Микроволновый нагреватель жидких сред (патент №2074530)

Свойства наночастиц

Метод термического разложения в растворе

В настоящее время этот способ применяется способ получения нанопорошков с размером частиц в пределах 20-300 нм. Наиболее изученными на сегодняшний день является термическое разложение соединений на основе азидов, оксалатов, перхлоратов, стифнатов, перманганатов, карбонатов, гидратов, цитратов, ацетатов, гидроксидов, алкоголятов. Процесс получения нанопорошков включает в себя следующие реакции - термолиз, окисление и гидролиз. К преимуществам данного метода следует отнести низкую температуру процесса, малые реакционные объемы, отсутствие трудоемких и неэффективных способов промывки и фильтрования готовых продуктов, регулируемую дисперсность и высокую чистота получаемого порошка.

Недостатками являются сложность контроля и регулирования размеров частиц при одновременном конкурентном протекании процессов разложения исходного соединения и спекание частиц конечного продукта под воздействием температуры. Тем более что получаемые этим методом порошки отличаются высокой химической активностью [4].

Основные изменения свойств наноматериалов и наночастиц происходят в диапазоне размеров кристаллитов в пределах 10..100нм. У наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое приблизительно 1 нм, по сравнению с микрочастицами заметно повышается.

Так, например, оказывается, что наночастицы некоторых материалов обладают очень хорошими каталитическими и адсорбционными свойствами. Другие материалы обладают уникальными оптическими свойствами, например, сверхтонкие пленки на основе органических материалов, используют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и имеют сравнительно низкую квантовую эффективность, зато недорогие по сравнению с остальными и могут быть механически гибкими. Также искусственные наночастицы могут взаимодействовать и с природными объектами, такими как белки, нуклеиновые кислоты и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такие структуры содержат строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляют необычные свойства [5].

Глава 2. Патентный поиск

Для разработки СВЧ установки обеспечивающей взаимодействие СВЧ энергии с жидкими средами для нагрева был произведении патентный поиск, который описан в нескольких моделях и патентах.

Изобретение относится к ВЧ и СВЧ технике, в частности к устройствам для микроволновой обработки, и может быть использовано для электромагнитного нагрева водных растворов и суспензий. Цель изобретения - создание микроволнового нагревателя, обеспечивающего эффективный нагрев жидкости благодаря относительно низкой рабочей частоте (20-40 МГц) и конструкции экрана, позволяющей добиться необходимого согласования устройства с нагрузкой генератором. Цель достигается тем, что внешний проводник коаксиальной линии (экран) имеет ступенчатую форму и образует три участка с разными волновыми сопротивлениями Z₁, Z₂, Z_н, удовлетворяющими необходимым соотношениям, рис. 2.1.

Рисунок 2.1. - Микроволновый нагреватель жидких сред

Микроволновый нагреватель состоит из диэлектрической трубы, заполненной нагреваемой жидкостью и коаксиальной линии с центральным проводником в виде цилиндрической спирали, установленной снаружи. Коаксиальная линия соединена на одном конце с генератором электромагнитных колебаний, а на другом конце с согласованной нагрузкой. Внешний проводник коаксиальной линии (экран) имеет ступенчатую форму и образует три участка с разными волновыми сопротивлениями Z₁, Z₂, Z_н, удовлетворяющими следующему соотношению:

, (2.1)

где Z_o волновое сопротивление коаксиального ввода энергии; Z₁ волновое сопротивление первого участка длиной l₁, примыкающего к вводу энергии; Z₂ волновое сопротивление второго участка длиной l₂, примыкающего к первому участку; Z_н волновое сопротивление рабочего участка. Длины l₁ и l₂ первого и второго участков выбраны из условий:

, (2.2)

где n₁ и n₂ замедление фазовой скорости волны на первом и втором участках соответственно, k волновое число вакуума. Длина рабочего участка выбирается произвольно в соответствии с технологическим процессом термообработки.

Предлагаемое устройство включает коаксиальный ввод энергии 1, установленный в цилиндрическом экране 2, и проводник 3 в виде цилиндрической спирали, намотанной на диэлектрическую трубу 4. Проводник 3 соединен с внутренним проводником 5 коаксиального ввода 1, а с другой стороны с согласующей нагрузкой 6. Цилиндрический экран 2 имеет участок длиной l₂, на котором радиус экрана d₂ меньше радиуса экрана d₁ на остальной его части. Длины участков l₁ и l₂ равны друг другу. Нагреваемая жидкость пропускается внутри трубы 4. Необходимость обеспечения эффективного взаимодействия электромагнитной волны спирали 3 с обрабатываемой средой 7 заставляет увеличить радиус экрана d₁ по сравнению с радиусом спирали b, что приводит и к увеличению волнового сопротивления спирали 3 по сравнению с волновым сопротивлением ВЧ тракта, соединяющим спираль 3 с газогенератором ВЧ-энергии (на чертеже не показано). Выполняя экран 2 с уступом, на котором его радиус уменьшен до величины d₂, обеспечивающей уменьшение волнового сопротивления спирали, в частности до волнового сопротивления соединительного тракта (обычно это 50 или 75 Ом), достигают требуемого согласования [6].

Дата добавления: 2015-08-31