TWI582253B - 真空蒸鍍用蒸發源 - Google Patents

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Description

真空蒸鍍用蒸發源
本發明涉及一種真空蒸鍍技術領域，尤其涉及一種真空蒸鍍用蒸發源。
真空蒸鍍是將蒸發源在真空中加熱，使蒸鍍材料氣化，並在待鍍基底表面沈積成膜的過程。為了形成均勻的薄膜，需要在待鍍基底周圍形成均勻的氣態蒸鍍材料。在先前技術中（如中國專利申請CN1970826A）通常需要設置複雜的導流裝置將氣態蒸鍍材料均勻傳送至待鍍基底表面。尤其當蒸發源為兩種以上時，對每種蒸發源的蒸發速率更加難以控制，難以形成預定比例的混合蒸鍍材料氣體。鍍膜尺寸越大，成膜的均勻性越難保證，並且，由於難以控制氣態蒸鍍材料原子的擴散運動方向，大部分蒸鍍材料都不能附著在待鍍基底表面，從而造成蒸鍍率低且蒸鍍速度慢等問題。
有鑒於此，提供一種能夠解決上述問題的真空蒸鍍用蒸發源實為必要。
一種真空蒸鍍用蒸發源，包括蒸發材料及奈米碳管膜結構，該奈米碳管膜結構為一載體，該蒸發材料設置在該奈米碳管膜結構表面，通過該奈米碳管膜結構承載。
相較於先前技術，本發明將自支撐的奈米碳管膜作為蒸鍍材料的載體，利用該奈米碳管膜極大的比表面積及自身的均勻性，使承載在該奈米碳管膜上的蒸鍍材料在蒸發前即實現較為均勻的大面積分布。在蒸發的過程中利用該自支撐奈米碳管膜在電磁波信號或電信號的作用下暫態加熱的特性，在極短的時間將蒸鍍材料完全氣化，從而形成均勻且大面積分布的氣態蒸鍍材料。該待鍍基底與該奈米碳管膜間隔距離短，使承載在該奈米碳管膜上的蒸鍍材料基本上均能得到利用，有效節約了蒸鍍材料，提高了蒸鍍速度。
圖1為本發明第一實施例提供的真空蒸鍍裝置的側視示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的真空蒸鍍用蒸發源的俯視示意圖。
圖3為本發明第一實施例提供的真空蒸鍍用蒸發源的側視示意圖。
圖4為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖5為本發明一實施例奈米碳管膜結構的掃描電鏡照片。
圖6及圖7為不同解析度下本發明一實施例的蒸發源的掃描電鏡照片。
圖8為本發明一實施例進行真空蒸鍍後的蒸發源的掃描電鏡照片。
圖9為本發明一實施例真空蒸鍍形成的薄膜的掃描電鏡照片。
圖10為本發明一實施例真空蒸鍍形成的薄膜的XRD圖譜。
圖11為本發明另一實施例提供的真空蒸鍍裝置的側視示意圖。
圖12為本發明又一實施例提供的真空蒸鍍裝置的側視示意圖。
圖13為本發明第二實施例提供的真空蒸鍍裝置的側視示意圖。
圖14為本發明第二實施例提供的真空蒸鍍用蒸發源的俯視示意圖。
圖15為本發明另一實施例提供的真空蒸鍍用蒸發源的側視示意圖。
圖16為本發明又一實施例提供的真空蒸鍍用蒸發源的俯視示意圖。
圖17為本發明另一實施例提供的真空蒸鍍裝置的側視示意圖。
以下將結合附圖對本發明的真空蒸鍍用蒸發源作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一真空蒸鍍裝置10，包括真空蒸鍍用蒸發源(以下簡稱蒸發源)100、待鍍基底200、真空室300及電磁波信號輸入裝置400，該蒸發源100及待鍍基底200設置在該真空室300中。該待鍍基底200與該蒸發源100相對且間隔設置，間距優選為1微米~10毫米。該電磁波信號輸入裝置400向該蒸發源100輸入一電磁波信號。在本實施例中，該電磁波信號輸入裝置400也設置在該真空室300中。
請參閱圖2及圖3，該蒸發源100包括奈米碳管膜結構110及蒸發材料130。該奈米碳管膜結構110為一載體，該蒸發材料130設置在該奈米碳管膜結構110表面，通過該奈米碳管膜結構110承載。優選地，該奈米碳管膜結構110懸空設置，該蒸發材料130設置在懸空的奈米碳管膜結構110表面。具體地，該蒸發源100可包括兩個支撐結構120，分別設置在該奈米碳管膜結構110相對的兩端，位於該兩個支撐結構120之間的奈米碳管膜結構110懸空設置。該設置有蒸發材料130的奈米碳管膜結構110與該待鍍基底200的待鍍表面相對且間隔設置，間距優選為1微米~10毫米。
