CN114570543A - 一种基于电场辅助的功能涂层制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。首先利用负压吸附力固定转移微纳结构，在回型状涂层单元上施加高电压，涂层单元周围形成空间电场，微纳结构处在此空间电场中，受到侧向电场力，并向有高压电一侧的涂层单元弯曲；接着，涂层单元腔出液口流出功能液体，涂到弯曲的微纳结构上，完成电场辅助功能涂层制备。此基于电场辅助的功能涂层制备装置利用静电力对微纳结构的吸引作用，使其定向、定距弯曲，并利用流体控制实现侧向功能涂层的制备，此装置结构简单、方便操作、材料适应性广。

Description

一种基于电场辅助的功能涂层制备装置
技术领域
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。
背景技术
涂层是功能材料形成的固态连续膜，这些功能材料可以是气态、液态、固态，功能涂层可以制备到各种的基底上，如金属、塑料、织物等。涂层的主要功能为防护、绝缘、导电等，在航空航天、能源电力、电器电子、减灾防灾等方面获得了广泛的应用。
功能涂层因应用领域不同，其厚度也相差较大，涂层尺度为亚微米或微米。制备功能涂层常用的方法有电镀、溶胶凝胶、原位反应、化学气相沉积、物理气相沉积等。上述方法制备的功能涂层可控性强、尺寸一致性好，但是上述设备昂贵、制备周期长。表面粘涂方法无需大型设备，且操作步骤简单，是一种可供选择的功能涂层制备方法。然而，目前表面粘涂设备或装置多适用于大面积涂层的制备，对于特定尺寸涂层的加工存在挑战。例如，在微纳米线结构上制备涂层、在特定区域中制备涂层等。
发明内容
本发明为了克服上述挑战，发明了一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。首先利用负压吸附力固定转移微纳结构，在回型状涂层单元上施加高电压，涂层单元周围形成空间电场，微纳结构处在此空间电场中，受到侧向电场力，并向有高压电一侧的涂层单元弯曲；接着，涂层单元腔出液口流出功能液体，涂到弯曲的微纳结构上，完成电场辅助功能涂层制备。此电场辅助功能涂层制备方法利用静电力对微纳结构的吸引作用，使其定向、定距弯曲，并利用流体控制实现侧向功能涂层的制备，此装置简单、方便操作、材料适应性广。
本发明采用的技术方案是：一种基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于：所述的功能涂层制备装置包括平台、移动台面、气孔、气体管、气泵、微纳结构、涂层单元、涂层单元腔、进液口、进液管、功能液体泵、出液管、侧面功能涂层、腔内出液口、电极、出液口、导线、高压电源；
所述的平台上方固定有移动台面；所述的移动台面上方布置有气孔，移动台面内部有气体沟道，可以实现水平面内的移动；所述的气体管与移动台面连接，并与气孔连通；所述的气泵通过气体管与气孔连通，并改变气孔内的气压，使气孔保持吸气；利用微纳操作方法将微纳结构移动到移动台面上，利用气孔的吸附力将微纳结构固定在移动台面；
所述的电极分布在涂层单元腔四个外壁上，用于向涂层单元施加高电压；所述的电极经过导线与高压电源相连；高压电源通过导线向涂层单元腔外壁上的电极施加高电压，通电的涂层单元腔内壁具有高压电场，在涂层单元腔内壁周围形成高压电场，处在高压电场中的微纳结构受到侧向电场力，微纳结构发生弯曲，贴合在涂层单元腔内壁通有电的一侧；
所述的涂层单元为回型件，固定在移动台面上的微纳结构在移动台面的带动下穿过涂层单元，微纳结构可在涂层单元中移动；所述的涂层单元内部有涂层单元腔，涂层单元腔下方有进液口，上方有出液口；所述的进液管与进液口连通；所述的出液管与出液口连通；所述的功能液体泵与进液管连接，并经进液口向涂层单元腔内提供功能液体，功能液体经过出液管、出液口会流回功能液体泵；所述的腔内出液口对称分布在涂层单元腔四个内壁上，用于释放功能液体，涂层单元腔内壁上会有功能液体，微纳结构弯向涂层单元腔的一侧，会被涂上功能液体，微纳结构上会形成功能涂层。
所述的基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于，所述的气孔尺寸及气压大小与微纳结构尺寸相关；所述的腔内出液口尺寸、电极尺寸与微纳结构上涂层结构特征相关；所述的微纳结构上形成的功能涂层由微纳结构结构特征、出液管尺寸和涂层单元腔内壁高压电场决定。
本发明的有益效果为：此基于电场辅助的功能涂层制备装置利用静电力吸引微纳结构，发生定向、定距的弯曲，并借助流体控制向弯曲的微纳结构上涂功能涂层，此方法具有步骤简单、方便操作、材料适应性广的特点。
附图说明：
图1是本发明实施例中的电场辅助功能涂层制备装置示意图。
图2是本发明实施例中电场辅助功能涂层制备过程的示意图。
图3是本发明实施例中涂层单元腔的结构示意图。
图中：1平台、2移动台面、3气孔、4气体管、5气泵、6微纳结构、7涂层单元、8涂层单元腔、9进液口、10进液管、11功能液体泵、12出液管、13侧面功能涂层、14腔内出液口、15电极、16出液口、17导线、18高压电源。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式，参见图1至图3。
本实施例公开了一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。
具体地讲，在本实施例中，一种基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于：所述的功能涂层制备装置包括平台1、移动台面2、气孔3、气体管4、气泵5、微纳结构6、涂层单元7、涂层单元腔8、进液口9、进液管10、功能液体泵11、出液管12、侧面功能涂层13、腔内出液口14、电极15、出液口16、导线17、高压电源18；
具体地讲，在本实施例中，所述的平台1上方固定有移动台面2；所述的移动台面2上方布置有有50-200个气孔3，气孔3的尺寸为30纳米-100微米，移动台面2内部有气体沟道，可以实现水平面内的移动；所述的气体管4与移动台面2连接，并与气孔3连通；所述的气泵5通过气体管4与气孔3连通，并改变气孔3内的气压，气压为2×103-8×104Pa，使气孔3保持吸气；利用微纳操作方法将微纳结构6移动到移动台面2上，利用气孔3的吸附力将微纳结构6固定在移动台面2，微纳结构6尺寸为50纳米-200微米；
具体地讲，在本实施例中，所述的电极15分布在涂层单元腔8四个外壁上，用于向涂层单元7施加高电压，电压大小200-8000V；所述的电极15经过导线17与高压电源18相连；高压电源18通过导线17向涂层单元腔8外壁上的电极15施加高电压，通电的涂层单元腔8内壁具有高压电场，在涂层单元腔8内壁周围形成高压电场，处在高压电场中的微纳结构6受到侧向电场力，微纳结构6发生弯曲，贴合在涂层单元腔8内壁通有电的一侧；
具体地讲，在本实施例中，所述的涂层单元7为回型件，固定在移动台面2上的微纳结构6在移动台面2的带动下穿过涂层单元7，微纳结构6可在涂层单元7中移动；所述的涂层单元7内部有涂层单元腔8，涂层单元腔8下方有进液口9，上方有出液口16；所述的进液管10与进液口9连通；所述的出液管12与出液口16连通；所述的功能液体泵11与进液管10连接，并经进液口9向涂层单元腔8内提供PVP功能液体，功能液体经过出液管12、出液口16会流回功能液体泵11；所述的腔内出液口14对称分布在涂层单元腔8四个内壁上，用于释放功能液体，涂层单元腔8内壁上会有功能液体，微纳结构6弯向涂层单元腔8的一侧，会被涂上功能液体，微纳结构6上会形成功能涂层，厚度为200纳米-50微米。
具体地讲，在本实施例中，所述的基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于，所述的气孔3尺寸及气压大小与微纳结构6尺寸相关；所述的腔内出液口14尺寸、电极15尺寸与微纳结构6上涂层结构特征相关；所述的微纳结构6上形成的功能涂层由微纳结构6结构特征、出液管12尺寸和涂层单元腔8内壁高压电场决定。

