PL244866B1

PL244866B1 - Station for magnetic field-induced synthesis

Info

Publication number: PL244866B1
Application number: PL435602A
Authority: PL
Inventors: Marcin Krajewski; Łukasz Andrzej Cichacki
Original assignee: Inst Podstawowych Problemow Techniki Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2024-03-18
Also published as: PL435602A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko do syntezy indukowanej polem magnetycznym posiadające podstawę oraz przytwierdzone do niej dwa jednakowe uchwyty na magnesy ustawione do siebie równolegle, charakteryzujące się tym, że podstawa (1) składa się z części środkowej zawierającej wydzieloną strefę umieszczenia płaskodennego reaktora cylindrycznego ograniczoną podwyższonymi brzegami (4) oraz z dwóch części bocznych do mocowania uchwytów na magnesy (2 i 3), które to uchwyty (2 i 3) składają się odpowiednio z oprawy magnesu zawierającej zakładkę zabezpieczającą (5) oraz z podstawy uchwytu o kształcie zbliżonym do trapezu i zawierającej otwór, w który wpasowane są śruby (6 i 7), przy czym zakładka zabezpieczająca (5) jest umieszczana w części czołowej oprawy magnesu skierowanej ku części środkowej podstawy (1), natomiast z przeciwnej strony uchwyty (2 i 3) zabezpieczone są płaskownikami (8), przy czym uchwyty (2 i 3) są mocowane do podstawy (1) stanowiska poprzez śruby (6 i 7) zakończone pokrętłami (9 i 10) oraz połączeniem ślizgowym pryzmatycznym wytworzonym między wcięciem podstawy uchwytu a częścią boczną podstawy (1).The subject of the invention is a station for magnetic field-induced synthesis having a base and two identical magnet holders attached to it, placed parallel to each other, characterized by the fact that the base (1) consists of a central part containing a separate zone for placing a flat-bottomed cylindrical reactor limited by raised edges ( 4) and two side parts for mounting magnet holders (2 and 3), which holders (2 and 3) consist of a magnet holder with a securing tab (5) and a holder base with a trapezoidal shape and a hole, respectively , into which the screws (6 and 7) are fitted, the securing tab (5) is placed in the front part of the magnet holder facing the central part of the base (1), while on the opposite side the handles (2 and 3) are secured with flat bars (8 ), whereby the handles (2 and 3) are attached to the base (1) of the station by screws (6 and 7) ending with knobs (9 and 10) and a prismatic sliding connection created between the notch of the handle base and the side part of the base (1).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko do syntezy indukowanej polem magnetycznym znajdujące zastosowanie w laboratoriach chemicznych i składające się z podstawy oraz przytwierdzonych do niej dwóch jednakowych uchwytów na magnesy ustawione do siebie równolegle o regulowanej odległości między nimi.The subject of the invention is a station for magnetic field-induced synthesis used in chemical laboratories and consisting of a base and two identical magnet holders attached to it, placed parallel to each other with an adjustable distance between them.