該奈米碳管膜結構110為一電阻性元件，具有較小的單位面積熱容，且具有較大比表面積及較小厚度。優選地，該奈米碳管膜結構110的單位面積熱容小於2×10 -4焦耳每平方釐米開爾文，更優選為小於1.7×10 -6焦耳每平方釐米開爾文，比表面積大於200平方米每克，厚度小於100微米。該電磁波信號輸入裝置400向該奈米碳管膜結構110輸入電磁波信號，由於具有較小的單位面積熱容，該奈米碳管膜結構110可以將輸入的電磁波信號快速轉換為熱能，使自身溫度快速升高，由於具有較大的比表面積及較小的厚度，該奈米碳管膜結構110可以與蒸發材料130進行快速的熱交換，使蒸發材料130迅速被加熱至蒸發或昇華溫度。
該奈米碳管膜結構110包括單層奈米碳管膜，或多層疊加的奈米碳管膜。每層奈米碳管膜包括多個大致相互平行的奈米碳管。該奈米碳管的延伸方向大致平行於該奈米碳管膜結構110的表面，該奈米碳管膜結構110具有較為均勻的厚度。具體地，該奈米碳管膜包括首尾相連的奈米碳管，是由多個奈米碳管通過凡得瓦力相互結合並首尾相連形成的宏觀膜狀結構。該奈米碳管膜結構110及奈米碳管膜具有一宏觀面積和一微觀面積，該宏觀面積指該奈米碳管膜結構110或奈米碳管膜在宏觀上看作一膜狀結構時所具有的膜面積，該微觀面積指該奈米碳管膜結構110或奈米碳管膜在微觀上看作由大量奈米碳管首尾相連搭接形成的多孔網狀結構中所有能夠用於擔載蒸發材料130的奈米碳管的表面積。
該奈米碳管膜優選是從奈米碳管陣列中拉取獲得。該奈米碳管陣列為通過化學氣相沈積的方法生長在該生長基底的表面。該奈米碳管陣列中的奈米碳管基本彼此平行且垂直於生長基底表面，相鄰的奈米碳管之間相互接觸並通過凡得瓦力相結合。通過控制生長條件，該奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。由於基本不含雜質且奈米碳管相互間緊密接觸，相鄰的奈米碳管之間具有較大的凡得瓦力，足以使在拉取一些奈米碳管（奈米碳管片段）時，能夠使相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力的作用被首尾相連，連續不斷的拉出，由此形成連續且自支撐的宏觀奈米碳管膜。這種能夠使奈米碳管首尾相連的從其中拉出的奈米碳管陣列也稱為超順排奈米碳管陣列。該生長基底的材料可以為P型矽、N型矽或氧化矽等適合生長超順排奈米碳管陣列的基底。所述能夠從中拉取奈米碳管膜的奈米碳管陣列的製備方法可參閱馮辰等人在2008年8月13日公開的中國專利申請CN101239712A。
從奈米碳管陣列中連續地拉出的該奈米碳管膜可以實現自支撐，該奈米碳管膜包括多個基本沿相同方向排列並首尾相連的奈米碳管。請參閱圖4，在該奈米碳管膜中奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於該奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，從而使該奈米碳管膜能夠實現自支撐。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。在本說明書中凡提及奈米碳管的延伸方向，均是指奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向，即奈米碳管膜中奈米碳管的擇優取向的方向。進一步地，所述奈米碳管膜可包括多個連續且定向排列的奈米碳管片段，該多個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括多個相互平行的奈米碳管，該多個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。可以理解，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸而部分分離的情況。實際上，該奈米碳管膜具有較多間隙，即相鄰的奈米碳管之間具有間隙，使該奈米碳管膜可以具有較好的透明度及較大的比表面積。然而，相鄰奈米碳管之間接觸的部分以及首尾相連的奈米碳管之間連接的部分的凡得瓦力已經足夠維持該奈米碳管膜整體的自支援性。
