CN102728514A

CN102728514A - 复合纳米薄膜制备装置

Info

Publication number: CN102728514A
Application number: CN2012102154397A
Authority: CN
Inventors: 贾国治; 封彦舟
Original assignee: TIANJIN NEW MACHINE TECH Co Ltd
Current assignee: Shandong Yashang Mingpin Household Co ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102728514B

Abstract

本发明提供一种复合纳米材料的制备仪装置，该装置包括有支撑整个装置的底板、支撑框架、封闭的外壳、提拉装置以及带有微处理的控制电路板。本发明的效果是该装置通过步进电机来驱动提拉装置加热装置，对样品进行提拉及温度的控制，同时可以通过水平滑台对反应溶液进行选择。用户通过PC机配套软件对仪器微处理器进行控制，可以方便的对提拉次数，提拉速度、以及反应溶液的选择进行控制，从而可以实现对复合纳米多层薄膜制作过程进行全自动化的控制，降低了繁杂的人工操作和误操作的可能性，该设备构结构简单、紧凑，运行时可靠稳定，噪音小，可以及时反馈成膜状态，大大改善了纳米材料的制作工艺，并提高材料制备过程的可重复性。

Description

复合纳米薄膜制备装置

技术领域

本发明涉及一种研发型自动化复合纳米材料的制备仪设备，特别是一种复合纳米薄膜制备装置。

背景技术

随着纳米科技的发展，高性能纳米材料设计的实现，迫切的需要能完成高质量的纳米薄膜和复合纳米薄膜。目前国内的相关仪器制造商有：青岛众瑞智能仪器有限公司、北京恒奥德仪器仪表有限公司等公司。

上述制造商生产的设备中，涉及的提拉设备只能完成纳米材料的单次拉膜，而多层拉膜、复合拉膜必须要借助人工干预操作尚可完成，尤其是复合拉膜，需要不断地的更换溶液、设置机器，工作量大，操作十分繁琐，严重影响了拉膜的质量和性能的重复性。

纳米材料制备的一个关键问题是不能引入杂质，目前市场上的纳米薄膜提拉机需要烘箱配合才能完成多层拉膜，在转移过程中不可避免会引入灰尘杂质。另外，目前市场上的纳米薄膜拉制机很难实现此类超晶格多层膜的制备，需要进行几十乃至几百次的提拉、换液、烘烤、降温，几乎是人工不可能完成的，这样大大限制了高质量、多层膜的研制和实现。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种复合纳米薄膜制备装置，能够实现高度的自动化操作，平稳、快速地进行不同种类溶液的切换、多次提拉和烘烤的全自动全封闭实现

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，其中：所述机械部分的结构包括有封闭的外壳、支撑整个装置的底板、框架、在支撑框架内安装的二支直线轴承、提拉样品装置、加热腔体、溶液恒温板、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器、垂直原点位置传感器、下限位轴承、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹、L形样品夹支架；

所述支撑框架固定在底板上，所述二支直线轴承平行的固定在支撑框架的后部挡板上，所述水平丝杠在支撑框架的两侧挡板上，并在二支直线轴承的中间，水平丝杠的两端侧分别设有垂直原点位置传感器、水平原点位置传感器，竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承、水平丝杠上，竖直提拉样品装置在直线轴承上水平滑动，形成水平滑台；

在底板上一侧设有加热腔体，加热腔体上部设有温度传感器，加热腔体旁依次设有多个溶液恒温板，在二个溶液恒温板之间放置有烧杯；

所述控制部分的结构包括有在底板上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器、上限位置传感器、下限位置传感器、垂直托板的水平原点位置传感器、垂直原点位置传感器相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB口与PC机相连。

本发明的效果是通过步进电机来驱动提拉装置，对样品进行提拉，以及通过加热管、微控电路对温度进行控制，同时可以通过垂直托板对反应溶液进行选择。用户通过PC机配套软件对仪器微处理器进行控制，可以方便的对提拉次数，提拉速度、以及反应溶液的选择进行控制，从而可以实现对复合纳米多层薄膜制作过程进行全自动化的控制，大大降低了繁杂的人工操作和误操作的可能性，该设备构结构简单、紧凑，运行时可靠稳定，噪音小，大大改善了纳米材料的制作工艺，并提高材料制备过程的可重复性。采用该纳米材料制作装置，使仪器运行平稳，噪音小，可实现提拉、烘烤、换液的自动化操作，大大提简化了纳米材料的制作流程，使其能够高速高效准确地完成纳米材料的制作过程，整个过程由PC机控制微处理器自动完成。该装置可用于纳米材料的研发、制作等方面。

