从TRIZ理论看化学加热仪器.docx

从TRIZ理论看化学加热仪器年级： 大 一 专业： 化 学 学号： 1253912 姓名： 王稼先 摘要：自化学从迷信和魔法正式转化成一门登堂入室的专业学科开始，试管作为化学最基础的实验加热器材之一，出现在从最基础的化学实验室到表现主人公内行的银幕上，承担了包括实际加热和展示等多种用途。以至于提到化学最先出现在人们思维中的便是装满了各种颜色溶液的试管。但是对于发展到今天的化学来说，有很多种实验的要求已经不是普通的试管可以满足，在高温或高转速的转子摩擦下，普通试管往往易碎或加热缓慢而难以满足实验者需求，对于高层次可以取得更好资源的实验者来说，可以利用更多更优质的仪器如马弗炉来满足实验需求。但是对于低端或者初次接触化学的实验者来说，很难使用到也没有必要使用到极为高端的实验用具，同时使用试管这种仪器对化学知识的普及和实验者的安全构成了负面的推进作用。于是，一种安全，简易并且加热方便的化学加热仪器的出现对于化学的进一步发展至关重要。关键词： TRIZ理论 化学 试管为了对问题的解决程序化，在这里我们先对问题进行抽象化，然后利用TRIZ理论求解；试管；透明的少量液体或固体盛装器具，半椭圆筒状，可承受中低温以下的加热处理。属性分析；透明：为了方便查看反应物的反应状况；半椭圆筒状：实验者空手持握或者用仪器固定的适合形状；中低温以下加热；试管材料限制，高温易软化或融化；加热速度慢；玻璃是共价化合物构成的晶体，传热属性不佳；易碎：玻璃的韧性差；从以上分析可以看出；常用试管的问题：加热慢，易碎。其根源主要是由于试管的制作材料——玻璃自身属性的限制所导致，根据问题属性可以将“易碎”归类为物理矛盾，将“加热”归类为加热器与试管之间的技术问题。经过筛选之后，得到多种解答办法：复合材料原理、廉价替代品原理、组合原理；首先考虑复合材料原理，这种材料要求透明、坚硬、耐高温以及廉价易得，经过筛选选择出最佳样品为COC环状烯烃共聚高分子塑料，满足透明和坚硬的条件，但是不够廉价且形变温度为170摄氏度。理论上可以适用于低端非加热且无有机溶剂的实验，满足低端实验室做高端反应的要求。另外两种筛选出的样品分别为PC和PES聚合塑料，但两者透明度不高，同时后者为褐色材料，容易对实验的结果产生误导和影响。综上，在复合材料原理中我们主要检索了聚合有机物部分，但同时未找到非常合适的材料。接下来考虑廉价替代品，在这个原理中主要选取了陶瓷纤维纸和廉价的透明塑料（作为一次性用品来考虑），纤维纸的硬度，柔韧性，抗形变性等物理组成属性满足需求，但由于其化学组成硅酸盐令其外观呈现白色同时抗热性导致加热能力的降低，所以该材料制作的试管可以提供在不用加热或需要温度变化缓慢的性质检测反应中。普通塑料性质较差不予考虑。组合原理，对玻璃试管进行加厚处理，使其除导热性之外的属性增加，在这里我们重新对问题进行规划，将传热性和强度两个属性归为技术矛盾，在对试管使用组合原理的情况下调整传热性。玻璃试管的传热性不佳主要是由于当实验者对试管进行加热处理时，由于试管直径太小，上层低温溶液与下层高温溶液不能形成有效的对流。热能只能按照常规能量流动的方向由高能区域到低能区域。这种传递方式的低效率导致了试管的加热属性不佳，因此提高加热效率的办法便是使试管内的溶液处于循坏状态。可以使用到的办法有两种；试管加粗：试管加粗程度太少的话对于对流的增加不明显，而加粗太多的话可以利用烧杯进行类比：为了形成对流需要进行单侧的加热，而玻璃在单位面积受热不均匀容易炸裂。综上，对试管加粗法失效；增加支管；既然太细的试管不能提供回流的空间，那么在试管的旁边增加支管即可，同时为了使变形后的支管试管回流方便以及实用美观，将支管改造成靠试管的直角三角形。下页附图：创新方案设计完毕，本次设计中用到三种TRIZ理论，经过筛选排除前两种理论设计出的有缺陷方案，然后在技术矛盾的思想方法指导下对强度和导热性这两个属性同时处理，最后得出理论上的最佳方案。