专利名称：一种胶体晶体测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胶体晶体测试装置，尤其涉及一种在太空飞行器环境中使用的胶体晶体测试装置。
背景技术：
胶体晶体的研究近年来引起了人们的广泛关注。由于单分散的胶体粒子表现出与原子、分子相似的相行为，而其纳米至微米的尺寸使其微观相行为可以通过光学显微镜直接观察。因此，在基础科学研究领域，胶体晶体在最近20年的时间里引起了人们的浓厚兴趣，成为一个异常活跃的研究方向。同时，胶体晶体还作为一种模型体系被广泛应用于研究晶体的成核、生长、熔化及玻璃化转变等重要的物理过程。由于胶体晶体的弹性模量非常小 (大约102 103Pa)，微弱的外力如电场、热对流和剪切力等都很容易影响晶体的有序结构，研究这些因素对胶体结晶结构和过程的影响便有着很重要的科学意义。
空间胶体晶体的研究是探索在空间微重力实验条件下胶体晶体变化过程的规律和方法，是微重力科学的重要研究内容之一。重力对胶体晶体结构和性质起着不可忽视的效应，由于组成胶体晶体的颗粒密度较液体(通常为纯净水)的大，在地面开展实验研究因密度差产生的沉降和静水压力效应，无法准确地获得实际研究体系发生的物理现象和规律，地面胶体晶体实验无法得到理想的实验结果。因此，空间胶体晶体实验的开展对相关科学研究具有重要的意义。从上世纪90年代开始，NASA就在国际空间站上开展了一系列微重力硬球粒子的胶体晶体生长实验，Weitz等人在国际空间站上进行了胶体晶体成核、相变、 生长动力学等内容的研究。
但是，胶体晶体在容器中久置一段时间后，会发生水化现象，在普通的地面试验中，可更换胶体晶体，或通过搅拌来使水化的胶体晶体重新变成胶体状态。但是在太空飞行器中，不可能像在地面试验中那样方便地更换或手动搅拌样品。另外，在航天飞行器中，无法像在地面试验中那样方便地手动更换样品。因此，如何实现样品的自动化更换成为急需解决的问题。另外由于航天飞行器的载重量、空间有限，需要测试装置的重量较轻，同时还需要强度足够大以抵抗飞行器受到的振动。发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种胶体晶体测试装置，能够在测试过程中自动进行样品搅拌，防止胶体晶体的水化，能够在测试中实现样品的自动化更换，体积小、多工位、 可承载多样品，且旋转角度精确。
本发明提供一种胶体晶体测试装置，包括多工位传动装置和多个测试单体，
其中多工位传动装置，包括
第一侧板和第二侧板,板面相对地放置，第一侧板和第二侧板上具有通孔，用于使测试信号通过；
固定装置，使第一侧板和第二侧板的位置相对固定；3
第一齿轮，可旋转地固定到第一侧板的面向第二侧板的板面上；
样品支架，为棱柱状，与第一齿轮连接在一起，棱柱状样品支架的多个外表面用于承载测试单体，多个外表面可随第一齿轮的转动而绕样品支架的中心轴转动；
驱动装置，固定到第一侧板上，用于驱动第一齿轮转动；
角度传感器，固定到第一侧板上，用于记录第一齿轮旋转的角度，
其中所述多个测试单体分别位于所述样品支架的多个外表面上，所述多个测试单体中的每个测试单体包括
第一储液腔和第二储液腔，分别具有第一推进杆和第二推进杆，第一推进杆和第二推进杆可在各自的储液腔中做活塞运动，第一储液腔与第二储液腔被放置为使第一、第二推进杆向各自的储液腔内推进时的运动方向相反，第一储液腔和第二储液腔还分别具有通孔；
联动滑轨，其一端连接到第一推进杆露出第一储液腔外的端部，另一端连接到第二推进杆露出第二储液腔外的端部，联动滑轨沿第一、第二推进杆的运动方向往复运动；
样品池，通过管路连接到第一储液腔和第二储液腔的通孔；
驱动装置，驱动联动滑轨进行往复运动。
根据本发明提供的装置，其中所述测试单体的第一储液腔和第二储液腔反平行地放置。
根据本发明提供的装置，其中所述测试单体还包括至少一个排气阀，其中第一储液腔、样品池、第二储液腔及其之间的管路形成连通的密封结构，所述排气阀位于密封结构的任意位置。