Proces syntezy indukowanej polem magnetycznym (z ang. magnetic-field-induced synthesis) jest stosowany w laboratoriach chemicznych do wytwarzania magnetycznych kryształów w skali makroi nanometrycznej, które wykazują silną anizotropię związaną z ich łańcucho-podobnym kształtem. W dokumencie US8152893 B2 ujawniono, że w syntezie tej jednym z kluczowych parametrów jest obecność zewnętrznego pola magnetycznego, które jest odpowiedzialne za kierunek wzrostu kryształów. Jego źródłem może być elektromagnes lub pole magnetyczne z pojedynczego magnesu stałego bądź indukowane pole magnetyczne między dwoma magnesami stałymi. Niewątpliwą zaletą zastosowania elektromagnesu jest możliwość sterowania natężeniem pola magnetycznego poprzez zmianę prądu płynącego przez cewkę, natomiast jego główną wadą jest niejednorodność pola. Jednak w przypadku zastosowania magnesów stałych również istnieje możliwość regulacji natężenia pola, którą można zrealizować poprzez dobór odpowiedniej odległości pomiędzy użytymi magnesami. Ponadto generowane w ten sposób pole jest bardziej jednorodne niż w przypadku zastosowania elektromagnesu, ponieważ źródło indukowanego pola jest stałe.The process of magnetic-field-induced synthesis is used in chemical laboratories to produce magnetic crystals on the macro and nanometer scale, which exhibit strong anisotropy related to their chain-like shape. Document US8152893 B2 discloses that in this synthesis, one of the key parameters is the presence of an external magnetic field, which is responsible for the direction of crystal growth. Its source may be an electromagnet or a magnetic field from a single permanent magnet, or an induced magnetic field between two permanent magnets. The undoubted advantage of using an electromagnet is the ability to control the magnetic field intensity by changing the current flowing through the coil, but its main disadvantage is the non-uniformity of the field. However, when permanent magnets are used, it is also possible to adjust the field intensity, which can be achieved by selecting the appropriate distance between the magnets used. Moreover, the field generated in this way is more uniform than when using an electromagnet, because the source of the induced field is constant.

Z opisu patentowego PL211252 B1 znany jest przyrząd do wytwarzania pola magnetycznego o regulowanej indukcji, posiadający dwa, pionowe wsporniki, między którymi wbudowane są dwa, prostopadłościenne magnesy trwałe, skierowane do siebie przeciwnymi biegunami N, S i osadzone w oprawach połączonych ze śrubowym zespołem dystansowym. Wspomniany zespół dystansowy ma dwie, łożyskowane końcami w pionowych wspornikach śruby pociągowe, dolną i górną, każda z wykonanymi na połowach długości przeciwnie skrętnymi gwintami, z którymi współpracują połączone z każdą z opraw magnesu trwałego dwie nakrętki, górna i dolna. Przy czym końce obu śrub pociągowych przy jednym ze wsporników sprzężone są przekładnią bezpoślizgową o przełożeniu 1:1, korzystnie przekładnią łańcuchową, a przy drugim wsporniku koniec jednej ze śrub pociągowych połączony jest z zespołem napędowym, ponad to w środku między przeciwnie skrętnymi gwintami, nad dolną śrubą pociągową zabudowany jest stolik próbki.From the patent description PL211252 B1 there is known a device for generating a magnetic field with adjustable induction, having two vertical supports, between which two rectangular permanent magnets are built, directed towards each other with opposite N and S poles and embedded in housings connected to a screw spacer unit. The above-mentioned spacer assembly has two lower and upper lead screws, bearing their ends in vertical supports, each with counter-rotating threads made at half their length, which are operated by two upper and lower nuts connected to each of the permanent magnet holders. The ends of both lead screws at one of the supports are coupled with a non-slip gear with a ratio of 1:1, preferably a chain transmission, and at the other support the end of one of the lead screws is connected to the drive unit, moreover, in the middle between the oppositely helical threads, above the lower The sample stage is built with a lead screw.

Celem wynalazku jest zapewnienie nowej konstrukcji stanowiska do syntezy indukowanej polem magnetycznym umożliwiającej zmianę wartości natężenia indukowanego pola magnetycznego oraz przy jednoczesnym zachowaniu jednorodności pola magnetycznego podczas procesu reakcji.The purpose of the invention is to provide a new design of a station for magnetic field-induced synthesis that allows changing the value of the induced magnetic field while maintaining the uniformity of the magnetic field during the reaction process.

