依附場(chǎng)所，起過(guò)渡作用。

進(jìn)一步地，所述第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)形成線型方向上的毛細(xì)力梯度，實(shí)現(xiàn)單向傳輸效果。

進(jìn)一步地，所述第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)和第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的微通道的截面形狀為對(duì)稱V形或?qū)ΨQ梯形。

更進(jìn)一步地，所述第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的深度為1mm~2mm；其中，V型溝槽的斜邊角度范圍為45°~80°；梯形溝槽上寬為0.9mm~4mm，下寬為1mm~2mm。

更進(jìn)一步地，所述第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的深度為0.2mm~0.5mm；其中，V型溝槽的斜邊角度范圍為45°~80°；梯形溝槽上寬為0.5mm~1.6mm，下寬為0.4mm~0.8mm。

進(jìn)一步地，所述第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)采用包括機(jī)械加工、化學(xué)腐蝕、激光燒結(jié)、激光雕刻或壓印的方法得到。

更進(jìn)一步地，所述機(jī)械加工包括拉削或刨削，利用相應(yīng)仿形的刀具得到相應(yīng)形狀的溝槽。

進(jìn)一步地，所述第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)為將高溫?zé)Y(jié)的不同粒徑的銅粉通過(guò)人工或機(jī)械方法，按銅粉粒徑大小分層加入，并通過(guò)超聲震實(shí)。

進(jìn)一步地，所述第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)中，在線型方向上，從入口處至出口處，銅粉尺寸呈由大到小的梯度分布。

更進(jìn)一步地，在入口處的銅粉粒徑最大，毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)的間距最大，毛細(xì)空隙也最大，毛細(xì)力最小；而在出口處的銅粉粒徑最小，毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)的間距最小，毛細(xì)空隙也最小，毛細(xì)空隙也最小，毛細(xì)力最大；形成毛細(xì)力在入口-出口線型方向上逐漸由小到大的梯度分布，在接近出口處的液體受到更大的毛細(xì)力而無(wú)法逆向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流入微通道的流體只能沿著入口-出口方向的單向流動(dòng)功能。

進(jìn)一步地，所述第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)中，銅粉的粒徑大小為200目~1000目，即13μm~75μm。

進(jìn)一步地，所述具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道具有變截面；入口截面的尺寸最大，銅粉粒徑最大，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)和第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的溝槽尺寸也最大；出口截面的尺寸最小，銅粉粒徑最小，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)和第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的溝槽尺寸也最?。辉谌肟?出口線型方向上，微通道截面和三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)形成由大到小的梯度尺寸分布。

變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，入口截面的尺寸最大，銅粉粒徑最大，是為了入口處的液體更加容易進(jìn)入微通道，并且截面的尺寸和銅粉粒徑在通道流通方向上遞減，在出口處達(dá)到最小值；在出口處的毛細(xì)力最大，使液體單向流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力更大。

進(jìn)一步地，在量子點(diǎn)合成過(guò)程中，反應(yīng)液在微通道中流通的速度由毛細(xì)力的大小決定，且流通的距離由其流通的距離和反應(yīng)需要的時(shí)間決定；由于第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的銅粉燒結(jié)式毛細(xì)芯的存在，增大了與反應(yīng)液熱交換的接觸面積，有利于量子點(diǎn)合成的充分進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道在量子點(diǎn)合成的過(guò)程中，主要利用多階的毛細(xì)溝槽及毛細(xì)芯產(chǎn)生的毛細(xì)吸力，對(duì)流入微通道的反應(yīng)液流體進(jìn)行吸附和引流，減少了反應(yīng)液流入時(shí)受到的阻力，并且轉(zhuǎn)化為微通道的主動(dòng)引流，對(duì)工作泵起到輔助驅(qū)動(dòng)作用，減小了對(duì)外部泵的功率需求；且復(fù)合毛細(xì)結(jié)構(gòu)極大的利用了毛細(xì)力的作用，起到毛細(xì)疊加的功效。

