CN108704772B - 一种大分子沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料制备领域，一种大分子沉积装置及方法，包括缓冲气出口、喷雾腔、电喷雾装置、高压电源、缓冲气体腔、出气口I、出气口II、缓冲气进口、真空腔、泵组I、分流器I、泵组II、分流器II、泵组III、沉积腔、挡板、直流电源和样品，缓冲气体腔具有出气口I、出气口II和缓冲气进口，出气口II是直径为二毫米的圆形，出气口I是内径为六毫米外径为八毫米的环形，出气口I与出气口II同轴心，缓冲气体从缓冲气进口进入缓冲气体腔，并能够通过出气口I和出气口II进入喷雾腔，最终从缓冲气出口排出，出气口II、真空腔两端的小孔、分流器I、分流器II、沉积腔的小孔和挡板的通孔依次位于同一直线上，适合于大量大分子沉积且能保证样品分子质量。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备领域，尤其是一种具有特殊喷雾装置及过滤方法的一种大分子沉积装置。
背景技术
电喷雾沉积方法是一种用于沉积分子量较大且易分解的分子的方法，通过电喷雾装置使得包含有待沉积分子的溶液雾化，并使得分子带电而以离子形式进入真空系统，在电场或不同真空段的气压差的作用下运动并最终沉积到衬底上。现有技术缺陷一：采用室温温度的分流器来分隔真空腔内的不同真空段，缺点是容易堵塞，导致待沉积的分子的透射率较低；现有技术缺陷二：现有技术中采用的电喷雾装置产生的喷雾的质量流量输出较低，不适合于大量分子的沉积；现有技术缺陷三：现有技术中采用缓冲气体的逆流来达到稳定电喷雾射流的目的，即缓冲气体的流动方向与喷雾射流的方向相反，但是缓冲气体的逆流在空间中没有层次，极易形成湍流，从而会影响喷雾的均匀度及质量流量，所述一种大分子沉积装置能够解决问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明一种大分子沉积装置采用特殊的电喷雾装置、能够加热的分流器及特殊设计的缓冲气体出气口，克服了上述缺陷，适合于大量的大分子的沉积。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种大分子沉积装置主要包括缓冲气出口、喷雾腔、电喷雾装置、高压电源、缓冲气体腔、出气口I、出气口II、缓冲气进口、真空腔、泵组I、分流器I、泵组II、分流器II、泵组III、沉积腔、挡板I、直流电源和样品，xyz为三维坐标系，所述喷雾腔、缓冲气体腔、真空腔和沉积腔依次连接，所述真空腔被分流器I和分流器II分为真空段I、真空段II和真空段III，真空段I和真空段III分别位于真空腔的起始端和末端，所述起始端和末端均具有小孔，沉积腔的起始端具有小孔；泵组I、泵组II和泵组III分别连接真空段I、真空段II和真空段III；所述挡板I和样品位于沉积腔中，挡板I为金属材质并具有通孔，所述通孔直径范围是一毫米至十毫米；直流电源的一个电极连接挡板I，另一个电极接地，能够中和积聚在挡板I上的电荷；电喷雾装置位于喷雾腔内，电喷雾装置由外管、内管、挡板II和液体入口组成，所述挡板II将所述内管的末端端口密封，所述外管和内管均为圆柱形，外管的内径为3000微米，内管的外径为2700微米，所述外管和内管为同轴嵌套构型，外管和内管之间为液体通道，液体入口连接外管外壁并与所述液体通道连通，高压电源与外管电缆连接。所述缓冲气体腔具有出气口I、出气口II和缓冲气进口，出气口II是直径为二毫米的圆形且位于xy平面，出气口I是内径为六毫米外径为八毫米的环形且位于xy平面，出气口I与出气口II同心，缓冲气体从缓冲气进口进入缓冲气体腔，并能够通过出气口I和出气口II进入喷雾腔，最终从缓冲气出口排出，缓冲气体为氮气或氦气；电喷雾装置的外管末端内壁上具有形状相同的若干缺口，相邻的所述缺口之间的间距相等，使得能够增大局域电场而产生更多的液体喷雾，所述分流器I具有加热丝，其温度能够从室温到500摄氏度范围内调节；所述外管末端内壁上的缺口数量为四到十二个，所述缺口形状为半圆形或正方形或三角形。