所述自支撐是該奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀或線狀狀態，即將該奈米碳管膜置於（或固定於）間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。
該奈米碳管膜具有較小且均勻的厚度，約為0.5納米至10微米。由於該從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜僅靠奈米碳管間的凡得瓦力即可實現自支撐並形成膜狀結構，因此該奈米碳管膜具有較大的比表面積，優選地，該奈米碳管膜的比表面積為200平方米每克~2600平方米每克（採用BET法測得）。該直接拉取獲得的奈米碳管膜的單位面積質量約為0.01克每平方米~0.1克每平方米，優選為0.05克每平方米（此處的面積指奈米碳管膜的宏觀面積）。由於該奈米碳管膜具有較小的厚度，且奈米碳管自身的熱容小，因此該奈米碳管膜具有較小的單位面積熱容（如小於2×10 -4焦耳每平方釐米開爾文）。
該奈米碳管膜結構110可包括多層奈米碳管膜相互疊加，層數優選為小於或等於50層，更優選為小於或等於10層。在該奈米碳管膜結構110中，不同的奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向可以相互平行或交叉設置。請參閱圖5，在一實施例中，該奈米碳管膜結構110包括至少兩層相互層疊的奈米碳管膜，該至少兩層奈米碳管膜中的奈米碳管分別沿兩個相互垂直方向沿伸，從而形成垂直交叉。
該蒸發材料130附著在該奈米碳管膜結構110表面。在宏觀上該蒸發材料130可以看作一層狀結構形成在該奈米碳管膜結構110的至少一個表面，優選為設置在該奈米碳管膜結構110的兩個表面。該蒸發材料130與該奈米碳管膜結構110形成的複合膜的宏觀厚度優選為小於或等於100微米，更優選為小於或等於5微米。由於承載在單位面積奈米碳管膜結構110上的蒸發材料130的量可以非常少，在微觀上該蒸發材料130可以為納米級尺寸的顆粒狀或納米級厚度的層狀，附著在單根或少數幾根奈米碳管表面。例如，該蒸發材料130可以為顆粒狀，粒徑尺寸約為1納米~500納米，附著在首尾相連的奈米碳管中的單根奈米碳管112表面。或者該蒸發材料130可以為層狀，厚度尺寸約為1納米~500納米，附著在首尾相連的奈米碳管中的單根奈米碳管112表面。該層狀的蒸發材料130可以完全包覆該單根奈米碳管112。該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110不但與蒸發材料130的量有關，也與蒸發材料130的種類，以及與奈米碳管的浸潤性能等多種因素相關。例如，當該蒸發材料130在該奈米碳管表面不浸潤時，易於形成顆粒狀，當該蒸發材料130在該奈米碳管表面浸潤時，則易於形成層狀。另外，當該蒸發材料130是黏度較大的有機物時，也可能在該奈米碳管膜結構110表面形成一完整連續的薄膜。無論該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110表面的形貌如何，單位面積的奈米碳管膜結構110擔載的蒸發材料130的量應較少，使通過第一電極120及第二電極122輸入電信號能夠在瞬間（優選為1秒以內，更優選為10微秒以內）將該蒸發材料130完全氣化。該蒸發材料130均勻的設置在該奈米碳管膜結構110表面，使該奈米碳管膜結構110不同位置的蒸發材料130擔載量基本相等。
該蒸發材料130為相同條件下氣化溫度低於奈米碳管的氣化溫度，且在真空蒸鍍過程中不與碳反應的物質，優選是氣化溫度小於或等於300℃的有機物。該蒸發材料130可以是單一種類的材料，也可以是多種材料的混合。該蒸發材料130可以通過各種方法，如溶液法、沈積法、蒸鍍、電鍍或化學鍍等方法均勻的設置在該奈米碳管膜結構110表面。在優選的實施例中，該蒸發材料130預先溶於或均勻分散於一溶劑中，形成一溶液或分散液，通過將該溶液或分散液均勻的附著於該奈米碳管膜結構110，再將溶劑蒸乾，可以在該奈米碳管膜結構110表面均勻的形成該蒸發材料130。當該蒸發材料130包括多種材料時，可以使該多種材料在液相溶劑中按預定比例預先混合均勻，從而使擔載在奈米碳管膜結構110不同位置上的該多種材料均具有該預定比例。請參閱圖6及圖7，在一實施例中，在該奈米碳管膜結構110表面形成的蒸發材料130為甲基碘化銨及碘化鉛均勻混合的混合物。
