CN110190189A - 一种纤维液桥薄膜制备装置 - Google Patents

一种纤维液桥薄膜制备装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110190189A
CN110190189A CN201910488971.8A CN201910488971A CN110190189A CN 110190189 A CN110190189 A CN 110190189A CN 201910488971 A CN201910488971 A CN 201910488971A CN 110190189 A CN110190189 A CN 110190189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
film
liquid bridge
capillary tube
preparation device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910488971.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110190189B (zh
Inventor
杜祖亮
江雷
李骁迅
胡彬彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University
Original Assignee
Henan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University filed Critical Henan University
Priority to CN201910488971.8A priority Critical patent/CN110190189B/zh
Publication of CN110190189A publication Critical patent/CN110190189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110190189B publication Critical patent/CN110190189B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/88—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing selenium, tellurium or unspecified chalcogen elements
    • C09K11/881—Chalcogenides
    • C09K11/883—Chalcogenides with zinc or cadmium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种纤维液桥薄膜制备装置，包括可三维移动的纤维液桥单元，所述纤维液桥单元包括一纤维，所述纤维沿水平方向绷直悬设于薄膜基底的表面，所述纤维的两端对称设有两毛细管件，且所述纤维的两端分别插设于两毛细管件内，所述纤维的直径小于所述毛细管件的内径，所述两毛细管件远离所述纤维绷直部分的一端为用于吸取薄膜原液的吸液端，靠近所述纤维的一端为流出所述薄膜原液的出液端，由此所述两毛细管件内流出的薄膜原液沿着所述纤维形成液桥。本发明通过引入毛细管和纤维形成液桥，由此可以有效地降低刷膜过程中液膜的厚度，从而可以控制溶液的退浸润过程，能够实现均匀的大面积薄膜印刷。

Description

一种纤维液桥薄膜制备装置
技术领域
本发明属于薄膜制备技术领域，具体涉及一种纤维液桥薄膜制备装置。
背景技术
薄膜材料的应用可谓涉及到当今科学前沿的方方面面，无论从最近大热的有机发光器件，新兴的量子点发光器件，有机或者钙钛矿电阳能薄膜器件还是生物或化学传感器，无一不需要用到薄膜的制备技术。例如有机薄膜太阳能电池中，其层状结构的每个功能层，阴极层，阳极层和有机层均需要通过薄膜制备技术来实现其叠加结构。例如OLED或QLED发光器件，它是层状的串联结构，薄膜制备技术同样是此种类型器件制备的关键所在。而均匀可控的薄膜制备方法不论在科学研究，还是工业生产中，都是一种不可缺少的技术手段，它的发展越来越受到科研人员的关注。传统的薄膜制备方法有：旋涂法、沉积法、刮涂法和喷墨打印法，这些方法虽各有优势，但均不适用大规模的工业生产。尤其是上述方法制备薄膜结构时，由于溶液中的纳米颗粒受到瑞利不稳定因素的影响而产生咖啡环效应，易导致薄膜不均匀，影响薄膜结构的性能。
发明内容
本发明针对现有技术中薄膜制备存在厚度不均匀、不适用大规模工业化生产的问题，提供一种纤维液桥薄膜制备装置，通过引入毛细管和纤维形成液桥，由此可以有效地降低刷膜过程中液膜的厚度，从而可以控制溶液的退浸润过程，能够实现均匀的大面积薄膜印刷。
本发明采用如下技术方案：
一种纤维液桥薄膜制备装置，包括可三维移动的纤维液桥单元，所述纤维液桥单元包括一纤维，所述纤维沿水平方向绷直悬设于薄膜基底的表面，所述纤维的两端对称设有两毛细管件，且所述纤维的两端分别插设于两毛细管件内，所述纤维的直径小于所述毛细管件的内径，所述两毛细管件远离所述纤维绷直部分的一端为用于吸取薄膜原液的吸液端，靠近所述纤维的一端为流出所述薄膜原液的出液端，由此所述两毛细管件内流出的薄膜原液沿着所述纤维形成液桥；所述三维移动的方向至少包括平行或垂直于所述薄膜基底移动的方向。
优选地，所述纤维距离所述薄膜基底的高度为0 μm ~ 160 μm。
优选地，所述薄膜原液与薄膜基底之间的浸润性关系为浸润或者超级超浸润，接触角小于30°。
优选地，所述纤维的直径为80 μm ~ 240 μm。
优选地，所述纤维为天然纤维和人造纤维。
优选地，所述两毛细管件的间隔宽度以所需制备的薄膜的宽度为准。
优选地，所述毛细管件的内径为500 μm ~1500 μm。
优选地，所述三维移动的移动速度为10 μm/s~200000 μm/s。
本发明的有益效果如下：
本发明通过引入毛细管和纤维形成液桥，由此可以有效地降低刷膜过程中液膜的厚度，从而可以控制溶液的退浸润过程，能够实现均匀的大面积薄膜印刷。利用本发明的装置进行薄膜的制备，能够有效地节约薄膜原材料的用量，避免环境污染，而且可以广泛地应用于各种材料大面积均匀薄膜的构造，诸如无机纳米材料、有机半导体材料、有机高分子材料、光子晶体材料、无机半导体材料，磁性纳米材料等。此外，本发明的薄膜制备装置操作简单，设备成本低廉，推广应用价值高。
