一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功能薄膜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法。本發(fā)明開發(fā)了一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜加熱干燥工藝。它不同于傳統(tǒng)的對溶膠膜進(jìn)行全表面均勻加熱的方式，而是在薄膜的左右對稱兩側(cè)施加定向熱場，利用快速升溫處理，從而在薄膜表面形成較大的溫度梯度分布，最終實(shí)現(xiàn)薄膜從邊緣向中心的逐次定型成膜。該工藝可以有效抑制薄膜干燥過程中的收縮變形，能耗低且制備周期短，其工藝簡單可控，不需要昂貴的設(shè)備，同時對需制的薄膜材料、尺寸以及襯底種類無特殊要求，為溶膠鍍膜中的干燥工藝提供了一種低成本、短周期、可工業(yè)化實(shí)施的新技術(shù)。
【專利說明】一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能薄膜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溶膠凝膠法是上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的一種材料制備方法。相對于其它的功能薄膜制備技術(shù)，溶膠凝膠法具有產(chǎn)物粒徑小、均勻性高、易于摻雜，設(shè)備工藝簡單以及反應(yīng)過程可控等眾多優(yōu)勢，在電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、催化、生物等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。
[0003]利用溶膠凝膠法制備薄膜的工藝過程主要包括:溶膠的配制，溶膠的陳化，鍍膜，干燥以及熱處理等。其中干燥工藝參數(shù)的控制對薄膜的性能有著至關(guān)重要的影口向(C.J.Brinker, et al.，"Fundamentals of sol-gel dip coating", Thin SolidFilms, 1991，201:97-108)。由于經(jīng)過溶膠的凝膠過程而沉積到基板表面的凝膠膜內(nèi)部還有大量溶劑，如果在薄膜的干燥過程中控制不當(dāng)，將會產(chǎn)生由于溶劑蒸發(fā)而引起的較大體積收縮，并且由于毛細(xì)管力的存在，很容易導(dǎo)致干凝膠膜產(chǎn)生缺陷甚至龜裂。因此，探索適宜的干燥工藝一直是溶膠鍍膜技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004]目前，常規(guī)的薄膜干燥工藝主要采用以下幾種:(I)減小每次涂覆的溶膠膜的厚度，將濕膜直接放置在加熱臺上或者烘箱中整體均勻加熱烘干，這樣便可以利用襯底的黏附作用抑制薄膜的收縮。此種工藝應(yīng)用最為廣泛并且操作簡便。但是，由于每次涂覆的薄膜過薄，這種工藝需要對薄膜進(jìn)行多次循環(huán)鍍膜，這便大大增加了制備周期以及多層之間的缺陷；(2)采用冷凍干燥工藝，在真空的條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來，從而保持住原有的薄膜結(jié)構(gòu)。但是此工藝只限于水或一些冰點(diǎn)較高的有機(jī)溶劑，設(shè)備造價高，干燥速率低，工藝時間長；(3)采用超臨界干燥工藝，對壓力和溫度進(jìn)行控制，使溶劑在干燥過程中達(dá)到其本身的臨界點(diǎn)，完成液相至氣相的超臨界轉(zhuǎn)變。過程中溶劑無明顯表面張力，從而不損壞薄膜的結(jié)構(gòu)。但是，此工藝依舊存在制備周期長、產(chǎn)量低、成本高等缺點(diǎn)。從上面的分析不難看出，現(xiàn)有的干燥工藝手段還無法滿足溶膠鍍膜的低成本、大面積工業(yè)化生產(chǎn)要求，研發(fā)廉價高效的干燥工藝手段是一個亟需解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決溶膠凝膠工藝中存在的薄膜干燥收縮問題，本發(fā)明提供了一種能顯著抑制薄膜干燥收縮、操作簡便的應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，(I)將所需制備的金屬化合物的無機(jī)鹽或金屬醇鹽與無機(jī)或有機(jī)溶劑以及其它輔助添加劑充分混合反應(yīng)，配制成所需膜材的前驅(qū)體溶膠并進(jìn)行陳化；
[0007](2)將溶膠通過提拉、旋涂或者噴霧熱分解方法涂覆在清潔的襯底基片上形成濕膜；