Claims (2)

1.一种基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于：所述的功能涂层制备装置包括平台(1)、移动台面(2)、气孔(3)、气体管(4)、气泵(5)、微纳结构(6)、涂层单元(7)、涂层单元腔(8)、进液口(9)、进液管(10)、功能液体泵(11)、出液管(12)、侧面功能涂层(13)、腔内出液口(14)、电极(15)、出液口(16)、导线(17)、高压电源(18)；
所述的平台(1)上方固定有移动台面(2)；所述的移动台面(2)上方布置有气孔(3)，移动台面(2)内部有气体沟道，可以实现水平面内的移动；所述的气体管(4)与移动台面(2)连接，并与气孔(3)连通；所述的气泵(5)通过气体管(4)与气孔(3)连通，并改变气孔(3)内的气压，使气孔(3)保持吸气；利用微纳操作方法将微纳结构(6)移动到移动台面(2)上，利用气孔(3)的吸附力将微纳结构(6)固定在移动台面(2)；
所述的电极(15)分布在涂层单元腔(8)四个外壁上，用于向涂层单元(7)施加高电压；所述的电极(15)经过导线(17)与高压电源(18)相连；高压电源(18)通过导线(17)向涂层单元腔(8)外壁上的电极(15)施加高电压，通电的涂层单元腔(8)内壁具有高压电场，在涂层单元腔(8)内壁周围形成高压电场，处在高压电场中的微纳结构(6)受到侧向电场力，微纳结构(6)发生弯曲，贴合在涂层单元腔(8)内壁通有电的一侧；
所述的涂层单元(7)为回型件，固定在移动台面(2)上的微纳结构(6)在移动台面(2)的带动下穿过涂层单元(7)，微纳结构(6)可在涂层单元(7)中移动；所述的涂层单元(7)内部有涂层单元腔(8)，涂层单元腔(8)下方有进液口(9)，上方有出液口(16)；所述的进液管(10)与进液口(9)连通；所述的出液管(12)与出液口(16)连通；所述的功能液体泵(11)与进液管(10)连接，并经进液口(9)向涂层单元腔(8)内提供功能液体，功能液体经过出液管(12)、出液口(16)会流回功能液体泵(11)；所述的腔内出液口(14)对称分布在涂层单元腔(8)四个内壁上，用于释放功能液体，涂层单元腔(8)内壁上会有功能液体，微纳结构(6)弯向涂层单元腔(8)的一侧，会被涂上功能液体，微纳结构(6)上会形成功能涂层。
2.根据权利要求1所述的基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于，所述的气孔(3)尺寸及气压大小与微纳结构(6)尺寸相关；所述的腔内出液口(14)尺寸、电极(15)尺寸与微纳结构(6)上涂层结构特征相关；所述的微纳结构(6)上形成的功能涂层由微纳结构(6)结构特征、出液管(12)尺寸和涂层单元腔(8)内壁高压电场决定。
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