從TRIZ理論看化學加熱儀器.docx

從TRIZ理論看化學加熱儀器年級： 大 一 專業(yè)： 化 學 學號： 1253912 姓名： 王稼先 摘要：自化學從迷信和魔法正式轉化成一門登堂入室的專業(yè)學科開始，試管作為化學最基礎的實驗加熱器材之一，出現(xiàn)在從最基礎的化學實驗室到表現(xiàn)主人公內行的銀幕上，承擔了包括實際加熱和展示等多種用途。以至于提到化學最先出現(xiàn)在人們思維中的便是裝滿了各種顏色溶液的試管。但是對于發(fā)展到今天的化學來說，有很多種實驗的要求已經不是普通的試管可以滿足，在高溫或高轉速的轉子摩擦下，普通試管往往易碎或加熱緩慢而難以滿足實驗者需求，對于高層次可以取得更好資源的實驗者來說，可以利用更多更優(yōu)質的儀器如馬弗爐來滿足實驗需求。但是對于低端或者初次接觸化學的實驗者來說，很難使用到也沒有必要使用到極為高端的實驗用具，同時使用試管這種儀器對化學知識的普及和實驗者的安全構成了負面的推進作用。于是，一種安全，簡易并且加熱方便的化學加熱儀器的出現(xiàn)對于化學的進一步發(fā)展至關重要。關鍵詞： TRIZ理論 化學 試管為了對問題的解決程序化，在這里我們先對問題進行抽象化，然后利用TRIZ理論求解；試管；透明的少量液體或固體盛裝器具，半橢圓筒狀，可承受中低溫以下的加熱處理。屬性分析；透明：為了方便查看反應物的反應狀況；半橢圓筒狀：實驗者空手持握或者用儀器固定的適合形狀；中低溫以下加熱；試管材料限制，高溫易軟化或融化；加熱速度慢；玻璃是共價化合物構成的晶體，傳熱屬性不佳；易碎：玻璃的韌性差；從以上分析可以看出；常用試管的問題：加熱慢，易碎。其根源主要是由于試管的制作材料玻璃自身屬性的限制所導致，根據問題屬性可以將“易碎”歸類為物理矛盾，將“加熱”歸類為加熱器與試管之間的技術問題。經過篩選之后，得到多種解答辦法：復合材料原理、廉價替代品原理、組合原理；首先考慮復合材料原理，這種材料要求透明、堅硬、耐高溫以及廉價易得，經過篩選選擇出最佳樣品為COC環(huán)狀烯烴共聚高分子塑料，滿足透明和堅硬的條件，但是不夠廉價且形變溫度為170攝氏度。理論上可以適用于低端非加熱且無有機溶劑的實驗，滿足低端實驗室做高端反應的要求。另外兩種篩選出的樣品分別為PC和PES聚合塑料，但兩者透明度不高，同時后者為褐色材料，容易對實驗的結果產生誤導和影響。綜上，在復合材料原理中我們主要檢索了聚合有機物部分，但同時未找到非常合適的材料。接下來考慮廉價替代品，在這個原理中主要選取了陶瓷纖維紙和廉價的透明塑料（作為一次性用品來考慮），纖維紙的硬度，柔韌性，抗形變性等物理組成屬性滿足需求，但由于其化學組成硅酸鹽令其外觀呈現(xiàn)白色同時抗熱性導致加熱能力的降低，所以該材料制作的試管可以提供在不用加熱或需要溫度變化緩慢的性質檢測反應中。普通塑料性質較差不予考慮。組合原理，對玻璃試管進行加厚處理，使其除導熱性之外的屬性增加，在這里我們重新對問題進行規(guī)劃，將傳熱性和強度兩個屬性歸為技術矛盾，在對試管使用組合原理的情況下調整傳熱性。玻璃試管的傳熱性不佳主要是由于當實驗者對試管進行加熱處理時，由于試管直徑太小，上層低溫溶液與下層高溫溶液不能形成有效的對流。熱能只能按照常規(guī)能量流動的方向由高能區(qū)域到低能區(qū)域。這種傳遞方式的低效率導致了試管的加熱屬性不佳，因此提高加熱效率的辦法便是使試管內的溶液處于循壞狀態(tài)?？梢允褂玫降霓k法有兩種；一、 試管加粗：試管加粗程度太少的話對于對流的增加不明顯，而加粗太多的話可以利用燒杯進行類比：為了形成對流需要進行單側的加熱，而玻璃在單位面積受熱不均勻容易炸裂。綜上，對試管加粗法失效；二、 增加支管；既然太細的試管不能提供回流的空間，那么在試管的旁邊增加支管即可，同時為了使變形后的支管試管回流方便以及實用美觀，將支管改造成靠試管的直角三角形。下頁附圖：創(chuàng)新方案設計完畢，