本发明专利技术公开了一种可控高精密微环境下的纳米静电喷印装置，主要包括制冷加热器、送风管道、微环境控制腔体、温度湿度传感器、电压源、纳米静电喷印装置、图像采集器、光源控制器、运动平台控制器、任意函数信号发生器、高压放大器、高精度可调微流量泵控制面板、显示器、工控机。制冷加热器、送风管道、微环境控制腔体用以形成一个温度湿度均匀分布的微环境；其中高精度可调微流量泵控制面板用以调节聚合物溶液流量。本发明专利技术将纳米静电喷印装置所处环境因素对喷印过程的影响大大降低，并将纳米静电喷印中的三个重要影响因素基板运动速度、溶液流速、静电场电压集成化，转化为可测量可控制的物理量输出至工控机进行处理，形成闭环控制系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米柔性电子制造领域，更具体地，涉及一种可控高精密微环境下的纳米静电喷印装置。
技术介绍
纳米柔性电子制造是将高分子材料电子器件制作在柔性基板上的新兴电子技术。纳米柔性电子与传统微电子的最大区别是其具有透明、轻质及可延伸、弯曲等柔性特质。纳米柔性电子在薄膜太阳能电池和电极材料、化学及生物传感器、能量储存、生物医学等众多领域有着重要的应用。纳米静电喷印是在喷嘴和基板间施加直流高电压形成静电场，聚合物溶液从喷嘴中喷出在静电场电场力和自身粘弹性力、表面张力等力的共同作用下首先形成泰勒锥，当静电力突破聚合物粘滞力后，聚合物溶液从喷嘴末端喷出形成稳定的纳米纤维。可通过改变所施加电压、基板运动速度、溶液流速等参数大小在基板上沉积出不同的结构。纳米静电喷印相对于其他纳米电子制造方法，如接触式直写、压印等，纳米静电喷印的优势在于其喷出的纳米纤维尺寸小，可达100纳米以下，同时喷印纤维的形貌、直径等可受外电场和基板速度的影响，其具有制造效率高，延展性能好等特点。然而目前纳米静电喷印技术仍存在控制精度不高、无法实时在线控制等问题，且容易受到外界环境温度和湿度、静电场电压等因素的影响，存在基板上沉积的纳米纤维直径非常不稳定，沉积结构不可控等问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可控高精密微环境下的纳米静电喷印装置，旨在解决现有技术中纳米纤维直径因外界温度湿度等不可控因素影响而不稳定的缺陷，同时将纳米静电喷印装置放置在微环境控制腔体的恒温腔体的温度湿度均匀分布的环境中，并将纳米静电喷印中基板运动速度、溶液流速、静电场电压等三个重要影响因素集成化，将这三个因素转化为可测量可控制的物理量输出至工控机进行处理，形成闭环控制系统。本专利技术提供了可控高精密微环境下的纳米静电喷印系统，其特征在于，该喷印系统包括：微环境控制装置，包括制冷加热器1、送风管道2、微环境控制腔体3，其中所述喷印装置放置于所述微环境控制腔体3内，所述制冷加热器1通过所述送风管道2与所述微环境控制腔体3联通，由此实现所述喷印装置的温度湿度控制，所述微环境控制腔体3内还设置有温度湿度传感器4；喷印装置，包括静电喷印模块、图像采集组件、运动平台控制组件；其中所述静电喷印模块包括任意函数信号发生器12，用于产生直流电压，所述任意函数信号发生器12与高压放大器14相连，所述高压放大器14的输出一端接入注射器末端喷嘴，另外一端接入基板806，在所述末端喷嘴与所述基板806间形成可调节电场；所述基板806设置于所述运动平台控制组件上，所述基板806按照所述运动平台控制组件的给定信号运动；所述图像采集组件包括高速相机804和高亮背光光源807，所述高速相机804用于拍摄从所述末端喷嘴至所述基板806上的纳米纤维的沉积过程，所述高亮背光光源807用于提供高亮照明；所述图像采集组件还包括高分辨相机803，用于拍摄所述纳米纤维在所述基板806上的沉积形态；所述图像采集组件还包括图像采集器9，用于采集所述高速相机804及所述高分辨相机803的图像信息；所述工控机6接收所述温度湿度传感器信息以及接收所述图像采集器9的信息，并且控制所述制冷加热器、所述任意函数信号发生器12以及所述运动平台控制组件产生相应的反馈控制。