一种全自动喷雾式制备薄膜的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种全自动喷雾式制备薄膜的装置，所述装置是利用全自动交替喷雾液相外延法在基底表面制备薄膜的装置，包括：供气系统，气体调节系统，压力容器，数控系统，雾化喷头，基底支撑架，外部箱体。所述装置可以根据需求对控制系统设置相应参数，能够准确、均匀地喷洒不同原料来覆盖基底，并可调控每种原料与基底接触反应时间，从而有效地制备形貌优异、取向一致的薄膜，特别是层层自组装薄膜材料，具有全自动、精度高、省人力等优点，尤其适合大面积、多层重复、成分复杂的金属‑有机框架(MOFs)薄膜制备。

An automatic spray device for preparing thin films

【技术实现步骤摘要】
一种全自动喷雾式制备薄膜的装置
本技术属于全自动薄膜制造
，具体涉及一种全自动喷雾式制备薄膜的装置。
技术介绍
薄膜材料由于其较好的性能和适用性被广泛应用于传感器和器件等领域。尤其是通过层层组装的薄膜材料具有良好的表面形貌和可控制的薄膜厚度，因此在电学、光学、催化以及防护领域有着较好的应用前景。然而如何高效地制备质量优异的层层组装薄膜仍然是一个很大的挑战。目前制备薄膜使用较多的方法主要有两种：旋涂法以及手工浸泡法。这两种方法均存在较多缺点，如旋涂法无法较好控制薄膜厚度，手工浸泡法受基底边缘张力影响无法获得良好形貌，并且此两种方法耗时耗力，难以精确控制制备时间，制备的薄膜重复性较差，无法大批量制备。因此需要一种全自动喷雾式制备薄膜的装置，在代替人工进行规范化操作减小误差的同时，制备形貌良好、厚度可控的薄膜，为进一步推广薄膜材料的应用奠定基础。
技术实现思路
为了改善现有技术中的不足，本技术提供一种全自动喷雾式制备薄膜的装置，所述装置是利用全自动交替喷雾液相外延法在基底表面制备薄膜的装置。根据本技术，所述装置包括：供气系统，气体调节系统，压力容器，数控系统，雾化喷头，基底支撑架，外部箱体；所述供气系统作为主要动力，用于提供喷雾过程中所需的气压；所述气体调节系统用于调控各部分气流通量；所述数控系统介于所述气体调节系统和所述雾化喷头之间，用于接收预编指令信号，并通过所述预编指令信号控制所述雾化喷头的工作；所述压力容器用于盛放反应原料，由所述供气系统提供压力，并通过所述气体调节系统调节每个容器中压力的大小；所述雾化喷头与所述压力容器一一对应，用于产生均匀喷雾；所述基底支撑架用于对所述基底进行支撑；所述外部箱体作为密封装置，防止外部条件对薄膜生长过程的影响，同时防止雾化的原料对环境造成污染。根据本技术的实施方式，所述供气系统所提供的气体种类可以是惰性气体，例如可以为氮气、氩气、氦气。根据本技术的实施方式，所述供气系统供气时产生的压强不低于0.15MPa。根据本技术的实施方式，所述供气系统的供气管道可以根据气流大小选择相应直径的软管或硬管。根据本技术的实施方式，所述气体调节系统由3～10个调控阀门组成，包括总阀门、压力容器阀门、喷头压力阀门，其中，所述压力容器阀门用于为原料加压，所述喷头压力阀门受所述数控系统调节开闭，用于为所述雾化喷头输送动力而产生喷雾。根据本技术的实施方式，所述调控阀门包括压力显示部分、气体流量调整部分，所述气体流量调整的方式可以为旋转式、按压式。根据本技术示例性的实施方式，所述调控阀门包括气体流量计、旋转调节器。根据本技术的实施方式，所述压力容器为具有一定结构强度的容器，其承受压力为0.1MPa～5MPa；所述压力容器的材质应选择对内部反应原料没有影响的材料，例如聚四氟乙烯、不锈钢等；所述压力容器的大小可以根据需要调整，例如可以为实验室中常规的容器，也可以为工业化放大生产采用的大容量容器；所述压力容器的个数可以根据反应原料的种类进行调整；所述压力容器的摆放位置可以进一步根据控制系统设置的位置参数来调整。根据本技术的实施方式，所述反应原料优选为溶液。根据本技术示例性的实施方式，所述反应原料可以是金属盐溶液、有机配体溶液、纯溶剂中的一种或多种。根据本技术的实施方式，所述雾化喷头为自动调控喷头，可以为二流体雾化喷头、三流体雾化喷头，优选三流体雾化喷头；所述雾化喷头的数量可根据制膜所需原料种类的数量进行调整，每种原料对应一个喷头。根据本技术的实施方式，所述雾化喷头的工作压力不低于0.1MPa。根据本技术的实施方式，所述雾化喷头全部安装在同一支架上，通过所述雾化喷头的角度调整使所有喷雾出口对准所述基底，所述喷雾出口与所述基底的角度可以为30°～90°。根据本技术的实施方式，通过调整所述支架位置，可控制所述喷雾出口到基底距离。根据本技术的实施方式，所述喷雾出口与所述基底的距离可以为5～50cm。根据本技术的实施方式，所述基底支撑架的角度和高度均可调节，优选地，所述基底支撑架的角度和高度调节至使所述基底尽量垂直于所述雾化喷头喷出的喷雾，获得最佳接触效果。根据本技术的实施方式，所述基底支撑架的材质可以为金属或塑料；所述基底支撑架的结构上可采用支撑板或支撑架，可设置夹子或使用粘胶使基底放置牢固，降低喷雾造成的冲击力的影响。根据本技术的实施方式，所述基底的形状、材料和尺寸可以根据不同测试和表征的需要进行选择，所述基底的形状可以是长方形、正方形、圆形等；所述基底的材质可以是金属、硅、玻璃、云母、玻璃、石英玻璃、金属泡沫、高分子材料中的任一种；所述基底的尺寸可以为30*30cm2以内。优选地，所述基底为修饰化的基底，所述修饰化可以为有机基团修饰，所述有机基团可以为羟基、羧基、氨基、巯基、吡啶基、卡宾基、咪唑基中的一种或多种；示例性地，所述基底为已修饰化有羟基基团的石英玻璃基底。根据本技术的实施方式，所述数控系统由微型电脑和电子阀门组成，可按照设定的程序，通过控制电子阀门的开闭实现对每个所述雾化喷头的开闭、喷雾持续时间和循环次数的控制。根据本技术的实施方式，所述微型电脑采用可编程控制器(PLC)，如采用可编程程序的存储器，并在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制电子阀门的开闭。根据本技术的实施方式，所述外部箱体的材质可以为金属和/或塑料；为了便于观看内部装置的运动情况，优选使用透明塑料材质和金属材质制备得到的一侧为金属、一侧为透明塑料的外壳；所述透明塑料可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料、PC、MABS、PETG、AS、PS、NAS、PVC、PET，优选PMMA。优选地，所述外部箱体可以设置箱门，便于随时对基底的放置与支架角度等参数进行调节，所述箱门的类型可以为推拉式或开合式等。根据本技术的实施方式，所述装置的尺寸可以为100cm3～100m3，其长宽高的比例可以为1:1:1；例如可以为60*60*60cm(长/宽/高)，可根据制备薄膜的目的、操作地空间的大小以及操作者的需求来设计设备的尺寸。本技术还提供一种制备薄膜的方法，所述方法是基于上述全自动喷雾式制备薄膜的装置；所述方法包括如下步骤：1)将反应原料依次置于压力容器内；2)将基底固定于基底支撑架上，接通供气系统，调整合适的气体压强；3)通过数控系统控制各雾化喷头的喷雾顺序和喷雾时间，制备得到薄膜。本技术还提供一种制备层层自组装薄膜的方法，所述方法是基于上述的全自动喷雾式制备薄膜的装置，所述方法包括如下步骤：1)将反应原料依次置于压力容器内；2)将基底固定在基底支撑架上，接通供气系统，调整合适的气体压强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动喷雾式制备薄膜的装置，其特征在于，所述装置是利用全自动交替喷雾液相外延法在基底表面制备薄膜的装置；/n所述装置包括：供气系统，气体调节系统，压力容器，数控系统，雾化喷头，基底支撑架，外部箱体；/n所述供气系统作为主要动力，用于提供喷雾过程中所需的气压；/n所述气体调节系统用于调控各部分气流通量；/n所述数控系统介于所述气体调节系统和所述雾化喷头之间，用于接收预编指令信号，并通过所述预编指令信号控制所述雾化喷头的工作；/n所述压力容器用于盛放反应原料，由所述供气系统提供压力，并通过所述气体调节系统调节每个容器中压力的大小；/n所述雾化喷头与所述压力容器一一对应，用于产生均匀喷雾；/n所述基底支撑架用于对所述基底进行支撑；/n所述外部箱体作为密封装置，防止外部条件对薄膜生长过程的影响，同时防止雾化的原料对环境造成污染。/n

