一种纳米纤维制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术设计一种尺寸可控的纳米纤维制备装置。该装置采用集成电路制备方法，在衬底的一面制备纳米级宽度和深度的凹型沟槽。以这种衬底为模板，在其沟槽中生长出纳米纤维。该方法可以利用小舟法实现纳米纤维的连续生长，实现纳米纤维的批量生产，在制备过程中可以利用外加电磁场对熔体中的离子或有机单进行诱导，提高熔体中的物料输运效果，以提高外延纳米纤维的结晶度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米纺织纤维的制备装置，特别是一种可以连续生产的纳米纺织纤维的制备装置。
技术介绍
纳米纺织纤维具有潜在的开发前景，其制备方法也获得大力发展。目前纳米纺织纤维的主要制备方法有静电纺丝法和熔喷法。专利技术专利“Taylor锥多喷头静电纺丝机”(申请号200710172744)以及专利“朝上喷的多喷头静电纺丝机”(申请号200720076954)公开了一种利用喷头产生气泡，气泡在高压静电作用下破裂后在静电场作用下形成亚微米纳米级纤维的静电纺丝方法。专利技术专利“无喷头连续静电纺丝系统”(申请号200810028060)公开了一种旋转的无喷头连续静电纺丝装置。专利技术专利“一种腈纶-蛋白质-铜盐复合抗静电纤维的制备方法”(公开号101240462A)公开了一种熔喷法制备亚微米纳米纤维的制备方法。这些纳米纤维的制备方法制备出的纤维尺寸大多在100-500纳米随机分布，不能人为控制，而且尺寸很难继续缩小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种尺寸可控的纳米纤维液相外延制备方法。为了实现本专利技术的目的，本说明书提供了制备尺寸可控的纳米纺织纤维制备用的装置，其特征是包括带有纳米沟槽的衬底(I)，在衬底下表面形成的沟槽(2)，位于衬底(I)下面的恒温池(3)，位于恒温池(3)左侧外壁的左极化电极(4)，位于恒温池(3)内的熔体，连接恒温池(3)和化料池⑶的连通器(6)，用于控制连通器(6)开关的阀门(7)，化料池(8)，位于恒温池(3)右侧外壁的右极化电极(9)和恒温池(3)右侧上壁的弹性刮片(10)。衬底⑴的一面经过精细抛光后，刻蚀出平行沟槽(2)。装置中的恒温池(3)两侧可以分别安装左极化电极(4)和右极化电极(9)，一侧边的上部安装弹性刮片(10)，两侧边上部开有槽，并且该恒温池(3)通过连通器(6)与化料池(8)相连接。衬底(I)的特征是I)它的一面经过精细抛光成光学I级，表面平整度为0.1微米的平整表面后，用等离子体或激光刻蚀出0.13微米的平行沟槽(2)，或者用掩模板在其表面镀上宽度为0.13微米深度为0.1微米的金属沟槽(2) ;2)衬底(I)两端经过处理，使多块衬底之间可以实现衔接。恒温池(3)的特征是I)两边上部开有合适高度的槽，可以使衬底⑴在槽中通过；2)恒温池(3) —边通过连通器(6)与化料池(8)相连接；3)恒温池(3)的温度保持在熔点；4)恒温池(3) —边的上部安装弹性刮片(10) ；5)恒温池(8)两侧可以分别安装左极化电极(4)和右极化电极(9)，使熔体中的分子合理排列。弹性刮片(10)的特征是能在工作温度保持良好弹性，并且刮片的刀口是平整的。化料池(8)的特征是通过升温可以将原料顺利熔化，并通过调节熔体原料的高度和阀门(7)对恒温池(3)中原料进行补充。在衬底的一面上有纳米级宽度和深度的沟槽。这些沟槽既可以是在衬底材料本身上用等离子体或激光刻蚀形成的纳米级宽度和深度的凹型沟槽，也可以是在衬底的一面上用类似集成电路的方法制备出的同质或异质凸起型沟槽。采用在衬底本身一面上刻槽的好处是沟槽和衬底本身同一体，结构牢固，不易损坏。其缺点是制备的纳米纤维与衬底结合紧密时，沟槽壁与纳米纤维的结合力给制备获得的纳米纤维取出带来麻烦，特别是用溶剂法取出纳米纤维时，给溶剂浸润纤维外表面带来困难，需要延长浸润时间，有时还需要在浸润时升温。采用异质材料形成沟槽的好处是形成沟槽的材料可以选用与纳米纤维结合力不强的材料，甚至可以选用N1-Cr/N1-Si电阻丝作为沟槽壁，溶取纤维时可以给沟槽壁通电升温，加速纳米纤维的溶取速度，提高工作效率，缺点是沟槽壁材料可能与衬底结合力不足，导致沟槽可能会从衬底上脱落。因此，选用沟槽的材料要根据实际情况来考虑。制备纳米纤维的液相外延方法即可以采用垂直浸溃液相外延法，也可以采用“小舟法”。采用垂直浸溃液相外延法的好处是制备过程可以全程观察，获得纳米纤维生长的信息，纤维和沟槽外的附着液可以通过高速旋转法抛去绝大部分，剩下的附着物可以通过研磨等方法去掉。