CN115976472A - 在衬底上制备膜层的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在衬底上制备膜层的装置和方法。在衬底上制备膜层的装置包括：盛液容器和驱动单元和连接组件；盛液容器具有容纳腔，容纳腔用于容纳可在衬底上成膜的成膜液体；连接组件用于与衬底连接，驱动单元与连接组件连接，以通过连接组件驱动衬底浸入成膜液体内，或者移出成膜液体。本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，能提高膜层制备效率。

Description

在衬底上制备膜层的装置和方法

技术领域

本发明涉及光子晶体制备技术，尤其涉及一种在衬底上制备膜层的装置和方法。

背景技术

有序纳米阵列结构因其独特的性能，在生物传感、化学传感、微纳光学、表面增强拉曼散射等领域有着广泛的应用前景。常见的制备有序纳米阵列结构的方式包括电子束曝光、纳米压印技术以及纳米微球技术等。其中，纳米微球技术对比以上提到的其他两种技术有明显的优势。

现有的制备工艺采用垂直沉积法的方式在衬底上制备膜层。将衬底插入溶液中，纳米微球在溶液蒸发的过程中，逐步吸附在衬底的表面，形成单层的结构，需要在较高的温度下实现，通常利用烘箱来控制温度70℃左右。

但是，垂直沉积法整体工艺较为复杂，蒸发的时间较长。

发明内容

本发明提供一种在衬底上制备膜层的装置和方法，能提高膜层制备效率。

第一方面，本发明提供一种在衬底上制备膜层的装置，包括盛液容器和驱动单元和连接组件；

盛液容器具有容纳腔，容纳腔用于容纳可在衬底上成膜的成膜液体；

连接组件用于与衬底连接，驱动单元与连接组件连接，以通过连接组件驱动衬底浸入成膜液体内，或者移出成膜液体。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，驱动单元包括驱动组件和移动件，移动件与连接组件连接，驱动组件驱动移动件沿竖直方向升降，以使连接组件带动衬底沿竖直方向升降。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，驱动组件包括驱动件和与驱动件连接的旋转件，旋转件的轴线沿竖直方向延伸，旋转件上具有外螺纹，移动件上具有螺纹孔，旋转件部分插设在螺纹孔内，驱动件驱动旋转件绕旋转件的轴线旋转，以使移动件相对于旋转件升降；

或者，驱动组件为活塞驱动组件；

或者，驱动组件为直线电机。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，驱动单元还包括支撑架，支撑架包括底座设置在底座上的导向件，导向件上开设有滑槽，滑槽沿竖直方向延伸，移动件插设于滑槽内，且沿滑槽的延伸反向升降；

驱动件与底座连接；

或者，驱动件连接在导向件的顶端。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，连接组件包括连接杆和连接件；

连接杆一端与移动件连接，连接杆另一端与连接件连接，连接件用于连接衬底。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，连接件与连接杆垂直，连接件沿竖直方向延伸。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，连接件包括连接件本体和与连接件本体连接的连接部，连接件本体与连接杆另一端固接；

连接部为挂钩，挂钩用于插设在衬底上的通孔中；

或者，连接部为夹持部，夹持部用于夹持衬底。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，容纳腔的底壁设置有凹槽，凹槽用于容纳成膜液体和至少部分衬底。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，还包括注射单元；

成膜液体包括第一成膜液体，注射单元用于向容纳腔内注入第一成膜液体。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，注射单元包括注射组件，注射组件包括至少一个注射泵和至少一个进样针，进样针用于容纳第一成膜液体，注射泵与进样针的推杆连接，以驱动推杆朝向进样针的针头移动，以将第一成膜液体注入容纳腔内。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，盛液容器侧壁上具有注射口，进样针搭接在注射口上。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，注射单元还包括支撑组件，注射组件位于支撑组件上，支撑组件用于支撑注射组件并调整进样针注射角度。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，支撑组件包括底板、支撑板和升降支架；

注射组件位于支撑板上，升降支架可沿竖直方向升降，升降支架的第一端与底板连接；

支撑板朝向底板的一面具有第一连接部和第二连接部，底板上具有连接柱，连接柱与第一连接部滑动连接，升降支架的第二端与第二连接部滑动连接。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，第一连接部为多个间隔排列的第一滑槽，第二连接部为第二滑槽。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，支撑板上具有挡块，注射组件的针头一侧的端部与挡块抵接。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置，进样针的轴线与支撑板平行，支撑板与底板之间夹角为15°-45°。