进一步地，所述微环境控制腔体3的上部为一静压腔，用于将所述制冷加热器产生的气流与空气进行进一步的均匀混合，使得控制温度更加均匀，所述微环境控制腔体3的下部放置所述喷印装置。进一步地，所述运动平台控制组件包括直线电机、运动平台控制器，所述基板806安装在所述直线电机上；所述运动平台控制器用于采集所述直线电机的编码器反馈的电机转角、速度和转速信号发送于所述工控机6实现闭环控制。进一步地，所述图像采集组件中的所述高速相机804、所述高亮背光光源807和所述基板806固定在同一水平位置，光源控制器14用于调节所述高亮背光光源807的亮度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的可控高精度微环境腔体的连接布局示意图；图2为本专利技术实施例提供的纳米静电喷印系统的连接布局示意图；图3为本专利技术实施例提供的微环境控制腔体中的纳米静电喷印装置的结构示意图；其中，1-制冷加热器；2-送风管道；3-微环境控制腔体；4-温度湿度传感器；5-显示器；6-工控机；7-电压源；8-纳米静电喷印装置，801-龙门架、802-高精度可调微流量泵末端执行器及注射器、803-高分辨率相机、804-高速相机、805-运动平台及直线电机、806-基板、807-高亮面光源；9-图像采集器；10-运动平台控制器；11-任意函数信号发生器；12-高压放大器；13-高精度可调微流量泵控制面板；14-光源控制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。研究表明，纳米静电喷印过程中，纳米喷印装置所处环境的温度湿度等因素对纳米纤维的运动和基板沉积形状会产生影响，并且目前的纳米静电喷印较多是离线测量纳米纤维的沉积结构进行反馈。现有的纳米静电喷印装置为满足环境温度湿度的要求一般将设备置于净化间通过调节控制整个房间的温度值来满足要求。这种方式下纳米设备所处环境的温度湿度是不均匀分布的且存在温度湿度调节过程中的惯性大、调节时间长等缺点。本专利技术将纳米静电喷印装置集成在一个微环境控制腔体的均匀温度湿度环境中，能实时的调节装置所处环境温度湿度，较好的解决了上述的温度湿度问题。且这种纳米静电喷印装置小巧轻便集成在小于一立方米的环境中，具有小型化、轻便化、集成化等优点。本专利技术提出了一种高精密可控微环境中的纳米静电喷印装置，将纳米静电喷印装置所处环境因素对喷印过程的影响大大降低，并将纳米静电喷印中的三个重要影响因素基板运动速度、溶液流速、静电场电压集成化，通过高精密微环境控制模块、视觉系统模块、运动模块、静电喷印模块以及实时监测控制模块等五个模块的有序连接形成闭环控制系统。其中静电喷印模块放置在高精密微环境控制模块中，视觉系统模块与纳米静电喷印模块和实时监测控制模块相连接，采集纳米喷印模块的图像信号并将其输出至实时监测控制模块，运动模块放置在纳米静电喷印模块下方带动其一起运动，并与实时监测控制模块相连，输出运动信号到实时监测控制模块。今后研究中可分别控制其中一个变量进行单独研究。其中图3中的纳米静电喷印装置放置在图1中的微环境控制腔体3的下部恒温腔体中。下面结合附图1-3对本专利技术的实施例做详细介绍，以本专利技术所涉及的纳米静电喷印装置的主要工作流程为例：第一步：静电喷印模块中纳米静电喷印装置8固定在高精密微环境控制模块中微环境控制腔体3的下部恒温腔体中，腔体中的温度湿度等环境因素可以严格控制且均匀分布。高精密微环境控制模块的工作原理是制冷加热器1通过送风管道2将气体输送至微环境控制腔体3中。