附图说明
图1为实施例1的装置结构示意图；
图2为应用例1中CdSe/ZnS红绿蓝量子点薄膜在荧光显微镜下的图像；
图3为应用例1中CdSe/ZnS量子点薄膜的原子力显微镜成像；
图4为应用例2中TFB薄膜在荧光显微镜下的图像；
图5为应用例2中印刷法制备TFB薄膜的原子力显微镜成像以及与旋涂方法的对比；
图6为应用例3中800nm球组装结构的原子力显微镜成像；
图7为应用例3中800nm球组装结构的SEM图；
图8为应用例4中P3HT薄膜的光学显微镜下的图像；
图9为应用例4中P3HT薄膜的原子力显微镜成像。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体应用例对本发明的技术方案作出进一步的说明。
实施例1
实施例1中薄膜制备装置所用纤维为长20 cm，直径为100 μm的尼龙纤维，所用毛细管件为孔径为900 μm，长8 cm的玻璃毛细管，所述纤维和毛细管在使用前均置于乙醇中超声清洗30 min，然后在60°的温度条件下烘干。
实施例1的结构如图1所示，一种纤维液桥薄膜制备装置，包括三维移动平台和纤维液桥单元，所述三维移动平台包括机械臂Z轴6、机械臂Y轴7以及Z向滚轴8（沿竖直方向移动）和Y向滚轴9（沿水平方向移动），所述Z向滚轴8沿机械臂Y轴7竖直面的履带移动，所述Y向滚轴9沿水平面的履带10移动，由此实现竖直和水平方向的移动，移动速度可在10 μm/s~200000 μm/s的范围内调节。本实施例中，所用的三维移动平台购买自Aiden公司，型号：DC4300。
所述纤维液桥单元包括上述尼龙纤维2和两毛细管3，将两毛细管3间隔一段距离（该距离依据薄膜宽度调整，最好为2-6 cm）竖直固定于三维移动平台的机械臂Z轴6上，并利用胶黏或者环扣固定，然后将尼龙纤维2分别穿过两根毛细管3，并将穿过毛细管3的尼龙纤维2上端固定在机械臂上（尼龙纤维2在机械臂上的固定，需要保证尼龙纤维2位于两毛细管3之间的部分绷直，具体固定方式有多种选择，例如可采用胶黏方式，这不是本发明的重点所在，图中未示出），从而使两根毛细管3之间的尼龙纤维2沿水平方向拉直并固定，由此所述尼龙纤维2沿水平方向绷直悬设于三维移动平台1的表面，所述两毛细管3远离所述纤维绷直部分的一端为用于吸取薄膜原液的吸液端，靠近所述尼龙纤维绷直部分的一端为流出所述薄膜原液的出液端，由此所述两毛细管3内流出的薄膜原液沿着所述尼龙纤维2形成液桥；在具体使用时，首先利用毛细管3的末端吸取薄膜原液，然后在后续的过程中，均通过毛细管3的顶端利用注射泵5加入薄膜原液，以持续形成液桥。
其中，在使用时，薄膜基底放置在三维移动平台1的表面，所述尼龙纤维距离所述薄膜基底的高度可以在0 μm ~ 160 μm的范围内调整，在具体使用时，以尼龙纤维能够在基底上形成液桥并达到所要求的薄膜高度调整。
应用例1：CdSe/ZnS量子点薄膜的制备
A 取已合成得到的CdSe/ZnS量子点纳米颗粒溶于正辛烷分别制备成15 mg/mL的量子点溶液；
B使用实施例1所述装置进行CdSe/ZnS量子点薄膜的制备，首先将旋涂有聚 (9,9- 二辛基芴 -CO-N-(4- 丁基苯基)二苯胺)（TFB）半导体薄膜材料的玻璃片，固定于三维移动平台的操作平台上；
C然后实施例1所述装置中的毛细管的吸液端吸取量子点溶液，编程控制移动机械臂，将纤维缓慢靠近玻璃片，直到有液桥形成停止；
D最后通过编程控制三维移动平台的移动方向和移动速度开始印刷，具体为顺着玻璃片纵向移动，移动速度为1000~30000 μm/s，本应用例中选择3000 μm/s；
E 印刷完毕后，将玻璃片放置 1min，等待CdSe/ZnS量子点纳米颗粒完成自组装过程，然后分别通过荧光显微镜和原子力显微镜成像，图2为荧光显微镜图像，可以观察到均匀的量子点薄膜的形成，图3为原子力显微镜成像，可以看出，量子点薄膜的粗糙度小于2 nm，更进一步证明了本发明装置印刷薄膜的均匀度优于传统的旋涂方法（粗糙度在4 nm），可以进一步应用在QLED器件上。
应用例2：有机导电半导体材料TFB薄膜的制备
A 称取0.160 g的聚 (9,9- 二辛基芴 -CO-N-(4- 丁基苯基)二苯胺)（TFB）粉末，溶于2 mL中氯仿中，用磁子搅拌30 min，得到黄色透明的TFB溶液；
B使用实施例1所述装置进行TFB薄膜的制备，首先将清洗干净的玻璃片，固定于三维移动平台的操作平台上；
C然后实施例1所述装置中的毛细管的吸液端吸取TFB溶液，编程控制移动机械臂，将纤维缓慢靠近玻璃片，直到有液桥形成停止；
D最后通过编程控制三维移动平台的移动方向和移动速度开始印刷，具体为顺着玻璃片纵向移动，速度调节为800~10000μm/s，本应用例中选择5000 μm/s；
E 印刷完毕后，将玻璃片放置1 min，等待有机薄膜的自组装过程，然后分别通过荧光显微镜和原子力显微镜成像，图4为荧光显微镜图像，可以观察到均匀的蓝色薄膜的形成，图5为原子力显微镜成像，可以看出，TFB薄膜的粗糙度在0.3 nm左右，同样小于传统旋涂法所达到的粗糙度（0.5 nm左右）。
应用例3：光子晶体PS球自组装薄膜的制备
A 取5 wt%的PS球的水溶液2 mL，其中PS球的粒径为800 nm，然后加入2 ml的乙醇超声30 min混匀；
B使用实施例1所述装置进行PS球自组装薄膜的制备，首先将清洗干净的盖玻片，固定于三维移动平台的操作平台上；
C然后实施例1所述装置中的毛细管的吸液端吸取步骤A所得PS球溶液，编程控制移动机械臂，将纤维缓慢靠近盖玻片，直到有液桥形成停止；
D最后通过编程控制三维移动平台的移动方向和移动速度开始印刷，具体为顺着玻璃片纵向移动，速度调节为10~2000 μm/s，本应用例中选择100 μm/s；
E 印刷完毕后，将盖玻片放置3 min，等待PS球的自组装过程，然后采用原子力显微镜扫描成像，图6为800nm的 PS球组装结构的原子力显微镜成像，可以看出，本发明的装置可以有效的将PS球组装成六方堆积的结构，图7为800nm PS球组装结构的SEM图像，进一步证明本发明的装置印刷出的PS球薄膜具有均匀的自组装结构。
应用例4：有机结晶材料薄膜的制备：有机小分子和钙钛矿薄膜用于薄膜太阳能电池
A 配置16M的P3HT聚-3 已基噻吩溶液（溶剂为氯仿），用磁子搅拌30 min，得到深棕色的溶液；
B使用实施例1所述装置进行（P3HT）的制备，首先将清洗干净的玻璃片，固定于三维移动平台的操作平台上；
C然后实施例1所述装置中的毛细管的吸液端吸取P3HT溶液，编程控制移动机械臂，将纤维缓慢靠近玻璃片，直到有液桥形成停止；
