專利名稱：一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制備薄膜的裝置，特別涉及一種使用溶膠凝膠法在基片表面
制備均勻透明的納米功能薄膜的裝置。
背景技術(shù)：
薄膜材料是現(xiàn)代科學研究和高新技術(shù)領(lǐng)域廣泛研究的一類具有特殊結(jié)構(gòu)和性能、 應用領(lǐng)域極其廣泛的先進材料。由于各研究者所在領(lǐng)域不同，研究的薄膜的類別也不同，其 應用領(lǐng)域也不一樣，但其共同的問題是在所需要的基片表面制備出與基片結(jié)合牢固的均 勻透明的納米功能薄膜十分困難。由于薄膜的制備效率低，嚴重妨礙了課題研究進程。其 主要原因有①作為成膜液體的膠體溶液處于亞穩(wěn)狀態(tài)，極易受制備環(huán)境的影響而改變其 性能。影響最大的環(huán)境因素是溫度和濕度，膠體溶液最顯著的變化是失穩(wěn)，改變最顯著的性 能是粘度。而失穩(wěn)和粘度直接影響薄膜的制備；②成膜過程中，基片表面的成膜液體的量很 少，對環(huán)境因素(特別是溫度和濕度)非常敏感。由于沒有專有裝置和技術(shù)，控制這些因素 很困難。③由于沒有專有裝置和技術(shù)，在成膜期間內(nèi)，膠體溶液和基片間沒有合適的恒定的 相對運動速度，因而沒有形成均勻薄膜的基礎；④在以往用于制備薄膜的儀器、設備或裝置 中使用了馬達等電動部件，其運轉(zhuǎn)的震動嚴重影響成膜的均勻性。 溶膠凝膠法制備功能納米薄膜具有突出的優(yōu)勢，因而其研究與應用領(lǐng)域極為廣 泛，幾乎涵蓋了功能薄膜的所有領(lǐng)域。能夠穩(wěn)定高效地以各組分的膠體溶液為前驅(qū)液，在清 洗好的基片表面制備與基片結(jié)合牢固的均勻透明的納米功能薄膜，對推進功能薄膜材料的 研究至關(guān)重要。目前還沒有公開的專門合適的儀器、設備和裝置。 因此實用新型一種裝置，去除薄膜制備過程中影響膠體溶液穩(wěn)定性和成膜過程中 影響薄膜均勻性的因素，對高效制備使用事先制備好的膠體溶液在清洗好的基片表面上獲
得與基片結(jié)合牢固的均勻透明的納米功能薄膜極為必要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種使用溶膠凝膠法在基片表面制備均勻透明的納 米功能薄膜的裝置，該裝置采用流體力學原理，由具有固定基片裝置的盛裝膠體溶液、盛裝 該容器和干燥劑的密封大容器、液體導管、膠體溶液、減震基座、支架等構(gòu)成；用該裝置可以 使用事先制備好的膠體溶液在清洗好的基片表面上獲得與基片結(jié)合牢固的均勻透明的納 米功能薄膜。 本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 —種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，該裝置采用流體力學原理，包括具有 固定基片裝置的盛裝膠體溶液即薄膜前驅(qū)液容器、盛裝該容器和干燥劑的密封大容器、液 體導管、膠體溶液即薄膜高位前驅(qū)液瓶、減震基座、支架，多孔圓筒置于容器底部并與大容 器同軸，大容器和多孔圓筒的間隙填充硅膠至圓筒高度，在圓筒內(nèi)設有前驅(qū)液容器并與大 容器和多孔圓筒同軸；待鍍膜基片固定在橫梁上，橫梁置于前驅(qū)液容器的掛塊(耳朵)中；膠塞及另一膠塞固定在容器蓋上，分別插有溫度計和溶液導管；通氣孔上放有干燥劑；將 組裝好的組裝容器蓋蓋在大容器上支架上方設有可移動的橫梁，橫梁右側(cè)設一卡鉗，卡鉗 卡住高位前驅(qū)液瓶。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其使用透明聚甲基丙烯酸甲酯 作為大容器的材質(zhì)時，容器蓋與大容器的連接方式為螺紋連接。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其使用儀器用玻璃作為大容器 的材質(zhì)時，容器蓋與大容器的連接方式為磨口連接。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其薄膜前驅(qū)液容器的形狀制備 成圓形、橢圓形、正方形或矩形。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其大容器是由容器主體和容器 蓋兩部分構(gòu)成的密閉容器，容器蓋上設有供溶液導管、溫度計和通氣用的孔，這些孔通過膠 塞密封。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其該容器的內(nèi)壁上部、在相互 對稱的位置上，有相互平行、固定橫梁(用于吊掛鍍膜基片)的掛塊。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，大容器與前驅(qū)液容器之間設有