該電磁波信號輸入裝置400發出一電磁波信號，該電磁波信號傳遞至該奈米碳管膜結構110表面。本實施例中，該電磁波信號輸入裝置400設置在該真空室300中並與該奈米碳管膜結構110相對且間隔設置，即該電磁波信號是在該真空室300中產生。該電磁波信號的頻率範圍包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、微波、X射線及γ射線等，優選為光信號，該光信號的波長可選擇為從紫外至遠紅外波長的光波。該電磁波信號的平均功率密度在100mW/mm 2~20W/mm 2範圍內。優選地，該電磁波信號輸入裝置400為一脈衝鐳射發生器。該電磁波信號輸入裝置400發出的電磁波信號在奈米碳管膜結構110上的入射角度與位置不限，優選地，該電磁波信號均勻的同時照射至該奈米碳管膜結構110各局部位置。該電磁波信號輸入裝置400與該奈米碳管膜結構110之間的距離不限，只要從該電磁波信號輸入裝置400發出的電磁波能夠傳遞至該奈米碳管膜結構110表面即可。
當電磁波信號輸入裝置400將電磁波信號照射至該奈米碳管膜結構110時，由於該奈米碳管膜結構110具有較小的單位面積熱容，該奈米碳管膜結構110溫度快速回應而升高，使蒸發材料130迅速被加熱至蒸發或昇華溫度。由於單位面積奈米碳管膜結構110擔載的蒸發材料130較少，所有蒸發材料130可以在一瞬間全部氣化為蒸汽。該待鍍基底200與該奈米碳管膜結構110相對且等間隔設置，優選間隔距離為1微米~10毫米，由於該間隔距離較近，從該奈米碳管膜結構110蒸發出的蒸發材料130氣體迅速附著在該待鍍基底200表面，形成蒸鍍層。該待鍍基底200的待鍍表面的面積優選為小於或等於該奈米碳管膜結構110的宏觀面積，即該奈米碳管膜結構110可以完全覆蓋該待鍍基底200的待鍍表面。因此，在該奈米碳管膜結構110局部位置所擔載的蒸發材料130在蒸發後將在該待鍍基底200與該奈米碳管膜結構110局部位置對應的表面形成蒸鍍層。由於蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110擔載時即已實現均勻擔載，形成的蒸鍍層也為均勻層狀結構。請參閱圖8及圖9，在一實施例中，對該奈米碳管膜結構110進行鐳射輻照，該奈米碳管膜結構110溫度迅速升高，使表面的甲基碘化銨及碘化鉛的混合物瞬間氣化，在該待鍍基底200表面形成一鈣鈦礦結構CH 3NH 3PbI 3薄膜。該蒸發源100鐳射照射後的結構如圖8所示，可以看到該奈米碳管膜結構110表面的蒸發材料130蒸發後該奈米碳管膜結構110仍維持原有的首尾相連的奈米碳管形成的網路狀結構。該甲基碘化銨和碘化鉛在氣化後發生化學反應，在待鍍基底200表面生成厚度均勻的薄膜形貌如圖9所示。請參閱圖10，對蒸鍍生成的薄膜進行XRD測試，可以從XRD圖譜中判斷得到的薄膜材料為鈣鈦礦結構CH 3NH 3PbI 3。
請參閱圖11，在另一實施例中，該電磁波信號輸入裝置400設置在該真空室300外，與該奈米碳管膜結構110相對設置，該電磁波信號可以穿過該真空室300的牆壁，到達該奈米碳管膜結構110。
請參閱圖12，在另一實施例中，該真空蒸鍍裝置10可進一步包括一電磁波傳導裝置420，如光纖。該電磁波信號輸入裝置400設置在該真空室300外，且與該真空室300相聚較遠。該電磁波傳導裝置420一端與該電磁波信號輸入裝置400相連，一端設置在該真空室300內，與該奈米碳管膜結構110相對且間隔設置。從該電磁波信號輸入裝置400發出的電磁波信號，如鐳射信號，通過該電磁波傳導裝置420傳輸至該真空室300內，並照射至該奈米碳管膜結構110。
本發明第一實施例進一步提供一種真空蒸鍍方法，包括以下步驟：
S1，提供所述蒸發源100及待鍍基底200，該蒸發源100包括奈米碳管膜結構110及蒸發材料130，該奈米碳管膜結構110為一載體，該蒸發材料130設置在該奈米碳管膜結構110表面，通過該奈米碳管膜結構110承載；
S2，將該蒸發源100與待鍍基底200相對且間隔設置在真空室300中並抽真空；以及