將單層具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道采用雙層交錯(cuò)，得到雙層交錯(cuò)具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的溝槽相互契合，實(shí)際形成了折線狀的入口邊線，微通道截面基本由毛細(xì)結(jié)構(gòu)覆蓋，由毛細(xì)力的引導(dǎo)和輔助驅(qū)動(dòng)的作用，在外部工作水泵的配合下，使量子點(diǎn)的反應(yīng)液通過(guò)毛細(xì)空隙沿入口-出口的方向單向流動(dòng)。雙層交錯(cuò)微通道的外部平面作為加熱平面，其材料包括具有導(dǎo)熱率的鋼材或鋁材材料，加熱系統(tǒng)采用加熱板進(jìn)行加熱，以穩(wěn)定且均勻地提供量子點(diǎn)合成的必要溫度，同時(shí)第三階銅粉燒結(jié)結(jié)構(gòu)也繼承了銅良好的導(dǎo)熱性能，使在燒結(jié)銅粉間隙的反應(yīng)液均勻且充分的接受熱量，使反應(yīng)合成的量子點(diǎn)均勻且質(zhì)量?jī)?yōu)良。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

（1）本實(shí)用新型的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，利用多階的具有疊加效果的毛細(xì)作用力，輔助量子點(diǎn)合成過(guò)程中外部泵的工作，在反應(yīng)過(guò)程中引導(dǎo)反應(yīng)液進(jìn)入微通道，優(yōu)化了原先通道在高溫反應(yīng)中水溶液的蒸發(fā)造成的微通道內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大而使反應(yīng)液難以進(jìn)入的問(wèn)題；同時(shí)微通道中的毛細(xì)通道引導(dǎo)反應(yīng)液的流通更利于反應(yīng)液充分均勻的接受熱量，使量子點(diǎn)的合成反應(yīng)進(jìn)行更加充分，可生產(chǎn)出質(zhì)量均勻的量子點(diǎn)。

（2）本實(shí)用新型微通道結(jié)構(gòu)具有單向流通的功能，在微通道的線型流通方向上，布置了具有毛細(xì)力大小梯度的低階毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，使反應(yīng)液只能往毛細(xì)力的方向流動(dòng)，即入口-出口方向的運(yùn)動(dòng)，防止由毛細(xì)力的無(wú)方向性造成反應(yīng)液的回流。

附圖說(shuō)明

圖1 為本實(shí)用新型一種具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的截面示意圖；

圖2 為采用本實(shí)用新型具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道合成量子點(diǎn)的流程示意圖；

圖3 為實(shí)施例1中變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的入口處的截面示意圖；

圖4 為實(shí)施例1中變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的出口處的截面示意圖；

圖5為實(shí)施例2中具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的梯形和V型復(fù)合截面示意圖；

圖6a和6b 為實(shí)施例2中具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的前端結(jié)構(gòu)和后端結(jié)構(gòu)的截面示意圖；

圖7為實(shí)例3中雙層交錯(cuò)的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的示意圖；

圖8a和圖8b分別為實(shí)施例3中雙層交錯(cuò)的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的入口處和出口處截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本結(jié)構(gòu)實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更多細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型一種具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的截面示意圖，包括第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的溝槽微通道截面1、第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的微溝槽微通道截面2、由大粒徑的銅粉組成第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)3以及由小粒徑的銅粉組成的第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)4。

圖2為采用本實(shí)用新型具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道合成量子點(diǎn)的流程示意圖，反應(yīng)液A和反應(yīng)液B進(jìn)入反應(yīng)混合器中混合均勻后，通過(guò)工作泵流入本實(shí)用新型具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道充分反應(yīng)，最后通過(guò)冷卻收集合成的量子點(diǎn)。

