本发明专利技术提供一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置及制备方法，采用对应设置的顶板和底板，在所述顶板的下端面上安装面向所述底板、且由控制装置控制的喷头阵列，所述喷头阵列将试剂喷射到设置于底板上端面的基底上，制备得到薄膜。本发明专利技术制备薄膜的装置结构简单，薄膜制备方法的工艺过程简单，操作方便，能够有效提高制备薄膜的效率和质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜制备
，更具体地，涉及一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置及制备方法。
技术介绍
石墨烯是近年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，由于其具极高的机械强度、出色的导电和导热性能，以及丰富的来源，在化学、物理、材料、电子等各个领域均具有广阔的应用前景。但是，石墨烯的工业化应用存在诸多问题，其中，规模化制备石墨烯便是主要的挑战之一。氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，因与石墨烯在结构上非常类似，是制备石墨烯常用的前驱体。同时，氧化石墨烯也是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和丰富的官能团，如羟基、环氧基、羧基和羰基等。此外，氧化石墨烯的拉伸模量和极限强度与单壁碳纳米管的拉伸模量和极限强度相似，且其质量轻，导热性好，并且价廉易得，是制备聚合物纳米复合材料的优质原材料。此外，二维薄膜材料由于其在光、电、磁方面的优异性能，使其具有广阔的应用前景。制备氧化石墨烯或二维薄膜材料的传统的方法主要有旋涂法和喷涂法。以制备氧化石墨烯薄膜的方法为例。旋涂法是利用高速旋转的匀胶机，通过配料、高速旋转和挥发成膜三个步骤制备薄膜。通过控制旋涂的时间、转速、石墨烯溶液的滴液量以及溶液浓度来控制薄膜的厚度。但该方法中，影响薄膜质量的因素较多，如溶液浓度、转速、溶剂类型、旋涂次数、外界温度和湿度都会影响薄膜的质量，且由于氧化石墨烯的粘度非常低，该方法制备的薄膜附着性差，薄膜的均匀性和厚度不可控，使得该方法难以应用于大面积的氧化石墨烯薄膜的制备。喷涂法是通过喷雾器雾化氧化石墨烯溶液，然后将雾化的氧化石墨烯溶液喷洒到基底表面，形成氧化石墨烯薄膜。但该方法中，溶液浓度、溶液的分散程度、喷涂的均匀性均对薄膜的质量有很大影响，薄膜的均匀性和厚度难以精确控制。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的能够大规模制备薄膜的基于喷墨打印技术的薄膜制备装置及制备方法。随机式喷墨打印技术是将少量墨水转化成墨滴，并将墨滴喷涂到纸上，形成字符或图案。随机式喷墨打印技术中，受打印信号的控制，墨水只在打印需要时才喷射。为了提高打印速度，随机式喷墨打印机大多采用多喷头的结构，并在喷头上设置换能器，精确控制喷头中墨水的喷射。根据本专利技术的一个方面，基于随机式喷墨打印技术，提供一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，包括安装有喷头阵列的顶板和能够固定基底的底板，所述喷头阵列连接控制装置，所述喷头阵列的喷头的侧面安装有由控制装置控制的换能器，且所述喷头面向底板上放置的基底。该装置结构简单，并且，在薄膜制备时，按照控制装置预设的形状，由喷头阵列中的喷头同时向基底上喷射试剂，充分保证所制备薄膜的均一性。此外，喷头阵列的设置，有利于快速、大面积制备薄膜。同时，放置在底板上的基底的形状和大小能够调节，进一步保证大规模制备薄膜的实现。根据本专利技术的另一个方面，提供一种基于喷墨打印技术的薄膜制备方法，能够应用于制备氧化石墨烯薄膜和二维薄膜材料，其中二维薄膜材料主要为石墨烯薄膜、黑磷薄膜、WS2薄膜、TiSe2薄膜、Bi2Se3薄膜。其包括以下步骤：S1、配置制备薄膜的试剂，并将该试剂装入所述储液盒中；S2、将基底固定放置于可移动平台上；S3、根据预设的薄膜生长形状，控制装置控制喷头阵列和可移动平台移动至合适的位置；S4、储液盒中的试剂进入到喷头阵列中，控制装置控制喷头阵列的喷头，将试剂喷射至基底上，制备得到薄膜。该制备方法工艺过程简单，在常温、常压条件下，直接制备得到与基底有更好附着性的薄膜材料，避免高温条件下对薄膜性质的影响。本申请提出的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置及制备方法，其有益效果主要如下：(1)在顶板和底板上对应设置用于制备薄膜的喷头阵列和放置基底的可移动平台，结构简单；(2)由控制装置控制底板上可移动平台，以调整基底上生长的薄膜的位置和形状，控制方式简便；(3)顶板上设置的喷头阵列，便于快速、大面积制备薄膜；(4)喷头的喷嘴尺寸小，同时由于换能器的作用，试剂喷射速度快，便于准确控制薄膜的厚度，增加薄膜与基底的附着力；(5)薄膜制备方法的工艺过程简单，易于控制；(6)采用喷头阵列，能够同时向基底大面积喷射溶液，有效的提高了薄膜的均一性；(7)制备的薄膜在一定温度范围内加热处理，便于去除薄膜中残留的溶剂，只形成薄膜材料。