第二方面，本发明提供一种在衬底上制备膜层的方法，采用上述第一方面提供的在衬底上制备膜层的装置：

在衬底上制备膜层的方法包括以下步骤：

向盛液容器的容纳腔中注入第二成膜液体；

将衬底与连接组件连接，驱动单元通过连接组件驱动衬底部分浸入第二成膜液体中；

向第二成膜液体表面注射第一成膜液体，其中，第一成膜液体和第二成膜液体形成成膜液体；

驱动单元通过连接组件驱动衬底移出成膜液体。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，向盛液容器的容纳腔中注入第二成膜液体包括：

向盛液容器的容纳腔中注入去离子水；

或者向盛液容器的容纳腔中注入无水乙醇和去离子水；

或者向盛液容器的容纳腔中注入去离子水、弱酸液和弱碱液。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，向第二成膜液体表面注射第一成膜液体包括：

向第二成膜液体表面注射聚苯乙烯微球分散液，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min-5μL/min，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为15°-45°。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，向第二成膜液体表面注射第一成膜液体之后，或者在向第二成膜液体表面注射第一成膜液体同时，还包括：

向盛液容器的内壁注射表面活性剂，以将表面活性剂添加入容纳腔内。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，衬底移出成膜液体的移动速度为0.5mm/min-10mm/min。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，将衬底与连接组件连接之前，还包括：

对衬底进行亲水性增强处理。

在一种可能的实现方式中，本发明提供的在在衬底上制备膜层的方法，对衬底进行亲水性增强处理之前，还包括：

对衬底进行表面清理。

本发明提供的在衬底上制备膜层的装置和方法，在衬底上制备膜层的装置通过设置盛液容器、驱动单元和连接组件，盛液容器容纳成膜液体，连接组件与衬底连接，驱动单元与连接组件连接，通过连接组件驱动衬底浸入成膜液体内，待膜层形成后驱动单元驱动衬底移出成膜液体，从而将在成膜液体表面形成的聚苯乙烯微球单层膜转移至衬底上，提高了在衬底上制备膜层的效率，而且驱动组件驱动衬底的速度可以控制，提高了在衬底上制备膜层的工艺稳定性和可重复性，可以适用于大面积生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的装置的左视图；

图3为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置中支撑组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置中支撑板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的方法的流程图。

附图标记说明：

1-在衬底上制备膜层的装置；

2-盛液容器；21-容纳腔；22-凹槽；23-注射口；

3-驱动单元；31-移动件；32-支撑架；321-底座；322-导向件；3221-滑槽；

4-连接组件；41-连接杆；42-连接件；421-连接件本体；422-连接部；

5-注射单元；51-注射组件；511-注射泵；512-进样针；52-支撑组件；521-底板；5211-安装孔；5212-连接柱；522-支撑板；5221-第一连接部；5222-第二连接部；5223-挡块；523-升降支架；5231-固定杆；5232-活塞杆；5233-止动旋钮；

6-衬底。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的制备工艺通常采用液面沉降法或者垂直沉积法的方式在衬底上制备膜层。液面沉降法需将衬底完全放置液面底部，通过抽水或者放水的方式，使液面降低，从而将漂浮在表面的单层膜沉积到衬底上。垂直沉积法需将衬底插入溶液中，纳米颗粒在溶液蒸发的过程中，逐步吸附在衬底的表面，形成单层的结构。

但是，采用液面沉降法时，在液面沉降法的过程中，亚相中分散的颗粒也会被无规律地转移到衬底上，形成局部的叠层或者山丘状结构。垂直沉积法整体工艺较为复杂，蒸发的时间较长，通常需要24-72h，蒸发的速度受限于温度，湿度，空气流速，容器的表面积等多种因素，因此导致液面沉降法在衬底上制备膜层的工艺可重复性和稳定性较差。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种在衬底上制备膜层的装置和方法，在衬底上制备膜层的装置通过设置驱动单元和连接单元，利用连接单元连接衬底和驱动单元，使驱动单元可以驱动衬底移出成膜液体，从而在衬底上形成膜层，提高了膜层制备速度，且驱动单元驱动衬底移动的速度可以控制，这样提高了在衬底上制备膜层工艺可重复性和稳定性。通过设置注射单元，控制聚苯乙烯微球分散液的注射角度与注射速度，使聚苯乙烯微球位于成膜液体表面，从而避免成膜液体内部出现分散的聚苯乙烯微球，提高膜层质量。

