一种薄膜材料制备装置的制作方法

本实用新型涉及薄膜材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种薄膜材料制备装置。

背景技术：

溶胶-凝胶技术是一种以金属有机或无机化合物，或两者的混合物为研究对象，经过水解缩聚过程，由溶胶逐渐凝胶化，而获得氧化物或其它化合物的一类薄膜材料制备工艺技术。从20世纪80年代开始，溶胶-凝胶法就开始被广泛应用于粉末材料、陶瓷材料、发光材料、铁电材料、磁性材料、涂层材料及其它结构形式和功能特性的材料的制备等。其中，涂层材料方面，溶胶-凝胶技术可以获得高度均匀的多组分氧化物涂层和具有狭窄粒径分布的纳米级粒子尺寸的涂层，可以很容易地掺杂微量元素，可以通过多种方法改变薄膜的表面结构和性能，可以在体积较大、形状复杂的衬底表面形成涂层材料。关于溶胶-凝胶法制备涂层材料方面，更是广泛的用于光学、电子元件和设备之中的涂层制备。

现有技术中，溶胶-凝胶制备薄膜材料主要有浸涂和旋涂两种方式。浸涂法是将衬底浸于液相中，然后以一定的提拉速度在一定的温度和气氛中提拉成膜，膜厚由提拉速度和液相中固含量及黏度决定；旋涂法是靠离心力和蒸发来完成薄膜沉积，主要包括沉积、加速旋转、旋离和蒸发四个阶段，首先将液体分布在衬底表面，加速旋转时液体在离心力作用下呈放射状甩出，液体流向衬底边缘并脱离，然后借助蒸发、干燥、退火的方式使薄膜固化。

浸涂和旋涂方法制备薄膜材料，必须采用专用的提拉涂膜机和匀胶机等专用仪器设备来完成。这些仪器设备的制作和维护费用较高，不同尺寸规格膜需要配套特定尺寸规格的衬底材料，衬底材料超过设备尺寸规格则无法完成薄膜材料的成功制备。对于浸涂提拉法，必须实现均匀的提拉速度，某些人工操作使速度不均匀，导致薄膜厚度不匀，且不同规格薄膜的制备，需要不同规格的衬底尺寸，因而需要不同规格的提拉仪器设备。对于旋涂成膜法，超出匀胶机规格一定范围的衬底材料在成膜过程中会出现薄膜的不均匀性，且该方法借助离心力将溶胶甩离衬底边缘，导致溶胶液不能不可回收，不能二次利用，造成原料浪费。

综上所述，有必要对现有技术中所存在的不足进行改进。

技术实现要素：

为了克服现有技术中所存在的不足，本实用新型提供一种薄膜材料制备装置，解决现有的溶胶-凝胶制备薄膜材料的浸涂法和旋涂法所使用的仪器设备费用相对较高、规格单一和应用范围较窄的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种薄膜材料制备装置，包括上容器、下容器和衬底支架，所述上容器通过转移装置与下容器连通，所述上容器与下容器之间存在高度差，所述转移装置包括转移管道和流量控制装置，所述流量控制装置设置在转移管道上，所述衬底支架放置在上容器内。

所述衬底支架的形状为L字型或凹字型，用于固定衬底。

所述上容器设置为多个，可以实现相同类型薄膜材料批量制备或不同类型薄膜材料同时制备。

所述转移管道一端管口置于上容器中衬底下边缘以下部位，一端管口置于下容器中。

所述转移管道上设有抽取装置，通过抽取装置便于空气的排空，从而控制转移管道中溶胶的流通。

所述抽取装置包括带有活塞杆的抽筒，所述抽筒上设有进口和出口，通过活塞杆的移动改变转移管道内大气压强。

所述流量控制装置为输液器、带有流量控制阀的塑料管或蠕动泵，控制转移管道中溶胶以一恒定流速均匀流动，以控制上容器液面平稳下降，从而使溶胶在衬底表面均匀成膜。

所述上容器和下容器，根据不同的溶胶溶液成分，可选用玻璃容器、塑料容器、金属容器或其他材质容器；根据不同尺寸与数量的薄膜材料制备，可选用不同大小和数量的容器。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：

本实用新型基于溶胶-凝胶制备薄膜材料的简易成膜装置搭建原理和方法，借助重力作用和液面下降，通过上容器、转移装置和下容器三部分组成成膜装置，来实现溶胶-凝胶制备薄膜材料，并且通过模块化组合与装配可以实现不同尺寸规格的薄膜材料制备。本实用新型通过上容器和下容器的大小更换，实现不同尺寸规格的衬底的成膜；流量控制装置的设置，实现上容器液面均匀下降；通过上容器和下容器的设置，实现溶胶液的多次反复利用；装置通过自由排列组合，实现制备不同组分的薄膜材料，也可批量制备薄膜材料。本实用新型一种薄膜材料制备装置是一种快捷、高效的制备薄膜材料的装置，使得薄膜材料的性能和成膜工艺一致性得以研究，为光电子信息设备中的薄膜元器件材料的制备提供了必要的选择，为微纳米薄膜材料的小规模湿化学制备以及批量生产提供了重要支撑，同时节约了开发成本并提高了对溶胶液的高效利用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的结构示意图；

