CN101831678A - 层状纳米材料电化学沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层状纳米材料电化学沉积装置。它的阴极(9)经连杆(12)与垂直电移台(6)连接，垂直电移台(6)经垂直丝杠螺母副与固定在水平电移台(5)上的垂直步进电机(17)相连接，水平电移台(5)经水平丝杠螺母副与水平步进电机(4)相连接，阴极(9)、垂直步进电机(17)、水平步进电机(4)均与控制器(7)的输出端电连接；控制器(7)为电连接的主控模块(71)、程控直流电源(72)、垂直步进电机驱动器(74)和水平步进电机驱动器(73)，用于控制垂直步进电机(17)和水平步进电机(4)的按序运行，以及阴极(9)的沉积电压和电流。它的结构简单，沉积精度高，使用方便；可广泛地用于层状纳米材料的电化学自动沉积。

Description

层状纳米材料电化学沉积装置

技术领域

本发明涉及一种电化学沉积装置，尤其是一种层状纳米材料电化学沉积装置。

背景技术

目前，使用电化学沉积的方法来制备多层纳米材料主要有两种途径，一是在同一电解液中进行沉积，通过调节沉积电压得到不同成分构成的多层纳米结构；二是在不同的电解液中进行沉积，通过手动定时更换电解液或移动阴极，实现在不同电解液里分段沉积，进而得到不同成分组成的多层纳米结构。但是，这两种途径均存在着不足之处，第一种途径在材料的选择以及成分的控制上都有着较大的局限性；而第二种途径则使沉积的精度难以控制，且工作强度大，安全系数低。操作人员长时间地在此环境下工作极易疲劳，用电安全也难以保证。

虽也有在电化学处理过程中对待处理工件的移动进行机械控制与自动控制相结合的技术方案，如在1991年12月3日公开的美国发明专利申请公开说明书US 5069760A中披露的一种“工件表面处理的应用及方法”。它意欲提供一种使工件在不同的处理槽中进行处理时，能精确地控制工件移动位置的装置和方法。它是通过电机来驱动带有工件的夹具的左右移动和上下移动以实现工件的精确定位的。然而，该技术方案并没有被具体地公开，也即没有公开实现精确控制工件移动位置的具体技术特征，既无详细的机械构造，也无相应的控制电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种结构简单，沉积精度高，使用方便的层状纳米材料电化学沉积装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：层状纳米材料电化学沉积装置包括阴极、电解液和置于其中的阳极，以及清洗液，特别是，

所述阴极经连杆与垂直电移台连接，所述垂直电移台经垂直丝杠螺母付与固定在水平电移台上的垂直步进电机相连接，所述水平电移台经水平丝杠螺母付与固定在工作平台上的水平步进电机相连接，所述阴极、垂直步进电机、水平步进电机均与控制器的输出端电连接；

所述控制器为电连接的主控模块、程控直流电源、垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器，用于控制垂直步进电机和水平步进电机的按序运行，以及阴极的沉积电压和电流。

作为层状纳米材料电化学沉积装置的进一步改进，所述的垂直电移台与固定在水平电移台上的垂直导轨动配合连接；所述的垂直电移台上的垂直螺母与和垂直步进电机同轴连接的垂直丝杠动配合连接；所述的垂直丝杠的两端与固定在水平电移台上的垂直丝杠轴承动配合连接；所述的水平电移台与固定在工作平台上的水平导轨动配合连接；所述的水平电移台上的水平螺母与和水平步进电机同轴连接的水平丝杠动配合连接；所述的水平丝杠的两端与固定在工作平台上的水平丝杠轴承动配合连接；所述的主控模块为可编程序控制器，所述可编程序控制器为日本三菱公司生产的型号为FX1S-10M的可编程序控制器，该可编程序控制器的输入端口经第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关和第四限位开关接地，其中，第一限位开关和第二限位开关分别置于水平导轨的两端，第三限位开关和第四限位开关分别置于垂直导轨的两端，用于限定垂直步进电机和水平步进电机的位移量，该可编程序控制器的第一输出端口经选通开关的第一选通触头分别与垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器的行程控制端电连接，第二输出端口经选通开关的第二选通触头分别与垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器的方向控制端电连接，第三输出端口经选通开关的工作线圈与电源电连接，第四输出端口与程控直流电源的控制端电连接，用于根据上位计算机设定的工作模式，自行独立地控制垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器的有序输出，以及程控直流电源输出沉积电压的高低和电流的大小；所述的程控直流电源的输出端与阴极电连接，接地端与阳极电连接；所述的垂直步进电机驱动器的输出端与垂直步进电机电连接，水平步进电机驱动器的输出端与水平步进电机电连接；所述的主控模块的信号输入端电连接有通讯接口，所述通讯接口为串行接口RS-232。