附图说明图1为根据本专利技术实施例的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置及制备方法，能够应用于制备氧化石墨烯薄膜和二维薄膜材料，其中二维薄膜材料主要为石墨烯薄膜、黑磷薄膜、WS2薄膜、TiSe2薄膜、Bi2Se3薄膜。以下仅以制备氧化石墨烯薄膜的实施过程为例。参见图1所示，一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，包括顶板2和底板3，顶板2和底板3对应相对设置。在顶板2的下端面上固定安装有喷头阵列4，喷头阵列4的喷头41面向底板3。喷头阵列4包括多个喷头41。在制备薄膜时，将基底放置于底板3上，氧化石墨烯溶液经喷头41喷射到放置于底板3上的基底上，从而形成氧化石墨烯薄膜。喷头阵列4连接至控制装置1，控制装置1控制喷头阵列4中试剂的喷射。根据控制装置1输出的信息，喷头阵列4中对应的喷头41向外喷射试剂，以便于在底板3上放置的基底的对应位置喷射氧化石墨烯溶液，制备氧化石墨烯薄膜。控制装置1为具有可编程器件的计算机系统。目前的常规计算机系统均可用于该装置中，以控制顶板2上喷头阵列4中试剂的喷射，控制方式简单、适用性强。根据制备氧化石墨烯薄膜的大小，通过控制装置1调节顶板2上安装的喷头阵列4中喷射试剂的喷头41的数量和范围，以实现对制备氧化石墨烯薄膜的规模的调控。由于氧化石墨烯溶液通过喷头阵列4直接喷射到设置于底板3上的基底上，因此，能够根据薄膜制备的规模大小，适当的调节设置于底板3上的基底的大小与喷头阵列4，调节方式简便。此外，喷头阵列4安装于顶板2上，顶板2的结构简单，更换方便。根据薄膜制备的规模，能够更换顶板2及安装于顶板2上的喷头阵列4，以适应薄膜制备的需求，增强了薄膜制备的适用性。顶板2的一侧安装有储液盒5，储液盒5中盛装配制好的氧化石墨烯溶液。储液盒5与喷头阵列4之间设置输液管，储液盒5中盛装的氧化石墨烯溶液经该输液管进入喷头阵列4的喷头41中。喷头41包括微型试剂储存器和喷嘴，喷嘴设置于该微型试剂储存器的一端。储液盒5中盛装的氧化石墨烯溶液经输液管进入喷头阵列4的喷头41后，氧化石墨烯溶液暂时储存在微型试剂储存器中。当制备氧化石墨烯薄膜时，储存在微型试剂储存器中的试剂经喷嘴喷射到基底上。微型试剂储存器的侧面设置有换能器。换能器的压电元件设置于微型试剂储存器的侧面，当进行薄膜制备时，换能器接收控制装置1的信号，换能器的压电元件发生形变，挤压微型试剂储存器，使微型试剂储存器中存储的试剂在喷嘴处形成微量液滴，当压电元件回复原来的位置，液滴通过喷嘴向基底喷射，从而在基底上形成氧化石墨烯薄膜。喷嘴的内径为20μm-30μm。喷嘴配合换能器控制喷头41中喷出的试剂的量。喷头41本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：其包括顶板(2)和对应于顶板(2)设置的底板(3)，所述顶板(2)的下端面安装有面向所述底板(3)、由控制装置(1)控制而移动位置的喷头阵列(4)。
【技术特征摘要】
1.一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：其包括顶板(2)和对应于顶板(2)设置的底板(3)，所述顶板(2)的下端面安装有面向所述底板(3)、由控制装置(1)控制而移动位置的喷头阵列(4)。2.如权利要求1的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：所述顶板(2)的一侧安装有盛装试剂的储液盒(5)，所述试剂通过连接所述储液盒(5)与喷头阵列(4)的输液管进入喷头阵列(4)的喷头(41)。3.如权利要求2的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：所述喷头(41)包括微型试剂储存器和设置于所述微型试剂储存器一端的喷嘴。4.如权利要求3的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：所述喷头(41)的微型试剂储存器的侧面设置有控制所述喷头(41)喷射试剂的换能器。5.如权利要求3的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：所述喷嘴的尺寸为20μm-30μm。6.如权利要求2的一种基于喷墨打印技术的薄膜制备装置，其特征在于：所述输液管上设置将所述储液盒...
【专利技术属性】
技术研发人员：任天令，宁柯瑜，刘厚方，鞠镇毅，程荆磊，杨轶，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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