CN216237270U - 一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气溶胶沉积技术领域，具体涉及一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置及系统，该装置包括样品台、等离子体发生组件、气溶胶输入组件和混合仓；等离子体发生组件包括气源、中空石英管一、电源电极、接地电极和电源；气溶胶输入组件包括气溶胶输送管和气溶胶发生器；混合仓为主管上带支管的中空石英管二；样品台位于中空石英管二主管的下方。本实用新型具有装置简单、成本低廉、无污染，对于不耐高温的基材同样适用的优点。

Description

一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置及系统

技术领域

本实用新型属于气溶胶沉积技术领域，具体涉及一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置及系统。

背景技术

等离子体化学气相沉积，是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。传统的等离子体气相沉积装置需要真空设备、放电电源、气路和水路等繁琐的系统，不但结构复杂、设备贵重，而且在沉积时往往需要金属或特殊材料靶材，价格昂贵、流程繁琐、效率低下，难以满足商业生产与应用的需求。此外，对于某些不耐高温的基体而言，如棉花，传统的等离子体气相沉积法同样并不适用，最主要的原因是该方法产生的等离子体温度较高，容易损坏样品。

因此，急需一种低成本、操作简单、环境友好的沉积装置。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置及系统，装置简单、成本低廉、无污染，对于不耐高温的基体同样适用。

为解决现有技术的不足，本实用新型提供的技术方案为：

一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，包括样品台、等离子体发生组件、气溶胶输入组件和混合仓；

所述等离子体发生组件包括气源、中空石英管一、电源电极、接地电极和电源；所述中空石英管一上端与气源通过气管连通；所述电源电极为铜制成的圆环，包裹在中空石英管一的外围，位于中空石英管一的上部或中部，与电源相连；所述接地电极为铜制成的圆环，包裹在中空石英管一的外围，位于中空石英管一的下部，用来接地；所述电源电极与接地电极之间存在间隙；

所述气溶胶输入组件包括气溶胶输送管和气溶胶发生器；所述气溶胶发生器的出口与气溶胶输送管连通；

所述混合仓为主管上带支管的中空石英管二；所述中空石英管二的主管和支管一体成型；所述中空石英管二的主管上端与中空石英管一的下端连通，所述中空石英管二的支管下端与主管连通，上端与气溶胶输送管连通；

所述样品台位于中空石英管二主管的下方。

优选的，所述电源电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，宽度为10mm，厚度为0.05mm；

所述接地电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，宽度为10mm，厚度为0.05mm，下端距离中空石英管一的下端5mm；

所述电源电极和接地电极之间的间距为20mm。

优选的，所述中空石英管一竖直设立，长度为100mm，内径为4mm，厚度为1mm。

优选的，所述中空石英管二的主管竖直设立，内径为10mm，厚度为1mm，长为40mm；所述中空石英管二的支管倾斜设置，内径为10mm，厚度为1mm，长为10mm，与主管的夹角为60°。

优选的，还包括陶瓷环；所述中空石英管一的内径小于所述中空石英管二主管的内径，中空石英管一下端外侧面通过无影胶与所述陶瓷环的内侧面固定连接，中空石英管二主管的上端内侧面通过无影胶与陶瓷环的外侧面固定连接。

优选的，所述等离子体发生组件还包括聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管套在中空石英管一的外围，上端与电源电极相贴，下端与接地电极相贴；聚四氟乙烯管内径为6mm，厚度2mm，长度为20mm。

优选的，所述电源的频率为20kHz，电压为7～9kV。

优选的，所述气溶胶发生器为超声波雾化器，所述气溶胶输送管为塑料波纹管。

优选的，所述样品台为剪叉升降台，采用金属材质制备而成，样品台接地；所述样品台表面覆盖绝缘片；所述绝缘片的大小与样品台的上表面大小一致；绝缘片的厚度为1mm。

一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积系统，包括前述的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型提供的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，通过气溶胶发生器将配置好含有待沉积材料的胶体悬浮液雾化成为直径约几微米的液滴，并用气体将液滴吹出，形成气溶胶，再将气溶胶通入等离子体中，在等离子体的作用下，气溶胶液滴中水分蒸发，胶体中的纳米颗粒沉积在基材表面，对比传统的化学试剂浸泡法，没有化学废液产生，伴随等离子体产生的臭氧也会在15s后还原成氧气，也不会有废气产生，不会对环境造成破坏；

2)本实用新型提供的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，装置由石英管，铜箔，聚四氟乙烯等材料组成，价格较低，相比较传统的真空等离子体沉积系统，设备简单，成本低廉；