图3是本实用新型另一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型L字型衬底支架结构示意图；

图5是本实用新型凹字型衬底支架结构示意图；

图6是本实用新型抽取装置结构示意图；

其中：1为上容器，2为下容器，3为衬底支架，4为转移装置，5为转移管道，6为流量控制装置，7为抽取装置，8为活塞杆，9为抽筒，10为进口，11为出口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-6所示，一种薄膜材料制备装置，该装置包括上容器1、下容器2和衬底支架3，所述上容器1通过转移装置4与下容器2连通，所述上容器1与下容器2之间存在高度差，所述转移装置4包括转移管道5和流量控制装置6，所述流量控制装置6设置在转移管道5上，所述衬底支架3形状为L字型或凹字型，放置在上容器1内，所述转移管道5上设有抽取装置7，所述抽取装置7包括带有活塞杆8的抽筒9，抽筒9上设有进口10和出口11，所述转移管道上一端管口置于上容器中衬底下边缘以下部位，一端管口置于下容器中。

实施例1（一个上容器，一个下容器）

本实施例以最基本成膜装置为例，搭建过程如下：

如图1所示，制备一种薄膜材料，根据所需膜规格确定涂膜处理衬底的尺寸规格，选用大于衬底尺寸的烧杯或其他容器作为上容器1，在上容器1中放置合适结构规格的衬底支架3，将清洗干净的衬底放入盛有足量溶胶液的上容器1中并置于衬底支架3上；选用合适规格的转移装置4，并使转移管道5一端管口浸入上容器1中衬底下边缘以下部位，另一端管口置于合适规格大小的下容器2中，完成成膜装置安装。

抽取装置7的作用在于将转移管道5内的空气排出，从而满足虹吸条件，活塞杆8向出口11方向移动，抽管9及转移管道5内部产生负压，将液体抽入转移管道5内，并通过出口11流出，利用上容器1与下容器2的高度差，从而实现溶胶液从上容器1流向下容器2，通过调节流量控制装置6以保证转移管道5中溶胶以一恒定流速均匀流动，上容器1中的液面平稳下降，不断下降的液面在与衬底接触的面上均匀成膜；最后，将衬底进行干燥、退火等后处理过程，在衬底表面形成一定厚度的均匀薄膜材料。

实施例2（两个上容器，一下容器）

本实施例以同时制备不同组分结构的薄膜材料为例，搭建过程如下：

如图2所示，同时制备不同组分结构的薄膜材料，根据组份数量确定上容器1数量，根据所需膜规格确定涂膜处理衬底的尺寸规格，选用大于衬底尺寸的烧杯或其他容器作为上容器1，在各上容器1中放置相应数量合适规格的衬底支架3，将相应数量清洗干净的衬底放入各盛有足量溶胶液的上容器1中并置于衬底支架3上；选用相应数量的合适规格的转移装置4，并使转移管道5一端管口浸入上容器1中衬底下边缘以下部位，另一端管口置于合适规格大小的下容器2中，完成成膜装置安装。若要重复利用溶胶液，则需要分别采用不同数量的下容器2。

实施例3（三个上容器，一下容器）

本实施例以同时制备多组组分结构相同的薄膜材料为例，搭建过程如下：

如图3所示，同时制备多组组分结构相同的薄膜材料，根据组份数量确定上容器1数量，根据所需膜规格确定涂膜处理衬底的尺寸规格，选用大于衬底尺寸的烧杯或其他容器作为上容器1，在各上容器1中放置相应数量合适规格的衬底支架3，将相应数量清洗干净的衬底放入各盛有足量溶胶液的上容器1中并置于衬底支架3上；选用相应数量的合适规格的转移装置4，并使转移管道5一端管口浸入上容器1中衬底下边缘以下部位，另一端管口置于合适规格大小的下容器2中，完成成膜装置安装。

实施例4

本实施例以同时制备多组组分结构相同的薄膜材料为例，搭建过程如下：

同时制备多组组分结构相同的薄膜材料，根据所需膜规格确定涂膜处理衬底的尺寸规格，选用烧杯或其他容器作为上容器1，在上容器1中根据疏密程度放置合适数量的衬底支架3，将相应数量清洗干净的衬底放入盛有足量溶胶液的上容器1中并置于各衬底支架3上；选用合适规格的转移装置4，并使转移管道5一端管口浸入上容器1中衬底下边缘以下部位，另一端管口置于合适规格大小的下容器2中，完成成膜装置安装。

当然，上容器1和下容器2的数量可以根据设计情况设定，从而形成不同的组合。通过上容器、转移装置和下容器三部分组成成膜装置，通过虹吸原理来实现溶胶-凝胶制备薄膜材料。流量控制装置6可以采用现有技术中的装置实现，如输液器开关或者流量阀等，只要可以调节流量的转移管道5的流量即可。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。