篩網(wǎng)構(gòu)成的筒子，該筒子設在大容器的底部，在筒子和大容器之間裝有干燥劑。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于該掛塊位于容器上
部，距離容器底部為五分之四容器高度的位置；該掛塊的數(shù)量根據(jù)容器的尺寸大小而定，一
般選擇一對或二對。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其篩網(wǎng)孔徑不大于干燥劑的顆 粒徑。 本實用新型的優(yōu)點與效果是 本實用新型的裝置可以用于以各組分的膠體溶液為前驅(qū)液，在清洗好的基片表面 制備與基片結(jié)合牢固的均勻透明的納米功能薄膜，廣泛用于在實驗室中制備各種功能薄 膜，如電致變色薄膜、透明導電薄膜、光催化薄膜、自清潔薄膜、光電或電光薄膜等，利用該 原理制備大型設備即可應用于生產(chǎn)，這些薄膜廣泛應用于光學、電學、聲學、光電一體化、能 源、環(huán)保、節(jié)能等諸多領(lǐng)域。

本實用新型附圖為整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型進行詳細說明 圖中1-橡膠板；2_吸震基座；3_基片；4_多孔圓筒；5_硅膠；6_大容器；7_膠 帶；8-前驅(qū)液容器；9-容器蓋；10-通氣孔；11-膠塞；12_溫度計；13_膠塞；14_導管； 15-高位前驅(qū)液瓶；16-吸管；17-吸嘴；18-低位前驅(qū)液瓶；19-支架；20-橫梁；21-閥門。 本實用新型用于使用溶膠凝膠法在基片表面制備與基片結(jié)合牢固的均勻透明的 納米功能薄膜。這些納米功能薄膜為無機物、無機物與有機物的復合物(雜化材料)。
功能薄膜包括如下類型[0023] 電致變色薄膜用于制備電致變色玻璃、智能窗、保密玻璃、調(diào)光玻璃、節(jié)能玻璃、 主動變色材料，用于節(jié)能、環(huán)保、保密、軍事偽裝等領(lǐng)域； 光催化薄膜降解水中或空氣中的有機污染物；雙親、雙疏薄膜、單親(親水或秦 油)薄膜制備自清潔玻璃等；太陽能光陽極薄膜制備太陽能電池；壓電薄膜制備傳感 器；固體電解質(zhì)薄膜制備傳感器、離子導體薄膜；等等。 本實用新型所述流體力學原理是指在本實用新型的裝置中，鍍膜過程應用了流體 力學原理。使用本實用新型的裝置，準備鍍膜的基片浸入前驅(qū)液和從前驅(qū)液中脫出的鍍膜 過程，不是靠基片的機械移動，基片本身在整個鍍膜過程不動，而是前驅(qū)液注入基片所在的 容器和前驅(qū)液流出基片所在的容器的過程。鍍膜過程如下打開閥門21，處于高位的高位 前驅(qū)液瓶15所盛裝的前驅(qū)液具有較高的勢(位)能，在自身重力作用下，注入基片所在的 容器，并穩(wěn)定地連續(xù)浸沒基片，直到需要的高度，關(guān)閉閥門21，并在此高度保持所需要的時 間；然后，將高位前驅(qū)液瓶15放置在低位，即為低位前驅(qū)液瓶18，這樣，該瓶處于低位，完成 鍍膜作用的膠體溶液相比低位前驅(qū)液瓶18，具有較高的勢(位)能，在自身重力作用下，流 出基片所在的容器，并穩(wěn)定地連續(xù)脫離基片，直到全部流出，關(guān)閉閥門。然后再將充滿前驅(qū) 液的低位前驅(qū)液瓶18放置在高位，即可重復上述鍍膜過程。 由于使用本實用新型的裝置制備薄膜的過程中采用了流體力學原理，使得整個鍍 膜過程沒有機械振動，前驅(qū)液和基片的相對運動始終保持穩(wěn)定和連續(xù)，從而保證了所制備 的薄膜在即片上的均勻性。由于該裝置輔以減震基座2，并與工作臺隔以橡膠板l，使得即 使環(huán)境的微小振動，如研究人員的走步震動等，均能被裝置吸收掉，而影響不到所制備薄膜 的均勻性。 由于使用本實用新型的裝置制備薄膜的過程中采用了流體力學原理，整個鍍膜過