利用所述一种大分子沉积装置进行沉积的方法步骤为：
一.开启泵组I、泵组II和泵组III，使得真空段I、真空段II和真空段III的真空分别达到1×10-2mbar、1×10-5mbar、1×10-7mbar；
二.将包含待沉积分子的溶液从电喷雾装置的液体入口通入，流速典型值为20mL/M(毫升/分钟)；
三.将缓冲气体从缓冲气进口通入缓冲气体腔，并通过出气口I及出气口II进入喷雾腔，最终从缓冲气出口排出，流速范围为2到10SLM(SLM为标准气体每升/分钟)；
四.在电喷雾装置的外管和内管之间施加电压，电压范围1000V到6000V，使得溶液中的部分待沉积分子成为离子形式，并且溶液在电喷雾装置出口形成雾化的液滴，液滴中包含了待沉积分子、其他杂质以及溶剂，调节电压能够调整液体喷雾的形状，调整电喷雾装置位置，使得外管与出气口II同心；
五.部分电喷雾装置出口形成雾化的液滴依次通过出气口II、缓冲气体腔进入真空腔，液滴中大部分溶剂被泵组I抽出真空腔外，液滴中剩下的待沉积分子的离子、部分溶剂分子及其他杂质组成的离子束流继续在真空腔中运动；
六.使得分流器I的温度达到300摄氏度，当离子束流通过分流器I时，溶剂分子由于与分流器I壁碰撞而受热并被蒸发从而偏离离子束流；
七.分流器II的温度达到400摄氏度，部分其他杂质由于与分流器II壁碰撞而受热并被散射从而偏离离子束流；
八.离子束流中部分离子沉积在挡板I上，将直流电源的输出电流设置为范围0.1mA到1mA，用于中和积聚在挡板I上的电荷；
九.离子束流中部分待沉积分子沉积在样品上。
本发明的有益效果是：
本发明产生的待沉积样品的液体喷雾的质量流量输出较高且较均匀；其次，本发明能够显著增加真空腔中离子束流的透射率；最后，本发明中缓冲气体逆流对待沉积样品的液体喷雾的均匀度及质量流量影响较小，保证了沉积的样品分子的质量。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；
图2是电喷雾装置的俯视图；
图3是电喷雾装置的侧视图。
图中，1.缓冲气出口，2.喷雾腔，3.电喷雾装置，3-1.外管，3-2.内管，3-3.挡板II，3-4.液体入口，4.高压电源，5.缓冲气体腔，6.出气口I，7.出气口II，8.缓冲气进口，9.真空腔，9-1.真空段I，9-2.真空段II，9-3.真空段III，10.泵组I，11.分流器I，12.泵组II，13.分流器II，14.泵组III，15.沉积腔，16.挡板I，17.直流电源，18样品。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，主要包括缓冲气出口(1)、喷雾腔(2)、电喷雾装置(3)、高压电源(4)、缓冲气体腔(5)、出气口I(6)、出气口II(7)、缓冲气进口(8)、真空腔(9)、泵组I(10)、分流器I(11)、泵组II(12)、分流器II(13)、泵组III(14)、沉积腔(15)、挡板I(16)、直流电源(17)和样品(18)，xyz为三维坐标系，所述喷雾腔(2)、缓冲气体腔(5)、真空腔(9)和沉积腔(15)依次连接，所述真空腔(9)被分流器I(11)和分流器II(13)分为真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)，真空段I(9-1)和真空段III(9-3)分别位于真空腔(9)的起始端和末端，所述起始端和末端均具有小孔，沉积腔(15)的起始端具有小孔；泵组I(10)、泵组II(12)和泵组III(14)分别连接真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)；所述挡板I(16)和样品(18)位于沉积腔(15)中，挡板I(16)为金属材质并具有通孔，所述通孔直径范围是一毫米至十毫米；直流电源(17)的一个电极连接挡板I(16)，另一个电极接地，能够中和积聚在挡板I(16)上的电荷；电喷雾装置(3)位于喷雾腔(2)内。