相对于现有技术的有益效果是，采用将阴极经连杆与垂直电移台连接，垂直电移台经垂直丝杠螺母付与固定在水平电移台上的垂直步进电机相连接，水平电移台经水平丝杠螺母付与固定在工作平台上的水平步进电机相连接的机械构造，同时将阴极、垂直步进电机、水平步进电机均与控制器的输出端电连接，控制器采用电连接的主控模块、程控直流电源、垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器的电路结构，以控制垂直步进电机和水平步进电机的按序运行，以及阴极的沉积电压和电流，既结构简单，又能保证阴极在移动过程之中和之后的精确定位，以及沉积电压的精确调节，确保了沉积的精度，还大大地降低了操作人员的工作强度和提高了沉积的安全系数，更是极大地提升了沉积的多层纳米结构的质量，保证了用电的安全性。

作为有益效果的进一步体现，一是垂直电移台优选与固定在水平电移台上的垂直导轨动配合连接，垂直电移台上的垂直螺母优选与和垂直步进电机同轴连接的垂直丝杠动配合连接，垂直丝杠的两端优选与固定在水平电移台上的垂直丝杠轴承动配合连接的结构，以及水平电移台优选与固定在工作平台上的水平导轨动配合连接，水平电移台上的水平螺母优选与和水平步进电机同轴连接的水平丝杠动配合连接，水平丝杠的两端优选与固定在工作平台上的水平丝杠轴承动配合连接的结构，均使其不仅结构简洁，还有着移动灵活、定位精确的优点；二是主控模块优选为日本三菱公司生产的型号为FX1S-10M的可编程序控制器，用于根据上位计算机设定的工作模式，自行独立地控制垂直步进电机驱动器和水平步进电机驱动器的有序输出，以及程控直流电源输出沉积电压的高低和电流的大小，除价格低廉之外，还便于根据不同的沉积需求，于上位计算机中进行灵活的设定；三是主控模块的信号输入端优选电连接有串行接口RS-232作为通讯接口，使其与上位计算机的通讯既方便快捷，造价也较低。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种基本结构示意图；

图2是图1中的控制器的一种基本结构电路原理图。

具体实施方式

参见图1，工作平台19的下方置有电解液11和清洗液13，其中的电解液11中还置有阳极10。

阴极9经连杆12与垂直电移台6连接，垂直电移台6经垂直丝杠螺母付与固定在水平电移台5上的垂直步进电机17相连接；其中，垂直电移台6与固定在水平电移台5上的垂直导轨8动配合连接，垂直电移台6上的垂直螺母16与和垂直步进电机17同轴连接的垂直丝杠15动配合连接，垂直丝杠15的两端与固定在水平电移台5上的垂直丝杠轴承14动配合连接。

水平电移台5经水平丝杠螺母付与固定在工作平台19上的水平步进电机4相连接；其中，水平电移台5与固定在工作平台19上的水平导轨18动配合连接，水平电移台5上的水平螺母3与和水平步进电机4同轴连接的水平丝杠2动配合连接，水平丝杠2的两端与固定在工作平台19上的水平丝杠轴承1动配合连接。

阴极9、垂直步进电机17、水平步进电机4均与控制器7的输出端电连接。

参见图2，控制器7为电连接的主控模块71、程控直流电源72、垂直步进电机驱动器74和水平步进电机驱动器73，用于控制垂直步进电机17和水平步进电机4的按序运行，以及阴极9的沉积电压和电流。其中，主控模块71为日本三菱公司生产的型号为FX1S-10M的可编程序控制器。该可编程序控制器的输入端口X0经第一限位开关S1、第二限位开关S2、第三限位开关S 3和第四限位开关S4接地，其中，第一限位开关S1和第二限位开关S2分别置于水平导轨18的两端，第三限位开关S3和第四限位开关S4分别置于垂直导轨8的两端，用于限定垂直步进电机17和水平步进电机4的位移量。该可编程序控制器的第一输出端口Y0经选通开关的第一选通触头K0分别与垂直步进电机驱动器74和水平步进电机驱动器73的行程控制端CP电连接，第二输出端口Y1经选通开关的第二选通触头K1分别与垂直步进电机驱动器74和水平步进电机驱动器73的方向控制端D电连接，第三输出端口Y2经选通开关的工作线圈K与电源VCC电连接，第四输出端口Y3与程控直流电源72的控制端电连接，用于根据上位计算机设定的工作模式，自行独立地控制垂直步进电机驱动器74和水平步进电机驱动器73的有序输出，以及程控直流电源72输出沉积电压的高低和电流的大小。程控直流电源72的输出端与阴极9电连接，接地端与阳极10电连接。垂直步进电机驱动器74的输出端与垂直步进电机17电连接，水平步进电机驱动器73的输出端与水平步进电机4电连接。主控模块71的信号输入端电连接有作为通讯接口70的串行接口RS-232。