程在密閉的容器中進行，由實驗室提供恒定的溫度，裝置本身控制恒定的鍍膜環(huán)境濕度，保
證了在整個鍍膜過程中膠體溶液不受環(huán)境溫度、濕度、空氣質(zhì)量等的影響，膠體溶液處于相
同的狀態(tài)，即保持相同的粘度、組成等特有性質(zhì)，進而保證了鍍膜的均勻性和質(zhì)量。 本實用新型具有固定基片裝置的盛裝膠體溶液即薄膜前驅(qū)液的容器8，其構(gòu)成該
容器的材料可根據(jù)膠體溶液的性質(zhì)進行選擇，以不與膠體溶液發(fā)生化學反應為原則，可根
據(jù)研究者的條件選定。對一般的研究工作，比如制備以二氧化鈦為基體的光催化薄膜，或者
制備以二氧化鈰為基體的電致變色薄膜，該容器的材料選用儀器用玻璃較好。 該容器的形狀可根據(jù)研究者的需要制備成圓形、橢圓形、正方形和矩形。圓形容器
極易在市場上找到；橢圓形容器在比矩形或方形容器具有較好的制造工藝性和使用性能的
基礎上，制備相同數(shù)量的薄膜，可以使用較少的前驅(qū)液，節(jié)約研究成本；正方形容器會充分
利用空間，在相同的容積下，可同時制備更多的薄膜；矩形容器兼具橢圓形容器和矩形容器
的優(yōu)點，當然其制造工藝性能不如橢圓形容器。 該容器的內(nèi)壁上部，在相互對稱的位置上，有相互平行的一對、二對、三對或多對 用來掛橫梁的掛塊耳朵。該掛塊(耳朵)與容器的相對位置由研究者根據(jù)需要而定，一般 位于容器上部，距離容器底部為五分之四容器高度的位置；該掛塊耳朵的數(shù)量根據(jù)容器的 尺寸大小而定，一般選擇一對或二對；該掛塊用于固定橫梁，衡量用于吊掛鍍膜基片。 本實用新型盛裝前驅(qū)液容器8和干燥劑的密封大容器6，該容器是由容器主體和 容器蓋兩部分構(gòu)成的密閉容器，密閉指的是容器內(nèi)外部的氣體不能直接相通。容器蓋上有
5一個供溶液導管使用、一個供溫度計使用和一個供通氣用的孔，這些孔通過膠塞密封。孔的 數(shù)量和尺寸可根據(jù)研究者的需要而定。 構(gòu)成該容器的材料可根據(jù)膠體溶液的性質(zhì)進行選擇，以不與膠體溶液的蒸汽發(fā)生 化學反應為原則，可根據(jù)研究者的條件選定。對一般的研究工作，比如制備以二氧化鈦為基 體的光催化薄膜，或者制備以二氧化鈰為基體的電致變色薄膜，該容器的材料選用儀器用 玻璃較好。 該容器的形狀可根據(jù)研究者的需要，與前驅(qū)液容器8配套制備成圓形、橢圓形、正 方形和矩形。每一種形狀的優(yōu)缺點同前驅(qū)液容器8。 該容器的尺寸可根據(jù)研究者的需要，與容器8尺寸配套，其內(nèi)部徑向尺寸最小以 大于前驅(qū)液容器8的外部徑向尺寸10-12mm為宜，當然更大無妨。 在該容器與前驅(qū)液容器8之間，有一個特定高度和形狀的由篩網(wǎng)材料構(gòu)成的筒 子，該筒子坐在大容器6的底部，在該筒子和大容器6之間裝有干燥劑。筒子的高度以不高 于大容器6為原則，可根據(jù)研究者需要而定；筒子的形狀與大容器6相同，內(nèi)部徑向尺寸以 大于大容器6的外部徑向尺寸5-7mm為宜；篩網(wǎng)材料的孔徑以不大于干燥劑的顆粒為原則； 篩網(wǎng)材料以不與膠體溶液及其蒸氣發(fā)生化學反應為原則。 本實用新型液體導管14、吸嘴17、閥門21、高位前驅(qū)液瓶15、減震基座2、支架19 等，市場有多種材料、尺寸和形式的產(chǎn)品，研究者可根據(jù)需要選用。 本實用新型的整體裝配關(guān)系為將橡膠板l[實例1 :長X寬X厚度=(600 1200) X (400 600) X (5 12mm)]放在工作臺上；在橡膠板上組裝大容器6 :將多孔圓筒 4放在該容器底部，調(diào)整徑向位置，使該多孔圓筒4與大容器6同軸；在大容器6和多孔圓 筒4的間隙填充硅膠至圓筒高度；在多孔圓筒4內(nèi)放入前驅(qū)液容器8，調(diào)整位置，使之與大 容器6和多孔圓筒4同軸；用透明膠帶7將待鍍膜基片3固定在橫梁20上，然后將橫梁放
在前驅(qū)液容器8的掛塊中；組裝容器蓋9 :將膠塞11和膠塞13固定在該容器蓋上，分別放入 溫度計12和溶液導管，位置根據(jù)需要調(diào)整；在通氣孔10上面放入硅膠5(或其它干燥劑)； 將組裝好的組裝容器蓋9蓋在大容器6上有兩種方式，使用透明聚甲基丙烯酸甲酯作為大