【技术特征摘要】
1.一种全自动喷雾式制备薄膜的装置，其特征在于，所述装置是利用全自动交替喷雾液相外延法在基底表面制备薄膜的装置；
所述装置包括：供气系统，气体调节系统，压力容器，数控系统，雾化喷头，基底支撑架，外部箱体；
所述供气系统作为主要动力，用于提供喷雾过程中所需的气压；
所述气体调节系统用于调控各部分气流通量；
所述数控系统介于所述气体调节系统和所述雾化喷头之间，用于接收预编指令信号，并通过所述预编指令信号控制所述雾化喷头的工作；
所述压力容器用于盛放反应原料，由所述供气系统提供压力，并通过所述气体调节系统调节每个容器中压力的大小；
所述雾化喷头与所述压力容器一一对应，用于产生均匀喷雾；
所述基底支撑架用于对所述基底进行支撑；
所述外部箱体作为密封装置，防止外部条件对薄膜生长过程的影响，同时防止雾化的原料对环境造成污染。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供气系统所提供的气体种类是惰性气体；
所述供气系统供气时产生的压强不低于0.15MPa。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体调节系统由3～10个调控阀门组成，包括总阀门、压力容器阀门、喷头压力阀门，其中，所述压力容器阀门用于为原料加压，所述喷头压力阀门受所述数控系统调节开闭，用于为所述雾化喷头输送动力而产生喷雾。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷志刚，田一博，康遥，张健，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：新型
国别省市：福建;35