[发明专利]一种水滴冻结核测量装置及实验方法

说明书

本发明属于在大气物理和人工影响天气研究中使用的设备和方法领域，具体涉及一种水滴冻结核测量装置及实验方法，包括冷凝板、纳米超疏水性涂层、支撑体、CCD相机以及微型计算机；支撑体设于冷凝板上，支撑体与冷凝板共同形成实验腔室；支撑体在实验腔室一侧的设有保护气进口，另一侧的设有保护气出口；纳米超疏水性涂层设于冷凝板上并位于冷凝板与支撑板的接触面上；CCD相机设于支撑体的上端并位于实验腔室的上端；CCD相机连接于微型计算机，微型计算机能获取CCD相机中存储的信息；冷凝板连接于微型计算机，微型计算机能控制冷凝板降温，并精确获得冷凝板的温度变化。其有效提高水滴冻结核测量准确性和精准度。

技术领域

本发明属于在大气物理和人工影响天气研究中使用的设备和方法领域，具体涉及一种水滴冻结核测量装置及实验方法。

背景技术

大气中水的三态可以相互转化，在成云致雨过程中起着重要作用,其中汽态和液态水向固态(冰)的转化称为冰核化。冰核化一直是云和降水物理的重要研究课题,一方面因为冰相在降水过程中扮演十分重要的角色,另一方面使用催化剂促使云中产生冰晶以启动贝吉龙过程或提高降水效率,是当前人工增雨的主要途径。实验研究表明，水滴的异质冻结既与所含冰核有关，又包含一定的随机过程。研究冻结核化对云、降水和气候效应有着重要的意义；只有准确获得冻结核的基础数据是才能更准确的、更好的开展云物理和人工影响天气研究。因此，国内外都开展了冻结核研究，特别是我国的杨绍忠和酆大雄制作了“一个检测水中冻结核含量的新装置”，为冻结核研究提供了很好的研究平台。

随着研究的深入，发现杨绍忠和酆大雄制作的装置，虽然能测定水滴冻结核数据，但是，测量情况与实际大气中水滴冻结存在一定差距，造成了测量值与真实大气水滴冻结核值的误差。误差产生的主要原因是水滴与冷凝板接触后，由于冷凝板的亲水性和水的粘性，导致球形水滴，形变成半扁椭圆形；而真实大气中水滴是在空中冻结，水滴冻结基本在球形状况下冻结。这样真实大气冻结核的数据与现有测量仪器获得的数据产生了误差。这样对研究核化过程、云的形成和降水等，造成了一系列误差。为了避免这种误差或者降低这种实验值与真实值的误差，大气研究者和工作者们迫切希望获得一种新的测量水滴冻结核装置，使得水滴冻结接触角增大，水滴冻结与真实大气中水滴冻结类似，从而获得测量值与真实值一致的结果。

发明内容

本发明提供一种水滴冻结核测量装置及实验方法，其有效提高水滴冻结核测量精准度。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种水滴冻结核测量装置，包括冷凝板、纳米超疏水性涂层、支撑体、CCD相机以及微型计算机；支撑体设于冷凝板上，支撑体与冷凝板共同形成实验腔室；支撑体在实验腔室一侧的设有保护气进口，另一侧的设有保护气出口；纳米超疏水性涂层设于冷凝板上并位于冷凝板与支撑板的接触面上；CCD相机设于支撑体的上端并位于实验腔室的上端；CCD相机连接于微型计算机，微型计算机能获取CCD相机中存储的信息；冷凝板连接于微型计算机，微型计算机能控制冷凝板降温并获得温度数据。

作为本发明改进的技术方案，纳米超疏水性涂层包括如下重量份的各物质：

聚甲基丙烯酸甲酯 1份

疏水性SiO₂纳米粒子 1份

四氢呋喃 98份。

作为本发明改进的技术方案，纳米超疏水性涂层是采用如下步骤制备而成：对疏水性SiO₂纳米粒子预处理：将配比量的聚甲基丙烯酸甲酯与疏水性SiO₂纳米粒子混合均匀，得到预处理混合物；溶解混合：将配比量的四氢呋喃与预处理混合物搅拌均匀，并采用超声波分散处理10min。

作为本发明改进的技术方案，纳米超疏水性涂层是通过如下方式设于冷凝板上，包括如下步骤：预喷涂，将纳米超疏水性涂层喷涂于基板的表面；固化，将喷涂有纳米超疏水性涂层的基板置于干燥箱中，于100℃下干燥4h；组装，自然冷却基板后，将基板安装于冷凝板与支撑体接触的一面。