Istotą wynalazku jest stanowisko do syntezy indukowanej polem magnetycznym posiadające podstawę oraz przytwierdzone do niej dwa jednakowe uchwyty na magnesy ustawione do siebie równolegle, charakteryzujące się tym, że podstawa składa się z części środkowej zawierającej wydzieloną strefę umieszczenia płaskodennego reaktora cylindrycznego ograniczoną podwyższonymi brzegami oraz z dwóch części bocznych do mocowania uchwytów na magnesy, które to uchwyty składają się odpowiednio z oprawy magnesu zawierającej zakładkę zabezpieczającą oraz z podstawy uchwytu o kształcie zbliżonym do trapezu i zawierającej otwór, w który wpasowane są śruby, przy czym zakładka zabezpieczająca jest umieszczana w części czołowej oprawy magnesu skierowanej ku części środkowej podstawy, natomiast z przeciwnej strony uchwyty zabezpieczone są płaskownikami, przy czym uchwyty są mocowane do podstawy stanowiska poprzez śruby zakończone pokrętłami oraz połączeniem ślizgowym pryzmatycznym wytworzonym między wcięciem podstawy uchwytu a częścią boczną podstawy.The essence of the invention is a station for magnetic field-induced synthesis having a base and two identical magnet holders attached to it, placed parallel to each other, characterized by the fact that the base consists of a central part containing a separate zone for placing a flat-bottomed cylindrical reactor limited by raised edges and two parts side for mounting magnet holders, which holders consist of a magnet holder with a securing tab and a trapezoid-shaped holder base with a hole into which screws are fitted, with the securing tab placed in the front part of the magnet holder facing towards the central part of the base, while on the opposite side the handles are secured with flat bars, and the handles are attached to the base of the station by screws ending with knobs and a prismatic sliding connection created between the notch of the handle base and the side part of the base.

Korzystnie podstawa oraz uchwyty wykonane są z materiałów niemagnetycznych o wysokiej sztywności, korzystnie wybranych z grupy obejmującej aluminium, mosiądz, brąz aluminiowy, duraluminium, drewno dębowe, szkło akrylowe.Preferably, the base and handles are made of non-magnetic materials with high stiffness, preferably selected from the group consisting of aluminum, brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood, acrylic glass.

Korzystnie płaskowniki są wykonane z materiału nieferromagnetycznego o wysokiej sztywności, korzystne wybranego z grupy obejmującej aluminium, mosiądz, brąz aluminiowy, duraluminium, drewno dębowe, szkło akrylowe.Preferably, the flat bars are made of a non-ferromagnetic material with high stiffness, preferably selected from the group consisting of aluminum, brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood, acrylic glass.

Korzystnie śruby są wykonane z mosiądzu.Preferably the screws are made of brass.

Korzystnie kąt nachylenia połączenia ślizgowego pryzmatycznego wynosi 60,00°.Preferably, the angle of inclination of the prismatic sliding joint is 60.00°.

Korzystnie minimalna grubość ścianek oprawy magnesu uchwytów wynosi 9,5 mm.Preferably, the minimum wall thickness of the holder magnet housing is 9.5 mm.

Korzystnie minimalna szerokość zakładek zabezpieczających wynosi 6 mm.Preferably, the minimum width of the securing tabs is 6 mm.

Przedmiotowy wynalazek dostarcza następujących korzyści:The present invention provides the following advantages:

• rozwiązuje problem niejednorodności pola magnetycznego podczas procesu reakcji;• solves the problem of non-uniformity of the magnetic field during the reaction process;

• zapewnia możliwość zmiany wartości natężenia indukowanego pola magnetycznego poprzez z mianę odległości między uchwytami z stosowanymi magnesami stałymi;• provides the possibility of changing the intensity of the induced magnetic field by changing the distance between the holders with permanent magnets;

• zapewnia miejsce na reaktory o różnej wielkości;• provides space for reactors of various sizes;

• zapewnia możliwość stosowania magnesów o różnej indukcji magnetycznej;• allows the use of magnets with different magnetic induction;

• zapewnia możliwość korzystania z magnesów o różnych rozmiarach poprzez wykonanie uchwytów o odpowiednich rozmiarach.• ensures the possibility of using magnets of different sizes by making holders of appropriate sizes.

