一种金银合金纳米颗粒自动合成装置及其工作方法

1.本发明涉及一种金银合金纳米颗粒自动合成装置及其工作方法，属于纳米材料制备技术领域。


背景技术：

2.随着社会发展和科学水平的提高，越来越多的机器执行取代或者协助人类工作将成为必然趋势，这也成为了当前研究的热点，自动化设备正在从各个方面逐渐推广。目前实验室的金银合金纳米颗粒合成方法，主要靠的是人工合成，实验过程全程需要人员监视，浪费大量时间，不仅效率低而且经常因为手工操作不当导致合成实验失败。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种金银合金纳米颗粒自动合成装置及其工作方法，能够减少人工的参与。提高效率，且能够提高金银合金纳米颗粒的合成成功率。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
5.一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，包括控制模块和化学反应装置模块，所述控制模块包括控制模块包括mcu单片机，所述mcu单片机的信号输入端与温度传感器电连接，所述mcu单片机的信号输出端与步进电机驱动器电连接；所述化学反应装置模块包括油浴锅和注射泵，所述油浴锅内设置有两颈烧瓶，所述注射泵与步进电机相连，所述注射泵上安装有三个注射器，三个所述注射器的注样管伸入到所述两颈烧瓶瓶口中；所述步进电机驱动器与所述步进电机电连接，所述温度传感器设置在所述油浴锅内。
6.所述mcu单片机的信号输出端与lcd显示屏和报警器电连接。
7.包括电源模块，所述电源模块分别与所述mcu单片机、lcd显示屏、报警器、步进电机驱动器、步进电机和温度传感器电连接。
8.所述温度传感器与所述mcu单片机之间通过1-wire串口通信电连接。
9.所述步进电机驱动器与所述单片机之间通过io端口电连接。
10.一种金银合金纳米颗粒自动合成装置的工作方法，包括以下步骤：
11.打开油浴锅加热开关加热油浴锅里的硅油，同时硅油加热两颈烧瓶里的超纯水；
12.温度传感器检测加热油浴锅里的硅油的温度并将实时温度数据传递到单片机；
13.mcu单片机根据温度数据，分别给每个步进电机驱动发送信号指令；
14.步进电机驱动控制步进电机旋转设定的步数推动注射器向两颈烧瓶中添加特定量的反应物。
15.本发明的有益效果：本发明提供的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置及其工作方法，本发明通过温度传感器检测反应温度，通过mcu单片机发送信号指令，步进电机驱动控制步进电机旋转设定的步数推动注射器向两颈烧瓶中添加特定量的反应物，能够实时监测反应温度并且能够高精度的控制反应物添加量，提高了合成效率和成功率；采用模块化
的设计理念，可有效降低合成金银合金纳米颗粒的开发成本，利用可擦写的程序可以对后期系统的修改升级和对该方法的其他利用提供便利，提高了该系统的可扩展性。
附图说明
16.图1为本发明一种金银合金纳米颗粒自动合成装置的模块功能图；
17.图2为本发明制备得到的金银合金纳米颗粒的紫外可见吸收光谱图；
18.图3为本发明制备得到的金银合金纳米颗粒的tem图；
19.图4为本发明的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置的整体结构图。
20.图中附图标记如下：1-mcu单片机；2-lcd显示屏；3-报警器；4-步进电机驱动器；5-电源模块；6-步进电机；7-注射泵；8-注射器；9-两颈烧瓶；10-温度传感器；11-油浴锅；12-1-wire串口通信；13-反应物。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
22.如图1和图4所示，本发明公开一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，包括控制模块和化学反应装置模块，控制模块包括mcu单片机1、温度传感器10、lcd显示屏2、步进电机6、步进电机驱动器4、1-wire串口通信12、电源模块5以及报警器3。mcu单片机1是系统的控制端，用于发送和接收指令，温度传感器10通过1-wire串口通信12与单片机1连接，温度传感器10用于检测反应物的实时温度，温度传感器10通过1-wire串口通信12与mcu单片机1连接，温度传感器10实时获取的反应环境温度信息同步向mcu单片机1反馈存储于mcu单片机1中，温度传感器10反馈至mcu单片机1的实时温度信息决定步进电机6合适启动添加反应物。
23.步进电机驱动器4通过io端口与单片机1相连。步进电机数量设置有三组，一组步进电机用于控制注射氯金酸水溶液，一组步进电机用于注射硝酸银水溶液最后一组步进电机用于注射柠檬酸钠水溶液。步进电机6通过步进电机驱动器4与mcu单片机1相连，mcu单片机1通过预设的程序控制步进电机6旋转的步数进而控制添加反应物的量。
24.lcd显示屏2与报警器3通过io端口与mcu单片机1相连，mcu单片机1接收来自温度传感器10的实时数据并发送至lcd显示屏2显示出来。报警器3在实验结束时发出报警标志反应完成。步进电机6与步进电机驱动器4相连，
25.化学反应装置模块包括油浴锅11、两颈烧瓶9、注射泵7、注射器8以及反应物13，注射器8安装在注射泵7中，注射泵7与步进电机6相连，用于推动注射泵上7的注射器8向两颈烧瓶9内添加反应物13(氯金酸、硝酸银和柠檬酸钠)，油浴锅11和两颈烧瓶9用于化学反应载体。
