RU2804882C1 - Equipment for placement in a test tube configured for placement in the rotor of a centrifuge used to obtain a photonic-crystal colloidal film on a substrate by centrifugation. - Google Patents
Equipment for placement in a test tube configured for placement in the rotor of a centrifuge used to obtain a photonic-crystal colloidal film on a substrate by centrifugation. Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804882C1 RU2804882C1 RU2022130059A RU2022130059A RU2804882C1 RU 2804882 C1 RU2804882 C1 RU 2804882C1 RU 2022130059 A RU2022130059 A RU 2022130059A RU 2022130059 A RU2022130059 A RU 2022130059A RU 2804882 C1 RU2804882 C1 RU 2804882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test tube
- substrate
- equipment
- placement
- centrifugation
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к оборудованию для получения фотонно-кристаллических коллоидных пленок методом классического центрифугирования, и может быть использовано в технологическом процессе получения тонкой коллоидной пленки различной топографии (сплошные, островковые, монослой).The invention relates to equipment for producing photonic crystal colloidal films by classical centrifugation, and can be used in the technological process of producing thin colloidal films of various topographies (solid, island, monolayer).
Классическая схема центрифугирования заключается в том, что жидкость со взвешенными частицами помещается в пробирки, которые закрепляются на многопозиционном роторе и затем вращаются вокруг ее оси. При воздействии центробежного поля частицы могут перемещаться и осаждаться на подложку. Кинетическая устойчивость раствора зависит от размера, плотности и формы частиц (Markelonis A.R., W. J.S., U. B., W. C.M., B. G.J. Nanoparticle film deposition using a simple and fast centrifuge sedimentation method // Applied Nanoscience, Vol. 5, No. 4, 2015. pp. 457-468). The classic centrifugation scheme is that liquid with suspended particles is placed in test tubes, which are mounted on a multi-position rotor and then rotated around its axis. When exposed to a centrifugal field, particles can move and be deposited on the substrate. The kinetic stability of a solution depends on the size, density and shape of the particles (Markelonis A.R., W.J.S., U.B., W.C.M., B.G.J. Nanoparticle film deposition using a simple and fast centrifuge sedimentation method // Applied Nanoscience, Vol. 5, No. 4, 2015. pp. 457-468).
Классический метод центрифугирования имеет множество актуальных и потенциальных приложений. Он интересен тем, что на данный момент является малоизученным и проанализированным с точки зрения получения тонких пленок. Решение этой проблемы позволит изготавливать коллоидные пленки, которые имеют широкий спектр реальных и потенциальных применений, включая фотонные кристаллы, фотонные стекла, электронные устройства, чувствительные датчики, макропористые материалы и поверхностные покрытия со структурным цветом или определенной смачиваемостью. Однако в литературе присутствуют единичные сведения об опыте реализации этого метода с целью получения коллоидных кристаллов. The classical centrifugation method has many current and potential applications. It is interesting because it is currently poorly studied and analyzed from the point of view of obtaining thin films. Solving this problem will enable the fabrication of colloidal films that have a wide range of actual and potential applications, including photonic crystals, photonic glasses, electronic devices, sensitive sensors, macroporous materials, and surface coatings with structural color or specific wettability. However, in the literature there is limited information about the experience of implementing this method for the purpose of obtaining colloidal crystals.
Технический результат, при использовании заявленного изобретения, заключается в возможности воспроизводимого и эффективного получения однослойных или многослойных фотонно-кристаллических коллоидных пленок с заданной микроструктурой за счет осаждения коллоидных частиц методом классического центрифугирования в разработанной оснастке. The technical result, when using the claimed invention, is the possibility of reproducible and efficient production of single-layer or multilayer photonic crystal colloidal films with a given microstructure due to the deposition of colloidal particles using the classical centrifugation method in the developed equipment.
Сущность изобретения заключается в том, что оснастка для размещения в пробирке, выполненной с возможностью расположения в роторе центрифуги, используемая для получения фотонно-кристаллической коллоидной пленки на подложке методом центрифугирования, характеризующаяся тем, что она выполнена с возможностью позиционирования подложки перпендикулярно продольной оси пробирки и содержит конус, на основании которого установлены столик для размещения подложки, соединенный с ножкой, которая соединена с диском, имеющим три прижима для прикрепления к пробирке, и заливочное отверстие для заполнения пробирки коллоидным раствором. The essence of the invention is that the equipment for placement in a test tube, configured to be located in a centrifuge rotor, used to obtain a photonic crystal colloidal film on a substrate by centrifugation, characterized in that it is designed to position the substrate perpendicular to the longitudinal axis of the test tube and contains a cone on the base of which a table is installed for placing the substrate, connected to a leg, which is connected to a disk having three clamps for attachment to the test tube, and a filling hole for filling the test tube with a colloidal solution.
