电化学沉积设备以及使用该设备的方法技术

一种电化学沉积设备可包含支撑结构、连接到支撑结构的第一电极底座、连接到支撑结构的第二电极底座以及配置成容纳沉积溶液并紧接第一电极底座和第二电极底座布置的沉积室框架。沉积室框架可包括配置成面向第一电极底座的第一孔径部分和配置成面向第二电极底座的第二孔径部分。第一孔径部分可包括第一孔径和导电周边元件。第二孔径部分可包括第二孔径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学沉积设备以及使用该设备的方法专利技术背景相关申请的交叉引用此申请要求2015年12月2日提交的美国专利申请No.14/956,493的权益，上述内容通过引用全部结合在本文中。
本专利技术一般涉及用于涂层材料的电化学沉积的装置和方法，并且更具体地，而非排他地，涉及用于制备电致变色透镜的电致变色聚合物的电化学沉积的装置和方法。
技术介绍
电镀系统通常用于将各种材料电镀或电化学沉积到导电衬底上。尽管已知许多类型的电镀系统，但在该领域存在各种各样的问题，如下面简要列举的，这些问题当前需要解决。在该领域存在的某些问题包含没能力与衬底进行有效电气接触的同时将电气接触点与沉积或镀溶液绝缘，并且在沉积罐中保持流体密封，使得没有泄露。当使用具有较低导电率的衬底时，这可能是个问题。而且，问题可能源于从电气接触点到衬底内部的电阻增大(或导电率下降)，对于具有较低导电率的衬底特别严重。由于这一点，施加在电气接触点的电压可与在衬底内部看到的电压不相同，导致不均匀沉积，在许多情况下，相比在衬底内部，离电气接触点越近，沉积的厚度越大。该领域还包含缺乏牢牢地固定住电极和衬底并在工作电极(感兴趣的材料可被沉积在其上的衬底)、对电极和参考电极(如果使用的话)之间保持精确且优选最小距离以便进行有效的扩散受限的控制以及高效率电化学沉积的合格部件的系统。该领域中的议题还包含：与工作电极相比较，对于对电极保持较大面积，使得在对电极不发生用于沉积的限制电极过程。在该领域的附加限制包含：(1)使用泵和繁复的循环系统，这限制了效率；(2)缺乏沉积设备或镀罐的气密密封，使得存在最小的溶剂损耗，这在使用挥发性溶剂时特别有关；(3)缺乏对在工作电极施加的电势的准确控制；(4)缺乏对在电化学沉积期间通过的总电荷的准确控制，使得沉积的厚度、形态以及其它特征可被好好控制；以及(5)缺乏对自动或半自动电化学沉积的服从能力。本专利技术满足了该领域中这些以及其它需要，并且提供了电镀装置以及使用该电镀装置的方法。专利技术概述一般而言，本专利技术提供了用于来自沉积溶液的涂层材料的电化学沉积(例如电化学聚合、电化学镀或电镀)的设备。在具体实施例中，本专利技术涉及配置成在衬底处沉积电致变色导电聚合物单体的电化学沉积设备。在第一方面，本专利技术提供了可包含支撑结构的电化学沉积设备。该设备可包含连接到支撑结构的第一电极底座和连接到支撑结构的第二电极底座。该设备可包含可配置成容纳沉积溶液的沉积室框架。沉积室框架可紧接第一电极底座和第二电极底座布置。而且，沉积室框架可包含第一孔径部分和第二孔径部分。第一孔径部分可配置成面向第一电极底座，并且可包含第一孔径和导电周边元件。第二孔径部分可配置成面向第二电极底座，并且可包含第二孔径。在本专利技术设备的某些实施例中，该设备可包含可将支撑结构连接到第一电极底座和第二电极底座中至少一个的至少一个偏置构件。至少一个偏置构件可包含弹簧、夹具、致动器或它们的组合。例如，至少一个偏置构件可将支撑结构连接到第一电极底座，并且可包含气动致动器。关于沉积室框架的某些特征，第二孔径可大于第一孔径。本专利技术设备可包含连接到第一电极底座的第一电极。第一电极可配置成布置成与在第一孔径部分处的导电周边元件进行电气通信。而且，第一电极可包含从由氧化铟锡(ITO)、聚乙烯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、玻璃以及它们的组合(例如导电塑料ITO/PET)构成的组中选择的材料。此外，第一电极可包含或被提供为导电膜片(例如包含ITO、PET和玻璃中的一个或更多个的导电膜片)。关于导电周边元件，该元件可包含至少一个电极接触。至少一个电极接触可包含多个电极接触。备选地，至少一个电极接触是连续电极接触。在某些实施例中，导电周边元件可包含多个触销(例如弹簧加载的触销)。本专利技术的设备可包含连接到第二电极底座的第二电极。第二电极可包含石墨。例如，第二电极可包含由石墨构成的导电膜片。在另一实施例中，本专利技术的设备可包含分别可连接到第一电极底座和第二电极底座的第一电极和第二电极，其中第一电极包含工作电极，并且第二电极包含对电极。本专利技术的设备可包含可被布置在沉积室框架内的参考电极。本专利技术的参考电极可以是Ag/AgCl(银/氯化银)参考电极或者Pt(铂)或Au(金)导线准参考电极。在另一方面，本专利技术可包括包含电镀器皿的电化学沉积设备。所述设备可包含支撑结构和可与支撑结构一起布置的框架。框架可包含可配置成容纳沉积溶液的腔室，并且可包含：(1)具有第一孔径的第一孔径部分；以及(2)具有第二孔径的第二孔径部分，其中第二孔径可大于第一孔径。而且，设备可包含可紧接第一孔径布置的工作电极和/或可紧接第二孔径布置的对电极。框架、工作电极和对电极可组合以形成设备的电镀器皿。关于框架的腔室，腔室可包含套叠腔室、锥形腔室或它们的组合。此外，第二孔径可以是第一孔径的至少两倍大。实际上，第二孔径可以是第一孔径的三倍大。在某些实施例中，本专利技术的设备可包含配置成对准框架、工作电极和对电极的多个导引。在本专利技术装置的某些特定方面，可提供可定位成充当沉积室的两壁的对电极和工作电极。对电极和工作电极可相对与两个电极组合可充当沉积室、器皿或罐的沉积框架部分放置。可向对电极沿其外部周边做电气接触，外部周边可与沉积溶液隔离开。沉积溶液可包含涂层材料。可通过使用也可与沉积溶液隔离开的导电周边元件(例如弹簧加载的接触)沿工作电极的一部分向工作电极做电气接触。可与工作电极和对电极邻接的沉积框架部分可变锥形或套叠，使得对电极面积大于工作电极面积。例如，对电极面积可比工作电极面积显著更大(例如至少两倍大)，使得在对电极处不发生限制电极过程。在工作电极与对电极之间也可布置参考电极。优选地，参考电极更靠近工作电极放置，而不是对电极，使得在工作电极处施加的电势被更准确地调节。在沉积器皿填充或充电之前，随着对电极和工作电极相对沉积框架部分气动偏置，器皿可被气动密封。可使用可为要沉积在工作电极处的材料(例如经由电聚合在工作电极处从含有CP单体的沉积溶液沉积的导电聚合物(CP))专门定制的施加的电势算法来执行并监控沉积。在沉积完成时，沉积溶液可被排干，并且沉积室可被打开，从而打开器皿，从那儿可移除衬底(即工作电极)以便进一步处理。本文描述的示范装置以及与使用该装置相关的过程可服从自动化，并且对上面所概括的领域中的需要提供解决方案。在另一方面，本专利技术包含用于用本专利技术的电化学沉积设备将涂层材料电化学沉积在工作电极上的方法。该方法可包含：在设备的第一电极底座处安装工作电极。该方法可包含：在第二电极底座处安装对电极。此外，本专利技术的方法可包含通过(1)相对沉积室框架的第一孔径部分偏置工作电极和/或(2)相对沉积室框架的第二孔径部分偏置对电极来制备沉积室。本专利技术的方法还可包含向沉积室提供沉积溶液的步骤，其中沉积溶液可包含涂层材料。本专利技术的方法然后可包含：在工作电极和对电极两端施加电势以在工作电极处电化学沉积涂层材料。此外，本专利技术的方法可包含：从第一电极底座移除工作电极，其上已经沉积了涂层材料。在一个实施例中，本专利技术的方法可包含：通过将容器提升到沉积室上方而从与沉积室流体连通的容器向沉积室重力流沉积溶液来向沉积室提供沉积溶液。在另一实施例中，本专利技术的方法可包含如下步骤：通过将容器降低到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学沉积设备，包括：a.支撑结构；b.第一电极底座，连接到所述支撑结构；c.第二电极底座，连接到所述支撑结构；以及d.沉积室框架，配置成容纳沉积溶液并紧接所述第一电极底座和第二电极底座布置，所述沉积室框架包括：i.第一孔径部分，配置成面向所述第一电极底座，所述第一孔径部分包括第一孔径和导电周边元件；以及ii.第二孔径部分，配置成面向所述第二电极底座，所述第二孔径部分包括第二孔径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.02 US 14/956,4931.一种电化学沉积设备，包括：a.支撑结构；b.第一电极底座，连接到所述支撑结构；c.第二电极底座，连接到所述支撑结构；以及d.沉积室框架，配置成容纳沉积溶液并紧接所述第一电极底座和第二电极底座布置，所述沉积室框架包括：i.第一孔径部分，配置成面向所述第一电极底座，所述第一孔径部分包括第一孔径和导电周边元件；以及ii.第二孔径部分，配置成面向所述第二电极底座，所述第二孔径部分包括第二孔径。2.如权利要求1所述的设备，包括将所述支撑结构连接到所述第一电极底座和所述第二电极底座中至少一个的至少一个偏置构件。3.如权利要求2所述的设备，其中所述至少一个偏置构件包括弹簧、夹具、致动器或它们的组合。4.如权利要求2所述的设备，其中所述至少一个偏置构件将所述支撑结构连接到所述第一电极底座，并且包括气动致动器。5.如权利要求1所述的设备，其中所述第二孔径大于所述第一孔径。6.如权利要求1所述的设备，包括连接到所述第一电极底座并配置成布置成与所述导电周边元件进行电气通信的第一电极。7.如权利要求6所述的设备，其中所述第一电极包括从由氧化铟锡(ITO)、聚乙烯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、玻璃以及它们的组合构成的组中选择的材料。8.如权利要求6所述的设备，其中所述第一电极包括导电膜片。9.如权利要求1所述的设备，其中所述导电周边元件包括至少一个电极接触。10.如权利要求9所述的设备，其中所述至少一个电极接触包括多个电极接触。11.如权利要求10所述的设备，其中所述多个电极接触包括多个弹簧加载的触销。12.如权利要求1所述的设备，包括连接到所述第二电极底座的第二电极。13.如权利要求12所述的设备，其中所述第二电极包括石墨、金和铂中的一个或更多个。14.如权利要求12所述的设备，其中所述第二电极包括导电膜片。15.如权利要求1所述的设备，包括与所述导电周边元件进行电气通信的控制器。16.如权利要求1所述的设备，包括分别连接到所述第一电极底座和第二电极底座的第一电极和第二电极，其中所述第一电极包括工作电极，并且所述第二电极包括对电极。17.如权利要求16所述的设备，包括与所述导电周边元件和所述对电极进行电气通信的控制器。18.如权利要求1所述的设备，包括配置成布置在所述沉积室框架内的参考电极。19.如权利要求18所述的设备，其中所述参考电极包括银/氯化银参考电极、铂导线准参考电极和金导线准参考电极中的一个或更多个。20.如权利要求1所述的设备，包括与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉桑那·钱德拉塞卡尔，布莱恩·扎伊·简，理查德·莫德思，安东尼·拉罗萨，凯尔·霍宾，
申请(专利权)人：阿什温乌沙司公司，
类型：发明
国别省市：美国,US