下面结合附图对本发明提供的在衬底上制备膜层的装置进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的装置的左视图，参见图1和图2所示，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置1，包括盛液容器2和驱动单元3和连接组件4。盛液容器2具有容纳腔21，容纳腔21用于容纳可在衬底6上成膜的成膜液体。连接组件4用于与衬底6连接，驱动单元3与连接组件4连接，以通过连接组件4驱动衬底6浸入成膜液体内，或者移出成膜液体。

其中，成膜液体包括第一成膜液体和第二成膜液体。第一成膜液体可以是聚苯乙烯微球分散液。第二成膜液体可以是去离子水、无水乙醇和去离子水的混合液、去离子水、弱酸液和弱碱液的混合液。将聚苯乙烯微球分散液注射在第二成膜液体表面，聚苯乙烯微球可以自组装形成单层的聚苯乙烯薄膜。

向容纳腔21注射第一成膜液体之前，驱动单元3通过连接组件4驱动衬底6浸入成膜液体内。聚苯乙烯微球形成聚苯乙烯薄膜后，驱动单元3驱动衬底6移出成膜液体，这样就可以聚苯乙烯微球单层膜转移至衬底6上，实现在衬底6上制备膜层。

本实施例提供的在衬底上制备膜层的装置1，通过设置盛液容器2、驱动单元3和连接组件4，盛液容器2容纳成膜液体，连接组件4与衬底6连接，驱动单元3与连接组件4连接，通过连接组件4驱动衬底6浸入成膜液体内，待膜层形成后驱动单元3驱动衬底6移出成膜液体，从而将在成膜液体表面形成的聚苯乙烯微球单层膜转移至衬底6上，提高了在衬底6上制备膜层的效率，而且驱动组件驱动衬底6的速度可以控制，提高了在衬底6上制备膜层的工艺稳定性和可重复性，可以适用于大面积生产。

请继续参见图1和图2所示，驱动单元3包括驱动组件(图中未示出)和移动件31，移动件31与连接组件4连接，驱动组件驱动移动件31沿竖直方向升降，以使连接组件4带动衬底6沿竖直方向升降。

可以理解的是，在成膜液体表面形成的膜层转移到衬底6的过程中，仅需要衬底6沿垂直方向上进行移动，且使衬底6沿竖直方向升降的装置相对与使衬底6沿一定角度移动的装置，结构上更简单易实现。

在本实施例中，对于驱动组件的结构不做限制，只要能通过连接组件4带动衬底6沿竖直方向升降即可。下面，对于驱动组件可能的实现方式进行说明。

在一种可能的实现方式中，驱动组件包括驱动件(图中未示出)和与驱动件连接的旋转件(图中未示出)，旋转件的轴线沿竖直方向延伸，旋转件上具有外螺纹，移动件31上具有螺纹孔，旋转件部分插设在螺纹孔内，驱动件驱动旋转件绕旋转件的轴线旋转，以使移动件31相对于旋转件升降。

具体的，驱动件可以是步进电机，旋转件为滚珠丝杆，移动件31与滚珠丝杆的螺母连接，或者移动件31与滚珠丝杆的螺母一体设置，这样步进电机驱动滚珠丝杆进行旋转，移动件31可以相对滚珠丝杆沿垂直方向升降。

在另一种可能的实现方式中，驱动组件为活塞驱动组件。

具体的，活塞驱动组件包括活塞驱动件，示例性的，活塞驱动件可以为电缸、气缸、电推杆等，移动件31与活塞驱动件的活动杆连接，活塞驱动件沿垂直方向设置，从而实现移动件31可以沿垂直方向升降。

在第三种可能的实现方式中，驱动组件为直线电机。

具体的，移动件31与直线电机的动子座连接，直线电机沿垂直方向设置，从而实现移动件31可以沿垂直方向升降。

可以理解的是直线电机结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得本身的结构简化，重量和体积下降。而且定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差。

在本实施例中，为了支撑驱动组件和对移动件31移动方向进行限制，驱动单元3还包括支撑架32，支撑架32包括底座321设置在底座321上的导向件322，导向件322上开设有滑槽3221，滑槽3221沿竖直方向延伸，移动件31插设于滑槽3221内，且沿滑槽3221的延伸反向升降。

