УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике, и может быть использована для проведения и изучения механохимических реакций как в органических, так и в неорганических порошковых системах в условиях контролируемой температуры реакционной зоны.
В области механохимии все больше работ посвящаются реакциям в смесях органических веществ, которые протекают с существенно меньшими энергозатратами, чем в случае неорганических систем, высоко селективны и дают продукты, используемые, в частности, как сорбенты, лекарственные вещества, пигменты, с выходами, близкими к количественным [Boldyreva E.V., Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different? // ChemSocRev, 2013, 42 (18), 7719-7738; T. Friscic, S.L. James, E.V. Boldyreva, C. Bolm, W. Jones, J. Mack, J.W. Steed and K.S. Suslick, Challenges and opportunities of modern mechanochemistry, ChemCommun, 2015, 51 (29), 6248-62563].
Назрела необходимость изучать процессы механохимических превращений более детально, раздельно и с достаточным упрощением для достижения понимания влияния на состав и количество получаемых конечных и промежуточных продуктов, режимов и условий обработки веществ и композиций. Разделить влияние времени воздействия, оптимальных пороговых энергий, необходимых для протекания процессов, характера воздействия помогают специальные камеры, примененные авторами. Результаты этих работ подробно изложены в диссертации И.А. Туманова «Изучение влияния различных видов механической обработки на реакции в смесях молекулярных кристаллических веществ», на соискание ученой степени кандидата химических наук, ИХТТМ СО РАН, Новосибирск, 2014 г, http://www.solid.nsc.ru/rus/index.htm
Прямым прототипом предложенного устройства можно считать описанную в [Tumanov I.A., Achkasov A.F., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. Following the products of mechanochemical synthesis step after step, CrystEngComm., 2011, 13, 2213-2216] наковальню, представляющую собой пластину, в которой выполнено углубление (камера) для размещения образца, подвергаемого ударному воздействию.
Недостатком прототипа, является невозможность осуществлять механохимический процесс при определенной заданной температуре, так как конструкция не предусматривает элементов, обеспечивающих задание требуемой температуры и ее контроль в области ударно-механического воздействия (реакционной зоне).
Задача полезной модели - создание простого устройства для изучения протекания химических превращений в порошковых материалах в результате механических воздействий на них с возможностью задавать и контролировать температуру образца как непосредственно перед воздействием на образец, так и в течение всего процесса
Техническим результатом является возможность контроля нагрева и обеспечение требуемой температуры при изучении твердофазных механохимических превращений.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, включающем наковальню с камерой для размещения исследуемого образца, согласно предложению наковальня представляет собой металлический стержень, в одном торце которого выполнена камера для размещения исследуемого образца, с другого торца внутрь металлического стержня выполнен не имеющий непосредственного выхода в камеру продольный канал для размещения в нем термодатчика, стержень жестко закреплен с плотным тепловым контактом внутри цилиндрического нагревательного элемента с возможностью извлечения.
Нагревательный элемент может представлять собой полый цилиндр, с обмоткой для резистивного нагрева на внешней поверхности.
Закрепление металлического стержня и нагревательного элемента может быть осуществлено с помощью гайки
Описание устройства поясняет рисунок 1, на котором схематично в поперечном сечении показано устройство для изучения механохимических превращений, где:
1 - металлический стержень,
2 камера для исследуемого образца,
3 канал для размещения термодатчика,
4. цилиндрический корпус нагревательного элемента,
5. обмотка нагревательного элемента
6 фиксирующая гайка,
7. термодатчик,
8. опора
В одном торце стержня 1 имеется камера для исследуемого образца 2, а с другого торца выполнен внутренний продольный канал 3 для размещения термодатчика. Стержень 1 плотно вставлен в цилиндрический корпус 4 нагревательного элемента и закреплен фиксирующей гайкой 6.
Устройство используется следующим образом:
Металлический стержень 1 устанавливают в цилиндрический корпус 4 нагревательного элемента, закрепляют фиксирующей гайкой 6, так, чтобы не было вибраций при механическом воздействии на образец, конструкцию устанавливают под ударник и засыпают в камеру 2 исследуемое вещество. Нагревательным элементом осуществляют необходимый нагрев в области реакционной зоны камеры 2. После достижения заданной температуры реакционной зоны, фиксируемой показаниями термодатчика 7 в заданном режиме производят механическое воздействие на образец, который затем извлекают для проведения анализов.
К преимуществам предлагаемой конструкции можно отнести возможность ее разборки. Например, можно вынуть стержень с камерой и промыть его, не рискуя испортить катушку нагрева, либо установить другой сердечник с другой зоной контакта с бойком.
Устройство позволяет изучать процессы механохимических превращений более детально, для достижения понимания влияния на состав и количество получаемых конечных и промежуточных продуктов, режимов и условий обработки веществ и композиций, а также разделить влияние времени воздействия, оптимальных пороговых энергий, необходимых для протекания процессов, характера воздействия.