专利名称：一种薄膜喷涂机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜制备及后处理领域，具体是一种薄膜喷涂机。
背景技术：
喷涂技术是利用喷枪等喷射工具把涂料雾化后，喷射到被涂工件上的涂装方法。一般用在五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域。近年来，在大面积有机光伏薄膜制备领域也有广泛应用。但是，已有的喷涂装置都有其特定的使用对象，在改变薄膜形貌领域存在局限性，不适用于制备有机光伏薄膜。如先进功能材料(Adv. Funct. Mater, 2010，20，3538)文献所示，静电喷涂方法制备的薄膜在原子力显微镜下观测一般是大颗粒岛状形貌，见图1，这种结构不利于电荷载流子的分离，而使用另一种溶剂气体进行薄膜表面后处理，可以消除这种相分离结构，见图2，薄膜变的致密紧凑，器件效率提高了 9倍，大大提高有机光 伏器件性能。但是，一般获得溶剂气氛的方法有两种一种是用蘸有溶剂的滤纸包裹薄膜基片，通过溶剂自蒸发方式对薄膜表面进行改性，另一种是把基片放于盛有溶剂的烧杯内，再把烧杯放于普通超声波清洗机里产生溶剂气氛，这两种方法操作非常繁琐且条件不易控制。申请号为02150786. 4的中国发明专利公开了一种喷涂扫描大面积均匀透明导电薄膜的扫描装置。喷涂沉积大面积均匀透明导电薄膜扫描装置属于太阳能应用领域。完成加热过程和喷涂过程的主单元、完成退火功能的辅助单元、具有预加热功能的辅助单元依次并列或L行排列，具有预加热功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元一侦牝完成退火功能的辅助单元位于完成加热过程和喷涂过程的主单元的另一侧，由机械手完成玻璃衬底在各单兀之间的传输，主单兀包括衬底加温部分、喷头部分，这两部分是相互分离的。采用该发明得到的SnO2透明导电薄膜，透过率达90%，薄膜中心和边缘的膜厚、电学性质不均匀度小于10%，采用衬底加温部分和喷头部分(二)配合的装置可获得膜厚、电学性质不均匀度小于5%的超均匀的透明导电薄膜。申请号为200810012913. X的中国发明专利公开了一种喷涂成型复合质子交换膜的设备，包括工作台、基膜控制系统、喷枪传动系统、喷涂及供料系统和辅助系统。基膜控制系统包括钢框、汽缸、支撑杆和伺服电机；喷枪传动系统包括伺服电机、丝杆、机械臂；喷涂及供料系统包括喷枪、料槽、电磁阀、液体泵和供气系统；辅助系统包括加热平台和真空泵；传动框架支脚、加热平台和汽缸固定在工作台上。该发明的优点是工艺路线简单，便于实现大规模化生产，生产效率高，膨体聚四氟乙烯微孔薄膜的控制技术简单；使用喷涂设备成型的复合质子交换膜对质子交换膜的厚度和结构可以实现精确的控制，具有较高的重复性。申请号为201010126040. 2的中国发明专利公开了一种液体材料薄膜的喷涂装置及其喷涂方法，属于半导体器件生产技术领域。为解决得到足够细的超声雾化液体颗粒的同时保证足够的雾化流量，所述喷涂装置包括雾化容器；超声波振荡器，用于进行超声雾化操作；液体材料输入装置，用于通入液体原料；载气输入装置，用于通入载气，所述载气用于与所述液体材料雾化后行成的颗粒混合形成雾气；雾气输出装置，用于输出所述雾气；喷嘴，用于接收雾气并将其喷涂在待喷涂晶片上。该技术方案具备特征方案中各功能模块独立设置，提高装置整体的工作能力以及效率；大大减少液体材料的浪费，进而减少环境污染；可得到更薄更均匀的喷涂效果，产生更薄，均匀度更好的液体薄膜；可喷涂台阶面。