一種具有預(yù)退火功能的勻膠的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)，它包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機(jī)四部分。注膠裝置將手動(dòng)滴膠過(guò)程簡(jiǎn)化為常閉型水閥的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)動(dòng)作的控制過(guò)程，提高了滴膠效率，避免經(jīng)驗(yàn)化滴膠可能帶來(lái)的問(wèn)題。加熱裝置用于對(duì)樣品進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)薄膜的低溫預(yù)退火功能。散熱裝置用于為勻膠機(jī)內(nèi)膽降溫，并促進(jìn)加熱裝置內(nèi)外的熱量和氣體交換，排出經(jīng)加熱后逸出的有機(jī)物質(zhì)。勻膠機(jī)用于實(shí)現(xiàn)薄膜制備時(shí)的甩膠操作。本發(fā)明裝置可將溶膠-凝膠法的滴膠-甩膠-低溫預(yù)退火制備薄膜的實(shí)驗(yàn)流程，簡(jiǎn)化為多次重復(fù)滴膠-甩膠-低溫預(yù)退火后使用快速退火爐集中高溫?zé)崽幚碇苽浔∧さ膶?shí)驗(yàn)流程，縮短制膜時(shí)間，大幅提高了制膜效率。
【專利說(shuō)明】ー種具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種勻膠機(jī)，特別涉及ー種具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]溶膠-凝膠法是ー種重要的薄膜材料制備手段，具備合成溫度低，摻雜方便，實(shí)驗(yàn)條件靈活可控，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)[見(jiàn)參考文獻(xiàn)一]。該法一般需要用到勻膠機(jī)(用于將前驅(qū)體溶液旋涂到襯底片上)和快速退火爐(用于樣片的熱處理)，需要進(jìn)行手動(dòng)滴膠、甩膠、低溫?zé)嵬嘶?、高溫?zé)嵬嘶鸬葘?shí)驗(yàn)過(guò)程[見(jiàn)參考文獻(xiàn)二]。在其傳統(tǒng)應(yīng)用中，該法存在著以下待改進(jìn)之處。
[0003]首先需要改進(jìn)的是手動(dòng)的滴膠旋涂操作過(guò)程。在每個(gè)熱處理過(guò)程前，需要使用膠頭滴管汲取溶膠并滴出少許到襯底片上，使用勻膠機(jī)完成甩膠涂膜。反復(fù)進(jìn)行汲取溶膠、滴膠的過(guò)程看似簡(jiǎn)單，實(shí)際需要耗費(fèi)部分時(shí)間，并且有一定的經(jīng)驗(yàn)性。尤其對(duì)于需要使用溶膠-凝膠法批量制備樣品片，所需生長(zhǎng)的薄膜涉及到厚度較厚、需要進(jìn)行數(shù)百次乃至數(shù)千次的滴膠、旋涂操作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。比如毎次滴膠的位置需要肉眼判斷；滴膠量不能保證每次都精確一致；長(zhǎng)時(shí)間的手動(dòng)操作耗費(fèi)エ時(shí)等。
[0004]另ー方面，在熱退火處理過(guò)程上需要改進(jìn)。溶膠凝膠法需要對(duì)每層甩膠后的薄膜進(jìn)行熱退火處理，以實(shí)現(xiàn)材料的逐層生長(zhǎng)，最終達(dá)到所需的薄膜厚度。該過(guò)程的缺點(diǎn)在于，當(dāng)溶劑中金屬鹽的溶解度較低時(shí)，制得每層薄膜的厚度較小，往往需要經(jīng)過(guò)很多次的滴膠-甩膠-低溫?zé)嵬嘶?高溫?zé)嵬嘶鹬芷诓拍苤苽涞玫剿韬穸鹊哪?。例如，在使用溶膠-凝膠法制備錳鈷鎳氧化物薄膜吋，需要制備6-10 u m厚的薄膜才能保證其較低的方塊電阻和紅外光吸收，以利用其熱敏特性實(shí)現(xiàn)紅外熱探測(cè)。而實(shí)際制作吋，由于錳、鈷、鎳的醋酸鹽溶液的濃度較低，毎次甩膠只能得到大約22nm厚的薄膜，WSym的膜厚計(jì)，需要重復(fù)約360次才能制得[見(jiàn)參考文獻(xiàn)三、四]。如果每個(gè)制膜周期花費(fèi)15分鐘，則完成薄膜制作需要90小吋，即十余個(gè)工作日，效率較為低下。若能在每個(gè)涂膜周期后進(jìn)行低溫預(yù)退火處理，則可反復(fù)多次涂膜后集中退火，如此可以大大縮短制膜時(shí)間。