S3，通過一電磁波信號輸入裝置400向該奈米碳管膜結構110輸入電磁波信號，使蒸發材料130氣化，在該待鍍基底200的待鍍表面形成蒸鍍層。
在該步驟S1中，該蒸發源100的製備方法包括以下步驟：
S11，提供一奈米碳管膜結構110；以及
S12，在該奈米碳管膜結構110表面擔載該蒸發材料130。
在該步驟S11中，優選地，該奈米碳管膜結構110優選為通過支撐結構120懸空設置。
在該步驟S12中，具體可通過溶液法、沈積法、蒸鍍、電鍍或化學鍍等方法進行在該奈米碳管膜結構110表面擔載該蒸發材料130。該沈積法可以為化學氣相沈積或物理氣相沈積。在優選的實施例中通過溶液法在該奈米碳管膜結構110表面擔載該蒸發材料130，具體包括以下步驟：
S121，將該蒸發材料130溶於或均勻分散於一溶劑中，形成一溶液或分散液；
S122，將該溶液或分散液均勻附著於該奈米碳管膜結構110表面；以及
S123，將附著在該奈米碳管膜結構110表面的溶液或分散液中的溶劑蒸乾，從而將該蒸發材料130均勻的附著在該奈米碳管膜結構110表面。該附著的方法可以為噴塗法、旋轉塗覆法或浸漬法。
當該蒸發材料130包括多種材料時，可以使該多種材料在液相溶劑中按預定比例預先混合均勻，從而使擔載在奈米碳管膜結構110不同位置上的該多種材料均具有該預定比例。
在該步驟S2中，該蒸發源100與待鍍基底200相對設置，優選使待鍍基底200的待鍍表面各處均與該蒸發源100的奈米碳管膜結構110保持基本相等的間隔，即該奈米碳管膜結構110基本平行於該待鍍基底200的待鍍表面，且該奈米碳管膜結構110的宏觀面積大於或等於該待鍍基底200的待鍍表面的面積，從而使蒸鍍時，蒸發材料130的氣體可以在基本相同的時間內到達該待鍍表面。該電磁波信號輸入裝置400可以設置在該真空室300中或設置在該真空室300之外，只要能夠使電磁波信號傳遞至該奈米碳管膜結構110即可。
在該步驟S3中，由於奈米碳管對電磁波的吸收接近絕對黑體，從而使發聲裝置對於各種波長的電磁波具有均一的吸收特性。該電磁波信號的平均功率密度在100mW/mm 2~20W/mm 2範圍內。該奈米碳管膜結構110由於具有較小的單位面積熱容，從而迅速根據該電磁波信號產生熱回應而升溫，由於該奈米碳管膜結構110具有較大的比表面積，可以迅速的與周圍介質進行熱交換，該奈米碳管膜結構110產生的熱信號可以迅速加熱該蒸發材料130。由於該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110的單位宏觀面積的擔載量較小，該熱信號可以在一瞬間使該蒸發材料130完全氣化。因此，達到該待鍍基底200的待鍍表面任意局部位置的蒸發材料130就是與該待鍍表面局部位置對應設置的奈米碳管膜結構110的局部位置的全部蒸發材料130。由於該奈米碳管膜結構110各處擔載的蒸發材料130的量相同，即均勻擔載，在該待鍍基底200的待鍍表面形成的蒸鍍層各處具有均勻的厚度，也就是形成的蒸鍍層的厚度和均勻性由該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110擔載的量和均勻性決定。當該蒸發材料130包括多種材料時，該奈米碳管膜結構110各處擔載的各種材料的比例相同，則在該奈米碳管膜結構110與該待鍍基底200的待鍍表面之間各局部位置的蒸發材料130氣體中各種材料的比例相同，使各局部位置能夠發生均勻的反應，從而在該待鍍基底200的待鍍表面形成均勻的蒸鍍層。
請參閱圖13及圖14，本發明第二實施例提供一真空蒸鍍裝置50，包括蒸發源500、待鍍基底200及真空室300，該蒸發源500及待鍍基底200設置在該真空室300中。該待鍍基底200與該蒸發源500相對且間隔設置，間距優選為1微米~10毫米。該第二實施例的待鍍基底200及真空室300與第一實施例相同，區別僅在蒸發源500。
該蒸發源500包括奈米碳管膜結構110、第一電極520、第二電極522及蒸發材料130。該第一電極520及第二電極522相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構110電連接。該奈米碳管膜結構110為一載體，該蒸發材料130設置在該奈米碳管膜結構110表面，通過該奈米碳管膜結構110承載。優選地，該奈米碳管膜結構110在該第一電極520及第二電極522之間懸空設置，該蒸發材料130設置在懸空的奈米碳管膜結構110表面。該設置有蒸發材料130的奈米碳管膜結構110與該待鍍基底200的待鍍表面相對且間隔設置，間距優選為1微米~10毫米。
