從TRIZ理論看化學(xué)加熱儀器.docx

從TRIZ理論看化學(xué)加熱儀器年級(jí)： 大 一 專業(yè)： 化 學(xué) 學(xué)號(hào)： 1253912 姓名： 王稼先 摘要：自化學(xué)從迷信和魔法正式轉(zhuǎn)化成一門登堂入室的專業(yè)學(xué)科開始，試管作為化學(xué)最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)加熱器材之一，出現(xiàn)在從最基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室到表現(xiàn)主人公內(nèi)行的銀幕上，承擔(dān)了包括實(shí)際加熱和展示等多種用途。以至于提到化學(xué)最先出現(xiàn)在人們思維中的便是裝滿了各種顏色溶液的試管。但是對(duì)于發(fā)展到今天的化學(xué)來說，有很多種實(shí)驗(yàn)的要求已經(jīng)不是普通的試管可以滿足，在高溫或高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子摩擦下，普通試管往往易碎或加熱緩慢而難以滿足實(shí)驗(yàn)者需求，對(duì)于高層次可以取得更好資源的實(shí)驗(yàn)者來說，可以利用更多更優(yōu)質(zhì)的儀器如馬弗爐來滿足實(shí)驗(yàn)需求。但是對(duì)于低端或者初次接觸化學(xué)的實(shí)驗(yàn)者來說，很難使用到也沒有必要使用到極為高端的實(shí)驗(yàn)用具，同時(shí)使用試管這種儀器對(duì)化學(xué)知識(shí)的普及和實(shí)驗(yàn)者的安全構(gòu)成了負(fù)面的推進(jìn)作用。于是，一種安全，簡(jiǎn)易并且加熱方便的化學(xué)加熱儀器的出現(xiàn)對(duì)于化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要。關(guān)鍵詞： TRIZ理論 化學(xué) 試管為了對(duì)問題的解決程序化，在這里我們先對(duì)問題進(jìn)行抽象化，然后利用TRIZ理論求解；試管；透明的少量液體或固體盛裝器具，半橢圓筒狀，可承受中低溫以下的加熱處理。屬性分析；透明：為了方便查看反應(yīng)物的反應(yīng)狀況；半橢圓筒狀：實(shí)驗(yàn)者空手持握或者用儀器固定的適合形狀；中低溫以下加熱；試管材料限制，高溫易軟化或融化；加熱速度慢；玻璃是共價(jià)化合物構(gòu)成的晶體，傳熱屬性不佳；易碎：玻璃的韌性差；從以上分析可以看出；常用試管的問題：加熱慢，易碎。其根源主要是由于試管的制作材料玻璃自身屬性的限制所導(dǎo)致，根據(jù)問題屬性可以將“易碎”歸類為物理矛盾，將“加熱”歸類為加熱器與試管之間的技術(shù)問題。經(jīng)過篩選之后，得到多種解答辦法：復(fù)合材料原理、廉價(jià)替代品原理、組合原理；首先考慮復(fù)合材料原理，這種材料要求透明、堅(jiān)硬、耐高溫以及廉價(jià)易得，經(jīng)過篩選選擇出最佳樣品為COC環(huán)狀烯烴共聚高分子塑料，滿足透明和堅(jiān)硬的條件，但是不夠廉價(jià)且形變溫度為170攝氏度。理論上可以適用于低端非加熱且無有機(jī)溶劑的實(shí)驗(yàn)，滿足低端實(shí)驗(yàn)室做高端反應(yīng)的要求。另外兩種篩選出的樣品分別為PC和PES聚合塑料，但兩者透明度不高，同時(shí)后者為褐色材料，容易對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生誤導(dǎo)和影響。綜上，在復(fù)合材料原理中我們主要檢索了聚合有機(jī)物部分，但同時(shí)未找到非常合適的材料。接下來考慮廉價(jià)替代品，在這個(gè)原理中主要選取了陶瓷纖維紙和廉價(jià)的透明塑料（作為一次性用品來考慮），纖維紙的硬度，柔韌性，抗形變性等物理組成屬性滿足需求，但由于其化學(xué)組成硅酸鹽令其外觀呈現(xiàn)白色同時(shí)抗熱性導(dǎo)致加熱能力的降低，所以該材料制作的試管可以提供在不用加熱或需要溫度變化緩慢的性質(zhì)檢測(cè)反應(yīng)中。普通塑料性質(zhì)較差不予考慮。組合原理，對(duì)玻璃試管進(jìn)行加厚處理，使其除導(dǎo)熱性之外的屬性增加，在這里我們重新對(duì)問題進(jìn)行規(guī)劃，將傳熱性和強(qiáng)度兩個(gè)屬性歸為技術(shù)矛盾，在對(duì)試管使用組合原理的情況下調(diào)整傳熱性。玻璃試管的傳熱性不佳主要是由于當(dāng)實(shí)驗(yàn)者對(duì)試管進(jìn)行加熱處理時(shí)，由于試管直徑太小，上層低溫溶液與下層高溫溶液不能形成有效的對(duì)流。熱能只能按照常規(guī)能量流動(dòng)的方向由高能區(qū)域到低能區(qū)域。這種傳遞方式的低效率導(dǎo)致了試管的加熱屬性不佳，因此提高加熱效率的辦法便是使試管內(nèi)的溶液處于循壞狀態(tài)?？梢允褂玫降霓k法有兩種；一、 試管加粗：試管加粗程度太少的話對(duì)于對(duì)流的增加不明顯，而加粗太多的話可以利用燒杯進(jìn)行類比：為了形成對(duì)流需要進(jìn)行單側(cè)的加熱，而玻璃在單位面積受熱不均勻容易炸裂。綜上，對(duì)試管加粗法失效；二、 增加支管；既然太細(xì)的試管不能提供回流的空間，那么在試管的旁邊增加支管即可，同時(shí)為了使變形后的支管試管回流方便以及實(shí)用美觀，將支管改造成靠試管的直角三角形。下頁(yè)附圖：創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)完畢，