CN102441510B - 浸渍提拉成膜装置 - Google Patents

Abstract

一种浸渍提拉成膜装置，其特征在于，包括支撑部分、设置于所述支撑部分的转动部分和提拉部分，所述转动部分用于设定所述提拉部分的提拉角度，所述提拉部分用于设定浸渍提拉速度。所述浸渍提拉成膜装置可实现速度可调及平稳提拉，使所得到的薄膜均一，具有较高的可重复性。

Description

浸渍提拉成膜装置

【技术领域】

本发明涉及一种成膜装置，尤其是一种浸渍提拉成膜装置。

【背景技术】

浸渍提拉法是一种常用的薄膜制备方法，应用此法可以在平板或圆柱形基底上涂布均匀的薄膜，广泛应用于溶胶-凝胶、溶液及悬浮液的提拉成膜。目前，国内大部分高校及研究机构科研和教学中鲜有专门的浸渍提拉成膜设备，很多情况下都是手工操作，存在速度不确定且不均匀，重复性差的缺点。即使有使用专门设备提拉制备的，其设备也多是采用挂臂式设计，基板易晃动不稳定；而且提拉角度不可调，只能在垂直角度进行提拉成膜，不能变换浸渍提拉角度来改变成膜结构。这些都限制了浸渍提拉成膜在薄膜制备中的应用、推广和标准化。随着纳米功能薄膜材料的发展，采用稳定、速度可调、角度可调的浸渍提拉成膜设备将成为科研与教学实验的迫切需求。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种具有稳定、平滑角度和速度可调的浸渍提拉成膜装置。

采用以下技术方案：一种浸渍提拉成膜装置，包括支撑部分、设置于所述支撑部分的转动部分和与所述转动部分移动连接的提拉部分，所述转动部分用于设定所述提拉部分的提拉角度，所述提拉部分用于设定浸渍提拉速度。

进一步地：所述支撑部分包括底座、设置在所述底座上固定轴承和角度调节装置，所述角度调节装置上设有设定提拉角度的角度调节槽，所述转动部分由所述固定轴承和角度调节装置支撑。

进一步地：所述角度调节装置为两个，对称设置于所述底座两侧。

进一步地：所述角度调节装置包括互相垂直的支撑臂和设置有角度调节槽的固定臂，所述支撑臂设置于所述底座，所述角度调节槽为所述转动部分的转动导向和限位。

进一步地：所述转动部分包括由所述固定轴承支撑的支撑轴以及设置在所述支撑轴两端的转动杆，以及连接所述转动杆顶端的连接杆，所述转动杆通过转动连接架与所述支撑轴相连接并可以所述支撑轴为轴心转动。

进一步地：所述支撑轴与所述转动杆之间通过转动连接架连接，所述转动连接架上设有分别连接所述支撑轴和转动杆的径向连接孔和轴向连接孔。

进一步地：所述角度调节装置与所述转动杆连接处设有连接件，所述连接件上设有供所述转动杆穿过的中心孔，所述转动杆上设有与之对应的固定孔，紧固件穿过所述中心孔进入所述固定孔定位；所述连接件的固定端设有卡持部，所述固定端的端部穿过所述角度调节槽与所述卡持部相卡持固定。

进一步地：所述卡持部为设于所述固定端端部的外螺纹以及与所述外螺纹配合的螺帽。

进一步地：所述提拉部分包含横跨所述转动杆设置的步进电机支架、固定于所述步进电机支架上的固定滑轨、与所述固定滑轨适配的移动滑轨、与所述移动滑轨连接的齿条、与所述齿条固定连接的提拉架、设置在所述步进电机支架上的步进电机，以及由步进电机驱动的传动杆，所述传动杆两端设有与所述齿条配合的齿轮。

进一步地：所述步进电机支架上设有固定轴承，所述传动杆穿过所述固定轴承。

相较于现有技术，本发明中转动部分可实现角度可调，可以通过改变提拉角度获得更多的工艺参数组合，以确定最优化的工艺设置。同时由于现有设备多采用挂臂设置，依靠重力作用使其垂直，挂臂与基底材料之间的软连接，容易产生晃动，会降低薄膜质量；而本发明中的提拉方式是嵌套滑轨式提拉，移动滑轨与基底材料是通过提拉架的硬连接实现的，所以不会产生晃动和振动，可实现速度可调及平稳提拉，使所得到的薄膜均一，具有较高的可重复性。