[0005]本專利通過(guò)常閉型水閥的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滴膠、甩膠的過(guò)程；利用觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制紅外燈的功率，實(shí)現(xiàn)薄膜樣品的預(yù)退火過(guò)程；采用散熱裝置為勻膠機(jī)內(nèi)膽降溫，并促進(jìn)加熱裝置內(nèi)外的熱量交換，實(shí)現(xiàn)熱平衡。本發(fā)明克服了手動(dòng)汲取溶膠-滴膠操作可能帶來(lái)的經(jīng)驗(yàn)性問(wèn)題，大大縮短制膜時(shí)間，提高了制膜效率。
[0006]以上涉及的參考文獻(xiàn)如下:
[0007]1.Hou, Y., et al., Characterization of Mn (1.56) Co (0.96) Ni (0.48) 0 (4) films for infrared detection.Applied Physics Letters, 2008.92(20).[0008]2.侯云，黃志明等，錳鈷鎳薄膜熱敏材料的制備方法.發(fā)明專利，2007.[0009]3.葛玉建，化學(xué)沉積法低溫生長(zhǎng)錳鈷鎳薄膜結(jié)晶性及紅外橢偏光譜研究.紅外與毫米波學(xué)報(bào)，2008.27:p.413.[0010]4.葛玉建，錳鈷鎳氧化物薄膜的制備表征和器件研究.博士論文，2008.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供ー種可多次涂膜-供膜的，具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)，克服了手動(dòng)滴膠操作的經(jīng)驗(yàn)性，解決了溶膠-凝膠法制膜效率低的問(wèn)題。
[0012]ー種具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機(jī)四部分。
[0013]所述注膠裝置包括以下部件:型號(hào)為3WY-35-012的兩個(gè)ZQW單向止水閥4，12、60ml醫(yī)用橡膠活塞塑料注射器ll、60ml醫(yī)用磨砂質(zhì)玻璃注射器10、15ml的玻璃滴管3、常閉式水閥5、Y型三通6、精密手動(dòng)升降臺(tái)及精密手動(dòng)二維平移臺(tái)7、儲(chǔ)液瓶8和砝碼9。
[0014]所述加熱裝置主要由以下部件構(gòu)成:功率275W的紅外燈14 ;型號(hào)為KW12-3Z-18的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)15 ;型號(hào)為JQ1-DC12V-F的松下繼電器16 ；10kQ限流電阻17 ;兩節(jié)6V電池18和220V交流電壓22。
[0015]所述散熱裝置主要由以下部件構(gòu)成:直徑8mm的散熱銅管13、尺寸為154 (L) X 118 (W) X 30 (H) mm3的散熱水排19 (包括鋁制散熱排及12V直流風(fēng)扇)、儲(chǔ)水盒20和QD型單相潛水泵21。
[0016]所述勻膠機(jī)I采用北京鑫有研公司生產(chǎn)的、裝有吸嘴2的KW-4A型勻膠機(jī)。
[0017]所述的勻膠機(jī)I用于固定襯底片并旋涂溶膠；勻膠機(jī)I左側(cè)為注膠裝置，活塞塑料注射器11和磨砂質(zhì)玻璃注射器10分別用來(lái)汲取和寄存溶膠，Y型三通6連接第一單向止水閥4、常閉式水閥5、儲(chǔ)液瓶8、磨砂質(zhì)玻璃注射器10、活塞塑料注射器11和第二單向止水閥12，利用兩個(gè)單向止水閥來(lái)控制液體流動(dòng)方向；滴管3固定在二維平移臺(tái)上，利用升降臺(tái)和二維平移臺(tái)7控制滴膠ロ的方位；在磨砂質(zhì)玻璃注射器10的推桿上添加合適重量的砝碼9，依靠砝碼9的重力將推桿下壓，從而將溶膠從滴管中逐滴擠出到襯底片上；利用乳膠管連接Y型三通6和第一單向止水閥4兩部分，并在中間設(shè)計(jì)常閉式水閥5，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)常閉式水閥5的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可控制滴管的滴膠過(guò)程；