根据本发明提供的装置，其中所述测试单体的所述驱动装置包括驱动电机、螺旋杆、前支架、后支架，螺旋杆横架在螺旋杆前支架、后支架上，并连接到所述联动滑轨，螺旋杆在驱动电机的驱动下驱动联动滑轨进行往复运动。。
根据本发明提供的装置，其中所述测试单体的还包括限位装置，为联动滑轨的往复运动提供折返的端点。
根据本发明提供的装置，其中所述测试单体的样品池为平板型容器，由两块导电石英玻璃片组成。
根据本发明提供的装置，其中所述多工位传动装置的所述支柱的截面为L型。
根据本发明提供的装置，其中所述多工位传动装置的样品支架上的用于承载测试单体的外表面围绕样品支架的中心轴对称地排列。
根据本发明提供的装置，其中所述多工位传动装置的所述驱动装置具有啮合到第一齿轮的第二齿轮。
根据本发明提供的装置，其中所述多工位传动装置的角度传感器具有啮合到第一齿轮的第三齿轮。
本发明提供的胶体晶体测试装置，体积足够小、多工位、可承载多样品、旋转角度精确、性能控制灵活，可对样品进行搅拌、加热、施加电场。使用该装置，可以通过形貌成像和衍射成像等实验方式，对胶体晶体界面形态变化和结构变化进行原位实时观察，从而对胶体晶体的相变过程和结晶动力学过程进行研究
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中
图I为据本发发明的实施例I的多工位传动装置的立体示意图2为据本发发明的实施例I的多工位传动装置的正视图3根据本发发明的实施例I的测试单体的结构示意图4为据本发发明的实施例2的多工位传动装置的立体示意图5为根据本发明的实施例2的装置的正视图6为根据本发明又一实施例的多工位传动装置的立体示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例I
本实施例提供一种胶体晶体测试装置，包括多工位传动装置和多个测试单体。
其中所述多工位传动装置的立体结构如图I所示,正视图如图2所示,该多工位传动装置包括
第一方形侧板2-401和第二方形侧板2-402，板面相对地放置，其中图2的立体图中，为了清楚地显示该多工位传动装置的内部结构，将第二方形侧板2-402去掉了一部分， 其中第二侧板2-402上具有第一通孔2-49和第二通孔2-48，其中第一通孔2_49用于使照明光源发出的光通过，以对该多工位传动装置的内部的样品进行照明，并通过该第一通孔 2-49得到观测样品的形貌图像，第二通孔2-48用于观测样品的衍射图像；
三个截面为L型的支柱2-41，其中支柱2-41的两端分别固定连接到两块方形侧板 2-401和2-402的三个顶角，从而使两块方形侧板2-401和2-402和三个支柱2_41固定在一起形成框架结构，其中支柱2-41被镂空，以减小整个传动装置的重量；
大齿轮2-42，可旋转地固定到第一方形侧板2-401的面向第二方形侧板2_402的板面上，大齿轮2-42的中心具有中心轴，该中心轴固定连接到第二方形侧板2-402上；
样品支架2-43，为棱柱状，与大齿轮2-42连接在一起，棱柱的中心轴与齿轮的中心轴重合，样品支架2-43可随大齿轮2-42的转动而绕棱柱的中心轴转动，该样品支架2-43 具有4个互相垂直的外表面，用作工作平面，以承载测试单体；
驱动电机2-44，固定到第一方形侧板2-401上，具有啮合到大齿轮2_42的小齿轮 2-46，驱动电机2-44通过小齿轮2-46驱动大齿轮2_42使其带动样品支架2_43转动；
角度传感器2-45，固定到第一方形侧板2-401上，具有啮合到大齿轮2_42的小齿轮2-47，角度传感器2-45通过小齿轮2-47被动转动，通过旋转的角度进行样品位置的记录。
其中上述多个测试单体分别位于样品支架2-43的多个工作平面上，每个测试单体的结构如图3所示,包括
底座1-10，位于样品支架2-43的工作平面上；