可以理解的是，利用导向件322对移动件31进行导向，减少移动件31在升降过程中的震动，以使衬底6能够平稳升降，从而提高膜层附着质量。

其中，驱动件可以与底座321连接。或者，驱动件连接在导向件322的顶端。驱动件可以采用螺钉或者螺栓的方式与底座321或者导向件322进行连接固定，本实施例在此不做具体限定。

请继续参见图1和图2所示，连接组件4包括连接杆41和连接件42，连接杆41一端与移动件31连接，连接杆41另一端与连接件42连接，连接件42用于连接衬底6。

示例性的，连接杆41与连接件42可以为一体成型，或者连接杆41上具有螺纹孔，连接件42端部具有与螺纹孔相匹配的外螺纹，连接杆41与连接件42通过螺纹连接。连接杆41与移动件31可以为一体件或者螺纹连接的方式进行固定。

其中，为了实现衬底6沿竖直方向移动，连接件42与连接杆41垂直，连接件42沿竖直方向延伸。

其中，连接件42包括连接件本体421和与连接件本体421连接的连接部422，连接件本体421与连接杆41另一端固接。

在一种可能的实现方式中，连接部422为挂钩，挂钩用于插设在衬底6上的通孔中。

示例性的，连接件本体421可以为金属丝线，将连接部422位置弯成挂钩。

在另一种可能的实现方式中，连接部422为夹持部，夹持部用于夹持衬底6。

示例性的，连接件本体421可以为金属杆，夹持部为可夹持衬底6的夹具，夹具连接在金属杆朝向盛液容器2一侧。其中，夹具可以为螺旋开口夹具，通过旋转螺柱调节夹具的夹持部开口大小，从而将衬底6夹紧，或者夹具为弹性夹子。

为了可以减少盛液容器2中成膜液体的量而不影响制备膜层的效果，容纳腔21的底壁设置有凹槽22，凹槽22用于容纳成膜液体和至少部分衬底6，这样可以利用凹槽22的深度，使衬底6可半浸没或者全浸没于液面下，有利于节约成本。

图3为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置的结构示意图，参见图3所示，本发明提供的在衬底上制备膜层的装置1，还包括注射单元5。注射单元5用于向容纳腔21内注入第一成膜液体。

其中，第一成膜液体可以是聚苯乙烯微球分散液。第一成膜液体可以包括聚苯乙烯微球分散液和表面活性剂，两者分别向容纳腔21注射。

在一些实施例中，注射单元5包括注射组件51，注射组件51包括至少一个注射泵511和至少一个进样针512，进样针512用于容纳第一成膜液体，注射泵511与进样针512的推杆连接，以驱动推杆朝向进样针512的针头移动，以将第一成膜液体注入容纳腔21内。

示例性的，注射泵511和进样针512可以为一个，进样针512抽取聚苯乙烯微球分散液，注射泵511与进样针512的推杆连接，将容纳聚苯乙烯微球分散液注入容纳腔21内。

或者，注射泵511和进样针512可以为两个，其中一个进样针512抽取聚苯乙烯微球分散液，另一个进样针512抽取表面活性剂，进样针512分别与一个注射泵511连接，两者可以同时向容纳腔21注射。

可以理解的是，为了增加液面的表面张力，使聚苯乙烯微球向衬底6方向推进生长，可以向盛液容器2的内壁注射表面活性剂。为了实时控制聚苯乙烯微球的移动方向和速度，表面活性剂可以与聚苯乙烯微球分散液同时注射。

其中，注射泵511可以选用高精密注射泵，精度为0.1μL/min，进样针512可以选用高精密进样针，精度为0.1μL，从而提高注射精度。

其中，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min-5μL/min，示例性的，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min或者3.5μL/min。

可以理解的是，当聚苯乙烯微球分散液的注射速度过快时，例如大于5μL/min，聚苯乙烯微球容易进入第二成膜液体内部。而当第二成膜液体内部有分散的聚苯乙烯微球时，聚苯乙烯微球会附着在衬底6表面，而衬底6移出第二成膜液体过程中第二成膜液体表面的聚苯乙烯微球，会在衬底6整个浸入表面形成聚苯乙烯微球单层膜，这样聚苯乙烯微球与膜层产生重叠，影响成膜质量。而聚苯乙烯微球分散液的注射速度过慢时，例如小于2μL/min，会增加注射时间，使装置整体工作效率降低。