[0018]勻膠機(jī)I上方為加熱裝置，用220V交流電22為275W紅外燈14提供電壓，通過(guò)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)15、繼電器16和限流電阻17控制紅外燈的實(shí)際功率，進(jìn)而控制樣品的預(yù)退火溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的預(yù)退火功能；紅外燈22靠近時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)15閉合，限流電阻17被短路，紅外燈22功率達(dá)到最大，襯底表面溫度可達(dá)到230-250°C，所涂覆薄膜中的有機(jī)物質(zhì)將在數(shù)十秒內(nèi)全部逸出或燒盡；紅外燈22遠(yuǎn)離時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)15斷開(kāi)，限流電阻17接入，紅外燈22功率減小變暗，可進(jìn)行涂膜操作；
[0019]注膠裝置右側(cè)為散熱裝置，儲(chǔ)水盒20用于存儲(chǔ)散熱用水，潛水泵21使水在銅管中循環(huán)；冷卻水通過(guò)潛水泵21流經(jīng)環(huán)繞于內(nèi)膽的散熱銅管13為勻膠機(jī)內(nèi)膽降溫，經(jīng)散熱水排19將內(nèi)膽的熱量散開(kāi)，從而對(duì)水進(jìn)行降溫，并促進(jìn)加熱裝置內(nèi)外的熱量和氣體交換，排出經(jīng)加熱后逸出的有機(jī)物質(zhì)。
[0020]本專利具有以下優(yōu)點(diǎn):將溶膠-凝膠法的滴膠、甩膠和低溫?zé)崽幚磉^(guò)程結(jié)合起來(lái)，采用多次重復(fù)滴膠-甩膠-低溫預(yù)退火后使用快速退火爐集中高溫?zé)崽幚淼姆绞絹?lái)制備薄膜；將使用膠頭滴管汲取溶膠、滴膠的手動(dòng)過(guò)程，簡(jiǎn)化為常閉型水閥的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制的過(guò)程，提高了滴膠效率，避`免經(jīng)驗(yàn)化的滴膠動(dòng)作可能帶來(lái)的問(wèn)題；精簡(jiǎn)了溶膠-凝膠法的薄膜制備流程，大大提高了制膜效率?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1本專利涉及的勻膠機(jī)的側(cè)視圖，圖中:1、勻膠機(jī)2、吸嘴3、滴管4、第一單向止水閥5、常閉式水閥6、Y型三通、7、升降臺(tái)及二維平移臺(tái)8、儲(chǔ)液瓶9、砝碼10、磨砂質(zhì)玻璃注射器11、活塞塑料注射器12、第二單向止水閥13、散熱銅管14、紅外燈15、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)16、繼電器17、限流電阻18、電池19、散熱水排20、儲(chǔ)水盒21、潛水泵22、交流電源。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例子
[0023]1.制備前驅(qū)體溶液。對(duì)目標(biāo)組分為Mnu6Coa96Nia48O4的錳氧化物，分別稱取四水醋酸錳91.76g，四水醋酸鈷57.39g，四水醋酸鎳28.66g，按照每100g醋酸鹽加入400ml醋酸、100ml水的比例將粉體溶解，倒入負(fù)壓抽濾機(jī)的溶液盛裝皿中，選用孔徑為0.45iim的濾膜，進(jìn)行負(fù)壓抽濾，濾除溶液中的雜質(zhì)沉淀，得到Mr^56Coa96Nia48O4的前驅(qū)體溶液，并將溶液裝入儲(chǔ)液瓶備用。