[0008](3)將涂覆溶膠的基片水平放入加熱爐腔體正中，調(diào)整加熱爐腔室內(nèi)的加熱源僅對稱對在爐腔內(nèi)的涂覆溶膠的基片左右兩側(cè)加熱，加熱至80~300°C，升溫速率大于5°C /s，保溫I~lOmin，使其干燥定型成膜，隨后冷卻至室溫取出，即可得到所需的干燥薄膜。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明開發(fā)了一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜加熱干燥工藝。它不同于傳統(tǒng)的對溶膠膜進(jìn)行全表面均勻加熱的方式，而是在薄膜的左右對稱兩側(cè)施加定向熱場，利用快速升溫處理，從而在薄膜表面形成較大的溫度梯度分布，最終實(shí)現(xiàn)薄膜從邊緣向中心的逐次定型成膜。該工藝可以有效抑制薄膜干燥過程中的收縮變形，能耗低且制備周期短，其工藝簡單可控，不需要昂貴的設(shè)備，同時對需制的薄膜材料、尺寸以及襯底種類無特殊要求，為溶膠鍍膜中的干燥工藝提供了一種低成本、短周期、可工業(yè)化實(shí)施的新技術(shù)。該薄膜干燥方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1.對前驅(qū)體溶膠無選擇性，原則上適合應(yīng)用于各種需鍍膜材的干燥工藝。
[0011]2.對溶膠膜的單次涂覆厚度無限制，對薄膜尺寸和形狀以及襯底種類也無特殊要求，通過恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)鍍膜參數(shù) ，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一次干燥鍍膜成型，無需循環(huán)涂覆。
[0012]3.同傳統(tǒng)的溶膠膜全表面同時加熱烘干工藝相比，此工藝手段可以更好地保持薄膜結(jié)構(gòu)，薄膜在干燥過程中幾乎無收縮變形。
[0013]4.操作工藝簡單，無需昂貴的設(shè)備，節(jié)省能源并且制備周期短，可方便實(shí)現(xiàn)大面積制備及批量化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為干燥工藝中加熱爐內(nèi)的加熱源以及基片位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的工藝步驟如下:
[0016]1.將所需制備的金屬化合物的無機(jī)鹽或金屬醇鹽與無機(jī)或有機(jī)溶劑以及其它輔助添加劑充分混合反應(yīng)，配制成所需膜材的前驅(qū)體溶膠并進(jìn)行陳化；
[0017]2.將溶膠通過提拉、旋涂或者噴霧熱分解等方法涂覆在清潔的襯底基片上形成濕膜；
[0018]3.將涂覆溶膠I的基片2水平放入加熱爐腔體正中進(jìn)行80~300°C的快速加熱處理，升溫速率大于5°C /s，保溫I~lOmin，使其干燥定型成膜。隨后冷卻至室溫取出，即可得到所需的干燥薄膜。
[0019]步驟3中，加熱爐腔室內(nèi)的加熱源3僅對稱分布在爐腔的左右兩側(cè)，與放置的基片表面垂直。
[0020]實(shí)施例1
[0021]I)取一定質(zhì)量的乙酰丙酮氧釩與適量體積的乙醇充分混合攪拌，靜置5小時后形
成二氧化釩鍍膜液。
[0022]2)利用噴霧熱分解法將步驟(1)所述的鍍膜液涂覆在清洗后的玻璃襯底上。
[0023]3)將涂覆有二氧化釩鍍膜液的玻璃基片水平放入圖1所示的加熱爐正中，快速升溫至80°C，升溫速率為5°C /s，保溫IOmin后取出，即得到幾乎無收縮變形的干燥薄膜。
[0024]實(shí)施例2[0025]I)取一定質(zhì)量的醋酸鋅與適量體積的乙二醇甲醚充分混合攪拌，靜置5小時后形成氧化鋅鍍膜液。
[0026]2)利用旋涂法將步驟(1)所述的鍍膜液涂覆在清洗后的硅片襯底上。
[0027]3)將涂覆有氧化鋅鍍膜液的硅基片水平放入圖1所示的加熱爐正中，快速升溫至300°C，升溫速率為10°C /s，保溫Imin后取出，即得到幾乎無收縮變形的干燥薄膜。
[0028]實(shí)施例3
[0029]I)取一定體積的正硅酸乙酯與適量體積的水及稀鹽酸溶液充分混合攪拌，靜置5小時后形成氧化硅鍍膜液。
[0030]2)利用提拉法將步驟(1)所述的鍍膜液涂覆在清洗后的石英襯底上。
[0031]3)將涂覆有氧化硅鍍膜液的石英基片水平放入圖1所示的加熱爐正中，快速升溫至200°C，升溫速率為8°C /s，保溫 5min后取出，即得到幾乎無收縮變形的干燥薄膜。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于溶膠鍍膜技術(shù)的薄膜干燥方法，其特征在于，它包括以下步驟: (1)將所需制備的金屬化合物的無機(jī)鹽或金屬醇鹽與無機(jī)或有機(jī)溶劑以及其它輔助添加劑充分混合反應(yīng)，配制成所需膜材的前驅(qū)體溶膠并進(jìn)行陳化； (2)將溶膠通過提拉、旋涂或者噴霧熱分解方法涂覆在清潔的襯底基片上形成濕膜； (3)將涂覆溶膠的基片水平放入加熱爐腔體正中，調(diào)整加熱爐腔室內(nèi)的加熱源僅對稱對在爐腔內(nèi)的涂覆溶膠的基片左右兩側(cè)加熱，加熱至80~300°C，升溫速率大于5°C /s，保溫I~lOmin，使其干 燥定型成膜，隨后冷卻至室溫取出，即得到所需的干燥薄膜。
【文檔編號】C23C18/12GK103966577SQ201410177342
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】田野, 劉勇, 羅飛, 成波, 劉大博 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院