【附图说明】

图1是一实施例的浸渍提拉成膜装置的主视图；

图2是图1所示浸渍提拉成膜装置的侧视图；

图3是底座的示意图；

图4A、4B、4C分别是固定轴承上部分的俯视图、主视图、侧视图；

图4D是固定轴承下部分的示意图；

图5是转动支撑轴及轴承的俯视图、主视图；

图6A、6B分别是轴承套的主视图、侧视图；

图7A、7B分别是角度调节装置主视图、侧视图和俯视图；

图8A、8B分别是转动连接架的俯视图、主视图；

图9为连接件第一部件示意图；

图10是连接件第二部件示意图；

图11是提拉部连接件的示意图；

图12是步进电机支架示意图；

图13是固定滑轨的示意图；

图14是移动滑轨的示意图；

图15是提拉架的示意图；

图16是传动杆及轴承的主视图；

图17是固定轴承第一部件示意图；

图18是固定轴承第二部件的示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1和图2，图1是一实施例的浸渍提拉成膜机100的主视图，图2是浸渍提拉成膜机100的左视图。浸渍提拉成膜机100包括支撑部分200、转动部分300和提拉部分400。

支撑部分200包括底座1、固定轴承2、角度调节装置5，主要对浸渍提拉成膜机100整体起到承重与连接件的作用。转动部分300包括支撑轴3、轴承套4、转动连接架6、转动杆7、连接件8、连接杆9、提拉部连接件10。转动部分300用于调节提拉角度，并连接和支撑提拉部分。提拉部分400包括步进电机支架11、固定滑轨12、移动滑轨13、齿条14、提拉架15、传动杆轴承16、右固定轴承17、左固定轴承18、中固定轴承19。提拉部分400的主要功能是通过拉动提拉架15对置于提拉架15前端的基底材料实现浸渍提拉成膜的制备。

如图3所示，底座1为平面板状结构，其上可以设置多个用于固定其他元件的固定孔或固定位。如图1所示，固定轴承2为一对，固定于底座1上。固定轴承2可以一体制成，支承轴3从固定轴承2的中心孔中穿过。为了更为方便地安装，每个固定轴承2可分为上下两部分制成，上部分的结构如图4A、4B、4C所示，下部分结构如图4D所示。固定轴承2上部分和下部分均设有与支承轴3适配的弧形凹槽21，上部分和下部分合拢后，弧形凹槽21形成为中心孔，可容许支承轴3穿过。如图4D所示，固定轴承2下部分还设有可固定于底座1上的底板22，底板22通过螺栓或螺丝固定于底座1，如此可为支承轴3提供固定和支撑。

角度调节装置5设置在底座1上，具体地，角度调节装置5为两个，对称设置于底座1两侧。如图7A和7B所示，每一角度调节装置5包括互相垂直的固定臂51和支撑臂52，固定臂51上设有弧形的角度调节槽53。转动部分300可沿角度调节槽53转动。角度调节装置5的支撑臂52固定设置于底座1上，固定轴承2在底座1上位于角度调节装置5的内侧，二者均通过螺丝或螺栓固定于底座1相应位置上。理论上，角度调节槽53可以实现0°～90°的角度设置，由于小于30°的提拉角度在实际使用中较少使用，本实施例中仅设置提拉角度为30°～90°，已经可以满足实际应用的几乎所有应用。因此转动部分可实现的夹角为30°～90°，更小的提拉角度在实际应用中使用的情况较少，所以30°～90°的角度范围已经足够了。当然此处并非用来限定角度，仅仅是从实际应用的角度而设置提拉角度。

如图1和图5所示，转动部分300的支撑轴3通过固定轴承2固定支撑在底座1上。为达到良好的定位效果，如图1所示，在固定轴承2与支撑轴3之间还设置有轴承套4，轴承套4的结构如图6A和6B所示。