26.电源模块5分别与所述mcu单片机1、lcd显示屏2、报警器3、步进电机驱动器4、步进电机6和温度传感器10电连接，提供电力。
27.本发明还公开一种金银合金纳米颗粒自动合成装置的工作方法，用于一锅法制备粒径尺寸为30nm的金银合金纳米颗粒，包括以下步骤：
28.步骤一，在反应装置搭建好时，在两颈烧瓶9中加入39ml超纯水，打开油浴锅11加热开关加热油浴锅11里的硅油，同时加热了两颈烧瓶9里的超纯水。
29.步骤二，当实验人员按下单片机1上电开关时，程序开始运行，此时温度传感器10开始检测反应池温度并通过1-wire串口通信12将实时温度数据传递到单片机1，同时单片机1将温度数据解码发送到lcd显示屏2中显示此时的实时温度。
30.步骤三，当温度达到100℃，主控单片机1分别给每个步进电机6发送信号指令。
31.步骤四，此时步进电机驱动4控制步进电机6旋转设定的步数推动安装在注射泵7上的注射器8向反应池中添加特定量的反应物13(氯金酸、硝酸银、柠檬酸钠)。具体地，先向超纯水中快速加入0.5ml硝酸银水溶液和0.5ml氯金酸水溶液，其中氯金酸水溶液浓度为10mm，硝酸银水溶液浓度为10mm。保持温度在100℃加热并搅拌10分钟，再向溶液中立即加入8ml柠檬酸钠水溶液并剧烈搅拌，其中柠檬酸钠水溶液的质量分数为1％，保持温度在100℃，15分钟后反应结束，金银合金纳米颗粒合成结束。当反应结束时，报警器3发出音频信息告诉实验人员反应结束。
32.在上述反应结束后，合成后的金银合金纳米颗粒溶液测试紫外吸收光谱和透射电子显微镜(tem)表征，如图2和图3所示，金纳米颗粒的吸收峰位于423nm，且都是单峰结构，呈现较窄的半峰宽以及光谱图都十分平滑，说明合成的纳米金颗粒的形状和尺寸均一分布；进一步地通过透射电子显微镜观察颗粒地形貌，颗粒的大小分布均一。
33.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，其特征在于：包括控制模块和化学反应装置模块，所述控制模块包括控制模块包括mcu单片机(1)，所述mcu单片机(1)的信号输入端与温度传感器(10)电连接，所述mcu单片机(1)的信号输出端与步进电机驱动器(4)电连接；所述化学反应装置模块包括油浴锅(11)和注射泵(7)，所述油浴锅(11)内设置有两颈烧瓶(9)，所述注射泵(7)与步进电机(6)相连，所述注射泵(7)上安装有三个注射器(8)，三个所述注射器(8)的注样管伸入到所述两颈烧瓶(9)瓶口中；所述步进电机驱动器(4)与所述步进电机(6)电连接，所述温度传感器(10)设置在所述油浴锅(11)内。2.根据权利要求1所述的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，其特征在于：所述mcu单片机(1)的信号输出端与lcd显示屏(2)和报警器(3)电连接。3.根据权利要求2所述的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，其特征在于：包括电源模块(5)，所述电源模块(5)分别与所述mcu单片机(1)、lcd显示屏(2)、报警器(3)、步进电机驱动器(4)、步进电机(6)和温度传感器(10)电连接。4.根据权利要求1所述的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，其特征在于：所述温度传感器(10)与所述mcu单片机(1)之间通过1-wire串口通信(12)电连接。5.根据权利要求1所述的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，其特征在于：所述步进电机驱动器(4)与所述单片机(1)之间通过io端口电连接。6.一种权利要求1到5任一项所述金银合金纳米颗粒自动合成装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：打开油浴锅(11)加热开关加热油浴锅(11)里的硅油，同时硅油加热两颈烧瓶(9)里的超纯水；温度传感器(10)检测加热油浴锅(11)里的硅油的温度并将实时温度数据传递到单片机(1)；mcu单片机(1)根据温度数据，分别给每个步进电机驱动(4)发送信号指令；步进电机驱动(4)控制步进电机(6)旋转设定的步数推动注射器(8)向两颈烧瓶(9)中添加特定量的反应物。

技术总结
本发明公开了一种金银合金纳米颗粒自动合成装置，包括控制模块和化学反应装置模块，控制模块包括控制模块包括MCU单片机，MCU单片机的信号输入端与温度传感器电连接，MCU单片机的信号输出端与步进电机驱动器电连接；化学反应装置模块包括油浴锅和注射泵，油浴锅内设置有两颈烧瓶，注射泵与步进电机相连，注射泵上安装有三个注射器，三个注射器的注样管伸入到两颈烧瓶瓶口中；步进电机驱动器与步进电机电连接，温度传感器设置在油浴锅内。本发明提供的一种金银合金纳米颗粒自动合成装置及其工作方法，能够减少人工的参与。提高效率，且能够提高金银合金纳米颗粒的合成成功率。够提高金银合金纳米颗粒的合成成功率。够提高金银合金纳米颗粒的合成成功率。


技术研发人员：张磊 王康 王毅 施雯雯 张雯
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/4