通过注射泵511与进样针512向容纳腔21内注入第一成膜液体，可以精确控制第一成膜液体的注射量与注射速度，提高了膜层制备工艺的精确性，稳定性和可重复性。

在本实施例中，注射单元5还包括支撑组件52，注射组件51位于支撑组件52上，支撑组件52用于支撑注射组件51并调整进样针512注射角度，从而使聚苯乙烯微球分散液中的聚苯乙烯微球位于第二成膜液体表面。

图4为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置中支撑组件的结构示意图，图5为本发明实施例提供的另一种在衬底上制备膜层的装置中支撑板的结构示意图，参见图3至5所示，支撑组件52包括底板521、支撑板522和升降支架523。

底板521上具有安装孔5211，安装孔5211可以为螺纹或者光孔。

注射组件51位于支撑板522上，升降支架523可沿竖直方向升降，升降支架523的第一端可以为光柱或者外侧壁上具有外螺纹，这样，升降支架523的第一端与底板521可以进行插接或者螺纹连接。

支撑板522朝向底板521的一面具有第一连接部5221和第二连接部5222，底板521上具有连接柱5212，连接柱与第一连接部5221滑动连接，升降支架523的第二端与第二连接部5222滑动连接。

具体的，第一连接部5221为多个间隔排列的第一滑槽，第二连接部5222为第二滑槽。示例性的，第一滑槽和第二滑槽可以为圆柱盲孔。第一滑槽的尺寸大于连接柱的尺寸，第二滑槽的尺寸大于升降支架523的第二端的尺寸，升降支架523的第二端沿垂直方向运动时，升降支架523的第二端会抵接在第二滑槽内的不同位置，连接柱在第一滑槽相适应的进行滑动，这样随着升降支架523的第二端沿垂直方向运动，支撑板522相对底板521的倾斜角度会发生变化。

示例性的，升降支架523可以为电推杆。

或者，升降支架523可以采用手动调节的方式，包括固定杆5231、活塞杆5232、止动旋钮5233，固定杆5231具有中空的内腔，活塞杆5232与固定杆5231滑动连接，固定杆5231靠近内腔开口一端设置有止动螺纹孔，止动旋钮5233安装在螺纹孔中，止动旋钮5233旋紧后的螺杆的端部与活塞杆5232抵接，从而限制活塞杆5232的移动。止动旋钮5233反向旋松后，活塞杆5232相对固定杆5231沿垂直方向滑动。

其中，升降支架523的高度为20cm-35cm。

其中，进样针512的轴线与支撑板522平行，支撑板522相对底板521的倾斜角度发生变化，就可以调节进样针512的注射角度，支撑板522与底板521之间夹角为15°-45°，则进样针512的注射角度为15°-45°。

可以理解的是，为了使聚苯乙烯微球可以悬浮在第二成膜液体表面，而非进入到第二成膜液体内部，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为15°-45°。示例性的，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为20°或者30°。

在另一种可能的实现方式中，为了适用于更多的应用场景，满足进样针512不同注射角度的要求，支撑板522与底板521，升降支架523的第二端与第支撑板522分别采用铰接的方式进行连接，从而使支撑板522相对底板521的倾斜角度发生变化范围更大。这样，升降支架523的第二端沿垂直方向移动时，可以带动撑板522相对底板521旋转，从而调节进样针512的注射角度。

为了防止注射组件51滑落，支撑板522上具有挡块5223，注射组件51的针头一侧的端部与挡块5223抵接。采用注射组件51直接放置在支撑板522上，利用挡块5223进行限位的安装方式，灵活性更强，方便对注射组件51进行维护与调整。

在本实施例中，盛液容器2侧壁上具有注射口23，进样针512搭接在注射口23上。这样可以降低进样针512的注射高度，从而降低升降支架523的高度，提高注射单元5整体稳定性。

