青岛3d打印服务:研究人员创建了用于化学教室的
发布时间:2020-04-17 09:09
  |  
点击数:

济南3D打印的教室采用印刷开辟了新的视野,为创建教学工具。尤其是理科老师,可以制作个性化的纳米结构模型以及诸如色度计之类的教育工具。但是还没有用于偏振计的3D打印设计,该设计可以测量偏振光通过旋光性溶液或物质后的旋转角度。来自Jagiellonian大学的PawełBernard和来自印第安那大学的 James D. Mendez –普渡大学哥伦布分校发表了一篇有关他们创建低成本3D打印旋光仪的论文。

 

他们写道:“ 青岛3D打印和简单的电子设备被用来创建适合各种化学课程的旋光仪。” “该设备可以使教师演示光学活动,而且易于使用且价格低廉,足以广泛用于学生。该仪器使用LED光源和3D打印底座中的检测器。通过旋转顶部,用户可以直观地检测亮度的变化,或者直接用万用表进行测量。”

旋光仪由样品室,单色光,位于样品前面和后面的可旋转偏振器组成。在“第二个滤镜”通过样品后,可以将其调整为旋转后的角度,以“最小化或最大化透射光”。

基本旋光仪原理图和工作原理。

高中和大学的教师通常使用高架投影来演示物质的光学活性,因为大多数常规旋光仪对于在学校实验室环境中使用来说太昂贵了。一位研究人员使用太阳镜和手机制造了一款免费的旋光仪,这非常适合演示,但不适用于学生实验。另一种便宜的旋光仪是使用鞋盒制造的,但不够耐用。

研究人员说:“因此,使用青岛3D打印技术是一个完美的解决方案。” “旋光仪的机身可以在合理的时间内印刷;塑料和电子产品的价格低廉,元件的实际组装相对简单。”

济南3D打印旋光仪示意图。

基本的旋光仪可以使用试管或3D打印的比色杯,并且光检测可以只用眼球观察,也可以使用低IR辐射敏感性光电二极管精确测量。两者都与低压,廉价LED兼容。底部的RBG二极管可插入4.5或5 V电池,或者可通过简单电路使用标准9 V电池。

9 V电源电路原理图。

“在结构中,使用了两层偏振滤光片(偏振膜)。这是一种低成本的,可商购的材料,用于制造3D打印眼镜等。” Bernard和Mendez解释说。“我们的经验表明,识别穿过样品的光的最低(而不是最高)强度更容易;因此,我们建议安排两层偏振膜旋转90°。在没有样品或没有光学非活性物质样品的中性位置(0°角)的这种设置中,它是黑暗的,显示出最低的光强度。 

“使用试管作为样品容器的设备结构更简单,但使用中也存在更多问题。试管的底部将光散射。通常,光斑的中心较暗,但周围有无偏光环。”

试管不能确保在最小光点时完全停电,因此使用平底的3D打印容器是有用的。研究人员用烟台3D打印出了黑色的ABS和PLA灯丝中的元素,以确保稳定的光读数。使用PVA支架和双挤出机打印机对转杯和主体进行3D打印服务

(a)使用3D打印的比色皿旋光仪,并在零位安装光电二极管检测器(最小信号); (b)使用青岛3D打印公司的试管旋光仪(最大信号);(c)运行3D打印试管旋光仪(最小信号);(d)操作3D打印的比色皿旋光仪(最大信号);(e)使用3D打印的比色皿旋光仪(最小信号)。

研究人员使用3D打印旋光仪对波兰的50名高中化学学生和美国的15名有机化学大学学生进行了测试。他们以2-3组工作,首先使用纯液体,然后使用水溶液进行测量。它快速且易于使用-学生可以在不到一分钟的时间内更改样品并调整瓶盖旋转,尽管必须告知他们针对不同物质旋转工具的方式,例如“该设备在两个方向上均获得相同的读数(90 °= -270°)。”

“还建议调整样品溶液的浓度和光程长度,以使读数在提供的旋转刻度范围内(从-180°到+ 180°)。使用测量的旋转和简单的数学关系,学生可以计算物质的特定旋转。”研究人员说。

学生使用(R)-柠檬烯,果糖和蔗糖,并通过视觉和3D打印旋光仪进行初始测量,借助其RBG二极管,他们可以进行三种颜色的测量。他们对样品进行了4到6次测量,然后对水溶液进行了膨胀。

“结果是讨论旋光色散现象的起点。研究人员说:“计算这些物质的比旋度是一项家庭作业,这是老师在随后的课程中证实的。”

蔗糖水溶液在0.05-0.35 g·mL浓度范围内的旋转测量值,用3D打印旋光仪测量一系列的红,绿,蓝光,并伴随着使用钠灯589 nm的商业旋光仪的结果。

在另一个项目中,讲师准备了组装旋光仪所需的所有材料的套件,包括面包板和3D打印体。波兰的16个化学专业学生和4名美国本科生组成了该设备,成对工作,没有人以前有使用面包板或建造测量设备的经验。但是他们在老师的帮助下遵循了详细的说明,并在不到一小时的时间内成功构建了旋光仪。