Wynalazek przedstawiono w przykładowym wykonaniu na Fig. 1-4, na którym Fig. 1 przedstawia widok przestrzenny pełnego stanowiska według wynalazku; Fig. 2 przedstawia przekrój rzutu bocznego pełnego stanowiska według wynalazku; Fig. 3 przedstawia rzuty pojedynczego uchwytu, gdzie A) oznacza rzut pionowy, a B) rzut boczny; Fig. 4 przedstawia przekrój poprzeczny przez część boczną podstawy stanowiska według wynalazku.The invention is shown in an exemplary embodiment in Figs. 1-4, in which Fig. 1 shows a three-dimensional view of a complete station according to the invention; Fig. 2 shows a cross-sectional side view of the complete station according to the invention; Fig. 3 shows views of a single handle, where A) is a vertical view and B) is a side view; Fig. 4 shows a cross-section through the side part of the base of the station according to the invention.

Przykład 1Example 1

Stanowisko do syntezy indukowanej polem magnetycznym według wynalazku zawiera podstawę 1 oraz przytwierdzone do niej dwa jednakowe uchwyty 2 i 3 na magnesy stałe ustawione do siebie równolegle (Fig. 1 oraz Fig. 2).The station for magnetic field-induced synthesis according to the invention includes a base 1 and two identical holders 2 and 3 for permanent magnets attached to it, placed parallel to each other (Fig. 1 and Fig. 2).

W tym nieograniczającym przykładzie wykonania podstawa 1 oraz uchwyty 2 i 3 są wykonane z aluminium, natomiast do wykonania tych elementów można korzystnie stosować także inne niemagnetyczne materiały o wysokiej sztywności, takie jak np. mosiądz, brąz aluminiowy, duraluminium, drewno dębowe czy szkło akrylowe.In this non-limiting embodiment, the base 1 and the handles 2 and 3 are made of aluminum, while other non-magnetic materials with high stiffness can also be advantageously used to make these elements, such as e.g. brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood or acrylic glass.

Podstawa 1 składa się z części środkowej zawierającej wydzieloną strefę umieszczenia płaskodennego reaktora cylindrycznego ograniczoną podwyższonymi brzegami 4 oraz z dwóch części bocznych do mocowania uchwytów na magnesy 2 i 3 (Fig. 1 oraz Fig. 2). Przy czym, wspomnianym reaktorem może być każde płaskodenne naczynie laboratoryjne szklane lub plastikowe np. zlewka, kolba, fiolka.The base 1 consists of a central part containing a separate zone for placing a flat-bottomed cylindrical reactor limited by raised edges 4 and two side parts for mounting magnet holders 2 and 3 (Fig. 1 and Fig. 2). The said reactor can be any flat-bottomed glass or plastic laboratory vessel, e.g. a beaker, flask, vial.

W tym nieograniczającym przykładzie wykonania zastosowano reaktor cylindryczny stanowi szklana kolba o podstawie w kształcie koła o średnicy (0) 105 mm. Natomiast podwyższone brzegi 4 są podwyższone na wysokość 11,5 mm, a ich zadaniem jest stabilizacja reaktora podczas reakcji.In this non-limiting embodiment, the cylindrical reactor is a glass flask with a circular base with a diameter of (0) 105 mm. However, the raised edges 4 are raised to a height of 11.5 mm and their task is to stabilize the reactor during the reaction.

Uchwyty 2 i 3 składają się odpowiednio z oprawy magnesu a zawierającej zakładkę zabezpieczającą 5 (Fig. 1) oraz z podstawy uchwytu b o kształcie zbliżonym do trapezu i zawierającej otwór c (Fig. 3), w który wpasowane są śruby 6 i 7.The holders 2 and 3 consist, respectively, of a magnet holder a containing a securing tab 5 (Fig. 1) and of a holder base b with a trapezoidal shape and containing a hole c (Fig. 3) into which screws 6 and 7 are fitted.