D最后通过编程控制三维移动平台的移动方向和移动速度开始印刷，具体为顺着玻璃片纵向移动，速度调节为100~200000μm/s，本应用例中选择20000 μm/s；
E 印刷完毕后，将玻璃片放置1min，等待有机薄膜的自组装过程，然后分别通过光学显微镜和原子力显微镜成像，图8为光学显微镜图像，可以观察到均匀的P3HT结晶薄膜的形成，图9为原子力显微镜成像，可以看出，P3HT薄膜的粗糙度在0.3 nm左右，可以用于薄膜太阳能电池的制备。
最后所应说明的是：上述应用例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，包括可三维移动的纤维液桥单元，所述纤维液桥单元包括一纤维，所述纤维沿水平方向绷直悬设于薄膜基底的表面，所述纤维的两端对称设有两毛细管件，且所述纤维的两端分别插设于两毛细管件内，所述纤维的直径小于所述毛细管件的内径，所述两毛细管件远离所述纤维绷直部分的一端为用于吸取薄膜原液的吸液端，靠近所述纤维的一端为流出所述薄膜原液的出液端，由此所述两毛细管件内流出的薄膜原液沿着所述纤维形成液桥。
2.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述纤维距离所述薄膜基底的高度为0 μm ~ 160 μm。
3.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述薄膜原液与薄膜基底之间的接触角小于30°。
4.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述纤维的直径为80 μm ~ 240 μm。
5.根据权利要求4所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述纤维为天然纤维和人造纤维。
6.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述两毛细管件的间隔宽度以所需制备的薄膜的宽度为准。
7.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述毛细管件的内径为500 μm ~1500 μm。
8.根据权利要求1所述的纤维液桥薄膜制备装置，其特征在于，所述三维移动的移动速度为10 μm/s ~ 200000 μm/s。
CN201910488971.8A 2019-06-06 2019-06-06 一种纤维液桥薄膜制备装置 Active CN110190189B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910488971.8A CN110190189B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 一种纤维液桥薄膜制备装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910488971.8A CN110190189B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 一种纤维液桥薄膜制备装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110190189A true CN110190189A (zh) 2019-08-30
CN110190189B CN110190189B (zh) 2020-08-04

Family

ID=67720613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910488971.8A Active CN110190189B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 一种纤维液桥薄膜制备装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110190189B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114849980A (zh) * 2022-05-25 2022-08-05 北京航空航天大学 用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置及层状结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050233441A1 (en) * 2002-05-21 2005-10-20 Jean-Pierre Ozil Cell culture device
CN104354463A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 中国科学院化学研究所 纳米材料图案化印刷设备
JP2016034601A (ja) * 2014-08-01 2016-03-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 塗工装置とその運転方法
CN107025954A (zh) * 2017-03-03 2017-08-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种柔性透明电极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050233441A1 (en) * 2002-05-21 2005-10-20 Jean-Pierre Ozil Cell culture device
JP2016034601A (ja) * 2014-08-01 2016-03-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 塗工装置とその運転方法
CN104354463A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 中国科学院化学研究所 纳米材料图案化印刷设备
