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上海国际高端粉体装备与科学仪器展览会

Shanghai international high-end powder equipment and scientific instrument

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实验研究常见仪器:手套箱设备介绍与应用解读
时间:2025-07-11


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手套箱是什么


手套箱是一种通过密封箱体将内部环境与外界隔离,并能精准控制箱内气体成分(如氧气、水分含量)、洁净度、温度、压力等参数的精密设备。其核心功能是为高活性、易污染或对环境敏感的材料、样品提供安全可控的操作环境,广泛应用于科研、工业生产和特殊防护领域。

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核心功能与核心原理


环境隔离与控制


通过密封箱体、手套操作孔(或机械臂)和传递舱,实现内外环境物理隔绝,操作人员可通过手套或机械手在箱内进行操作。


配备气体净化系统(如钯催化剂除氧、分子筛除湿)、过滤装置(HEPA/ULPA)或真空系统,将箱内氧气浓度降至 1ppm 以下、露点(水分含量)低于 - 80℃,或控制微生物污染至无菌级别(如 ISO 5 级洁净度)。


安全防护


隔绝有害物质(如腐蚀性气体、放射性物质、高致病性微生物)与外界接触,保护操作人员和环境安全。负压手套箱可防止气溶胶泄漏,生物安全等级可达 BSL-3/4;防辐射手套箱内置铅层,屏蔽电离辐射。

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典型结构与关键组件


箱体材质刚性箱体:不锈钢(耐腐蚀、高强度,用于工业场景)、亚克力(高透光性,便于观察,适合实验室)。柔性隔离舱:硅橡胶或 PVC 薄膜制成,轻便易部署,用于临时隔离或小规模操作。


核心系统气体循环系统:惰性气体(氩气、氮气)循环净化,持续去除水氧杂质(如钯催化剂除氧、分子筛吸湿)。


真空系统:极限真空度可达 10⁻⁶ mbar,用于半导体晶圆处理、OLED 蒸镀等真空敏感工艺。净化与消毒模块:HEPA 过滤(去除 0.3μm 以上颗粒)、紫外灭菌(生物安全场景)、化学吸附剂(如活性炭除杂气)。传递窗:内外双门设计,实现物料无菌 / 无氧传递,避免箱内环境破坏。

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核心应用场景


材料制备

金属有机框架材料(MOFs)的合成:MOFs材料对空气非常敏感,一旦接触空气,就会迅速氧化或水解,从而破坏其性能。手套箱提供了一个无氧、无水的环境,确保MOFs材料的纯度和结构完整性。


纳米材料的合成:纳米材料在空气中容易团聚,从而失去其独特的纳米尺寸效应。手套箱通过提供一个无氧、无水的环境,有效防止了纳米粒子的团聚,保持了其独特的性能。


电池材料的合成:锂离子电池的正负极材料如锂钴氧、锂镍锰钴氧化物等极易与空气中的氧气和水反应。手套箱可用于这些材料的合成,防止其被氧化和水解,从而提高电池的性能和稳定性。


生物医药材料的合成:在药物载体材料的合成过程中,需要在无菌、无氧的环境下进行以保证药物的稳定性和有效性。手套箱提供的超纯环境可以满足这一需求。

材料储存

保护敏感材料:许多新材料对空气敏感,如金属有机化合物、纳米材料等。手套箱通过提供一个无氧、无水的环境,有效防止了这些材料的氧化、水解或其他化学反应,从而延长了其储存寿命。


维持材料性能:对于一些需要特定气体氛围储存的材料,如某些催化剂、半导体材料等,手套箱可以精确控制内部的气体成分和压力,确保材料在储存过程中保持其性能。

其他应用

化学反应控制:对于一些对空气敏感的化学反应,手套箱可以提供一个稳定的反应环境,确保反应的顺利进行。


生物样本处理:对于一些对空气敏感的生物样本,如蛋白质、核酸等,手套箱可以提供一个稳定的处理环境,防止样本被氧化或降解。


半导体材料加工:半导体行业对材料的纯度和环境要求极高。手套箱可以用于半导体材料的清洗、刻蚀、沉积等工艺过程中,防止材料被空气中的杂质污染。

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