整流机

【科学背景】随着无线传感器网络在健康监测、环境监测和物联网（IoT）等应用中的重要性日益增加，如何有效供电成为一个关键问题。当前，许多传感器需要在难以接触的地方进行安装，例如用于空气质量、温度和湿度监测的传感器，这些传感器的电力需求通常无法依赖传统电池供给。因此，开发一种能够从环境中收集能量并转化为电力的技术成为了一个重要研究方向。在众多能源收集技术中，射频（RF）能量收集因其全天候可用、易于获取且可以与小型无线传感器网络集成的优点而备受关注。射频能量收集的关键挑战之一是如何在低功率条件下提高能量转换效率。尽管已有技术如肖特基二极管和隧道二极管在较高功率条件下表现出较高的效率，但在环境射频功率低于 -20 dBm 的情况下，这些技术的效率大幅降低，无法满足实际应用需求。此外，传统射频整流器面临热力学极限和高频寄生阻抗等问题，这些因素严重制约了其在低功率环境下的性能。为此，新加坡国立大学Hyunsoo Yang等科学家们致力于改进自旋整流器的性能。例如，作者的研究团队开发了一种新型的自旋整流器 rectenna，其在 -62 dBm 的射频功率下具有约 10,000 mV mW&minus 1 的高灵敏度，能够在弱且嘈杂的环境中有效收集射频能量。此外，作者还开发了一种基于片上共面波导的自旋整流器阵列，该阵列展示了约 34,500 mV mW&minus 1 的零偏灵敏度和 7.81% 的高效率。作者的研究解决了传统自旋整流器在低功率环境下效率低的问题，通过利用电压控制的磁各向异性（VCMA）驱动的自参量效应，显著提高了灵敏度和检测带宽。这一进展使得作者的自旋整流器可以在 -27 dBm 的低射频功率下为传感器提供无线供电，展现出良好的应用前景。 【科学亮点】1. 实验首次展示了高灵敏度自旋整流器（SR）rectenna的应用：本文首次报道了一种具有高灵敏度的 SR rectenna，能够在 -62 dBm 的低射频功率下进行能量收集，达到约 10,000 mV mW&minus 1 的灵敏度。这种 SR rectenna 能够在弱且嘈杂的环境中有效捕获射频能量。2. 通过优化器件特性提升灵敏度：研究中指出，单个 SR 的灵敏度与其内在特性密切相关，包括垂直各向异性、器件几何形状和来自极化层的偶极场。这些因素共同定义了纳米磁体的能量景观，并促使低输入功率下的大角度磁化进动。此外，SR 的灵敏度还与磁隧道结（MTJ）的动态响应相关，尤其是零场隧道磁阻（TMR）和电压控制的磁各向异性（VCMA）系数对增强零偏置整流电压的作用。3. SR 阵列的自参量效应提升了性能：实验还显示了 SR 阵列在没有外部天线或匹配设置的情况下，通过 VCMA 驱动的自参量效应，增强了灵敏度和检测带宽。该 SR 阵列基础的能量收集模块（EHM）能够在 -27 dBm 的低射频功率下为商业传感器供电，展示了其在实际应用中的有效性和高效性。【科学图文】图1：利用自旋整流器Spin rectifiers，SRs的射频Radiofrequency，RF能量收集。图2： 自旋整流器SR整流天线的性能。图3： 宽带和谐振整流的调谐。图4：基于宽带低功率自旋整流器SR的能量收集器energy harvesting module，EHM。图5: 肖特基二极管、自旋整流器SR阵列和SR整流天线之间的整流性能比较。 【科学启迪】本文的研究通过优化自旋整流器的设计，包括垂直各向异性和设备几何形状，研究成功实现了在极低射频功率下的高灵敏度检测。这表明，通过精细调控材料和结构特性，可以显著提高纳米尺度整流器的能量转换效率，从而扩展其在低功率环境下的应用范围。其次，本文引入了基于电压控制的磁各向异性（VCMA）的自参量效应，展示了在没有外部天线或匹配设置的情况下，如何通过自参量激发实现更高的灵敏度和更宽的检测带宽。这一发现不仅突破了传统射频整流器在低功率和复杂环境下的性能瓶颈，还为未来开发更高效的射频能量收集模块提供了新的思路。最后，本研究表明，基于自旋整流器的射频能量收集模块在实际应用中具有良好的性能，如在 -27 dBm 的低射频功率下为商业传感器供电。这表明这些整流器不仅具备高灵敏度和高效率，还具备良好的实际应用潜力，适合于未来无线传感器网络和物联网设备的集成与应用。原文详情：Sharma, R., Ngo, T., Raimondo, E. et al. Nanoscale spin rectifiers for harvesting ambient radiofrequency energy. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01212-1