微环境控制腔体3的上部是一个静压腔。静压腔的设置可将从制冷加热腔中流入的空气混合，使气体温度进一步均匀，以使腔体中的温度湿度等达到系统的控制要求。微环境控制腔体3的上部静压腔和下部恒温腔中放置有均匀孔板。上部静压腔中压力大于下部恒温腔压力，空气经导风口作用通过均匀孔板到达下部恒温腔，使恒温腔中的温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可控高精密微环境下的纳米静电喷印系统，其特征在于，该喷印系统包括：微环境控制装置，包括制冷加热器(1)、送风管道(2)、微环境控制腔体(3)，其中所述喷印装置放置于所述微环境控制腔体(3)内，所述制冷加热器(1)通过所述送风管道(2)与所述微环境控制腔体(3)联通，由此实现所述喷印装置的温度湿度控制，所述微环境控制腔体(3)内还设置有温度湿度传感器(4)；喷印装置，包括静电喷印模块、图像采集组件、运动平台控制组件；其中所述静电喷印模块包括任意函数信号发生器(12)，用于产生直流电压，所述任意函数信号发生器(12)与高压放大器(14)相连，所述高压放大器(14)的输出一端接入注射器末端喷嘴，另外一端接入基板(806)，在所述末端喷嘴与所述基板(806)间形成可调节电场；所述基板(806)设置于所述运动平台控制组件上，所述基板(806)按照所述运动平台控制组件的给定信号运动；所述图像采集组件包括高速相机(804)和高亮背光光源(807)，所述高速相机(804)用于拍摄从所述末端喷嘴至所述基板(806)上的纳米纤维的沉积过程，所述高亮背光光源(807)用于提供高亮照明；所述图像采集组件还包括高分辨相机(803)，用于拍摄所述纳米纤维在所述基板(806)上的沉积形态；所述图像采集组件还包括图像采集器(9)，用于采集所述高速相机(804)及所述高分辨相机(803)的图像信息；所述工控机(6)接收所述温度湿度传感器信息以及接收所述图像采集器(9)的信息，并且控制所述制冷加热器、所述任意函数信号发生器(12)以及所述运动平台控制组件产生相应的反馈控制。...
【技术特征摘要】
1.一种可控高精密微环境下的纳米静电喷印系统，其特征在于，该喷印系统包括：微环境控制装置，包括制冷加热器(1)、送风管道(2)、微环境控制腔体(3)，其中所述喷印装置放置于所述微环境控制腔体(3)内，所述制冷加热器(1)通过所述送风管道(2)与所述微环境控制腔体(3)联通，由此实现所述喷印装置的温度湿度控制，所述微环境控制腔体(3)内还设置有温度湿度传感器(4)；喷印装置，包括静电喷印模块、图像采集组件、运动平台控制组件；其中所述静电喷印模块包括任意函数信号发生器(12)，用于产生直流电压，所述任意函数信号发生器(12)与高压放大器(14)相连，所述高压放大器(14)的输出一端接入注射器末端喷嘴，另外一端接入基板(806)，在所述末端喷嘴与所述基板(806)间形成可调节电场；所述基板(806)设置于所述运动平台控制组件上，所述基板(806)按照所述运动平台控制组件的给定信号运动；所述图像采集组件包括高速相机(804)和高亮背光光源(807)，所述高速相机(804)用于拍摄从所述末端喷嘴至所述基板(806)上的纳米纤维的沉积过程，所述高亮背光光源(807)用于提供高亮照明；所述图像采集组件还包括高分辨相机(803)，用于拍摄所述纳米纤维在所述基板(8...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，周维，陈智勇，汪卿，胡博，赵杰，孙伟高，刘彬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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