图6为本发明实施例提供的在衬底上制备膜层的方法的流程图，参见图6所示，本发明还提供一种在衬底上制备膜层的方法，采用上述实施例提供的在衬底上制备膜层的装置1：

在衬底上制备膜层的方法包括以下步骤：

S01、向盛液容器的容纳腔中注入第二成膜液体。

S02、将衬底与连接组件连接，驱动单元通过连接组件驱动衬底部分浸入第二成膜液体中。

具体的，将衬底6与连接组件4中的连接件42连接，驱动单元3的移动件31通过连接组件4带动衬底6沿竖直方向移动，使衬底6部分浸入第二成膜液体中。

S03、向第二成膜液体表面注射第一成膜液体，其中，第一成膜液体和第二成膜液体形成成膜液体。

具体的，将含量为100(％)，固含量为2.5wt.％，粒径范围为300nm-2μm的聚苯乙烯微球原液用乙醇和去离子水稀释成浓度为2.5％-5％的聚苯乙烯微球分散液。去离子水与无水乙醇按照1：1.2-1：2.0的体积比配制。其中，去离子水与无水乙醇的体积比为1:1.2，聚苯乙烯微球分散液浓度为2.5％。

用100μL-150μL进样针512抽取聚苯乙烯微球分散液，利用注射泵511或者手动的方式推动进样针512的推杆将聚苯乙烯微球分散液注入气液界面所形成的弯月面，待其自组装形成单层的聚苯乙烯单层薄膜。

S04、驱动单元通过连接组件驱动衬底移出成膜液体。

具体的，驱动单元3的移动件31通过连接组件4带动衬底6沿竖直方向移动，使衬底6移出成膜液体。

在本实施例中，向盛液容器2的容纳腔21中注入第二成膜液体包括，向盛液容器2的容纳腔21中注入去离子水。

具体的，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，从而避免水中游离的离子对聚苯乙烯单层薄膜的形成造成影响。这样，可以提高膜层质量，使膜层完整，不易破裂。

在另一种实现方式中，向盛液容器2的容纳腔21中注入无水乙醇和去离子水。

具体的，第二成膜液体包括无水乙醇和去离子水。其中，去离子水与无水乙醇的体积比为1:1.2-1:2.0。示例性的，去离子水与无水乙醇的体积比为1:1.2。

在另一种实现方式中，向盛液容器2的容纳腔21中注入去离子水、弱酸液和弱碱液。

具体的，弱酸液可以为磷酸，弱碱液可以为氨水，其中，去离子水、弱酸液和弱碱液的体积比为1：0.1-0.15：0.2-0.3。

在本实施例中，向第二成膜液体表面注射第一成膜液体包括：向第二成膜液体表面注射聚苯乙烯微球分散液，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min-5μL/min，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为15°-45°。

具体的，通过调整升降支架523的高度，从而调整进样针512的注射角度。

用进样针512抽取聚苯乙烯微球分散液，将注射泵511与进样针512的推杆连接，注射泵511驱动推杆朝向进样针512的针头移动，将聚苯乙烯微球分散液注入到第二成膜液体表面。

为了使聚苯乙烯微球可以悬浮在第二成膜液体表面，而非进入到第二成膜液体内部，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min-5μL/min，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为15°-45°。示例性的，聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min或者3.5μL/min，聚苯乙烯微球分散液的注射角度为20°或者30°。

可以理解的是，当第二成膜液体内部有分散的聚苯乙烯微球时，聚苯乙烯微球会附着在衬底6表面，而衬底6移出第二成膜液体过程中第二成膜液体表面的聚苯乙烯微球，会在衬底6整个浸入表面形成聚苯乙烯微球单层膜，这样聚苯乙烯微球与膜层产生重叠，影响成膜质量。所以，通过控制聚苯乙烯微球分散液的注射速度和注射角度可以提高膜层质量。

在一些实施例中，向第二成膜液体表面注射第一成膜液体之后，或者在向第二成膜液体表面注射第一成膜液体同时，还包括：向盛液容器2的内壁注射表面活性剂，以将表面活性剂添加入容纳腔21内。

具体的，为了增加液面的表面张力，使聚苯乙烯微球向衬底6方向推进生长，可以向盛液容器2的内壁注射表面活性剂。为了实时控制聚苯乙烯微球的移动方向和速度，表面活性剂可以与聚苯乙烯微球分散液同时注射。

其中，表面活性剂可以为SDS(十二烷基硫酸钠)溶液，将固体SDS颗粒配置成浓度为0.2％-0.5％(例如0.3％)的溶液，用于改变液面表面张力，促进聚苯乙烯微球膜层的形成。