支承轴3的两端分别通过转动连接架6与转动杆7的底端连接。如图8A和图8B所示，转动连接架6在径向和轴向分别设有连接孔，径向连接孔62供支撑轴3与之过盈配合地穿过或螺纹连接，轴向连接孔64与转动杆7与之过盈配合连接或螺纹连接。如此，转动杆7以支撑轴3为轴心进行旋转。此外，还设有连接杆9连接两转动杆7的上端，如此支承轴3、转动杆7和连接杆9形成转动支架。

如图1所示，转动杆7的中部与角度调节装置5之间通过连接件8连接。连接件8穿过角度调节槽53，并可在其中滑动。连接件8可以一体制成，为了安装方便，采用分体方式，由第一部件82(见图9)和第二部件84(见图10)通过螺栓或螺丝连接而成。第一部件82设有内凹的弧形槽；第二部件84对应于第一部件82也设有内凹的弧形槽。第一部件82和第二部件84合拢锁紧之后，弧形槽形成与连接杆7适配的过孔，连接杆7从中穿过。为保证连接杆7带动连接件8同步转动，在连接杆7上设置内凹的固定孔，如1mm深的固定孔，固定螺丝径向穿过第一部件82或第二部件84的弧形槽锁入固定孔，将连接件8与连接杆7锁紧。固定孔不仅可以确定连接件8的垂直位置，同时也可以防止其以转动杆7为轴滑动。第二部件84还设有固定端86，固定端86设有卡持部，如采用螺纹螺帽的配合：在固定端86设有外螺纹，其穿过角度调节槽53，可跟随连接杆7在角度调节槽53内随转动支架作30°～90°(相对水平方向夹角)的弧线运动。转动到位后，用螺帽与固定端86上的外螺纹拧紧即可实现对提拉角度的固定。

如图1所示，转动杆7的顶端与提拉部连接件10连接。转动杆7在此处设有定位凹槽，提拉部连接件10设于定位凹槽处。提拉部连接件10可以采用与连接件8类似的结构和固定方式。

提拉部分400的主要功能是通过拉动提拉架15对置于提拉架15前端的基底材料实现浸渍提拉成膜的制备。如图2和图12所示，步进电机支架11横跨两侧的转动杆7设置，其两侧通过图11所示的提拉部连接件10固定在转动杆7上。如图13所示，步进电机支架11上设有固定滑轨12，固定滑轨12为凸式固定滑轨，底面通过螺丝固定在步进电机支架11上。如图2和图14所示，移动滑轨13为凹式移动滑轨，其两端设有定位凸起，为移动限位，防止脱落。其嵌套在凸式固定滑轨12上，借助此种嵌套结构实现平滑、平稳提拉。齿条14通过螺丝固定在凹式移动滑轨13的底面，而图15所示的提拉架15则通过齿条14内侧的螺孔固定在齿条14上。步进电机安装在步进电机支架11中部上，通过传动带将动力传至传动杆16。传动杆16横跨两侧的转动杆7，通过固定在步进电机支架11上的固定轴承(为支撑稳定，最好为如图所示的三个右固定轴承17、左固定轴承18和中固定轴承19)支撑在步进电机支架11上。如图16所示，传动杆16的两端设有与齿条14配合的齿轮，步进电机带动传动杆16转动，使得传动杆两端的齿轮沿齿条14移动。因步进电机支架11固定不能移动，固定在其上的固定滑轨12也不能移动，因此齿轮齿条的配合，迫使齿条14以及固定其上的移动滑轨13和提拉架15移动，即升降。右固定轴承17、左固定轴承18、中固定轴承19可以采用类似于固定轴承2的结构，其第一部件和第二部件如图17和图18所示。在实施浸渍提拉的过程中，基底材料则是被固定在提拉架15底端以实现浸渍提拉操作的。

浸渍提拉操作过程如下：

松开连接件8上的螺帽，使转动部分300可以围绕支撑轴3转动，然后调整转动支架300使连接件8定位于角度调节装置5上角度刻度为90°位置，拧紧连接件8外侧螺帽，使之与角度调节装置夹紧以固定提拉角度。在底座1上放置一支架，使其跨过支撑轴3。在该支架上放置一盛有溶胶溶液的大口烧杯或其他容器；在提拉架15的前端固定一洁净基底，如玻璃、塑料、金属片或其他材质的基底等，通过控制器控制步进电机带动提拉架15使基底浸入溶胶溶液中，停留适当时间，如1分钟后，通过控制器设置一定提拉速度控制步进电机带动拉提架15及其上的基底匀速提出液面，停留一定时间，如10秒后将基底取下做下一步处理。