該奈米碳管膜結構110為一電阻性元件，具有較小的單位面積熱容，且具有較大比表面積及較小厚度。優選地，該奈米碳管膜結構110的單位面積熱容小於2×10 -4焦耳每平方釐米開爾文，更優選為小於1.7×10 -6焦耳每平方釐米開爾文，比表面積大於200平方米每克，厚度小於100微米。該第一電極520及第二電極522向該奈米碳管膜結構110輸入電信號，由於具有較小的單位面積熱容，該奈米碳管膜結構110可以將輸入的電能快速轉換為熱能，使自身溫度快速升高，由於具有較大的比表面積及較小的厚度，該奈米碳管膜結構110可以與蒸發材料130進行快速的熱交換，使蒸發材料130迅速被加熱至蒸發或昇華溫度。該第二實施例的奈米碳管膜結構110與第一實施例中相同。
該第一電極520及第二電極522與該奈米碳管膜結構110電連接，優選為直接設置在該奈米碳管膜結構110表面。該第一電極520及第二電極522向該奈米碳管膜結構110通入一電流，優選為對該奈米碳管膜結構110進行直流通電。相互間隔的第一電極520及第二電極522可分別設置在該奈米碳管膜結構110兩端。
在優選的實施例中，該奈米碳管膜結構110中至少一層奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向為從第一電極520至第二電極522方向延伸。當該奈米碳管膜結構110僅包括一層奈米碳管膜，或包括沿相同方向層疊的多層奈米碳管膜（即不同的奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向相互平行）時，該奈米碳管膜結構110中奈米碳管的延伸方向優選為從第一電極520向第二電極522延伸。在一實施例中，該第一電極520及第二電極522為線狀結構，與該奈米碳管膜結構110中至少一層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向基本垂直。該線狀結構的第一電極520及第二電極522的長度優選從該奈米碳管膜結構110的一端延伸至另一端，從而與該奈米碳管膜結構110的整個側邊相連接。
該奈米碳管膜結構110在該第一電極520及第二電極522之間自支撐並懸空設置。在優選的實施例中，該第一電極520及第二電極522具有一定強度，同時起到支撐該奈米碳管膜結構110的作用。該第一電極520及第二電極522可以為導電棒或導電絲。請參閱圖15，在另一實施例中，該蒸發源500可進一步包括與第一實施例中相同的支撐結構120對該奈米碳管膜結構110進行支撐，使部分奈米碳管膜結構110通過自身的自支撐性懸空設置。此時，該第一電極520及第二電極522可以為塗覆在該奈米碳管膜結構110表面的導電膠，如導電銀漿。
請參閱圖16，該蒸發源500可包括多個第一電極520及多個第二電極522，該多個第一電極520及多個第二電極522相互交替且間隔的設置在該奈米碳管膜結構110表面。即任意兩個相鄰的第一電極520之間有一個第二電極522，任意兩個相鄰的第二電極522之間有一個第一電極520。優選地，所述多個第一電極520及多個第二電極522等間隔設置。相互交替且間隔設置的多個第一電極520及多個第二電極522將該奈米碳管膜結構110劃分為多個該奈米碳管膜子結構。該多個第一電極520均與一電信號源的正極連接，該多個第二電極522均與該電信號源的負極連接，從而使該多個奈米碳管膜子結構形成並聯，以減小該蒸發源500的電阻。
該第二實施例中該蒸發材料130的材料種類、粒徑、形貌及在該奈米碳管膜結構110表面的設置方式、形成方法及擔載量均與該第一實施例中相同。
