[发明专利]一种激光加热微反应器及加热方法

说明书

本发明属于微反应器技术领域，公开了一种激光加热微反应器及加热方法，包括基体，基体内具有微通道，基体两侧分别具有流体入口和流体出口，微通道与流体入口和流体出口相连，流体通过流体入口进入微通道，通过流体出口流出，基体由透明陶瓷材料制成，微反应器包括激光加热系统，激光加热系统包括激光器，激光器发射激光到微反应器内，对加热位点的流体进行加热，加热位点为中空球形结构。激光直接作用在微通道上的加热位点对微通道内的流体进行加热或激光器发射的激光激发透明陶瓷微反应器基体，基体中掺杂的稀土离子或过渡金属离子吸收激光后产生热量，通过热传导对微通道内加热位点的流体进行加热。本发明具有加热精准、快速，耐高温的优点。

技术领域

本发明属于微反应器技术领域，尤其涉及一种激光加热微反应器及加热方法。

背景技术

微反应器具有丰富的微米尺寸通道，其应用于化工合成，具有设备微型化，过程集成化、安全性高、生产灵活的特点。目前微反应器的材质主要有玻璃、碳化硅陶瓷和不锈钢，玻璃具有良好的透明性但是其耐腐蚀性能较差，碳化硅陶瓷具有强耐腐蚀性能但是其不具有透明性，无法全方位的观察反应过程，不锈钢材料不透明且耐腐蚀性能差。综上，现有的微反应器基材不能承受1000℃以上高温，对于例如化工合成纳米材料等工艺无法实现高温精准加热。

发明内容

本发明目的在于提供一种激光加热微反应器及加热方法，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种激光加热微反应器及加热方法的具体技术方案如下：

一种激光加热微反应器，包括基体，基体内具有微通道，基体两侧分别具有流体入口和流体出口，微通道与流体入口和流体出口相连，流体通过流体入口进入微通道，通过流体出口流出，所述基体由透明陶瓷材料制成，所述微反应器包括激光加热系统，所述激光加热系统包括激光器，所述激光器发射激光到微反应器内，对加热位点的流体进行加热，所述加热位点为中空球形结构。

进一步的，所述中空球形结构的直径为微通道平均管径的2-5倍。

进一步的，所述激光器发射激光直接作用在微通道上的加热位点对微通道内的流体进行加热。

进一步的，所述激光器发射的激光激发透明陶瓷微反应器基体，基体中掺杂的稀土离子或过渡金属离子吸收激光后产生热量，通过热传导对微通道内加热位点的流体进行加热。

进一步的，所述透明陶瓷材料为钇铝石榴石、钇镓石榴石、铽铝石榴石、铽镓石榴石、镁铝尖晶石、氧化铝、氧化钇、氧化镓陶瓷中的一种或两种。

进一步的，所述激光器位置可调。

一种激光加热微反应器的激光加热方法，包括如下步骤：

步骤1：选取钇铝石榴石、钇镓石榴石、铽铝石榴石、铽镓石榴石、镁铝尖晶石、氧化铝、氧化钇、氧化镓陶瓷中的一种或两种，作为微反应器的基体材料，制备微反应器；

步骤2：激光器采用980nm的150mW半导体激光器；

步骤3：激光被微通道内加热位点处的流体所吸收，直接加热流体。

一种激光加热微反应器的激光加热方法，包括如下步骤：

步骤1：选取钇铝石榴石、钇镓石榴石、铽铝石榴石、铽镓石榴石、镁铝尖晶石、氧化铝、氧化钇、氧化镓陶瓷中的一种或两种，并在选取的陶瓷材料内部掺杂铈离子，作为微反应器的基体材料，制备铈掺杂微反应器；

步骤2：激光器采用450nm的150mW半导体激光器；

步骤3：铈掺杂镥铝石榴石微反应器吸收450nm的激光，并将450nm的激光转换为530nm的荧光，同时转换过程中的能量亏损以热能形式释放并以最短路径传导至加热位点，530nm荧光与热能传导路径一致到达加热位点，被流体所吸收，光能转换为热能，实现加热。

本发明的一种激光加热微反应器及加热方法具有以下优点：