3)本实用新型提供的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，电源电极和接地电极套设在中空石英管一外，采用介质阻挡放电的方式以较小的电流产生等离子体，等离子体的温度较低，且后续气溶胶的加入、气溶胶中水分蒸发会进一步降低等离子体的温度，因此对于不耐高温的基材同样适用。

附图说明

图1为本实用新型提供的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置的示意图；

其中，1、气源；2、电源电极；3、接地电极；4、中空石英管一；5、聚四氟乙烯管；6、中空石英管二；7、基材；8、样品台；9、绝缘片；10、等离子体；11、电源；12、气溶胶发生器；13、气溶胶输送管。

具体实施方式

下面结合实施方式对本实用新型作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例提供一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，参见图1，包括样品台8、等离子体发生组件、气溶胶输入组件和混合仓。具体的，等离子体发生组件包括气源1、中空石英管一4、电源电极2、接地电极3和电源11。中空石英管一4上端设有气管快接头，与气源1通过气管连通。电源电极2为铜制成的圆环，紧密包裹在中空石英管一4的外围，位于中空石英管一4的上部或中部，与电源11相连。接地电极3为铜制成的圆环，紧密包裹在中空石英管一4的外围，位于中空石英管一4的下部，用来接地。电源电极2与接地电极3之间存在间隙。气溶胶输入组件包括气溶胶输送管13和气溶胶发生器12；气溶胶发生器12的出口与气溶胶输送管13连通。混合仓为主管上带支管的中空石英管二6；中空石英管二6的主管和支管一体成型；中空石英管二6的主管上端与中空石英管一4的下端连通，中空石英管二6的支管下端与主管连通，上端与气溶胶输送管13连通，等离子体发生组件产生的等离子体10和气溶胶输送管13内的气溶胶在中空石英管二6的主管内混合均匀。样品台8位于中空石英管二6主管的下方。

在本实用新型的可选实施例中，气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置还包括陶瓷环，中空石英管一的内径小于中空石英管二主管的内径，中空石英管一下端外侧面通过无影胶与陶瓷环的内侧面固定连接，中空石英管二主管的上端内侧面通过无影胶与陶瓷环的外侧面固定连接。

在本实用新型的可选实施例中，电源电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，平整紧密地包裹在中空石英管一的外围，宽度为10mm，厚度为0.05mm。接地电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，平整紧密地包裹在中空石英管一的外围，宽度为10mm，厚度为0.05mm，下端距离中空石英管一的下端5mm。电源电极和接地电极之间的间距为20mm。

在本实用新型的可选实施例中，中空石英管一竖直设立，长度为100mm，内径为4mm，厚度为1mm。中空石英管一竖直设立与下方的样品台垂直，便于气溶胶在样品表面沉积。

在本实用新型的其他实施例中，中空石英管一倾斜设置，倾斜角度小于45°。

在本实用新型的可选实施例中，中空石英管二的主管竖直设立，内径为10mm，厚度为1mm，长为40mm；中空石英管二的支管倾斜设置，内径为10mm，厚度为1mm，长为10mm，与主管的夹角为60°。

在本实用新型的可选实施例中，参见图1，等离子体发生组件还包括聚四氟乙烯管5，聚四氟乙烯管5套在中空石英管一4的外围，上端与电源电极2相贴，下端与接地电极3相贴。聚四氟乙烯管的内径为6mm，厚度2mm，长度为20mm。聚四氟乙烯管套在电源电极与接地电极之间，防止打火。

在本实用新型的可选实施例中，电源的频率为20kHz，电压为7-9kV。

在本实用新型的可选实施例中，气溶胶发生器为超声波雾化器，如粤华WH-2000型超声波雾化器。气溶胶输送管为塑料波纹管。选用波纹管便于灵活调节气溶胶输送管的形状。

在本实用新型的可选实施例中，气源内的气体为氩气，纯度为99.999％的高纯氩气为佳。氩气能降低等离子体的放电电压，同时气流能带走等离子体内的部分热量，降低等离子体的温度。

在本实用新型的其他实施例中，气源内的气体为空气。

在本实用新型的可选实施例中，样品台位于中空石英管二6主管的正下方，为剪叉升降台，高度可调。

在本实用新型的可选实施例中，参见图1，样品台8为金属材质，样品台8接地，同时表面覆盖绝缘片9；绝缘片9为厚度为1mm的平板，大小与样品台8的上表面大小一致；绝缘片的厚度为1mm。基材7置于绝缘片9表面。绝缘片用于保护样品台，防止样品台被等离子体刻蚀，采用陶瓷、玻璃等绝缘材料制备即可。