附图说明

图1为本发明的复合纳米薄膜制备仪结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图1的右视结构示意图；

图4为图1的俯视结构示意图；

图5为本发明的复合纳米薄膜制备仪电路部分原理框图。

图中：

1、上限位滑块 2、垂直托板 3、水平步进电机 4、竖直步进电机5、联轴器 6、下限位滑块 7、溶液恒温板 8、烧杯 9、支撑框架10、底板 11、温度传感器 12、样品夹 13、水平托板 14、竖直丝杆15、直线轴承 16、垂直原点传感器 17、水平原点传感器18、双层加热腔19、水平丝杆 20、L形样品夹支架 21、左限位块 22、外壳

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的复合纳米薄膜制备仪的结构加以说明。

如图1-4所示，本发明的复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，所述机械部分的结构包括有封闭的外壳22、支撑整个装置的底板10、框架9、在支撑框架内安装的二支直线轴承15、提拉样品装置、加热腔体18、溶液恒温板7、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器17、垂直原点位置传感器16、上限位轴承1、下限位轴承6、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹12、L形样品夹支架20。

所述支撑框架9固定在底板10上，所述二支直线轴承15平行的固定在支撑框架9的后部挡板上，所述水平丝杠19在支撑框架9的两侧挡板上，并在二支直线轴承15的中间，水平丝杠19的两端侧分别设有垂直原点位置传感器16、水平原点位置传感器17，竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承15、水平丝杠19上，竖直提拉样品装置在直线轴承15上水平滑动，形成水平滑台。

在底板10上一侧设有加热腔体18，加热腔体18上部设有温度传感器11，加热腔体18旁依次设有多个溶液恒温板7，在二个溶液恒温板7之间放置有烧杯8。

所述控制部分的结构包括有在底板10上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器11、上限位置传感器、下限位置传感器、垂直托板2的水平原点位置传感器17、垂直原点位置传感器16相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB口与PC机相连。同时控制两套驱动电机的传动机构，控制本装置的水平和垂直运动。

所述提拉样品装置包括有竖直丝杠14、水平丝杠19、竖直步进电机4、上限位轴承1、下限位轴承6、L形样品夹支架20；竖直丝杠14的下端连接竖直步进电机4，通过固定在竖直丝杠14两侧的直线导轨与L形样品夹支架20的一端连接，L形样品夹支架20的另一端装有由两个金属铁片构成的样品夹12，上限位轴承1、下限位轴承6装在竖直丝杠14的两端上，L形样品夹支架20运动到上限位置传感器或下限位置传感器位置时，继而传出运动临界信号。

所述的溶液恒温板7为一个方板形状，溶液恒温板7内部装有保持烧杯8内部溶液反应温度的电阻丝。溶液恒温板7竖直安装，其间距比烧杯8直径略大，在溶液恒温板7之间有可以放置试剂烧杯和烧杯座，烧杯座可以有多个，在底板10上均匀分布，烧杯座可以置换为磁力搅拌器等装置，可以利用电路控制温度。

所述加热腔体18上设有能够自动打开与关闭的上盖，上盖中部开有使L形样品夹支架20和样品夹12垂直自由通过的方形开口，开口下部的宽度大于样品夹12宽度，开口上部的宽度大于L形样品夹支架20宽度，在加热腔体18的内胆壁上装有电炉丝，加热腔体18的内胆和外壳之间填充有保温材料，在加热腔体18的内部上方装有温度传感器11，加热腔体18的上盖能够自动打开与关闭。

所述的加热腔体18内设有高温电炉丝，最高温可达1000摄氏度。外层包有保温材料便于高温保持，一个温度传感器11上传温度信号，并安装于加热腔体18右立面中间位置，加热腔体18上设有的开口便于样品夹12上下移动加热。

所述的垂直托板2下面固定有竖直步进电机4，竖直步进电机4与微处理器相连接。

所述的L形样品夹支架20、竖直步进电机4及其传动机构、固定在上限滑块4上的上限位置传感器、下限位置传感器直接与所述控制电路板的微处理相连，实现对提拉位置、速度的精确控制。