На фиг. 1 показан вид оснастки спереди (вид 1), на фиг. 2 – сечение А-А, на фиг. 3 – вид оснастки сбоку (вид 2), на фиг. 4 – изображение изометрической проекции 3D-модели пробирки (колбы) с оснасткой с установленной на ней подложкой, на фиг. 5 – образцы фотонно-кристаллических коллоидных пленок.In fig. 1 shows a front view of the equipment (view 1), Fig. 2 – section А-А, in Fig. 3 – side view of the equipment (view 2), in Fig. 4 – image of an isometric projection of a 3D model of a test tube (flask) with equipment with a substrate installed on it, in Fig. 5 – samples of photonic crystal colloidal films.
При этом на фигурах позициями обозначены:In this case, the following positions are indicated in the figures:
столик – 1,table – 1,
ножка – 2, leg – 2,
диск – 3,disk – 3,
прижим – 4, clamp – 4,
конус – 5, cone – 5,
гайки – 6, nuts – 6,
винты – 7, screws – 7,
пробирка (колба) – 8, test tube (flask) – 8,
подложка – 9.backing – 9.
Оснастка включает столик 1, ножку 2, диск 3, три прижима 4, конус 5, в том числе соединенные между собой резьбовыми соединениями (гайки 6 и винты 7). Детали устройства (кроме позиций 6 и 7) изготовлены методом 3D печати.The equipment includes a table 1, a leg 2, a disk 3, three clamps 4, a cone 5, including those connected to each other by threaded connections (nuts 6 and screws 7). The device parts (except for positions 6 and 7) are made by 3D printing.
Оснастка включает столик 1 (фиг. 1), соединенный с ножкой 2 с помощью винтов 7 и гаек 6, причем ножка 2 соединена с диском 3 с помощью винтов 7 и гаек 6, а диск 3 (фиг. 3) соединен с тремя прижимами 4 с помощью винтов 7 и гаек 6. Оснастку закрепляют к пробирке 8 посредством трех прижимов 4 (фиг. 4).The equipment includes a table 1 (Fig. 1), connected to the leg 2 using screws 7 and nuts 6, and the leg 2 is connected to the disk 3 using screws 7 and nuts 6, and the disk 3 (Fig. 3) is connected to three clamps 4 using screws 7 and nuts 6. The equipment is secured to the test tube 8 using three clamps 4 (Fig. 4).
Столик 1, ножка 2 и диск 3 изготовлены из материала, обладающего уровнем жесткости, обеспечивающим надежное позиционирование оснастки в пробирке 8 и подложки 9 на оснастке, а материал прижимов 4 обладает уровнем гибкости, обеспечивающим большой ресурс прижимов 4, надежную фиксацию и удобное извлечение оснастки из пробирки 8 за счет деформации прижимов 4. The table 1, leg 2 and disk 3 are made of a material with a level of rigidity that ensures reliable positioning of the equipment in the test tube 8 and the substrate 9 on the equipment, and the material of the clamps 4 has a level of flexibility that provides a long service life of the clamps 4, reliable fixation and convenient removal of the equipment from test tubes 8 due to deformation of clamps 4.
Оснастка, позволяющая располагать подложку 9 перпендикулярно оси пробирки 8 с коллоидным раствором, работает следующим образом.The equipment, which allows the substrate 9 to be positioned perpendicular to the axis of the test tube 8 with a colloidal solution, operates as follows.
Предварительно в пробирку 8 помещают конус 5. В специально отведенное пространство на столике 1 оснастки устанавливают подложку 9. Держатель помещают в адаптер для пробирок 8 до контакта с основанием конуса 5 и фиксируют с помощью трех прижимов 4. Пробирку 8 располагают в роторе центрифуги.First, a cone 5 is placed in a test tube 8. A substrate 9 is installed in a specially designated space on the equipment table 1. The holder is placed in an adapter for test tubes 8 until it contacts the base of the cone 5 and is fixed using three clamps 4. The test tube 8 is placed in the centrifuge rotor.