申请号为201010129104. 4的中国发明专利公开了一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置及方法，属于半导体技术领域。为提高涂敷薄膜的均匀度，该发明提供一种基于超声波振动台的液体材料涂敷装置，包括喷嘴移动机构用于移动超声雾化喷嘴，超声雾化喷嘴用于雾化液体形成微细液滴；器件吸附机构件设置于超声波雾化喷嘴下方，用于吸附固定待喷涂基片器件；超声波振动构件设置于器件吸附构件下端，用于对待喷涂基片器件进行上下方向的振动。通过该方法，涂布于晶片的光刻胶的均匀性增加的同时，所用光刻胶的使用量大大减小，而由此产生的环境问题也减少了。现有的薄膜喷涂机中，有的采用超声波振动喷头增强雾化效果，有的采用超声波振动基片台增加薄膜均匀度，但均未设置溶剂浸润功能单元改变薄膜表面形貌，所成薄膜需要移到具有溶剂蒸气氛围的密闭环境才能进行溶剂后处理，在移动所成薄膜基片过程中 可能人为损坏薄膜，影响薄膜质量。
实用新型内容本实用新型针对现有技术不足，提供一种成膜温度均匀、薄膜形貌可控的薄膜喷涂机。一种薄膜喷涂机，包括喷头，其特征在于喷头固定于三维调整架上，喷头能够三维运动，喷头的下方设置有后处理槽，后处理槽的底部为导热板，导热板的下面设置有电热板，后处理槽和盖板能够形成密闭空间。进一步的，电热板的下面设置有隔热板。进一步的，三维调整架为三维电动调整架。进一步的，还包括控制器，三维电动调整架受控制器控制。进一步的，还包括用于检测导热板的温度的温度传感器，控制器根据温度传感器的温度信号来控制电热板的电流。进一步的，盖板固定于三维电动调整架上，仅能够一维移动。进一步的，后处理槽内设置有溶剂瓶。进一步的，溶剂瓶的底部或侧面设置有超声波发生器，超声波发生器受控制器控制；或者在溶剂瓶的外侧设置有电加热套，电加热套受控制器控制，同时还可以在溶剂瓶的底部设置受控制器控制的超声波发生器。本实用新型中，后处理槽和盖板能够组成密闭空间，在喷涂完成后可对薄膜进行溶剂蒸气浸润后处理。通过温度传感器探测导热板的温度，继而通过控制器调节电热板的电流以实现恒温。电热板使用密布金属加热丝作为加热源，用绝缘布包裹后用不锈钢薄板封装。三维电动调整架由两两相互垂直的三个轴组成，分别由第一电机、第二电机、第三电机通过丝杆螺母方式传动，能够根据需求在一定范围内调节运动速度和行走路线。喷头为自动装置，通过空气电磁阀控制，溶液采用自吸方式，可通过流量调节旋钮调节溶液流速。通过程序设置，能够人工设定电热板、超声波发生器、电加热套等部件的使用与否和顺序以及时间参数，能够人工设置喷头的运动速度和行走路线。上述薄膜喷涂机的控制方法I)通过控制器中的键盘设置喷涂范围、速度和行走路线。2)通过控制器中的键盘设置电热板、超声波发生器和电加热套的使用与否、参数和先后顺序。3)控制器根据设置的参数控制第一电机、第二电机、第三电机、喷头、电热板等部件完成嗔涂过程。4)控制器根据设置的参数控制电热板、超声波发生器、电加热套等部件完成溶剂后处理，有效改变薄膜形貌。本实用新型可实现溶剂浸润后处理功能，便于在成膜后对薄膜表面改性。控制器根据设定参数在后处理槽中自动完成，避免移动过程中引入不确定因素。本实用新型在基座上依次设置隔热板、电热板、导热板，使成膜基片表面温度可控且更均匀，波动小，在成膜后直接在后处理槽中进行退火处理，便于形成高一致性的薄膜。本实用新型中后处理槽使用不锈钢薄板制成，具有良好的抗腐蚀性能，便于清洗。盖板使用玻璃薄板，便于观察和清洗。本实用新型采用步进电机带动丝杆螺母方式传动，控制喷头在三维空间运动，结构简单，精度高，成本低。本实用新型采用自动喷头，通过空气电磁阀控制喷头喷涂与否，以自吸方式输入溶液，可通过流量调节旋钮控制溶液流量。排除了手工喷涂时因人而异的因素，重复性更好。本实用新型操作简单，能够制备厚度均匀、误差小、精度高、形状可调的大面积薄膜，成膜重复性好。集成加热和溶剂浸润处理功能，有效改变薄膜形貌，便于实验室和小规模工业制膜。
