CN114602762B - 一种电场辅助功能涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种电场辅助功能涂层制备方法。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，此方法步骤简单、方便操作、材料适应性广。

Description

一种电场辅助功能涂层制备方法
技术领域
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种电场辅助功能涂层制备方法。
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，目前表面粘涂方法多适用于大面积涂层的制备，对于特定尺寸上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，发明了一种电场辅助功能涂层制备方法。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，此方法步骤简单、方便操作、材料适应性广。
本发明采用的技术方案是：
一种电场辅助功能涂层制备方法，是利用电场辅助功能涂层制备装置实现的，其特征在于：所述的电场辅助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；所述的微纳结构被气孔吸附固定在台面上；所述的涂层单元为回型件，被微纳结构穿过；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，并经过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；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；
电场辅助功能涂层制备方法的具体步骤如下：
第一步，吸附固定微纳结构
移动平台上方的移动台面到达合适位置，开启气泵，并通过气体管让移动台面上的气孔保持吸气；通过调节气泵可调节气孔的吸附力大小；利用微纳操作方法将微纳结构移动到移动台面上，此时，气孔的吸附力将微纳结构固定在移动台面；微纳结构在移动台面的带动下可以实现平面内的运动；
第二步，电致弯曲微纳结构
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，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，此时，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；
第三步，电场辅助功能涂层
功能液体在功能液体泵的作用下，经过进液管、进液口到达涂层单元腔内，涂层单元腔内壁上的腔内出液口释放功能液体，此时，涂层单元腔内壁上有功能液体，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；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。
所述的电场辅助功能涂层制备方法，其特征在于，微纳结构上形成的功能涂层由微纳结构特征、出液管尺寸和涂层单元腔内壁高压电场决定，可以在线调整；所述的气泵压力、气孔尺寸均受微纳结构尺寸、材料性能的影响。
本发明的有益效果为：此电场辅助功能涂层制备方法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电场辅助功能涂层制备方法，该方法是一种电场辅助功能涂层制备装置实现的。
具体地讲，在本实施例中，所述的电场辅助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；所述的微纳结构6尺寸为50纳米-200微米，被气孔3吸附固定在台面2上；所述的涂层单元7为回型件，被微纳结构6穿过；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，并经过进液口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；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；
具体地讲，在本实施例中，电场辅助功能涂层制备方法的具体步骤如下：
第一步，吸附固定微纳结构
移动平台1上方的移动台面2到达合适位置，开启气泵5，并通过气体管4让移动台面2上的气孔3保持吸气；通过调节气泵5可调节气孔3的吸附力大小；利用微纳操作方法将微纳结构6移动到移动台面2上，此时，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在移动台面2的带动下可以实现平面内的运动；
第二步，电致弯曲微纳结构
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，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，电压大小200-8000V；此时，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；
第三步，电场辅助功能涂层
PVP功能液体在功能液体泵11的作用下，经过进液管10、进液口9到达涂层单元腔8内，涂层单元腔8内壁上的腔内出液口14释放功能液体，此时，涂层单元腔8内壁上有功能液体，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；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。
具体地讲，在本实施例中，所述的电场辅助功能涂层制备方法，其特征在于，微纳结构6上形成的功能涂层由微纳结构6特征、出液管12尺寸和涂层单元腔8内壁高压电场决定，可以在线调整；所述的气泵5压力、气孔3尺寸均受微纳结构6尺寸、材料性能的影响。

Claims (2)

1.一种电场辅助功能涂层制备方法，其采用一种电场辅助功能涂层制备装置进行实施，其特征在于：所述的电场辅助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；所述的微纳结构(6)被气孔(3)吸附固定在台面(2)上；所述的涂层单元(7)为回型件，被微纳结构(6)穿过；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，并经过进液口(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；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；
电场辅助功能涂层制备方法的具体步骤如下：
第一步，吸附固定微纳结构
移动平台(1)上方的移动台面(2)到达合适位置，开启气泵(5)，并通过气体管(4)让移动台面(2)上的气孔(3)保持吸气；通过调节气泵(5)可调节气孔(3)的吸附力大小；利用微纳操作方法将微纳结构(6)移动到移动台面(2)上，此时，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)在移动台面(2)的带动下可以实现平面内的运动；
第二步，电致弯曲微纳结构
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，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，此时，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；
第三步，电场辅助功能涂层
功能液体在功能液体泵(11)的作用下，经过进液管(10)、进液口(9)到达涂层单元腔(8)内，涂层单元腔(8)内壁上的腔内出液口(14)释放功能液体，此时，涂层单元腔(8)内壁上有功能液体，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；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。
2.根据权利要求1所述的电场辅助功能涂层制备方法，其特征在于，微纳结构(6)上形成的功能涂层由微纳结构(6)特征、出液管(12)尺寸和涂层单元腔(8)内壁高压电场决定，可以在线调整；所述的气泵(5)压力、气孔(3)尺寸均受微纳结构(6)尺寸、材料性能的影响。
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