所述缓冲气体腔(5)具有出气口I(6)、出气口II(7)和缓冲气进口(8)，出气口II(7)是直径为二毫米的圆形且位于xy平面，出气口I(6)是内径为六毫米外径为八毫米的环形且位于xy平面，出气口I(6)与出气口II(7)同心，缓冲气体从缓冲气进口(8)进入缓冲气体腔(5)，并能够通过出气口I(6)和出气口II(7)进入喷雾腔(2)，最终从缓冲气出口(1)排出，缓冲气体为氮气或氦气；电喷雾装置(3)的外管(3-1)末端内壁上具有形状相同的若干缺口，相邻的所述缺口之间的间距相等，使得能够增大局域电场而产生更多的液体喷雾，所述分流器I(11)具有加热丝，其温度能够从室温到500摄氏度范围内调节。
如图2是电喷雾装置的俯视图，如图3是电喷雾装置的侧视图，电喷雾装置(3)由外管(3-1)、内管(3-2)、挡板II(3-3)和液体入口(3-4)组成，所述挡板II(3-3)将所述内管(3-2)的末端端口密封，所述外管(3-1)和内管(3-2)均为圆柱形，外管(3-1)的内径为3000微米，内管(3-2)的外径为2700微米，所述外管(3-1)和内管(3-2)为同轴嵌套构型，外管(3-1)和内管(3-2)之间为液体通道，液体入口(3-4)连接外管(3-1)外壁并与所述液体通道连通，高压电源(4)与外管(3-1)电缆连接；所述外管(3-1)末端内壁上的缺口数量为四到十二个，所述缺口形状为半圆形或正方形或三角形。
所述一种大分子沉积装置主要包括缓冲气出口(1)、喷雾腔(2)、电喷雾装置(3)、高压电源(4)、缓冲气体腔(5)、出气口I(6)、出气口II(7)、缓冲气进口(8)、真空腔(9)、泵组I(10)、分流器I(11)、泵组II(12)、分流器II(13)、泵组III(14)、沉积腔(15)、挡板I(16)、直流电源(17)和样品(18)，xyz为三维坐标系，所述喷雾腔(2)、缓冲气体腔(5)、真空腔(9)和沉积腔(15)依次连接，所述真空腔(9)被分流器I(11)和分流器II(13)分为真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)，真空段I(9-1)和真空段III(9-3)分别位于真空腔(9)的起始端和末端，所述起始端和末端均具有小孔，沉积腔(15)的起始端具有小孔；泵组I(10)、泵组II(12)和泵组III(14)分别连接真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)；所述挡板I(16)和样品(18)位于沉积腔(15)中，挡板I(16)为金属材质并具有通孔，所述通孔直径范围是一毫米至十毫米；直流电源(17)的一个电极连接挡板I(16)，另一个电极接地，能够中和积聚在挡板I(16)上的电荷；电喷雾装置(3)位于喷雾腔(2)内，电喷雾装置(3)由外管(3-1)、内管(3-2)、挡板II(3-3)和液体入口(3-4)组成，所述挡板II(3-3)将所述内管(3-2)的末端端口密封，所述外管(3-1)和内管(3-2)均为圆柱形，外管(3-1)的内径为3000微米，内管(3-2)的外径为2700微米，所述外管(3-1)和内管(3-2)为同轴嵌套构型，外管(3-1)和内管(3-2)之间为液体通道，液体入口(3-4)连接外管(3-1)外壁并与所述液体通道连通，高压电源(4)与外管(3-1)电缆连接。