图I是喷涂薄膜表面形貌；图2是图I中薄膜进行溶剂表面改性后的表面形貌；图3为喷涂机结构示意图之一；图4为喷涂机结构示意图之二；图5为喷涂单元连接示意图；图6为电加热套安装示意图；图7为超声波发生器安装示意图；图中示出1 :第一电机；2 :第二电机；3 :第三电机；4 :第一手轮；5 :第二手轮；6 第三手轮；7 :基座；8 :隔热板；9 :电热板；10 :导热板；11 :x轴左光杆；12 :x轴右光杆；13 I轴左光杆；14 y轴丝杆；15 y轴右光杆；16 :流量调节旋钮；17 :右侧夹紧螺钉；18 :右侧夹紧块；19 :溶液管接口 ；20 :压缩气管接口 ；21 :喷头；22 :后处理槽；23 :超声波发生器；24 :左龙门架；25 :右龙门架；26 :盖板；27 :法兰；28 :联轴器；29 :左侧夹紧螺钉；30 :左侧夹紧块；31 :溶液瓶；32 :空气电 磁阀；33 :雾化气流；34 :成膜基片；35 :高压气源；36 :控制器；37溶剂瓶；38溶剂；39电加热套。
具体实施方式
如图3至图5所示，本实用新型中涉及的薄膜喷涂机主要由三维电动调整架、后处理槽22、盖板26以及控制器36等组成。通过控制器36控制第一电机I、第二电机2和第三电机3，从而实现喷头21在三维空间内的运动；通过控制器36控制超声波发生器23和/或电加热套39的开启；通过空气电磁阀32控制喷头的开闭；通过温度传感器(图中未示出)和电热板9控制成膜基片34的温度。如图5所示，溶液管接口 19接溶液瓶31，空气电磁阀32 —端接压缩空气管接口20，另一端接高压气源35，控制器36控制空气电磁阀32的开闭。当空气电磁阀32接通时，高压气经喷头21喷向成膜基片34表面，并在溶液管接口 19处形成负压将溶液吸入，在喷头21与成膜基片34之间形成雾化气流33。通过流量调节旋钮16可以调节溶液流速。三维电动调整架带动喷头21在三维空间内运动，从而在成膜基片34上形成所需厚度与形状的薄膜。三维电动调整架由两两相互垂直的三个轴组成，分别用步进电机通过丝杆螺母方式传动。第二电机2经法兰27固定在左龙门架24上，通过联轴器28连接y轴丝杆14，y轴上光杆13和y轴下光杆15起到定位、承重和平衡的作用，其他两轴也是上述连接方式。第一手轮4和第二手轮5接对应丝杆，第三手轮6为方便操作接在第三电机3尾部，便于手动调节嗔头21的位直。基座7上依次安装隔热板8、电热板9、导热板10构成加热单元。基座7用于保证整个机体的刚度和定位；隔热板8能阻隔电热板9的热量，避免机体温度过高，同时起到保温节能的作用，使温度波动减小；导热板10使用高导热系数的材料，使加热表面温度分布更均匀。后处理槽22用不锈钢薄板制备而成，其底部为导热板10。不锈钢薄板导热良好，防腐性能强，便于清洗。喷涂过程中溶液飞溅，后处理槽22同时起到了阻隔飞溅溶液的作用。后处理槽22与盖板26能够形成密闭空间，保证后处理密闭环境。成膜基片34置于后处理槽22中。