分子蒸馏是一种分离工艺，是利用液相中轻重组份分子逸出液相主体时分子自由程的差来实现分离的。而要实现分子蒸馏的基本条件是：轻组份分子逸出的分子自由程等于加热面与冷凝面的距离，能正确地达到内置冷凝器实现捕集；而重组份分子逸出的分子自由程要小于加热面与冷凝面的距离，使其不会达到内置冷凝器，也是内置冷凝器只捕集轻组份的分子，而实现轻重组份的分离。在进行分子蒸馏之前，要认真的检查设备是否有损坏、接口是否吻合，注意拿的时候要轻拿轻放；要保持接口的清洁，可以用软布擦拭，也可以真空脂涂膜都是不错方式。设备的接口不能太紧，所以要保持松动性，否则会影响功能发挥。开始工作时候要保持机械从低向高速运行，同时关机的话可以持机械停止了旋转方可以。每次使用分子蒸馏设备后应该及时的进行清理，保持机械的清洁干净，从而加强机械的工作性能发挥，所以定期对密封圈进行清洁是所需的保养措施，使用过程中要注意防潮防水性能，以免造成导电现象发生。 注意事项：1.短程分子蒸馏与真空泵连接,所以开机时要特别注意检查各组件连接的密闭性 2.进样器、一、二、三级接收瓶均是玻璃磨口,且均有掐口固定,故操作时勿过分用力3.该设备采用外夹层循环热油加热,温度较高,切勿触碰 4.真空泵微调阀构造主要部件为高密度不锈钢针,开启前,必须先将冷凝柱注满液氮。5.若一天内进样量较多,建议一级接收端口连接三口旋转阀,底端使用升降架托住,设备运行中不能停机取样换瓶,若停机,则待第2天再开机。出现紧急情况时的应急措施：1、进样器流速失控此时顺时针拧紧控制阀无明显改善后,切记不能过分用力旋钮,仅关闭真空泵,不要进行其他操作,及时联系仪器负责人或实验室老师进行处理 2、刮膜器声音异常或转速不均匀连续关闭转子和真空泵,联系仪器负责人或实验室老师进行处理

IKA艾卡RV 8 - 配备智能科技的新型入门级旋转蒸发仪　　依托现有旋蒸产品的成功经验和成熟可靠的技术，IKA欣然推出其经济型旋转蒸发仪RV 8，这一款入门级产品适用于所有的标准蒸馏应用。　　RV 8配备了最新设计的HB 10加热锅，其安全性能得到了强化。加热锅拥有温度锁定功能可以防止误操作引起的温度改变，它的安全把手使用户可以轻松倾倒高温浴液，无需接触灼热的加热锅避免灼伤。RV 8可以兼容竖直冷凝管等所有的IKA RV 10玻璃组件。　　半自动的马达升降系统具有&ldquo 安全提升功能&rdquo ，当电源中断时，马达将蒸发瓶自动提升至加热锅以上位置。这种升降机制可以让用户在单手操作的情况下将蒸发瓶迅速准确地调至指定位置。蒸发瓶的浸入角度和高度是可以调节的，它的升降行程为140mm。　　当用户按下升降把手中的双重感应装置(已申请专利)时，升降定位将自动解锁。否则，系统将保持锁定状态。这一项功能也是可以通过单手操作完成的，升降把手的灵巧设计使其均适合左右手操作。　　此外，RV 8还拥有转速和加热锅温度数字显示功能，优化控制蒸馏全过程。　　关于 IKA ( www.ika.cn )　　IKA 集团是实验室前处理， 量热分析，混合分散工业技术的市场领导者。 磁力搅拌器，顶置式搅拌器，分散均质机， 混匀器，恒温摇床，研磨机，旋转蒸发仪，加热板，量热仪，实验室反应釜等相关产品构成了IKA实验室分析的产品线 而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备， 分散乳化设备， 捏合设备，以及从中试到扩大生产的整套解决方案。集团总部位于德国南部的Staufen，在美国、中国、印度、 马来西亚、 日本、巴西、韩国等国家都设有分公司。　　IKA成立于1910年，IKA集团现在可以自豪地回顾过去100年的历史。