CN107025954A (zh) * 2017-03-03 2017-08-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种柔性透明电极及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114849980A (zh) * 2022-05-25 2022-08-05 北京航空航天大学 用于制备具有取向性一维材料薄膜的装置及层状结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN110190189B (zh) 2020-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Large-area nanosphere self-assembly by a micro-propulsive injection method for high throughput periodic surface nanotexturing
Zhang et al. Porphyrin supramolecular 1D structures via surfactant‐assisted self‐assembly
CN101024483B (zh) 金属有序结构表面增强基底的构筑方法
Cassagneau et al. Optical and electrical characterizations of ultrathin films self-assembled from 11-aminoundecanoic acid capped TiO2 nanoparticles and polyallylamine hydrochloride
Song et al. In situ study of spray deposited titania photoanodes for scalable fabrication of solid-state dye-sensitized solar cells
Haghighat Bayan et al. Enhanced efficiency in hollow core electrospun nanofiber-based organic solar cells
US20130284257A1 (en) Microlens array for solar cells
CN101702376B (zh) 一种用于太阳能电池电极的二氧化钛薄膜的制备方法
Ng et al. Frenkel excitons in heat-stressed supramolecular nanocomposites enabled by tunable cage-like scaffolding
Hu et al. Template method for fabricating interdigitate pn heterojunction for organic solar cell
Xue et al. Preparation of noniridescent structurally colored PS@ TiO2 and Air@ C@ TiO2 core–shell nanoparticles with enhanced color stability
Nie et al. Aligned Nanofibers as an Interfacial Layer for Achieving High-Detectivity and fast-response organic photodetectors
Zhao et al. Electrospray as a fabrication tool in organic photovoltaics
CN110190189A (zh) 一种纤维液桥薄膜制备装置
Bass et al. Transfer molding of nanoscale oxides using water-soluble templates
Zhao et al. A General Layer‐by‐Layer Printing Method for Scalable High‐Resolution Full‐Color Flexible Luminescent Patterns
Borah et al. A review on self‐assembly of colloidal nanoparticles into clusters, patterns, and films: emerging synthesis techniques and applications
Rao et al. Self-assembled, aligned ZnO nanorod buffer layers for high-current-density, inverted organic photovoltaics
Chen et al. Ag nanoparticles/PPV composite nanofibers with high and sensitive opto-electronic response
Duan et al. Mode-tunable, micro/nanoscale electrohydrodynamic deposition techniques for optoelectronic device fabrication
Watanabe et al. Micromolding in capillaries for calcination-free fabrication of flexible inorganic phosphor films consisting of rare-earth-ion-doped nanoparticles
Lin et al. TiO2 nanotube structures for the enhancement of photon utilization in sensitized solar cells
Coppola et al. Twofold self-assembling of nanocrystals into nanocomposite polymer
Lin et al. Controllable-assembled functional monolayers by the Langmuir–Blodgett technique for optoelectronic applications
CN109518162A (zh) 一种仿生网粒体结构薄膜材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant