一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置和制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置和制作方法，直写装置包括了X‑Y轴移动平台和位于X‑Y轴移动平台上方的直写器，所述直写器包括了直流电机、储料管和金属杆，所述储料管的底部具有与该储料管内部空间连通的金属微通道，并且该金属微通道在竖直方向上垂直设置，所述金属杆设置于储料管内，该金属杆的上端部与直流电机驱动连接，其末端为针状的针尖部，且延伸至金属微通道外，并且该金属杆与金属微通道对中设置，位于储料管内的聚合物前驱体液会沿旋转的金属杆沿杆爬升至末端的针尖部，从而实现聚合物前驱体液的输送，以提供一种简单易用的聚合物前驱体液直写装置。

A direct writing device and fabrication method of polymer precursor ceramic film

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置和制作方法
本专利技术涉及陶瓷薄膜领域，具体是涉及一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置和制造方法。
技术介绍
贵金属薄膜作为高温传感器，受限于1100℃的最高工作温度，而陶瓷薄膜作为高温薄膜传感器的发展方向，一般采用溅射方法制作，制作方法复杂、成本昂贵。而聚合物前驱体陶瓷具有可承受温度高、易于图案化的优点，在高温薄膜传感器，如应变计、热电偶、电阻温度检测器、热流计等方面有巨大的应用前景，然而目前制作薄膜聚合物前驱体陶瓷的方法和工艺并无商用，仅仅在实验室里完成，且有很大的局限性。目前制造聚合物前驱体薄膜的方法主要有以下几种。一是采用丝网印刷+光刻的方法在石英衬底上制作前驱体陶瓷薄膜，该方法仅适用于透明的石英衬底，且薄膜厚度在200μm以上(JungSunghoon.Fabricationandcharacterizationofheatfluxsensorusingpolymerderivedceramics[D].U.S.:UniversityofMissouri,2011.)；二是采用浸渍的方法制作聚合物前驱体陶瓷薄膜，该方法无法实现微纳线宽的前驱体薄膜(TorreyJessicaD.,BordiaRajendraK.ProcessingofPolymer-DerivedCeramicCompositeCoatingsonSteel[J].JournaloftheAmericanCeramicSociety,2008,91(1):41-45.)；三是采用静电纺丝的方法直接喷印在衬底上，该方法需要加高电压，设备复杂昂贵，成本较高(DuanHongxu,LiCheng,YangWeiwei,etal.Near-FieldElectrosprayMicroprintingofPolymer-DerivedCeramics[J].JournalofMicroelectromechanicalSystems,2013,22(1):1-3.)。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置，以提供一种简单易用的聚合物前驱体液直写装置。具体方案如下：一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置，包括了X-Y轴移动平台和位于X-Y轴移动平台上方的直写器，所述直写器包括了直流电机、储料管和金属杆，所述储料管的底部具有与该储料管内部空间连通的金属微通道，并且该金属微通道在竖直方向上垂直设置，所述金属杆设置于储料管内，该金属杆的上端部与直流电机驱动连接，其末端为针状的针尖部，且延伸至金属微通道外，并且该金属杆与金属微通道对中设置，位于储料管内的聚合物前驱体液会沿旋转的金属杆沿杆爬升至末端的针尖部，从而实现聚合物前驱体液的输送。进一步的，所述金属杆的外壁与金属微通道的内壁之间的间距为40μm～85μm。进一步的，所述金属杆的直径为160μm～180μm，所述金属微通道的内径为260μm～330μm。进一步的，所述金属杆的末端延伸至金属微通道出口外的长度为0.02～0.2mm。进一步的，所述直流电机的转速为500～20000r/min。本专利技术提供的聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置与现有技术相比较具有以下优点：该直写装置根据韦森堡效应，通过旋转金属杆来使得聚合物前驱体液体沿杆爬升至针尖，以实现供液的效果。金属杆带动针尖液体聚合物旋转，在针尖处形成旋转液滴，通过与衬底接触并且移动衬底制出线宽、厚度以及图案可控的聚合物前驱体薄膜。该直写装置相对于现有技术中的直写装置，去除了复杂的结构(例如电场等)，直接利用前驱体液的黏性特性来实现前驱体液的输送，并通过控制X-Y轴移动平台的运动，可以在衬底上形成不同图案的薄膜，并且薄膜的宽度和厚度均可控。本专利技术还提供了一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的制作方法，包括以下步骤：S1、将聚合物前驱体液加入如上任一所述的直写装置的储料管中，调节直流电机的转速，以使聚合物前驱体液沿金属杆的针尖部稳定流出；S2、将衬底固定于X-Y轴移动平台上，控制X-Y轴移动平台按照预定路线带动衬底运动，并在衬底上直写出设定的聚合物前驱体薄膜图案。S3、将写有聚合物前驱体薄膜图案的衬底放入管式炉中，在高纯氮气或氩气氛围下热解，热解完成后以一定速率降温至室温，即在衬底上制得聚合物前驱体陶瓷薄膜。进一步的，所述聚合物前驱体液为掺有微米/纳米二硼化钛或微米/纳米铝粉或微米/纳米二硼化锆的液体聚硅氮烷；或者掺有仲丁醇铝、微米/纳米二硼化钛或微米/纳米铝粉或微米/纳米二硼化锆的液体聚硅氮烷；或者，掺有微米/纳米二硼化钛或微米/纳米铝粉或微米/纳米二硼化锆的液体聚碳硅烷；或者，掺有微米/纳米二硅化锆以及微米/纳米YSZ的液体聚硅氧烷。进一步的，在步骤S3中，聚合物前驱体薄膜在管式炉中热分解的加热温度曲线为：以1℃/min的升温速率升温至350℃～450℃，保温1～3小时；再以2～5℃/min的升温速率升温至800℃～1100℃，保温1～3小时；最后以2～5℃/min的降温速率降温至室温。本专利技术提供的聚合物前驱体陶瓷薄膜的制作方法与现有技术相比较具有以下优点：一、制作简单、成本低廉、制造效率高、可重复性强的优势，制造出的聚合物前驱体陶瓷薄膜性能稳定。二、通过简单的调节电机的转速、移动平台的速度或金属微管道尺寸可以制作线宽和厚度不同，甚至图案复杂的聚合物前驱体陶瓷薄膜。三、可以采用不同的前驱体液写出不同性能的前驱体陶瓷薄膜，为后面多种前驱体陶瓷薄膜传感器的应用提供了保证。附图说明图1示出了直写装置的示意图。图2示出了直写装置的金属杆末端的放大图。图3示出了采用实例1的条件制得的聚合物前驱体陶瓷薄膜的扫描电子显微镜的图像。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。实施例1如图1和图2所示的，本实施例提供了一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置，该直写装置包括了X-Y轴移动平台1和位于X-Y轴移动平台1上方的直写器2。由于X-Y轴移动平台1为现有技术，因而在此不对其结构进行详细的描述。具体的，直写器2包括了直流电机20、储料管21和金属杆22，其中，储料管21的底部具有与该储料管21内部空间连通的金属微通道210，并且该金属微通道210在竖直方向上垂直设置。金属杆22设置于储料管21内，该金属杆22的上端部与直流电机20驱动连接，其末端为针状的针尖部220，且略微延伸至金属微通道210外，并且该金属杆22与金属微通道210对中设置。该直写装置在直写聚合物陶瓷前驱体时，将聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置，其特征在于：包括了X-Y轴移动平台和位于X-Y轴移动平台上方的直写器，所述直写器包括了直流电机、储料管和金属杆，所述储料管的底部具有与该储料管内部空间连通的金属微通道，并且该金属微通道在竖直方向上垂直设置，所述金属杆设置于储料管内，该金属杆的上端部与直流电机驱动连接，其末端为针状的针尖部，且延伸至金属微通道外，并且该金属杆与金属微通道对中设置，位于储料管内的聚合物前驱体液会沿旋转的金属杆沿杆爬升至末端的针尖部，从而实现聚合物前驱体液的输送。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的直写装置，其特征在于：包括了X-Y轴移动平台和位于X-Y轴移动平台上方的直写器，所述直写器包括了直流电机、储料管和金属杆，所述储料管的底部具有与该储料管内部空间连通的金属微通道，并且该金属微通道在竖直方向上垂直设置，所述金属杆设置于储料管内，该金属杆的上端部与直流电机驱动连接，其末端为针状的针尖部，且延伸至金属微通道外，并且该金属杆与金属微通道对中设置，位于储料管内的聚合物前驱体液会沿旋转的金属杆沿杆爬升至末端的针尖部，从而实现聚合物前驱体液的输送。


2.根据权利要求1所述的直写装置，其特征在于：所述金属杆的外壁与金属微通道的内壁之间的间距为40μm～85μm。


3.根据权利要求2所述的直写装置，其特征在于：所述金属杆的直径为160μm～180μm，所述金属微通道的内径为260μm～330μm。


4.根据权利要求1所述的直写装置，其特征在于：所述金属杆的末端延伸至金属微通道出口外的长度为0.02～0.2mm。


5.根据权利要求1所述的直写装置，其特征在于：所述直流电机的转速为500～20000r/min。


6.一种聚合物前驱体陶瓷薄膜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚合物前...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙道恒，崔在甫，周排弟，李鑫，周颖锋，李雅莉，何功汉，陈沁楠，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35