所述缓冲气体腔(5)具有出气口I(6)、出气口II(7)和缓冲气进口(8)，出气口II(7)是直径为二毫米的圆形且位于xy平面，出气口I(6)是内径为六毫米外径为八毫米的环形且位于xy平面，出气口I(6)与出气口II(7)同心，缓冲气体从缓冲气进口(8)进入缓冲气体腔(5)，并能够通过出气口I(6)和出气口II(7)进入喷雾腔(2)，最终从缓冲气出口(1)排出，缓冲气体为氮气或氦气；电喷雾装置(3)的外管(3-1)末端内壁上具有形状相同的若干缺口，相邻的所述缺口之间的间距相等，使得能够增大局域电场而产生更多的液体喷雾，所述分流器I(11)具有加热丝，其温度能够从室温到500摄氏度范围内调节。所述外管(3-1)末端内壁上的缺口数量为四到十二个，所述缺口形状为半圆形或正方形或三角形。
本发明采用特殊的电喷雾装置，产生的喷雾的质量流量输出较高；其次，采用能够加热的分流器，显著增加了离子束流的透射率；最后，采用特殊设计的缓冲气体出气口，使得缓冲气体逆流在空间中具有层次，不易形成湍流，对喷雾的均匀度及质量流量影响较小，因此本装置适合于大量的大分子的沉积。
Claims (2)
1.一种大分子沉积装置，主要包括缓冲气出口(1)、喷雾腔(2)、电喷雾装置(3)、高压电源(4)、缓冲气体腔(5)、出气口I(6)、出气口II(7)、缓冲气进口(8)、真空腔(9)、泵组I(10)、分流器I(11)、泵组II(12)、分流器II(13)、泵组III(14)、沉积腔(15)、挡板I(16)、直流电源(17)和样品(18)，xyz为三维坐标系，所述喷雾腔(2)、缓冲气体腔(5)、真空腔(9)和沉积腔(15)依次连接，所述真空腔(9)被分流器I(11)和分流器II(13)分为真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)，真空段I(9-1)和真空段III(9-3)分别位于真空腔(9)的起始端和末端，所述起始端和末端均具有小孔，沉积腔(15)的起始端具有小孔；泵组I(10)、泵组II(12)和泵组III(14)分别连接真空段I(9-1)、真空段II(9-2)和真空段III(9-3)；所述挡板I(16)和样品(18)位于沉积腔(15)中，挡板I(16)为金属材质并具有通孔，所述通孔直径范围是一毫米至十毫米；直流电源(17)的一个电极连接挡板I(16)，另一个电极接地，能够中和积聚在挡板I(16)上的电荷；电喷雾装置(3)位于喷雾腔(2)内，电喷雾装置(3)由外管(3-1)、内管(3-2)、挡板II(3-3)和液体入口(3-4)组成，所述挡板II(3-3)将所述内管(3-2)的末端端口密封，所述外管(3-1)和内管(3-2)均为圆柱形，外管(3-1)的内径为3000微米，内管(3-2)的外径为2700微米，所述外管(3-1)和内管(3-2)为同轴嵌套构型，外管(3-1)和内管(3-2)之间为液体通道，液体入口(3-4)连接外管(3-1)外壁并与所述液体通道连通，高压电源(4)与外管(3-1)电缆连接，
其特征是：所述缓冲气体腔(5)具有出气口I(6)、出气口II(7)和缓冲气进口(8)，出气口II(7)是直径为二毫米的圆形且位于xy平面，出气口I(6)是内径为六毫米外径为八毫米的环形且位于xy平面，出气口I(6)与出气口II(7)同心，缓冲气体从缓冲气进口(8)进入缓冲气体腔(5)，并能够通过出气口I(6)和出气口II(7)进入喷雾腔(2)，最终从缓冲气出口(1)排出，缓冲气体为氮气或氦气；电喷雾装置(3)的外管(3-1)末端内壁上具有形状相同的若干缺口，相邻的所述缺口之间的间距相等，使得能够增大局域电场而产生更多的液体喷雾，所述分流器I(11)具有加热丝，其温度能够从室温到500摄氏度范围内调节。
2.根据权利要求1所述的一种大分子沉积装置，其特征是：所述外管(3-1)末端内壁上的缺口数量为四到十二个，所述缺口形状为半圆形或正方形或三角形。
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