缺点是不适合于流水线批量生产。这种方法在研究新型纳米纤维性质和制造工艺时有利。“小舟法”的好处是可以通过流水线进行批量生产，将一些钨粉联接的衬底固定在传动装置上连续通过熔体表面，让熔体浸入沟槽中凝固外延形成纳米纤维，附着在表面的熔体可以通过盛装熔体的器壁安装的特殊装置去掉，剩下的微量熔体在表面凝固成膜后，可以通过后续研磨等工艺去掉。缺点是纳米纤维生长过程不能观察。这种方法适合于生长技术成熟的纳米纤维材料。本方法的个明显好处是制备获得的纳米纤维尺寸与沟槽尺寸相近，而且获得的纤维分离而不相互缠绕，对纤维后续加工提供很好的基础。随着集成电路制备工艺的发展，沟槽尺寸可以进一步缩小到数十纳米，真正批量制备出纳米纤维。附图说明图1是本专利技术设计的装置结构图，图中涉及的具体构件在前面部分已经细致说明。具体实施方式本专利技术的具体实施方式可以通过下面的实施例进行具体说明。实施例聚丙烯纳米纤维的制备用等离子体或激光束将精密抛光为光学I级表面平整的8*8英寸的单晶硅片长方形衬底表面上，用集成电路制备工艺印刷一层0.13微米宽，0.1微米深的平行铝导线，用这些导线作为沟槽。将这些衬底在500°C 80%氧气气氛中处理10分钟，使硅片表面和铝线氧化。这样作有两个好处，其一是表面硅氧化成SiO2后，与聚丙烯分子亲和度增加，对聚丙烯分子的外延更为有利；其二是铝氧化为致密的Al2O膜，使沟槽宽度变窄，同时防止高化学活性的铝对聚丙烯分子产生影响，如被聚丙烯分子上的H氧化等，防止意外发生；其三是致密的Al2O3膜有良好的耐磨性和机械强度，对沟槽中的聚丙烯纳米纤维提供良好的保护，对后道研磨程序有利。将熔化的聚丙烯熔体在如附图所示的化料池中在200°C左右熔化，打开连通器上的阀门，让熔体通过连通器流入恒温池中，恒温池中熔体上部温度为167°C，这是聚丙烯的熔点。在恒温池的右边有一个弹性刮片固定在恒温池后边上部，开口整齐的刮片开口向上。其高度刚好与衬底下表面持平。将带有沟槽的衬底在传动装置的作用下通过恒温池上部从左至右以120mm/min匀速移动。衬底通过恒温池时的高度是紧贴熔体的液面，使熔体顶部能与衬底接触并进入沟槽。衬底的两边在恒温池两边壁上部预先制作的开槽中运行，恒温池中的部分熔体在表面力作用下被吸附到衬底下表面沟槽中。衬底下表面通过恒温池的后边时会遇到安装在这里的弹性刮片，吸附在衬底下表面的熔体大部分被弹性刮片刮下来流回恒温池,少量熔体填满沟槽并在衬底下表面形成一层薄膜。附图所述的左极化电极和右极化电极分别加在恒温池的两侧，构成一个极化电场。电场强度为30V/cm。极化电场可以对恒温池中熔体的聚丙烯分子产生诱导作用，是分子按照衬底运动方向也就是沟槽延伸方向排列，增加聚丙烯分子在沟槽中排列的整齐度，以提高聚丙烯纳米纤维的结晶度。衬底离开熔体冷却至室温后，熔体在沟槽及衬底下表面外延，沟槽中的熔体外延成纳米纤维，在衬底下表面外延成薄膜，这层薄膜用抛光技术去除，能从沟槽中获得纳米纤维。由于到衬底、沟槽和外延获得的纤维的热胀冷缩效应，获得的纤维尺寸小于100纳米，平均尺寸在80纳米左右。将多块衬底之间进行无缝联接，在传送设备的辅助下，可以实现聚丙烯纳米纤维的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米纤维制备装置，其特征是包括带有纳米沟槽的衬底(1)，在衬底下表面形成的沟槽(2)，位于衬底(1)下面的恒温池(3)，位于恒温池(3)左侧外壁的左极化电极(4)，位于恒温池(3)内的熔体(5)，连接恒温池(3)和化料池(8)的连通器(6)，用于控制连通器(6)开关的阀门(7)，化料池(8)，位于恒温池(3)右侧外壁的右极化电极(9)和恒温池(3)右侧上壁的弹性刮片(10)。

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维制备装置，其特征是包括带有纳米沟槽的衬底(I)，在衬底下表面形成的沟槽(2)，位于衬底(I)下面的恒温池(3)，位于恒温池(3)左侧外壁的左极化电极(4)，位于恒温池(3)内的熔体(5)，连接恒温池(3)和化料池⑶的连通器(6)，用于控制连通器(6)开关的阀门(7)，化料池(8)，位于恒温池(3)右侧外壁的右极化电极(9)和恒温池⑶右侧上壁的弹性刮片(10)。2.按权利要求1所说的一种纳米纤维制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：万尤宝，张建新，叶剑东，李应闯，李炜栋，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：实用新型
国别省市：