当然，具体操作不限于上述步骤，在另外的实施操作中，还可以：松开连接件8伸在角度调节装置5之外的螺帽，使转动部分可以围绕转动支撑轴3转动，调整转动支架使连接件8定位于角度调节装置5上角度刻度为60°位置，拧紧连接件8外侧螺帽，使之与角度调节装置5夹紧以固定提拉角度。在转动支撑轴3前适当位置放置一盛有溶胶溶液的大口烧杯或其他容器；在提拉架15前端固定一洁净基底，如玻璃、塑料、金属片或其他材质的基底等，通过控制器控制步进电机带动提拉架15使玻璃基底浸入溶胶溶液中，停留一定时间，如1分钟后，通过控制器设置一定提拉速度控制步进电机带动拉提架15及其上基底匀速提出液面，停留一定时间，如10秒后将基底取下做下一步处理。

本发明中转动部分可实现角度可调，可以通过改变提拉角度获得更多的工艺参数组合，以确定最优化的工艺设置。同时由于现有设备多采用挂臂设置，依靠重力作用使其垂直，挂臂与基底材料之间的软连接，容易产生晃动，会降低薄膜质量；而本发明中的提拉方式是嵌套滑轨式提拉，移动滑轨与基底材料是通过提拉架的硬连接实现的，所以不会产生晃动和振动，可实现速度可调及平稳提拉，使所得到的薄膜均一，具有较高的可重复性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种浸渍提拉成膜装置，其特征在于，包括支撑部分、设置于所述支撑部分的转动部分和与所述转动部分移动连接的提拉部分，所述转动部分用于设定所述提拉部分的提拉角度，所述提拉部分用于设定浸渍提拉速度； 

所述支撑部分包括底座、设置在所述底座上固定轴承和角度调节装置，所述角度调节装置上设有设定提拉角度的角度调节槽，所述转动部分由所述固定轴承和角度调节装置支撑；所述角度调节装置为两个，对称设置于所述底座两侧；所述角度调节装置包括支撑臂和设置有角度调节槽的固定臂，所述支撑臂设置于所述底座，所述角度调节槽为所述转动部分的转动导向和限位； 

所述转动部分包括由所述固定轴承支撑的支撑轴以及设置在所述支撑轴两端的转动杆，以及连接所述转动杆顶端的连接杆，所述转动杆通过转动连接架与所述支撑轴相连接并以所述支撑轴转动； 

所述提拉部分包含横跨所述转动杆设置的步进电机支架、固定于所述步进电机支架上的固定滑轨、与所述固定滑轨适配的移动滑轨、与所述移动滑轨连接的齿条、与所述齿条固定连接的提拉架、设置在所述步进电机支架上的步进电机，以及由步进电机驱动的传动杆，所述传动杆两端设有与所述齿条配合的齿轮。 

2.如权利要求1所述的浸渍提拉成膜装置，其特征在于，所述支撑轴与所述转动杆之间通过转动连接架连接，所述转动连接架上设有分别连接所述支撑轴和转动杆的径向连接孔和轴向连接孔。 

3.如权利要求1所述的浸渍提拉成膜装置，其特征在于，所述角度调节装置与所述转动杆连接处设有连接件，所述连接件上设有供所述转动杆穿过的中心孔，所述转动杆上设有与之对应的固定孔，紧固件穿过所述中心孔进入所述固定孔定位；所述连接件的固定端设有卡持部，所述固定端的端部穿过所述角度调节槽与所述卡持部相卡持固定。 

4.如权利要求3所述的浸渍提拉成膜装置，其特征在于，所述卡持部为设于所述固定端端部的外螺纹以及与所述外螺纹配合的螺帽。 

5.如权利要求1所述的浸渍提拉成膜装置，其特征在于，所述步进电机支架上设有固定轴承，所述传动杆穿过所述固定轴承。 

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