[發明專利]一種水滴凍結核測量裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201810228320.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108490021A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 陳魁;楚志剛;胡正華;蔣惠;何川;陳景華
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 韓蓮

本發明屬于在大氣物理和人工影響天氣研究中使用的設備和方法領域，具體涉及一種水滴凍結核測量裝置及實驗方法，包括冷凝板、納米超疏水性涂層、支撐體、CCD相機以及微型計算機；支撐體設于冷凝板上，支撐體與冷凝板共同形成實驗腔室；支撐體在實驗腔室一側的設有保護氣進口，另一側的設有保護氣出口；納米超疏水性涂層設于冷凝板上并位于冷凝板與支撐板的接觸面上；CCD相機設于支撐體的上端并位于實驗腔室的上端；CCD相機連接于微型計算機，微型計算機能獲取CCD相機中存儲的信息；冷凝板連接于微型計算機，微型計算機能控制冷凝板降溫，并精確獲得冷凝板的溫度變化。其有效提高水滴凍結核測量準確性和精準度。

技術領域

本發明屬于在大氣物理和人工影響天氣研究中使用的設備和方法領域，具體涉及一種水滴凍結核測量裝置及實驗方法。

背景技術

大氣中水的三態可以相互轉化，在成云致雨過程中起著重要作用,其中汽態和液態水向固態(冰)的轉化稱為冰核化。冰核化一直是云和降水物理的重要研究課題,一方面因為冰相在降水過程中扮演十分重要的角色,另一方面使用催化劑促使云中產生冰晶以啟動貝吉龍過程或提高降水效率,是當前人工增雨的主要途徑。實驗研究表明，水滴的異質凍結既與所含冰核有關，又包含一定的隨機過程。研究凍結核化對云、降水和氣候效應有著重要的意義；只有準確獲得凍結核的基礎數據是才能更準確的、更好的開展云物理和人工影響天氣研究。因此，國內外都開展了凍結核研究，特別是我國的楊紹忠和酆大雄制作了“一個檢測水中凍結核含量的新裝置”，為凍結核研究提供了很好的研究平臺。

隨著研究的深入，發現楊紹忠和酆大雄制作的裝置，雖然能測定水滴凍結核數據，但是，測量情況與實際大氣中水滴凍結存在一定差距，造成了測量值與真實大氣水滴凍結核值的誤差。誤差產生的主要原因是水滴與冷凝板接觸后，由于冷凝板的親水性和水的粘性，導致球形水滴，形變成半扁橢圓形；而真實大氣中水滴是在空中凍結，水滴凍結基本在球形狀況下凍結。這樣真實大氣凍結核的數據與現有測量儀器獲得的數據產生了誤差。這樣對研究核化過程、云的形成和降水等，造成了一系列誤差。為了避免這種誤差或者降低這種實驗值與真實值的誤差，大氣研究者和工作者們迫切希望獲得一種新的測量水滴凍結核裝置，使得水滴凍結接觸角增大，水滴凍結與真實大氣中水滴凍結類似，從而獲得測量值與真實值一致的結果。

發明內容

本發明提供一種水滴凍結核測量裝置及實驗方法，其有效提高水滴凍結核測量精準度。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為，一種水滴凍結核測量裝置，包括冷凝板、納米超疏水性涂層、支撐體、CCD相機以及微型計算機；支撐體設于冷凝板上，支撐體與冷凝板共同形成實驗腔室；支撐體在實驗腔室一側的設有保護氣進口，另一側的設有保護氣出口；納米超疏水性涂層設于冷凝板上并位于冷凝板與支撐板的接觸面上；CCD相機設于支撐體的上端并位于實驗腔室的上端；CCD相機連接于微型計算機，微型計算機能獲取CCD相機中存儲的信息；冷凝板連接于微型計算機，微型計算機能控制冷凝板降溫并獲得溫度數據。

作為本發明改進的技術方案，納米超疏水性涂層包括如下重量份的各物質：

聚甲基丙烯酸甲酯 1份

疏水性SiO₂納米粒子 1份

四氫呋喃 98份。

作為本發明改進的技術方案，納米超疏水性涂層是采用如下步驟制備而成：對疏水性SiO₂納米粒子預處理：將配比量的聚甲基丙烯酸甲酯與疏水性SiO₂納米粒子混合均勻，得到預處理混合物；溶解混合：將配比量的四氫呋喃與預處理混合物攪拌均勻，并采用超聲波分散處理10min。

作為本發明改進的技術方案，納米超疏水性涂層是通過如下方式設于冷凝板上，包括如下步驟：預噴涂，將納米超疏水性涂層噴涂于基板的表面；固化，將噴涂有納米超疏水性涂層的基板置于干燥箱中，于100℃下干燥4h；組裝，自然冷卻基板后，將基板安裝于冷凝板與支撐體接觸的一面。