當電信號通過該第一電極520及第二電極522導入該奈米碳管膜結構110時，由於該奈米碳管膜結構110具有較小的單位面積熱容，該奈米碳管膜結構110溫度快速回應而升高，使蒸發材料130迅速被加熱至蒸發或昇華溫度。由於單位面積奈米碳管膜結構110擔載的蒸發材料130較少，所有蒸發材料130可以在一瞬間全部氣化為蒸汽。該待鍍基底200與該奈米碳管膜結構110相對且等間隔設置，優選間隔距離為1微米~10毫米，由於該間隔距離較近，從該奈米碳管膜結構110蒸發出的蒸發材料130氣體迅速附著在該待鍍基底200表面，形成蒸鍍層。該待鍍基底200的待鍍表面的面積優選為小於或等於該奈米碳管膜結構110的宏觀面積，即該奈米碳管膜結構110可以完全覆蓋該待鍍基底200的待鍍表面。因此，在該奈米碳管膜結構110局部位置所擔載的蒸發材料130在蒸發後將在該待鍍基底200與該奈米碳管膜結構110局部位置對應的表面形成蒸鍍層。由於蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110擔載時即已實現均勻擔載，形成的蒸鍍層也為均勻層狀結構。
請參閱圖17，在另一實施例中，該真空蒸鍍裝置50包括兩個待鍍基底200分別與該蒸發源500的兩個表面相對且間隔設置。具體地，該奈米碳管膜結構110的兩個表面均設置有該蒸發材料130，該兩個待鍍基底200分別與該奈米碳管膜結構110的兩個表面相對且間隔設置。
本發明第二實施例進一步提供一種真空蒸鍍方法，包括以下步驟：
S1’，提供所述蒸發源500及待鍍基底200，該蒸發源500包括奈米碳管膜結構110、第一電極520、第二電極522及蒸發材料130，該第一電極520及第二電極522相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構110電連接，奈米碳管膜結構110為一載體，該蒸發材料130設置在該奈米碳管膜結構110表面，通過該奈米碳管膜結構110承載；
S2’，將該蒸發源500與待鍍基底200相對且間隔設置在真空室300中並抽真空；以及
S3’，向該奈米碳管膜結構110中輸入電信號，使蒸發材料130氣化，在該待鍍基底200的待鍍表面形成蒸鍍層。
在該步驟S1’中，該蒸發源500的製備方法包括以下步驟：
S11’，提供一奈米碳管膜結構110、第一電極520及第二電極522，該第一電極520及第二電極522相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構110電連接；以及
S12’，在該奈米碳管膜結構110表面擔載該蒸發材料130。
在該步驟S11’中，優選地，該奈米碳管膜結構110位於該第一電極520及第二電極522之間的部分懸空設置。
該步驟S12’與第一實施例的步驟S12相同。
在該步驟S2’中，該蒸發源500與待鍍基底200相對設置，優選使待鍍基底200的待鍍表面各處均與該蒸發源500的奈米碳管膜結構110保持基本相等的間隔，即該奈米碳管膜結構110基本平行於該待鍍基底200的待鍍表面，且該奈米碳管膜結構110的宏觀面積大於或等於該待鍍基底200的待鍍表面的面積，從而使蒸鍍時，蒸發材料130的氣體可以在基本相同的時間內到達該待鍍表面。
在該步驟S3’中，該電信號通過該第一電極520及第二電極522輸入該奈米碳管膜結構110。當該電信號為直流電信號時，該第一電極520及第二電極522分別與直流電信號源的正極和負極電連接，該電信號源通過該第一電極520及第二電極522向該奈米碳管膜結構110通入一直流電信號。當該電信號為交流電信號時，該第一電極520及第二電極522中一電極與交流電信號源電連接，另一電極接地。向該蒸發源500中輸入的電信號的功率能夠使該奈米碳管膜結構110的回應溫度達到該蒸發材料130的氣化溫度，該功率取決於奈米碳管膜結構110的宏觀面積S和需要達到的溫度T，所需功率可根據公式σT 4S計算，δ為Stefan-Boltzmann常數，奈米碳管膜結構110面積越大溫度越高需要的功率越大。該奈米碳管膜結構110由於具有較小的單位面積熱容，從而迅速根據該電信號產生熱回應而升溫，由於該奈米碳管膜結構110具有較大的比表面積，可以迅速的與周圍介質進行熱交換，該奈米碳管膜結構110產生的熱信號可以迅速加熱該蒸發材料130。由於該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110的單位宏觀面積的擔載量較小，該熱信號可以在一瞬間使該蒸發材料130完全氣化。因此，達到該待鍍基底200的待鍍表面任意局部位置的蒸發材料130就是與該待鍍表面局部位置對應設置的奈米碳管膜結構110的局部位置的全部蒸發材料130。