本实用新型的使用原理：以在基材表面沉积纳米颗粒为例，通过超声波雾化器将配置好含有纳米颗粒的胶体悬浮液雾化成为直径约几微米的液滴，并用超声波雾化器自带气泵将液滴吹出，形成气溶胶，再将气溶胶通入等离子体中，在等离子体的作用下，气溶胶液滴中水分蒸发，胶体中的纳米颗粒沉积在基材表面，随着等离子体处理时间的增长，基材表面纳米颗粒含量逐渐升高，整体结构趋于稳定。

以抗菌棉的制备为例说明本实用新型的使用方法：

1)选取长绒棉，压平后放置于样品台之上。

2)通入氩气，输出流量为5slm，打开电源(频率20kHz，电压为8kV)，产生等离子体，用等离子体处理棉花表面，时间5min。(经过等离子体处理后，棉纤维表面结构被破坏，化学键断裂，更利于纳米颗粒的沉积)

3)将配置好的纳米银胶体放入超声波雾化器中，打开超声波雾化器，超声波雾化器液体消耗速率为3mL/min，产生雾粒径为1～5μm，雾化后的液滴通入等离子体中，通过等离子体沉积纳米银颗粒，时间10min，即可得到抗菌性能良好的抗菌棉，且沉积过程中棉花无损坏。

本实用新型实施例提供的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，适用的基材类型广泛，基材既可以包括塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚环氧化物、聚砜、聚苯醚、聚醚酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、酚醛树脂、环氧树脂和三聚氰胺甲醛树脂，及其共混物和共聚物等，也可包括铝、钢、不锈钢和铜等制造的金属薄膜，还可以为合成和/或天然纤维、织造或非织造纤维、粉末、硅氧烷、织物、织造或非织造纤维、天然纤维、合成纤维纤维素材料和粉末等。

本实用新型实施例提供气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，可用于在基材表面沉积金属、金属氧化物或碳硅复合材料，沉积后形态为颗粒或涂层。

本实用新型实施例还提供一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积系统，包括前述的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，包括样品台、等离子体发生组件、气溶胶输入组件和混合仓；

所述等离子体发生组件包括气源、中空石英管一、电源电极、接地电极和电源；所述中空石英管一上端与气源通过气管连通；所述电源电极为铜制成的圆环，包裹在中空石英管一的外围，位于中空石英管一的上部或中部，与电源相连；所述接地电极为铜制成的圆环，包裹在中空石英管一的外围，位于中空石英管一的下部，用来接地；所述电源电极与接地电极之间存在间隙；

所述气溶胶输入组件包括气溶胶输送管和气溶胶发生器；所述气溶胶发生器的出口与气溶胶输送管连通；

所述混合仓为主管上带支管的中空石英管二；所述中空石英管二的主管和支管一体成型；所述中空石英管二的主管上端与中空石英管一的下端连通，所述中空石英管二的支管下端与主管连通，上端与气溶胶输送管连通；

所述样品台位于中空石英管二主管的下方。

2.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，

所述电源电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，宽度为10mm，厚度为0.05mm；

所述接地电极为双面导电的铜胶带制成的圆环，宽度为10mm，厚度为0.05mm，下端距离中空石英管一的下端5mm；

所述电源电极和接地电极之间的间距为20mm。

3.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述中空石英管一竖直设立，长度为100mm，内径为4mm，厚度为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述中空石英管二的主管竖直设立，内径为10mm，厚度为1mm，长为40mm；所述中空石英管二的支管倾斜设置，内径为10mm，厚度为1mm，长为10mm，与主管的夹角为60°。

5.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，还包括陶瓷环；所述中空石英管一的内径小于所述中空石英管二主管的内径，中空石英管一下端外侧面通过无影胶与所述陶瓷环的内侧面固定连接，中空石英管二主管的上端内侧面通过无影胶与陶瓷环的外侧面固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述等离子体发生组件还包括聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管套在中空石英管一的外围，上端与电源电极相贴，下端与接地电极相贴；聚四氟乙烯管内径为6mm，厚度2mm，长度为20mm。

7.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述电源的频率为20kHz，电压为7～9kV。

8.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述气溶胶发生器为超声波雾化器，所述气溶胶输送管为塑料波纹管。

9.根据权利要求1所述的一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置，其特征在于，所述样品台为剪叉升降台，采用金属材质制备而成，样品台接地；所述样品台表面覆盖绝缘片；所述绝缘片的大小与样品台的上表面大小一致；绝缘片的厚度为1mm。

10.一种气溶胶辅助大气压等离子体沉积系统，其特征在于，包括权利要求1～9中任意一项权利要求所述的气溶胶辅助大气压等离子体沉积装置。

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