具体的，表面活性剂使用可采用如下方案：

衬底6双面都需制备膜层时，利用进样针512沿着盛液容器2的内壁注射，注射点正对衬底6表面，取衬底6两侧液面分别注射，每一侧注射剂量为50-70μL。

衬底6单面需制备膜层时，利用进样针512沿着盛液容器2的内壁注射，注射点正对衬底6的生长侧，注射剂量50-100μL。

可以理解的是，表面活性剂使用时可以分一个或多个注射点注射。注射时可以通过调节注射点数量以及不同注射点的注射速度、注射剂量、表面活性剂的浓度等调节聚苯乙烯微球的移动方向和速度。

其中，可以利用手动推动进样针512推杆的方式进行注射也可以利用注射泵511推动进样针512推杆的方式进行注射。

在一种可能的实现方式中，衬底6移出成膜液体的移动速度为0.5mm/min-10mm/min。

示例性的，衬底6移出成膜液体的移动速度可以为5mm/min或者7mm/min。

可以理解是，若衬底6移出成膜液体的移动速度过快，例如大于10mm/min，会造成膜层破裂，若衬底6移出成膜液体的移动速度过慢，会造成膜层局部叠层或山脉状形貌。

在一些实施例中，将衬底6与连接组件连接之前，还包括：对衬底6进行亲水性增强处理。

为了保证衬底6移动过程中，膜层不容易出现碎裂，对衬底6进行亲水性增强处理。

在一种可能的实现方式中：

将衬底6浸没于亲水处理剂中，浸泡30min，增加衬底6表面亲水性。

将衬底6取出，烘干表面溶剂。

示例性的，可以采取加热的方式，如70℃烘15-20min。

最后对衬底6再次清洗，去除残留溶剂。

这样，可以使衬底6表面附着一层纳米透明图层，减小接触角，提高衬底6亲水性。

在另一种可能的实现方式中，还可以用等离子清洗机处理衬底6表面，改变衬底6表面键合，增加亲水性。

等离子清洗机处理是在真空状态下高频发生器将气体电离产生等离子体(物质第四态)进行表面活化改性处理的工艺。等离子体是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离所产生的正负电子组成的离子化气体状物质它是除固、液、气外物质存在的第四态。这些高度活跃微粒子和被处理的材料表面发生作用，使惰性的聚合物表面活化提升其亲水性，增强界面的交互作用且使单层分子更容易扩散到其表面，使衬底6表面得以改性。

在一些实施例中，对衬底6进行亲水性增强处理之前，还包括：对衬底6进行表面清理。

具体的，先将衬底6浸没于丙酮中，超声10分钟，去除有机物。

再将衬底6用无水乙醇超声10分钟，去除残余丙酮。

最后在去离子水(电导率大于18MΩ.cm)中超声10分钟，去除残余乙醇以及无机污染物。

对衬片进行表面清理，可以提高衬底6附着力，有利于制备得到平整的膜层。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (23)

1.一种在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，包括盛液容器和驱动单元和连接组件；

所述盛液容器具有容纳腔，所述容纳腔用于容纳可在衬底上成膜的成膜液体；

所述连接组件用于与所述衬底连接，所述驱动单元与所述连接组件连接，以通过所述连接组件驱动所述衬底浸入所述成膜液体内，或者移出所述成膜液体。

2.根据权利要求1所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述驱动单元包括驱动组件和移动件，所述移动件与所述连接组件连接，所述驱动组件驱动所述移动件沿竖直方向升降，以使所述连接组件带动所述衬底沿竖直方向升降。

3.根据权利要求2所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述驱动组件包括驱动件和与所述驱动件连接的旋转件，所述旋转件的轴线沿竖直方向延伸，所述旋转件上具有外螺纹，所述移动件上具有螺纹孔，所述旋转件部分插设在所述螺纹孔内，所述驱动件驱动所述旋转件绕所述旋转件的轴线旋转，以使所述移动件相对于所述旋转件升降；

或者，所述驱动组件为活塞驱动组件；

或者，所述驱动组件为直线电机。

4.根据权利要求3所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述驱动单元还包括支撑架，所述支撑架包括底座设置在所述底座上的导向件，所述导向件上开设有滑槽，所述滑槽沿竖直方向延伸，所述移动件插设于所述滑槽内，且沿所述滑槽的延伸反向升降；