第一储液腔1-121和第二储液腔1-122，位于底座1_10上，其顶部分别具有第一推5进杆1-131和第二推进杆1-132，可在各自的储液腔中做活塞运动，其底部分别具有通孔， 第一储液腔1-121和第二储液腔1-122反平行地放置，即第一、第二推进杆1-131和1-132 露出储液腔外的端部的朝向相反；
联动滑轨1-15，为之字形，其一端连接到第一推进杆1-131露出储液腔外的端部， 另一端连接到第二推进杆1-132露出储液腔外的端部，联动滑轨1-15可沿第一、第二推进杆的运动方向往复运动，从而带动第一、第二推进杆在各自的储液腔中做活塞运动，由于第一、第二储液腔反平行地放置，因此第一、第二推进杆的运动方向相反，即第一推进杆向第一储液腔内推进时，第二推进杆向第二储液腔外拉出；
样品池1-20，为由两块导电石英玻璃片组成的平板型容器，两块导电玻璃间距O.3mm,以使激光束可以通过，样品池1-20其中的一片导电石英玻璃片两侧分别开有通孔， 这两个通孔分别通过连接部件1-19与管路LI和L2相连通，管路LI和L2的另一端分别与第一储液腔1-121和第二储液腔1-122底部的通孔连通，从而使第一储液腔1-121、管路 LI、样品池1-20、管路L2和第二储液腔1-122形成容纳样品的连通的密封结构，以进行样品的搅动，导电玻璃片可为样品加电压，通过导电玻璃片可观察样品池1-20中样品的晶体形态变化和结构变化；
排气阀1-11，位于第一储液腔1-121底部与管路LI相连接处，试验样品通过排气阀1-11注入到整个密闭结构中，同时将管路中多余气体排出；
驱动装置，包括驱动电机1-18、螺旋杆1-23、螺旋杆前支架1_14、螺旋杆后支架1-16，螺旋杆1-23横架在螺旋杆前、后支架1-14和1-16上，并连接到联动滑轨1_15，螺旋杆1-23在驱动电机1-18的驱动下驱动联动滑轨1-15进行往复运动；
第一限位开关1-211和第一碰撞锤1-221,用于限制第一推进杆1_131向第一储液腔外拉出的距离，其中第一碰撞锤1-221位于第一推进杆1-131露出第一储液腔外的端部， 当第一碰撞锤1-221碰撞到第一限位开关1-211后，联动滑轨1-15的运动停止然后向相反方向运动；
第二限位开关1-212和第二碰撞锤1-222，用于限制第二推进杆1_132向第二储液腔外拉出的距离，其中第二碰撞锤1-222位于第二推进杆1-132露出第二储液腔外的端部， 当第二碰撞锤1-222碰撞到第二限位开关1-212后，联动滑轨1-15的运动停止然后向相反向 。
当胶体发生水化现象时，或者其他需要搅动胶体晶体的情况下，通过驱动装置使联动滑轨1-15往复运动，当联动滑轨1-15将第一推进杆1-131向第一储液腔内推进时，联动滑轨1-15同时将第二推进杆向第二储液腔外拉出，此时第一储液腔内的一部分胶体晶体被第一推进杆1-131推出到管路LI中，然后经过样品池1-20、管路L2被推入到第二储液腔1-122中；当联动滑轨1-15上的第二碰撞锤1-222碰撞到第二限位开关1_212后，联动滑轨1-15反向运动，将第一推进杆1-131向第一储液腔外拉出，同时将第二推进杆1-132 向第二储液腔1-122内推进，此时第二储液腔内的一部分胶体晶体被第二推进杆1-132推出到管路L2中，然后经过样品池1-20、管路LI被推入到第一储液腔1-121中。通过驱动装置使联动滑轨1-15往复运动，从而使胶体晶体在第一储液腔1-121与第二储液腔1-122之间被来回搅动，防止水化现象的发生。
在例如观察样品的形貌时，可通过第二侧板2-402上的第一通孔2-49将照明光引入到样品池1-20上，或者将光源(例如LED)直接安装到第一通孔2-49上以对样品支架2-43上的样品池1-20进行照明。测试时，利用驱动电机2-44驱动大齿轮2_42并使其带动样品支架2-43转动，使样品支架2-43的一个工作平面转到测试位置，样品支架2-43的工作平面上样品被第一通孔2-49处的光源照亮，第一通孔2-49处的CXD接收样品的光信号并对样品池1-20中的样品进行光学成像，从而可对样品的形貌变化进行研究。当需要更换另一个样品时，利用驱动电机2-44驱动大齿轮2-42并使其带动样品支架2-43转动，使样品支架2-43的另一工作平面转到测试位置，对该工作平面上承载的测试单体的样品池 1-20中的样品进行测试，从而实现测样品的自动更换。
除了观察样品的形貌，根据本发明的多工位传动装置还可以用于通过kossel线衍射方法对样品进行测试。可通过第二侧板2-402上的第二通孔2-48观察样品的kossel 线衍射图像，或者在该第二通孔2-48处安装CCD，以对样品的衍射图像成像。可在第一侧板的与第二通孔2-48相对应的位置设置一通孔，kossel线衍射成像系统的半导体激光器所发出的激光穿过该通孔入射到样品池1-20中的样品上，并穿过待测样品入射到第二侧板的第二通孔2-48处的CXD上，由CXD获得kossel线图案，从而可对样品的晶格结构变化进行研究。当需要更换另一个样品时，利用驱动电机2-44驱动大齿轮2-42并使其带动样品支架2-43转动，使样品支架2-43的另一工作平面转到测试位置，对该工作平面上承载的测试单体的样品池1-20中的样品进行测试，从而实现测样品的自动更换。
根据本发明的其他实施例，其中测试单体中的第一储液腔1-121与第二储液腔1-122优选为反平行地放置，这样可以节省整个装置的长度，更加紧凑，但是也可以以其他方式放置，例如第一推进杆面对第二推进杆地相对放置。或者两个储液腔共用一个推进杆， 分别位于公共推进杆的两端，使驱动装置通过联动滑轨驱动推进杆往复运动，当公共推进杆向第一储液腔内推进时，公共推进杆同时向第二储液腔外拉出，当公共推进杆向第一储液腔外拉出时，公共推进杆同时向第二储液腔内推进，从而达到同样的搅拌胶体晶体的目的。即第一储液腔与第二储液腔被放置为，使第一、第二推进杆向储液腔内推进的运动方向相反，或者第一、第二推进杆向储液腔外拉出的运动方向相反。
根据本发明的其他实施例，其中测试单体中的第一、第二储液腔，样品池，排气阀， 驱动电机，螺旋杆前支架，螺旋杆后支架，第一、第二限位开关均可位于底座上，或者以其他的方式固定其相对位置关系。
上述实施例中采用限位开关和碰撞锤相结合的方式对测试单体中的联动滑轨的往复运动提供折返的端点，在本发明的其他实施例中，也可以采用其他的手段为联动滑轨的往复运动提供折返的端点，例如为驱动电机设置固定的往返运动长度。
根据本发明的其他实施例，其中测试单体中的排气阀可以位于由第一储液腔、管路LI、样品池、管路L2和第二储液腔形成的连通密封结构中的任意位置。
根据本发明的其他实施例，其中测试单体中的联动滑轨也可以为其他形状。
根据本发明的其他实施例，其中测试单体中的样品池1-20 —侧贴有中间带孔的加热膜，实现为样品加热的功能，样品池1-20外可用保温材料包裹，在样品加热的时候进行保温。
实施例2
本实施例提供一种胶体晶体测试装置，该装置与实施例I中的胶体晶体测试装置的结构类似，其不同点在于多工位传动装置的样品支架2-33的结构不同，本实施例中的多工位传动装置的结构如图4所示，其中样品支架2-33具有3个互成120°的外表面，用作工作平面，以承载测试单体。支架2-33的3个互成120°的外表面被镂空，以减轻整个装置的重量。
根据本发明的其他实施例，其中多工位传动装置的样品支架上的工作平面的数量不限于3个或4个，还可以为更多，这些工作平面围绕样品支架的旋转轴对称地排列。样品支架上的工作平面也可以为两个，例如如图5所示，样品支架2-23的两个工作平面互相平行。
根据本发明的其他实施例，除支柱以外，也可以用其他方式使第一侧板和第二侧板的位置相对固定。
根据本发明的其他实施例，其中第一侧板和第二侧板上可根据测试方法的不同， 在侧板上的所需位置设置允许测试信号通过的通孔。
本发明提供的胶体晶体测试装置，体积足够�。啥匝方薪涟�、加热、施加电场。使用该装置，可以通过形貌成像和衍射成像等实验方式，对胶体晶体界面形态变化和结构变化进行原位实时观察，从而对胶体晶体的相变过程和结晶动力学过程进行研究。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种胶体晶体测试装置，包括多工位传动装置和多个测试单体，其中多工位传动装置，包括第一侧板和第二侧板，板面相对地放置，第一侧板和第二侧板上具有通孔，用于使测试信号通过；固定装置，使第一侧板和第二侧板的位置相对固定；第一齿轮，可旋转地固定到第一侧板的面向第二侧板的板面上；样品支架，为棱柱状，与第一齿轮连接在一起，棱柱状样品支架的多个外表面用于承载测试单体，多个外表面可随第一齿轮的转动而绕样品支架的中心轴转动；驱动装置，固定到第一侧板上，用于驱动第一齿轮转动；角度传感器，固定到第一侧板上，用于记录第一齿轮旋转的角度，其中所述多个测试单体分别位于所述样品支架的多个外表面上，所述多个测试单体中的每个测试单体包括第一储液腔和第二储液腔，分别具有第一推进杆和第二推进杆，第一推进杆和第二推进杆可在各自的储液腔中做活塞运动，第一储液腔与第二储液腔被放置为使第一、第二推进杆向各自的储液腔内推进时的运动方向相反，第一储液腔和第二储液腔还分别具有通孔；联动滑轨，其一端连接到第一推进杆露出第一储液腔外的端部，另一端连接到第二推进杆露出第二储液腔外的端部，联动滑轨沿第一、第二推进杆的运动方向往复运动；样品池，通过管路连接到第一储液腔和第二储液腔的通孔；驱动装置，驱动联动滑轨进行往复运动。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述测试单体的第一储液腔和第二储液腔反平行地放置。
3.根据权利要求I所述的装置，其中所述测试单体还包括至少一个排气阀，其中第一储液腔、样品池、第二储液腔及其之间的管路形成连通的密封结构，所述排气阀位于密封结构的任意位置。
4.根据权利要求I所述的装置，其中所述测试单体的所述驱动装置包括驱动电机、螺旋杆、前支架、后支架，螺旋杆横架在螺旋杆前支架、后支架上，并连接到所述联动滑轨，螺旋杆在驱动电机的驱动下驱动联动滑轨进行往复运动。
5.根据权利要求I所述的装置，其中所述测试单体的还包括限位装置，为联动滑轨的往复运动提供折返的端点。
6.根据权利要求I所述的装置，其中所述测试单体的样品池为平板型容器，由两块导电石英玻璃片组成。
7.根据权利要求I所述的装置，其中所述多工位传动装置的所述支柱的截面为L型。
8.根据权利要求I所述的装置，其中所述多工位传动装置的样品支架上的用于承载测试单体的外表面围绕样品支架的中心轴对称地排列。
9.根据权利要求I所述的装置，其中所述多工位传动装置的所述驱动装置具有啮合到第一齿轮的第二齿轮。
10.根据权利要求I所述的装置，其中所述多工位传动装置的角度传感器具有啮合到第一齿轮的第三齿轮。
全文摘要
本发明提供一种胶体晶体测试装置，包括多工位传动装置和多个测试单体，其中多工位传动装置包括第一侧板和第二侧板；固定装置；棱柱状样品支架，其多个外表面用于承载测试单体；驱动装置，用于驱动第一齿轮转动；角度传感器，用于记录第一齿轮旋转的角度，其中所述多个测试单体分别位于所述样品支架的多个外表面上，所述多个测试单体中的每个测试单体包括第一储液腔和第二储液腔，分别具有第一推进杆和第二推进杆；联动滑轨，其一端连接到第一推进杆露出第一储液腔外的端部，另一端连接到第二推进杆露出第二储液腔外的端部，联动滑轨沿第一、第二推进杆的运动方向往复运动；样品池；驱动装置，驱动联动滑轨进行往复运动。
文档编号G01N33/00GK102914621SQ201210400939
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者胡书新, 翟永亮, 吴兰生, 李明 申请人:中国科学院物理研究所
专业数控铣床产品供应商
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