Коллоидный раствор (например, в количестве примерно 2,5 мл) наливают через заливочное отверстие. Таким образом подложка 9 оказывается погруженной в коллоидный раствор. Включают вращение центрифуги и коллоидный раствор под действием центробежных сил равномерно распределяется по поверхности подложки 9. Формирование заданной толщины коллоидной пленки обеспечивается сочетанием определенных значений скорости и времени вращения центрифуги. После окончания вращения пробирку 8 достают из центрифуги и извлекают оснастку вместе с подложкой 9 из пробирки 8. Подложку 9 извлекают из оснастки и выполняют другие технологические операции по технологическому процессу, в которых заявленную оснастку не используют.The colloidal solution (for example, in an amount of about 2.5 ml) is poured through the filling hole. Thus, the substrate 9 is immersed in a colloidal solution. The rotation of the centrifuge is turned on and the colloidal solution, under the action of centrifugal forces, is evenly distributed over the surface of the substrate 9. The formation of a given thickness of the colloidal film is ensured by a combination of certain values of the speed and time of rotation of the centrifuge. After the end of rotation, the test tube 8 is removed from the centrifuge and the equipment is removed together with the substrate 9 from the test tube 8. The substrate 9 is removed from the equipment and other technological operations are performed according to the technological process, in which the stated equipment is not used.
Получение требуемой структуры коллоидной пленки обеспечивается сочетанием определенных значений скорости и времени вращения центрифуги. Основная функция оснастки – обеспечение позиционирования подложки 9 перпендикулярно оси пробирки 8 и фиксация подложки 9 в течение технологического процесса, оснастка позволяет заполнять объем пробирки 8 коллоидным раствором с помощью заливочного отверстия после установки оснастки с подложкой 9, оснастка позволяет устанавливать подложку в пробирку 8 и извлекать подложку 9 из пробирки 8. Obtaining the required structure of the colloidal film is ensured by a combination of certain values of the speed and time of rotation of the centrifuge. The main function of the equipment is to ensure positioning of the substrate 9 perpendicular to the axis of the test tube 8 and fixation of the substrate 9 during the technological process, the equipment allows you to fill the volume of the test tube 8 with a colloidal solution using the filling hole after installing the equipment with the substrate 9, the equipment allows you to install the substrate in the test tube 8 and remove the substrate 9 from test tube 8.
Конструкция разработанной оснастки обеспечивает возможность крепления подложки 9 к пробирке 8, удобство доступа к подложке 9 и извлечения подложки 9, экономный расход коллоидного раствора, а также непроливания коллоидного раствора во время вращения пробирок 8.The design of the developed equipment provides the possibility of attaching the substrate 9 to the test tube 8, ease of access to the substrate 9 and removal of the substrate 9, economical consumption of the colloidal solution, as well as non-spilling of the colloidal solution during rotation of the test tubes 8.
Экспериментальные исследования заявленного изобретения реализовывались для частиц кремнезема (SiO2) с диаметрами 150-300 нм, время осаждения варьировалось в интервале 2-12 мин, частота вращения – 1 500-3 000 об/мин. В результате экспериментов были получены образцы, часть из которых представлена на фиг. 5. Режимы их получения были следующие: Experimental studies of the claimed invention were carried out for silica particles (SiO 2 ) with diameters of 150-300 nm, deposition time varied in the range of 2-12 minutes, rotation speed - 1,500-3,000 rpm. As a result of the experiments, samples were obtained, some of which are presented in Fig. 5. The modes for obtaining them were as follows:
а) dсф =275 нм, to =4мин, nвр = 3 000 об/мин; a) d sf = 275 nm, t o = 4 min, n r = 3,000 rpm;
б) dсф = 275 нм, to = 5,5 мин, nвр = 1 900 об/мин; b) d sf = 275 nm, t o = 5.5 min, n r = 1,900 rpm;
в) dсф = 245 нм, to = 3,5 мин, nвр = 2 500 об/мин. c) d sf = 245 nm, t o = 3.5 min, n r = 2,500 rpm.
