CN107655415A - 一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置及方法，基于不同种类的基质材料其光学性质不同，在显微呈像系统中显示的色度等存在差异，利用该特点可实现不同基质薄膜厚度的测试。该装置适用于铝塑膜等复合薄膜样品厚度的测量，同时也适用于箔材、隔膜等单一基质样品厚度的测量。该装置具有结构简单、通用性强、测试效率高、操作性强等特点。

Description

一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置及方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置和方法。

背景技术

锂离子电池基于其比能量高、无记忆效应、电压高、充放电寿命长等优点，已经占据了手机、数码相机等现代产品市场中。锂离子电池软包装作为其重要组成部分也成为研究热点之一，开发具有生产成本低、性能优良、制程简单的锂离子电池软包装复合材料是大势所趋。软包装复合材料的常用结构为最外层/隔断层/最内层，其中隔断层多为具有阻隔特性的不透潮性基质材料如铝箔，最内层和最外层多为具有特殊性质的基质材料，各基层中间通过粘结剂的作用形成一片膜。目前常用的软包装复合材料为铝塑膜，即以PET/尼龙胶片和铝箔为基质、在粘结剂作用下形成的薄片。在锂离子电池中，铝塑膜壳体内形成有独立的腔体。和传统的铝制外壳相比较，这种复合材料的质量明显降低，符合锂离子电池的轻型化要求。

由金属或有机物之间形成的两层或多层薄膜材料(简称复合薄膜)被广泛应用于各行各业中。比如说，以聚乙烯或聚丙烯等聚合物为基膜，并利用气相沉积法镀上金属层如铝层，这种金属-有机聚合物复合薄膜自愈能力和抗电强度增强，是电容器的重要材料之一。复合薄膜通常是基于不同基质的各种理化性质相互作用的综合，从而获得更加优良的功能，如更好的阻绝空气、水、二氧化碳等物质以保持食品腐化，或是抗拉强度、耐冲击、耐撕裂、耐刺穿等强度更高的机械性能。复合薄膜的常用结构有双层复合如纸/铝箔、纸/PE，也有多层复合如三层复合、四层复合如纸/铝箔/纸/PE。

在使用以上提及的各种薄膜的商品如手机、食品等生产工艺过程中，需要对其原材料进行厚度测量，如对手机工件进行厚度测量，对食品的包装纸进行厚度测量等。在锂离子电池生产过程中，也涉及各类原辅材料的厚度测量，如对集流体铜箔或铝箔进行厚度测试，对锂离子电池软包装铝塑膜进行厚度测试，或对隔离膜进行测量。一般在测量时，通常是检测人员利用千分尺等工具对待测试样进行测量。然而，由于检测人员的测量精度之间存在差异，其测量准确度不高，对严格控制产品的原辅材料的品质稳定性造成影响。

拉曼光谱系统含有分光系统、激光探测系统、自动定位系统、显微呈像系统、数据处理系统等模块，在样品测试时，可通过调解样品台的位置聚焦在样品表面，并显示在数据处理系统中，同时可以根据实验条件设置定位系统的坐标原点和X/Y轴。当条件设置好后，任取样品界面内的一点均可从数据处理系统获得其相应坐标数据。

针对以上基质薄膜或复合薄膜材料，尤其是在复合薄膜中，分别获取每种基质的厚度是技术难点之一，针对以上所述的由于人工操作导致的误差或技术难点

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置和方法。

本发明提出的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置，包括：底座、载样台和连接机构；

底座安装在拉曼光谱系统的显微镜电动台上，连接机构用于将载样台移动地安装在底座上；载样台用于承载待测物。

优选地，连接机构包括安装在载样台上的螺纹柱和设置在底座上并与螺纹柱匹配的螺纹孔。

优选地，载样台为矩形。

一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，具体为：将待测薄膜放置在载样台上；调节载样台和显微镜电动平台，将拉曼光谱系统的发射激光聚焦在载样台抵靠待测薄膜的一侧；在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度。

优选地，在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度的具体方式为：在待测薄膜相对的两个平面上任意选取组成三角形的三个待测点A、B、C，且B、C位于待测薄膜的同一侧；获得A、B、C三点的坐标，并根据三角形面积公式计算待测薄膜的厚度；

三角形面积公式为：S＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]1/2＝1/2aⅹd；其中a为标量BC，b为标量AC，c为标量AB，p＝1/2(a+b+c)，d为待测薄膜的厚度。

优选地，具体包括以下步骤：

S1、将待测薄膜放置在载样台上；

S2、调节连接机构和显微镜电动平台至载样台抵靠待测薄膜的表面与显微镜电动平台的X轴或者Y轴方向平行；

S3、在待测薄膜的一侧选取一个待测点作为原点，并在待测薄膜的另一侧任选一个待测点作为测试点；

S4、读取测试点坐标，并根据测试点坐标获得待测薄膜厚度。

本发明提供了一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置及方法，基于不同种类的基质材料其光学性质不同，在显微呈像系统中显示的色度等存在差异，利用该特点可实现不同基质薄膜厚度的测试。该装置适用于铝塑膜等复合薄膜样品厚度的测量，同时也适用于箔材、隔膜等单一基质样品厚度的测量。该装置具有结构简单、通用性强、测试效率高、操作性强等特点。