實(shí)施例1

本例設(shè)計(jì)了變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道。其中，如圖3所示結(jié)構(gòu)為微通道入口處的截面示意圖：第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)5的溝槽微通道為V型，槽深2mm，斜邊壁面呈80°角；第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)6的微溝槽微通道也為V形，槽深0.5mm，斜壁面呈80°角；在第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)6內(nèi)有第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)7，燒結(jié)的毛細(xì)芯采用目數(shù)200即粒徑0.075mm的銅粉。如圖4所示結(jié)構(gòu)為微通道出口處的截面示意圖：其中，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)8的溝槽微通道為V形，槽深1mm，斜邊壁面呈45°角；第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)9的微溝槽微通道為V形，槽深0.2mm，斜壁面呈45°角；在第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)9內(nèi)有第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)10，燒結(jié)的毛細(xì)芯采用目數(shù)1000即粒徑0.013mm的銅粉。

變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道，入口截面的尺寸最大，銅粉粒徑最大，且截面的尺寸和銅粉粒徑在通道流通方向上遞減，在出口處達(dá)到最小值；在出口處的毛細(xì)力最大，使液體單向流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力更大。

采用該設(shè)計(jì)的變截面尺寸的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道合成量子點(diǎn)，得到的量子點(diǎn)大小均勻，外部泵的功率需求小。

實(shí)施例2

如圖5所示為設(shè)計(jì)的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的梯形和V型復(fù)合截面示意圖，其中，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)11的溝槽微通道為梯形，槽深1.5mm，對(duì)稱的梯形壁面呈60°角；第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)12的微溝槽微通道為V形，槽深0.25mm，對(duì)稱的斜壁面呈60°角；在第二階毛細(xì)結(jié)構(gòu)12內(nèi)有第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)13。

在微通道的流通方向上，有銅粉粒徑大小梯度的布置方式；微通道前端的結(jié)構(gòu)14中的第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)由粒徑為0.06mm的銅粉經(jīng)燒結(jié)得到毛細(xì)芯組成，微通道后端的結(jié)構(gòu)15由粒徑為0.03mm的銅粉經(jīng)燒結(jié)得到毛細(xì)芯組成，銅粉粒徑按從前端的結(jié)構(gòu)14至后端的結(jié)構(gòu)15逐漸變小，由此形成的毛細(xì)力大小梯度，實(shí)現(xiàn)了流體的單向驅(qū)動(dòng)傳輸。

微通道前端結(jié)構(gòu)14和后端結(jié)構(gòu)15的截面示意圖如圖6a和圖6b所示。

采用該具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道合成量子點(diǎn)，得到的量子點(diǎn)大小均勻，外部泵的功率需求小。

實(shí)施例3

在保證量子點(diǎn)多通道合成過(guò)程的同時(shí)，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)覆蓋流道的截面，采用平行的單層毛細(xì)微通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合交錯(cuò)疊加，設(shè)計(jì)出了的雙層交錯(cuò)復(fù)合毛細(xì)結(jié)構(gòu)的微通道；圖7為雙層交錯(cuò)的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道的示意圖，入口處16和出口處17的截面示意圖分別如圖8a和圖8b所示。

其中，單層的三維立體溝槽結(jié)構(gòu)，第一階毛細(xì)結(jié)構(gòu)的宏觀角度上是V形槽微通道的陣列，尺寸為2mm的溝槽深度，對(duì)稱斜壁角度為60°；第二階的溝槽結(jié)構(gòu)建立在第一階V形溝槽的斜壁上，尺寸為0.4mm的溝槽深度，對(duì)稱斜壁角度為60°；第三階毛細(xì)結(jié)構(gòu)采用的是銅粉進(jìn)行燒結(jié)形成的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，銅粉的粒徑大小為從入口出至出口處由1000目至200目（75μm~13μm）逐漸變小。

采用雙層交錯(cuò)的具有復(fù)合毛細(xì)單向輔助驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)合成微通道合成量子點(diǎn)，得到的量子點(diǎn)大小均勻，外部泵的功率需求小。