Таким образом, изменяя режимы метода классического центрифугирования, можно варьировать многими выходными параметрами: плотность упаковки, толщина пленки, кристалличность и др. Thus, by changing the modes of the classical centrifugation method, it is possible to vary many output parameters: packing density, film thickness, crystallinity, etc.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2804882C1 true RU2804882C1 (en) | 2023-10-09 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458234B1 (en) * | 1997-05-16 | 2002-10-01 | Micron Technology, Inc. | Methods of fixturing a flexible substrate and a processing carrier and methods of processing a flexible substrate |
CN101934267A (en) * | 2010-08-20 | 2011-01-05 | 中国科学院化学研究所 | Preparation method of self-supporting colloid photon crystal film |
JP5013216B2 (en) * | 2005-06-07 | 2012-08-29 | マイクロン テクノロジー, インク. | Imaging method and apparatus using photonic crystal |
RU2482063C2 (en) * | 2011-05-20 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, Минпромторг | Method of producing photonic-crystal structures based on metal oxide materials |
RU165943U1 (en) * | 2015-08-17 | 2016-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПКТИмаш-термо" | UNIVERSAL ASSEMBLY REMOVABLE EQUIPMENT |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458234B1 (en) * | 1997-05-16 | 2002-10-01 | Micron Technology, Inc. | Methods of fixturing a flexible substrate and a processing carrier and methods of processing a flexible substrate |
JP5013216B2 (en) * | 2005-06-07 | 2012-08-29 | マイクロン テクノロジー, インク. | Imaging method and apparatus using photonic crystal |
CN101934267A (en) * | 2010-08-20 | 2011-01-05 | 中国科学院化学研究所 | Preparation method of self-supporting colloid photon crystal film |
RU2482063C2 (en) * | 2011-05-20 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, Минпромторг | Method of producing photonic-crystal structures based on metal oxide materials |
RU165943U1 (en) * | 2015-08-17 | 2016-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПКТИмаш-термо" | UNIVERSAL ASSEMBLY REMOVABLE EQUIPMENT |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Гайнутдинов Р.Х. Методические указания к выполнению лабораторных работ по синтезу фотонных кристаллов, Казань, Казанский университет, 2021, с.30-32. * |
Панфилова Е.В. и др. Отработка и исследование процесса получения фотонно-кристаллических пленок методом центрифугирования, Инженерный журнал: наука и инновация, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2021, с. 1-12. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4763794B2 (en) | Apparatus and means for measuring phase volume fraction in suspension | |
US8133923B2 (en) | Large-scale colloidal crystals and macroporous polymers and method for producing | |
CN107796958B (en) | A kind of preparation method of atomic force microscope colloid probe | |
RU2804882C1 (en) | Equipment for placement in a test tube configured for placement in the rotor of a centrifuge used to obtain a photonic-crystal colloidal film on a substrate by centrifugation. | |
Graziosi et al. | Single crystal diamond micro-disk resonators by focused ion beam milling | |
JP4849375B2 (en) | Fine particle array thin film, method for manufacturing the same, and fine particle array thin film manufacturing apparatus | |
US20030205552A1 (en) | Method of forming a membrane with nanometer scale pores and application to biofiltration | |
US6291140B1 (en) | Low-cost photoplastic cantilever | |
US6140652A (en) | Device containing sample preparation sites for transmission electron microscopic analysis and processes of formation and use | |
Harris et al. | Microchannel surface area enhancement using porous thin films | |
WO2014012429A1 (en) | Preparation method for cross-sectional morphology analysis sample of mems component | |
ITBO20080602A1 (en) | CHAMBER OF SEPARATION | |
CN108469644A (en) | grating and preparation method thereof | |
Tjerkstra et al. | Method to pattern etch masks in two inclined planes for three-dimensional nano-and microfabrication | |
CN207051200U (en) | A kind of Raman spectrum imaging resolving power test target | |
US8377315B2 (en) | Method for manufacturing porous microstructures, porous microstructures manufactured according to this method, and the use thereof | |
CN105547901A (en) | Particle adsorption apparatus and preparation method thereof | |
CN109765180B (en) | Medium microsphere auxiliary detection film, preparation method thereof and super-resolution detection method | |
Solis-Tinoco et al. | Fabrication of well-ordered silicon nanopillars embedded in a microchannel via metal-assisted chemical etching: a route towards an opto-mechanical biosensor | |
JP2007310038A (en) | Method for manufacturing three-dimensional photonic crystal | |
Schuster et al. | Preparation of powdered materials for electron microscopy | |
CN111575653A (en) | X-ray absorption grating and manufacturing method thereof | |
JP4183684B2 (en) | Probe for near-field optical microscope and manufacturing method thereof | |
CN219114577U (en) | Film removing system of self-supporting film filter disc | |
JP2005003587A (en) | Device for separating micro solid component, manufacturing method therefor, and method of separating micro solid component using the same |