容器6的材質(zhì)時，容器蓋9與大容器6的連接方式為螺紋連接；使用儀器用玻璃作為大容器 6的材質(zhì)時，容器蓋9與大容器6的連接方式為磨口連接。在橡膠板圖示位置上放置吸振
基座撕掉吸振基座底面的保護紙，露出一層膠黏劑，靠此膠黏劑將吸振基座固定在橡膠板 上；將組裝好的大容器6放在吸振基座上面的預留位置；支架19靠自身重量根據(jù)需要固定 在橡膠板某一位置處，支架上方橫梁根據(jù)需要可升降移動，靠螺絲固定具體位置；該橫梁右 側(cè)是一卡鉗，用卡鉗卡住高位前驅(qū)液瓶15 ;吸管16和導管14用針頭在工作時扎入高位前 驅(qū)液瓶15 ;吸嘴17和吸管是一體的；閥門21與導管是一起的，可以調(diào)整導管流通截面面積
的閥門。
權(quán)利要求一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于該裝置采用流體力學原理，包括具有固定基片裝置的盛裝膠體溶液即薄膜前驅(qū)液容器(8)、盛裝該容器和干燥劑的密封大容器(6)、液體導管(14)、膠體溶液即薄膜高位前驅(qū)液瓶(15)、減震基座(2)、支架(19)，多孔圓筒(4)置于容器底部并與大容器(6)同軸，大容器(6)和多孔圓筒(4)的間隙填充硅膠至圓筒高度，在圓筒(4)內(nèi)設有前驅(qū)液容器(8)并與大容器(6)和多孔圓筒(4)同軸；待鍍膜基片(3)固定在橫梁(20)上，橫梁置于前驅(qū)液容器(8)的掛塊中；膠塞(11)及另一膠塞(13)固定在容器蓋上，分別插有溫度計和溶液導管；通氣孔上放有干燥劑；將組裝好的組裝容器蓋(9)置于大容器(6)上支架上方設有可移動的橫梁，橫梁右側(cè)設一卡鉗，卡鉗卡住高位前驅(qū)液瓶(15)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于使用 透明聚甲基丙烯酸甲酯作為大容器(6)的材質(zhì)時容器蓋(9)與大容器(6)的連接方式為螺 紋連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于使用 儀器用玻璃作為大容器(6)的材質(zhì)時容器蓋(9)與大容器(6)的連接方式為磨口連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于薄膜 前驅(qū)液容器(8)的形狀制備成圓形、橢圓形、正方形或矩形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于大容 器(6)是由容器主體和容器蓋兩部分構(gòu)成的密閉容器，容器蓋上設有供溶液導管、溫度計 和通氣用的孔，這些孔通過膠塞密封。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于大容 器(6)與前驅(qū)液容器(8)之間設有篩網(wǎng)構(gòu)成的筒子，該筒子設在大容器(6)的底部，在筒子 和大容器(6)之間裝有干燥劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，其特征在于該掛 塊位于容器上部，距離容器底部為五分之四容器高度的位置；該掛塊根據(jù)容器的尺寸大小 選擇一對或二對。
專利摘要一種溶膠凝膠法制備納米功能薄膜的裝置，涉及一種制備薄膜的裝置，包括前驅(qū)液容器8、大容器6、液體導管14、高位前驅(qū)液瓶15、減震基座2、支架19；多孔圓筒4置于容器底部并與大容器6同軸，大容器6和多孔圓筒4的間隙填充硅膠至圓筒高度，在圓筒4內(nèi)設有前驅(qū)液容器8并與大容器6和多孔圓筒4同軸。支架上方設有可移動的橫梁，橫梁右側(cè)設一卡鉗，卡鉗卡住高位前驅(qū)液瓶15。本實用新型的裝置可以用于以各組分的膠體溶液為前驅(qū)液，在清洗好的基片表面制備與基片結(jié)合牢固的均勻透明的納米功能薄膜，廣泛用于在實驗室中制備各種功能薄膜，如電致變色薄膜、透明導電薄膜、光催化薄膜、自清潔薄膜、光電或電光薄膜等。
文檔編號C23C20/00GK201538816SQ200920015168
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者畢孝國, 畢鈺帛, 牛微, 蔡云平 申請人:沈陽工程學院