本发明提供了一种快速、无损、准确对薄膜厚度进行分析的检测方法，尤其是针对复合薄膜中个单一基质的厚度测量，扩充了薄膜材料的厚度测量分析方法；本发明利用拉曼光谱系统对薄膜材料厚度分析，拓宽了拉曼光谱系统在测量方面的应用。

本发明提供的这种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置及方法，旨在通过拉曼光谱系统和厚度测量装置解决样品厚度测试中的问题，实现了薄膜材料样品的厚度测量、截面分析、采集结果的同步，有利于提高工作效率。该方法操作简便、适用范围广。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置的结构图；

图2为本发明提出的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置的爆炸图；

图3为本发明提出的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法流程图；

图4为实施例1提供的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法的测量图；

图5为实施例2提供的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法的测量图；

图6为实施例2提供的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法流程图。

具体实施方式

参照图1、图2，本发明提出的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置，包括：底座1、载样台2和连接机构。

底座1安装在拉曼光谱系统的显微镜电动台上，连接机构用于将载样台2移动地安装在底座1上。载样台2用于承载待测物。本实施方式中，连接机构包括安装在载样台2上的螺纹柱3和设置在底座1上并与螺纹柱3匹配的螺纹孔4。如此，通过旋转螺纹柱3，便可调节载样台2与底座1的相对距离。

本实施方式中，载样台2为矩形，以便操作。

参照图3，本发明提供的一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，采用上述装置，该方法具体为：将待测薄膜放置在载样台2上；调节载样台2和显微镜电动平台，将拉曼光谱系统的发射激光聚焦在载样台2抵靠待测薄膜的一侧；在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度。本实施方式中，可直接通过拉曼光谱系统中的数据处理单元读取多个待测点的坐标并计算待测薄膜的厚度。

本实施方式中，基于拉曼光谱系统的聚焦光路、显微镜电动平台和数据处理单元实现待测薄膜的厚度测量，具有结构简单、通用性强、测试效率高、操作性强等特点。

以下，结合两个具体的实施例对本发明提供的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法进行阐述。

实施例1

如图4所示，上述方法中，在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度的具体方式为：在待测薄膜相对的两个平面上任意选取组成三角形的三个待测点A、B、C，且B、C位于待测薄膜的同一侧。获得A、B、C三点的坐标，并根据三角形面积公式计算待测薄膜的厚度。

三角形面积公式为：S＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]1/2＝1/2aⅹd。其中a为标量BC，b为标量AC，c为标量AB，p＝1/2(a+b+c)，d为待测薄膜的厚度。

本实施例中，通过拉曼光谱系统中的数据处理单元读取A、B、C三点的坐标A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)。

如此，

则三角形ABC的面积计算如下：

根据A、B、C三点组成的三角形，并从A点向BC线做垂直线，并相交于D点，并将AD记为d，d即为待测薄膜样品的厚度。基于三角形的面积公式为S＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]^1/2＝1/2a*d，则可得：

由于a、b、c三者的数值均可通过公式(1)～(3)获得，则通过公式(5)待测薄膜样品的厚度d。

实施例2

如图5所示，本发明提供的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，具体包括以下步骤：

S1、将待测薄膜放置在载样台2上。

S2、调节连接机构即螺纹柱和显微镜电动平台至载样台2抵靠待测薄膜的表面与显微镜电动平台的X轴或者Y轴方向平行。

S3、在待测薄膜的一侧选取一个待测点作为原点，并在待测薄膜的另一侧任选一个待测点作为测试点。

S4、读取测试点坐标，并根据测试点坐标获得待测薄膜厚度。如图6所示，本步骤中，可直接在数据处理单元设置原点O(0,0)，并通过数据软件读取相应坐标S(x₀,y₀)，即可获得待测样品的厚度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置，其特征在于，包括：底座1、载样台2和连接机构；

底座1安装在拉曼光谱系统的显微镜电动台上，连接机构用于将载样台2移动地安装在底座1上；载样台2用于承载待测物。

2.如权利要求1所述的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置，其特征在于，连接机构包括安装在载样台2上的螺纹柱3和设置在底座1上并与螺纹柱3匹配的螺纹孔4。

3.如权利要求1所述的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的装置，其特征在于，载样台2为矩形。

4.一种基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的装置，该方法具体为：将待测薄膜放置在载样台2上；调节载样台2和显微镜电动平台，将拉曼光谱系统的发射激光聚焦在载样台2抵靠待测薄膜的一侧；在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度。

5.如权利要求4所述的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，其特征在于，在待测薄面相对的两侧平面上选取多个待测点，根据待测点计算待测薄膜的厚度的具体方式为：在待测薄膜相对的两个平面上任意选取组成三角形的三个待测点A、B、C，且B、C位于待测薄膜的同一侧；获得A、B、C三点的坐标，并根据三角形面积公式计算待测薄膜的厚度；

三角形面积公式为：S＝[p(p-a)(p-b)(p-c)]1/2＝1/2aⅹd；其中a为标量BC，b为标量AC，c为标量AB，p＝1/2(a+b+c)，d为待测薄膜的厚度。

6.如权利要求4所述的基于拉曼光谱系统测定薄膜厚度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、将待测薄膜放置在载样台2上；

S2、调节连接机构和显微镜电动平台至载样台2抵靠待测薄膜的表面与显微镜电动平台的X轴或者Y轴方向平行；

S3、在待测薄膜的一侧选取一个待测点作为原点，并在待测薄膜的另一侧任选一个待测点作为测试点；

S4、读取测试点坐标，并根据测试点坐标获得待测薄膜厚度。