使用时，只需将要电沉积的纳米材料的电解液11和清洗液13分别置于工作平台19的下方，并将编制好的相应的电沉积的参数和流程由上位计算机经串行接口RS-232传输至主控模块71，即可由本发明自动地完成所需多层纳米材料的电沉积。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的层状纳米材料电化学沉积装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种层状纳米材料电化学沉积装置，包括阴极(9)、电解液(11)和置于其中的阳极(10)，以及清洗液(13)，其特征在于：

所述阴极(9)经连杆(12)与垂直电移台(6)连接，所述垂直电移台(6)经垂直丝杠螺母付与固定在水平电移台(5)上的垂直步进电机(17)相连接，所述水平电移台(5)经水平丝杠螺母付与固定在工作平台(19)上的水平步进电机(4)相连接，所述阴极(9)、垂直步进电机(17)、水平步进电机(4)均与控制器(7)的输出端电连接；

所述控制器(7)为电连接的主控模块(71)、程控直流电源(72)、垂直步进电机驱动器(74)和水平步进电机驱动器(73)，用于控制垂直步进电机(17)和水平步进电机(4)的按序运行，以及阴极(9)的沉积电压和电流。

2.根据权利要求1所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是垂直电移台(6)与固定在水平电移台(5)上的垂直导轨(8)动配合连接。

3.根据权利要求2所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是垂直电移台(6)上的垂直螺母(16)与和垂直步进电机(17)同轴连接的垂直丝杠(15)动配合连接。

4.根据权利要求3所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是垂直丝杠(15)的两端与固定在水平电移台(5)上的垂直丝杠轴承(14)动配合连接。

5.根据权利要求1所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是水平电移台(5)与固定在工作平台(19)上的水平导轨(18)动配合连接。

6.根据权利要求5所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是水平电移台(5)上的水平螺母(3)与和水平步进电机(4)同轴连接的水平丝杠(2)动配合连接。

7.根据权利要求6所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是水平丝杠(2)的两端与固定在工作平台(19)上的水平丝杠轴承(1)动配合连接。

8.根据权利要求1所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是主控模块(71)为可编程序控制器，所述可编程序控制器为日本三菱公司生产的型号为FX1S-10M的可编程序控制器，该可编程序控制器的输入端口(X0)经第一限位开关(S1)、第二限位开关(S2)、第三限位开关(S3)和第四限位开关(S4)接地，其中，第一限位开关(S1)和第二限位开关(S2)分别置于水平导轨(18)的两端，第三限位开关(S3)和第四限位开关(S4)分别置于垂直导轨(8)的两端，用于限定垂直步进电机(17)和水平步进电机(4)的位移量，该可编程序控制器的第一输出端口(Y0)经选通开关的第一选通触头(K0)分别与垂直步进电机驱动器(74)和水平步进电机驱动器(73)的行程控制端(CP)电连接，第二输出端口(Y1)经选通开关的第二选通触头(K1)分别与垂直步进电机驱动器(74)和水平步进电机驱动器(73)的方向控制端(D)电连接，第三输出端口(Y2)经选通开关的工作线圈(K)与电源(VCC)电连接，第四输出端口(Y3)与程控直流电源(72)的控制端电连接，用于根据上位计算机设定的工作模式，自行独立地控制垂直步进电机驱动器(74)和水平步进电机驱动器(73)的有序输出，以及程控直流电源(72)输出沉积电压的高低和电流的大小。

9.根据权利要求1所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是程控直流电源(72)的输出端与阴极(9)电连接，接地端与阳极(10)电连接。

10.根据权利要求1所述的层状纳米材料电化学沉积装置，其特征是主控模块(71)的信号输入端电连接有通讯接口(70)，所述通讯接口(70)为串行接口RS-232。

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