在提拉部分的驱动电机传动机构上下末端分别固定一个定位螺钉，在本仪器提拉装置上限位轴承1、下限位轴承6上固定两个限位开关，即上限位置传感器、下限位置传感器，确定提升装置的最高和最低位置。在垂直托板2上固定一个垂直原点位置传感器16，确定垂直托板2的初始和最后位置。

所述的复合纳米薄膜制备仪的电路部分的基本原理框图如图5所示，高精度的温度传感器11置于加热腔体18内胆中，把温度信号转换成电压信号，再经过滤波、模数转换以数字量的形式送到微处理器中；温度控制由微处理器通过控制电路对红外加热管进行功率控制；限位开关起定位作用，其根据是否有物体遮挡，发送给微处理器高低电平信号；微处理器根据温度传感器和限位开关的信号以及PC的控制命令来监控仪器运行状态，控制电机进行机械传动及温度控制。

所述的复合纳米薄膜制备仪可以通过RS232口、485总线或USB口与PC机相连，在PC机里编制了相应的软件，通过该软件可以很方便的对整个测量过程进行控制。

所述的复合纳米薄膜制备仪的运作过程是，仪器开始运行时自检，判断各个驱动电机和限位开关是否正常。自检完成后，该制备仪等待PC机指令，将样品薄片夹于样品夹12处，同时将调制好的溶液随烧杯放入垂直托板相应的位置，于PC机软件设置各个位置烧杯的各参数、所需要的温度，点击执行，即可进行循环自动制作过程。

Claims

1.一种复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，其特征是：所述机械部分的结构包括有封闭的外壳（22）、支撑整个装置的底板（10）、框架（9）、在支撑框架内安装的二支直线轴承（15）、提拉样品装置、加热腔体（18）、溶液恒温板（7）、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器（17）、垂直原点位置传感器（16）、上限位轴承（1）、下限位轴承（6）、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹（12）、L形样品夹支架（20）；

所述支撑框架（9）固定在底板（10）上，所述二支直线轴承（15）平行的固定在支撑框架（9）的后部挡板上，所述水平丝杠（19）在支撑框架（9）的两侧挡板上，并在二支直线轴承（15）的中间，水平丝杠（19）的两端侧分别设有垂直原点位置传感器（16）、水平原点位置传感器（17），竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承（15）、水平丝杠（19）上，竖直提拉样品装置在直线轴承（15）上水平滑动，形成水平滑台；

在底板（10）上一侧设有加热腔体（18），加热腔体（18）上部设有温度传感器（11），加热腔体（18）旁依次设有多个溶液恒温板（7），在二个溶液恒温板（7）之间放置有烧杯（8）；

所述控制部分的结构包括有在底板（10）上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器（11）、上限位置传感器、下限位置传感器、水平原点位置传感器（17）、垂直原点位置传感器（16）相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB 与PC机相连。

2.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是：所述提拉样品装置包括有竖直丝杠（14）、水平丝杠（19）、竖直步进电机（4）、上限位轴承（1）、下限位轴承（6）、L形样品夹支架（20）；竖直丝杠（14）的下端连接竖直步进电机（4），通过固定在竖直丝杠（14）两侧的直线导轨与L形样品夹支架（20）的一端连接，L形样品夹支架（20）的另一端装有由两个金属铁片构成的样品夹（12），上限位轴承（1）、下限位轴承（6）装在竖直丝杠（14）的两端上，L形样品夹支架（20）运动到上限位置传感器或下限位置传感器位置时，继而传出运动临界信号。

3.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是：所述的溶液恒温板（7）为一个方板形状，溶液恒温板（7）内部装有保持烧杯（8）内部溶液反应温度的电阻丝。

4.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是：所述加热腔体（18）上设有能够自动打开与关闭的上盖，加热腔体（18）的上盖中部开有使L形样品夹支架（20）和样品夹（12）垂直自由通过的方形开口，开口下部的宽度大于样品夹（12）宽度，开口上部的宽度大于L形样品夹支架（20）宽度，在加热腔体（18）的内胆壁上装有电炉丝，加热腔体（18）的内胆和外壳之间填充有保温材料，在加热腔体（18）的内部上方装有温度传感器（11）。