基于3D打印技术的化学合成微反应器快速制造工艺研究

发布时间：2017-09-19 23:15

  本文关键词：基于3D打印技术的化学合成微反应器快速制造工艺研究

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【摘要】：微反应器因其卓越的传热、传质性能,在化学合成方面具有巨大的优势。传统的微反应器制造工艺,如注塑成型等,因需要模具的制造而被定义为“多步”制造技术,3D打印技术可以实现由三维数据模型到微反应器的直接制造,缩短了微反应器的研发时间,并且方便对初始设计进行改进和优化,可以实现微反应器的快速制造。本论文基于3D打印技术制造的水溶性聚乙烯醇材料牺牲模,开发了一种新型的PDMS (Polydimethylsiloxane)微反应器快速制造工艺,并基于该工艺制造了不同结构的微混合器与化学合成微反应器。论文主要获得以下研究结果：(1)基于熔融沉积成型技术3D打印机制造的水溶性聚乙烯醇材料牺牲模,提出了一种新型的PDMS微反应器一体成型制造工艺。利用该工艺加工出微通道尺寸为800μm×500μm(宽度×高度)的PDMS微反应器,其表面粗糙度为5μm左右。(2)基于PDMS微反应器的一体成型制造工艺,制造出具有主动混合机制的PDMS磁力搅拌微混合器。定量荧光图像分析结果表明,在实验测试的雷诺数范围(Re：0.95-66.8)内,磁力搅拌微混合器都保持很高的混合效率,说明磁力搅拌微混合器可以满足微尺度下不同雷诺数大小的混合需求,并保持较高的混合效率。(3)搭建了纳米晶微反应合成系统,利用反馈调节的电加热模块,以氯金酸为原料,以油胺为还原剂,十八烯为分散剂,对反应温度、停留时间及前驱体混合方式对金纳米颗粒合成的影响分别进行了探究。实验结果表明,搅拌子的转动使前驱体中更多的金被还原出来,提高了金纳米颗粒的纯度。
【关键词】：3D打印 熔融沉积成型 微反应器 微混合器 主动混合 金纳米颗粒合成
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ052
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 文献综述9-23
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 微反应器及其优势10-11
• 1.3 3D打印技术制造过程简介11
• 1.4 3D打印技术分类及在微反应器领域的应用11-20
• 1.4.1 SL立体光刻技术12-14
• 1.4.2 SLS选择性激光烧结技术14-16
• 1.4.3 FDM熔融沉积成型技术16-18
• 1.4.4 3DP技术18-19
• 1.4.5 LOM分层实体制造技术19-20
• 1.5 研究内容及意义20-23
• 第2章 实验方法、设备及表征手段23-31
• 2.1 实验药品及材料23
• 2.2 3D打印设备23-30
• 2.2.1 3D-Bioplotter 3D打印机23-28
• 2.2.2 Makerbot Replicator 2X 3D打印机28-30
• 2.3 表征手段30
• 2.3.1 共聚焦激光扫描显微镜30
• 2.3.2 紫外可见吸收光谱30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 基于3D打印的微通道结构制造工艺探究31-41
• 3.1 前言31
• 3.2 “一步法”制造微反应器31-36
• 3.2.1 无支撑材料的“一步法”制造工艺32-34
• 3.2.2 带支撑材料的“一步法”制造工艺34-36
• 3.3 “两步法”制造微反应器36-40
• 3.3.1 微通道模具打印36-37
• 3.3.2 PDMS微反应器浇铸37-39
• 3.3.3 PVA材料去除39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 微混合器的制造工艺与混合性能评价41-55
• 4.1 前言41
• 4.2 微混合器的制造工艺41-45
• 4.2.1 Y型直通道和弯曲通道微混合器41-42
• 4.2.2 磁力搅拌微混合器42-45
• 4.3 微混合器的混合性能评价45-53
• 4.3.1 混合性能评价原理45
• 4.3.2 实验过程45-47
• 4.3.3 图像处理47-49
• 4.3.4 实验结果49-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 纳米晶微反应合成系统55-62
• 5.1 前言55
• 5.2 纳米晶微反应合成系统搭建55-57
• 5.2.1 PDMS微反应器55-56
• 5.2.2 加热模块56-57
• 5.2.3 装置搭建57
• 5.3 金纳米颗粒合成实验57-61
• 5.3.1 实验过程57-58
• 5.3.2 反应温度和停留时间对金纳米颗粒性能的影响58-60
• 5.3.3 搅拌对金纳米颗粒性能的影响60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-65
• 6.1 总结62-63
• 6.2 创新点63
• 6.3 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69

【参考文献】

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1 黑瑟尔·沃尔克,勒韦·霍尔格;微反应器研究与应用新进展[J];现代化工;2004年07期

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本文编号：884488