所述驱动件与所述底座连接；

或者，所述驱动件连接在所述导向件的顶端。

5.根据权利要求2所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述连接组件包括连接杆和连接件；

所述连接杆一端与所述移动件连接，所述连接杆另一端与所述连接件连接，所述连接件用于连接所述衬底。

6.根据权利要求5所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述连接件与所述连接杆垂直，所述连接件沿竖直方向延伸。

7.根据权利要求5所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述连接件包括连接件本体和与所述连接件本体连接的连接部，所述连接件本体与所述连接杆另一端固接；

所述连接部为挂钩，所述挂钩用于插设在所述衬底上的通孔中；

或者，所述连接部为夹持部，所述夹持部用于夹持所述衬底。

8.根据权利要求1所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述容纳腔的底壁设置有凹槽，所述凹槽用于容纳所述成膜液体和至少部分所述衬底。

9.根据权利要求1至8任一项所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，还包括注射单元；

所述成膜液体包括第一成膜液体，所述注射单元用于向所述容纳腔内注入第一成膜液体。

10.根据权利要求9所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述注射单元包括注射组件，所述注射组件包括至少一个注射泵和至少一个进样针，所述进样针用于容纳所述第一成膜液体，所述注射泵与所述进样针的推杆连接，以驱动推杆朝向所述进样针的针头移动，以将所述第一成膜液体注入所述容纳腔内。

11.根据权利要求10所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述盛液容器侧壁上具有注射口，所述进样针搭接在所述注射口上。

12.根据权利要求10所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述注射单元还包括支撑组件，所述注射组件位于所述支撑组件上，所述支撑组件用于支撑所述注射组件并调整所述进样针注射角度。

13.根据权利要求12所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述支撑组件包括底板、支撑板和升降支架；

所述注射组件位于所述支撑板上，所述升降支架可沿竖直方向升降，所述升降支架的第一端与所述底板连接；

所述支撑板朝向所述底板的一面具有第一连接部和第二连接部，所述底板上具有连接柱，所述连接柱与所述第一连接部滑动连接，所述升降支架的第二端与所述第二连接部滑动连接。

14.根据权利要求13所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述第一连接部为多个间隔排列的第一滑槽，所述第二连接部为第二滑槽。

15.根据权利要求13所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述支撑板上具有挡块，所述注射组件的所述针头一侧的端部与所述挡块抵接。

16.根据权利要求13所述的在衬底上制备膜层的装置，其特征在于，所述进样针的轴线与所述支撑板平行，所述支撑板与所述底板之间夹角为15°-45°。

17.一种在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，采用权利要求1至16任一项所述的在衬底上制备膜层的装置：

所述方法包括以下步骤：

向盛液容器的容纳腔中注入第二成膜液体；

将衬底与连接组件连接，驱动单元通过连接组件驱动所述衬底部分浸入所述第二成膜液体中；

向所述第二成膜液体表面注射第一成膜液体，其中，所述第一成膜液体和所述第二成膜液体形成成膜液体；

所述驱动单元通过所述连接组件驱动所述衬底移出所述成膜液体。

18.根据权利要求17所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，所述向盛液容器的容纳腔中注入第二成膜液体包括：

向盛液容器的容纳腔中注入去离子水；

或者向盛液容器的容纳腔中注入无水乙醇和去离子水；

或者向盛液容器的容纳腔中注入去离子水、弱酸液和弱碱液。

19.根据权利要求17所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，向所述第二成膜液体表面注射第一成膜液体包括：

向所述第二成膜液体表面注射聚苯乙烯微球分散液，所述聚苯乙烯微球分散液的注射速度为2μL/min-5μL/min，所述聚苯乙烯微球分散液的注射角度为15°-45°。

20.根据权利要求17所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，向所述第二成膜液体表面注射第一成膜液体之后，或者在向所述第二成膜液体表面注射第一成膜液体同时，还包括：

向所述盛液容器的内壁注射表面活性剂，以将所述表面活性剂添加入所述容纳腔内。

21.根据权利要求17所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，所述衬底移出所述成膜液体的移动速度为0.5mm/min-10mm/min。

22.根据权利要求17所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，所述将衬底与连接组件连接之前，还包括：

对所述衬底进行亲水性增强处理。

23.根据权利要求22所述的在衬底上制备膜层的方法，其特征在于，所述对所述衬底进行亲水性增强处理之前，还包括：

对所述衬底进行表面清理。

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