Znajduje się zastosowanie uchwytów 2 i 3 o różnych wysokościach, szerokościach i grubościach w zależności od zastosowanego magnesu. W tym nieograniczającym przykładzie wykonania wysokość całego uchwytu tj. oprawy magnesu a oraz podstawy uchwytu b wynosi 140 mm, przy czym wysokość oprawy magnesu a wynosi 120 mm a wysokość podstawy uchwytu b wynosi 20 mm; szerokość oprawy magnesu a wynosi 120 mm, a podstawy uchwytu b wynosi 70 mm; grubość oprawy magnesu a wynosi 16 mm, a podstawy uchwytu b wynosi 35 mm.There are holders 2 and 3 with different heights, widths and thicknesses depending on the magnet used. In this non-limiting embodiment, the height of the entire holder, i.e. the magnet holder a and the holder base b, is 140 mm, with the height of the magnet holder a being 120 mm and the height of the holder base b being 20 mm; the width of the magnet holder a is 120 mm and the width of the holder base b is 70 mm; the thickness of the magnet holder a is 16 mm and the thickness of the holder base b is 35 mm.

Jak wskazano na Fig. 1, fronty uchwytów 2 i 3 są wyposażone w zakładki zabezpieczające 5, które zabezpieczają i wstrzymują magnesy umieszczane w oprawach a uchwytów 2 i 3. Przy czym, zakładka zabezpieczająca 5 jest umieszczana w części czołowej oprawy magnesu a skierowanej ku części środkowej podstawy 1, natomiast z przeciwnej strony uchwyty 2 i 3 zabezpieczone są płaskownikami 8.As indicated in Fig. 1, the fronts of the holders 2 and 3 are equipped with safety tabs 5, which secure and retain the magnets placed in the holders a of the holders 2 and 3. The safety tab 5 is placed in the front part of the magnet holder a facing the part middle base 1, while on the opposite side the handles 2 and 3 are secured with flat bars 8.

W tym nieograniczającym przykładzie wykonania szerokość zakładek zabezpieczających 5 wynosi 6 mm. Przy czym, przez szerokość zakładek rozumiany jest wymiar zawarty między linią przerywaną a linią ciągłą wskazany na Fig. 3.In this non-limiting embodiment, the width of the securing tabs 5 is 6 mm. The width of the overlaps is understood as the dimension between the dashed line and the solid line indicated in Fig. 3.

Ponadto w tym nieograniczającym przykładzie wykonania uchwyty 2 i 3 są zabezpieczane od tyłu aluminiowymi płaskownikami 8 (widocznym na Fig. 1 dla uchwytu 2), przykręcanymi do uchwytów 2 i 3 w celu przytrzymania i stabilizacji pozycji magnesu w uchwycie. Choć w tym przykładzie wykonania zastosowano aluminium, to do wytworzenia płaskowników 8 można stosować także inne materiały nieferromagnetyczne o wysokiej sztywności (np. mosiądz, brąz aluminiowy, duraluminium, drewno dębowe, szkło akrylowe). Przy czym, przy doborze materiału płaskownika 8 należy uwzględnić wybór materiału podstawy 1 oraz uchwytów 2 i 3, ponieważ płaskowniki 8 są wykonane z tego samego materiału co podstawa 1 oraz uchwyty 2 i 3.Furthermore, in this non-limiting embodiment, the holders 2 and 3 are secured from behind with aluminum flat bars 8 (seen in Fig. 1 for the holder 2) screwed to the holders 2 and 3 to hold and stabilize the position of the magnet in the holder. Although aluminum is used in this embodiment, other non-ferromagnetic materials with high stiffness (e.g. brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood, acrylic glass) can also be used to produce the flat bars 8. However, when selecting the material of the flat bar 8, the choice of the material of the base 1 and the handles 2 and 3 should be taken into account, because the flat bars 8 are made of the same material as the base 1 and the handles 2 and 3.