由於該奈米碳管膜結構110各處擔載的蒸發材料130的量相同，即均勻擔載，在該待鍍基底200的待鍍表面形成的蒸鍍層各處具有均勻的厚度，也就是形成的蒸鍍層的厚度和均勻性由該蒸發材料130在該奈米碳管膜結構110擔載的量和均勻性決定。當該蒸發材料130包括多種材料時，該奈米碳管膜結構110各處擔載的各種材料的比例相同，則在該奈米碳管膜結構110與該待鍍基底200的待鍍表面之間各局部位置的蒸發材料130氣體中各種材料的比例相同，使各局部位置能夠發生均勻的反應，從而在該待鍍基底200的待鍍表面形成均勻的蒸鍍層。
本發明實施例將自支撐的奈米碳管膜作為蒸鍍材料的載體，利用該奈米碳管膜極大的比表面積及自身的均勻性，使承載在該奈米碳管膜上的蒸鍍材料在蒸發前即實現較為均勻的大面積分布。在蒸發的過程中利用該自支撐奈米碳管膜在電磁波信號或電信號的作用下暫態加熱的特性，在極短的時間將蒸鍍材料完全氣化，從而形成均勻且大面積分布的氣態蒸鍍材料。該待鍍基底與該奈米碳管膜間隔距離短，使承載在該奈米碳管膜上的蒸鍍材料基本上均能得到利用，有效節約了蒸鍍材料，提高了蒸鍍速度。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10,50‧‧‧真空蒸鍍裝置
100,500‧‧‧蒸發源
110‧‧‧奈米碳管膜結構
112‧‧‧奈米碳管
120,520‧‧‧支撐結構
130‧‧‧蒸發材料
200‧‧‧待鍍基底
300‧‧‧真空室
400‧‧‧電磁波信號輸入裝置
520‧‧‧第一電極
522‧‧‧第二電極
無
10‧‧‧真空蒸鍍裝置
100‧‧‧蒸發源
110‧‧‧奈米碳管膜結構
120‧‧‧支撐結構

Claims (10)

  1. 一種真空蒸鍍用蒸發源，包括蒸發材料，其改進在於，進一步包括奈米碳管膜結構，該奈米碳管膜結構為一載體，該蒸發材料設置在該奈米碳管膜結構表面，通過該奈米碳管膜結構承載。
  2. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜結構在支撐結構之間懸空設置，該蒸發材料設置在懸空的奈米碳管膜結構表面。
  3. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜結構的單位面積熱容小於2×10 -4焦耳每平方釐米開爾文，比表面積大於200平方米每克。
  4. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜結構包括一個或相互層疊的多個奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括多個通過凡得瓦力首尾相連的奈米碳管。
  5. 如請求項4所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜中的奈米碳管基本平行於該奈米碳管膜表面，並沿同一方向延伸。
  6. 如請求項4所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜結構中多層疊加的奈米碳管膜的層數小於或等於50層。
  7. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該蒸發源的厚度小於或等於100微米。
  8. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該蒸發材料包括按預定比例均勻混合的多種材料，擔載在該奈米碳管膜結構各局部位置上的該多種材料之間均具有該預定比例。
  9. 如請求項1所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，進一步包括第一電極及第二電極，該第一電極及第二電極相互間隔並分別與該奈米碳管膜結構電連接。
  10. 如請求項9所述的真空蒸鍍用蒸發源，其中，該奈米碳管膜結構在該第一電極及第二電極之間懸空設置，該蒸發材料設置在懸空的奈米碳管膜結構表面。
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