后处理槽22内部四周固定一个或多个带有超声波发生器23和/或电加热套39的溶剂瓶37，对溶剂瓶37内的溶剂进行超声雾化处理和/或电加热雾化处理，所产生的溶剂气体分子能对薄膜表面进一步进行改性，得到理想薄膜形貌。喷涂过程中，左龙门架24和右龙门架25带动盖板26移动至行程尽头，盖板26紧贴后处理槽22上端面，与后处理槽22形成一个密闭空间。待后处理完成，第一电机I带动喷头21及盖板26再返回初始位置，便于取出成膜基片34。热处理和溶剂浸润处理对溶液法制备的有机高分子太阳能电池性能影响很大。本实用新型的薄膜喷涂机集成了加热功能和溶剂浸润处理功能，在喷涂过程中能直接对薄膜进行热处理，完成喷涂后能直接对薄膜进行热处理和/或溶剂表面浸润处理，减少了中间环节，成膜质量更高，基于喷涂薄膜方法的器件效率得以提升，且重复性更好。溶液浸润处理，即把用溶液法制备的薄膜置于溶剂气体环境下一定时间，薄膜表面再次溶解，从而使薄膜形貌改变。若溶剂瓶37内所盛溶剂沸点较高，可用电加热套39包裹溶剂瓶，同时还可在溶剂瓶37的底部设置超声波发生器23，加速溶剂蒸发速率。若溶剂瓶37内所盛溶剂的沸点较低，可直接用电加热套39加速产生溶剂气体分子，进行薄膜表面改性后处理。喷头21的行走路线一般采用“弓”字型路线，相邻两条之间喷涂面积重叠50%，如此即可得到厚度均匀的薄膜，配以后处理功能能使薄膜表面更加平整，内部更加致密，形貌 更易于调控。
权利要求1.一种薄膜喷涂机，包括喷头(21)，其特征在于喷头(21)固定于三维调整架上，喷头(21)能够三维运动，喷头(21)的下方设置有后处理槽(22 )，后处理槽(22 )的底部为导热板(10)，导热板(10)的下面设置有电热板(9)，后处理槽(22)和盖板(26)能够形成密闭空间。
2.根据权利要求I所述的薄膜喷涂机，其特征在于电热板(9)的下面设置有隔热板(8)。
3.根据权利要求2所述的薄膜喷涂机，其特征在于三维调整架为三维电动调整架。
4.根据权利要求3所述的薄膜喷涂机，其特征在于还包括控制器，三维电动调整架受控制器控制。
5.根据权利要求4所述的薄膜喷涂机，其特征在于还包括用于检测导热板(10)的温度的温度传感器，控制器根据温度传感器的温度信号来控制电热板(9)的电流。
6.根据权利要求5所述的薄膜喷涂机，其特征在于盖板(26)固定于三维电动调整架上，仅能够一维移动。
7.根据权利要求I至6任一项所述的薄膜喷涂机，其特征在于后处理槽(22)内设置有溶剂瓶(37)。
8.根据权利要求7所述的薄膜喷涂机，其特征在于溶剂瓶(37)的底部或侧面设置有超声波发生器(23)，超声波发生器(23)受控制器控制。
9.根据权利要求7所述的薄膜喷涂机，其特征在于溶剂瓶(37)的外侧设置有电加热套(39)，电加热套(39)受控制器控制。
10.根据权利要求9所述的薄膜喷涂机，其特征在于溶剂瓶(37)的底部设置有超声波发生器(23 )，超声波发生器(23 )受控制器控制。
专利摘要本实用新型公开了一种薄膜喷涂机，包括喷头，其特征在于喷头固定于三维调整架上，喷头能够三维运动，喷头的下方设置有后处理槽，后处理槽的底部为导热板，导热板的下面设置有电热板，后处理槽和盖板能够形成密闭空间。能够制备厚度均匀、误差小、精度高、形状可调的大面积薄膜，成膜重复性好。集成加热和溶剂浸润处理功能，便于实验室和小规模工业制膜。
文档编号B05B15/10GK202377129SQ20112057226
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者侯林涛, 刘彭义, 王标 申请人:暨南大学