[0024]2.制備錳鈷鎳氧薄膜。采用該勻膠機(jī)裝置在氧化鋁(Al2O3)襯底上制備Mn, 56CoQ.96NiQ.4804薄膜，毎次旋涂后，利用其自加熱裝置對(duì)薄膜進(jìn)行加熱烘干(~250°C下烘Imin),重復(fù)滴膠、旋涂6次后換用快速退火爐(RTP-500)在750°C退火2min。重復(fù)上述步驟9遍，制得厚度約為1.0 ii m的薄膜。
[0025]3、退火。將制備好的薄膜用馬弗爐在750°C退火3h，所得錳鈷鎳氧薄膜形貌、結(jié)晶性和熱敏性能與溶膠-凝膠法逐層退火所制備得到的薄膜基本相當(dāng)，其室溫(300K)電阻溫度系數(shù)達(dá)到a =-3.5%/K。`
【權(quán)利要求】
1.ー種具有預(yù)退火功能的勻膠機(jī)，包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機(jī)四部分，其特征在干: 所述的勻膠機(jī)(I)用于固定襯底片并旋涂溶膠；勻膠機(jī)(I)左側(cè)為注膠裝置，活塞塑料注射器(11)和磨砂質(zhì)玻璃注射器(10)分別用來(lái)汲取和寄存溶膠，Y型三通(6)連接第一單向止水閥(4)、常閉式水閥(5)、儲(chǔ)液瓶(8)、磨砂質(zhì)玻璃注射器(10)、活塞塑料注射器(11)和第二單向止水閥(12)，利用兩個(gè)單向止水閥(4，12)來(lái)控制液體流動(dòng)方向；滴管(3)固定在ニ維平移臺(tái)上，利用升降臺(tái)和ニ維平移臺(tái)(7)控制滴膠ロ的方位；在磨砂質(zhì)玻璃注射器(10)的推桿上添加合適重量的砝碼(9)，依靠砝碼(9)的重力將推桿下壓，從而將溶膠從滴管中逐滴擠出到襯底片上；利用乳膠管連接Y型三通(6)和第一單向止水閥(4)兩部分，并在中間設(shè)計(jì)常閉式水閥(5)，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)常閉式水閥(5)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可控制滴管的滴膠過(guò)程； 勻膠機(jī)(I)上方為加熱裝置，用220V交流電(22)為275W紅外燈(14)提供電壓，通過(guò)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)(15)、繼電器(16)和限流電阻(17)控制紅外燈的實(shí)際功率，進(jìn)而控制樣品的預(yù)退火溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的預(yù)退火功能；紅外燈(22)靠近時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)(15)閉合，限流電阻(17)被短路，紅外燈(22)功率達(dá)到最大，襯底表面溫度可達(dá)到230-250°C，所涂覆薄膜中的有機(jī)物質(zhì)將在數(shù)十秒內(nèi)全部逸出或燒盡；紅外燈(22)遠(yuǎn)離時(shí)，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)(15)斷開(kāi)，限流電阻(17)接入，紅外燈(22)功率減小變暗，可進(jìn)行涂膜操作； 注膠裝置右側(cè)為散熱裝置，儲(chǔ)水盒(20)用于存儲(chǔ)散熱用水，潛水泵(21)使水在銅管中循環(huán)；冷卻水通過(guò)潛水泵(21)流經(jīng)環(huán)繞于內(nèi)膽的散熱銅管(13)為勻膠機(jī)內(nèi)膽降溫，經(jīng)散熱水排(19)將內(nèi)膽的熱量散開(kāi)，從而對(duì)水進(jìn)行降溫，并促進(jìn)加熱裝置內(nèi)外的熱量和氣體交換，排出經(jīng)加熱后逸出的有機(jī)物質(zhì)。
【文檔編號(hào)】B05C11/00GK103495529SQ201310469862
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】黃志明, 歐陽(yáng)程, 周煒, 吳敬, 高艷卿, 龍芳, 褚君浩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所