Uchwyty 2 i 3 są mocowane do podstawy 1 stanowiska poprzez śruby 6 i 7 (Fig. 1 oraz Fig. 4) zakończone pokrętłami 9 i 10 oraz połączeniem ślizgowym pryzmatycznym wytworzonym między wcięciem podstawy uchwytu c a częścią boczną podstawy 1. W tym przykładzie wykonania stosuje się mosiężne śruby 6 i 7.The handles 2 and 3 are attached to the base 1 of the station by screws 6 and 7 (Fig. 1 and Fig. 4) ending with knobs 9 and 10 and a prismatic sliding connection created between the notch of the handle base c and the side part of the base 1. In this embodiment, a brass screws 6 and 7.

W tym przykładzie wykonania wiązanie między podstawą 1 a uchwytami 2 i 3 jest stabilizowane za pomocą odpowiedniego wcięcia podstawy uchwytu w postaci połączenia ślizgowego pryzmatycznego o kącie nachylenia 60,00° (Fig. 4). Drugim z powodów zastosowania tego wiązania jest ograniczenie możliwości zniszczenia stanowiska, które może mieć miejsce w przypadku użycia magnesów o dużej sile wzajemnego przyciągania się.In this embodiment, the bond between the base 1 and the handles 2 and 3 is stabilized by means of an appropriate indentation of the handle base in the form of a prismatic sliding joint with an inclination angle of 60.00° (Fig. 4). The second reason for using this bond is to limit the possibility of destruction of the station, which may occur when magnets with a high mutual attraction force are used.

Natomiast regulacja odległości między uchwytami z magnesami jest możliwa za pomocą pokręteł 9 i 10, które powodują odpowiednio przesunięcie uchwytów 2 i 3, co wpływa na zmianę wartości natężenia pola magnetycznego generowanego między użytymi magnesami stałymi.However, the distance between the holders with magnets can be adjusted using knobs 9 and 10, which cause the holders 2 and 3 to be moved, respectively, which affects the change in the value of the magnetic field intensity generated between the permanent magnets used.

Przykład 2Example 2

Stanowisko do syntezy indukowanej polem magnetycznym jak w przykładzie 1, z tym, że grubość oprawy magnesu a każdego z uchwytów 2 i 3 wynosi 9,5 mm.Station for synthesis induced by a magnetic field as in example 1, except that the thickness of the magnet holder and each of the holders 2 and 3 is 9.5 mm.

Claims

1. A station for magnetic field-induced synthesis having a base and two identical magnet holders attached to it, placed parallel to each other, characterized in that the base (1) consists of a central part containing a separate zone for placing a flat-bottomed cylindrical reactor limited by raised edges (4) and two side parts for mounting magnet holders (2 and 3), which holders (2 and 3) consist of a magnet holder (a) with a securing tab (5) and a holder base (b) with a shape similar to trapezoid and containing a hole (c) into which screws (6 and 7) are fitted, with the securing tab (5) being placed in the front part of the magnet holder (a) directed towards the central part of the base (1), while on the opposite side there are handles (2 and 3) are secured with flat bars (8), and the handles (2 and 3) are attached to the base (1) of the station by screws (6 and 7) ending with knobs (9 and 10) and a prismatic sliding connection created between the notch of the base handle (c) and the side part of the base (1).

2. Position according to claim 1, characterized in that the base (1) and the handles (2 and 3) are made of non-magnetic materials with high stiffness, preferably selected from the group consisting of aluminum, brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood, acrylic glass.

3. Position according to claim 1 and 2, characterized in that the flat bars (8) are made of a non-ferromagnetic material with high stiffness, preferably selected from the group consisting of aluminum, brass, aluminum bronze, duralumin, oak wood, acrylic glass.

4. A station according to any of the preceding claims. from 1 to 3, characterized in that the screws (6 and 7) are made of brass.

5. A station according to any of the preceding claims. from 1 to 4, characterized in that the angle of inclination of the prismatic sliding connection is 60.00°.

6. A station according to any of the preceding claims. from 1 to 5, characterized in that the minimum thickness of the walls of the magnet holder (a) and holders (2 and 3) is 9.5 mm.

7. A station according to any of the preceding claims. from 1 to 6, characterized in that the minimum width of the securing tabs (5) is 6 mm.