专利名称：复合纳米薄膜制备装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种研发型自动化复合纳米材料的制备仪设备，特别是一种复合纳米薄膜制备装置。
背景技术：
随着纳米科技的发展，高性能纳米材料设计的实现，迫切的需要能完成高质量的纳米薄膜和复合纳米薄膜。目前国内的相关仪器制造商有青岛众瑞智能仪器有限公司、北京恒奥德仪器仪表有限公司等公司。上述制造商生产的设备中，涉及的提拉设备只能完成纳米材料的单次拉膜，而多层拉膜、复合拉膜必须要借助人工干预操作尚可完成，尤其是复合拉膜，需要不断地的更换溶液、设置机器，工作量大，操作十分繁琐，严重影响了拉膜的质量和性能的重复性。纳米材料制备的一个关键问题是不能引入杂质，目前市场上的纳米薄膜提拉机需要烘箱配合才能完成多层拉膜，在转移过程中不可避免会引入灰尘杂质。另外，目前市场上的纳米薄膜拉制机很难实现此类超晶格多层膜的制备，需要进行几十乃至几百次的提拉、换液、烘烤、降温，几乎是人工不可能完成的，这样大大限制了高质量、多层膜的研制和实现。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种复合纳米薄膜制备装置，能够实现高度的自动化操作，平稳、快速地进行不同种类溶液的切换、多次提拉和烘烤的全自动全封闭实现为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，其中所述机械部分的结构包括有封闭的外壳、支撑整个装置的底板、框架、在支撑框架内安装的二支直线轴承、提拉样品装置、加热腔体、溶液恒温板、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器、垂直原点位置传感器、下限位轴承、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹、L形样品夹支架；所述支撑框架固定在底板上，所述二支直线轴承平行的固定在支撑框架的后部挡板上，所述水平丝杠在支撑框架的两侧挡板上，并在二支直线轴承的中间，水平丝杠的两端侧分别设有垂直原点位置传感器、水平原点位置传感器，竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承、水平丝杠上，竖直提拉样品装置在直线轴承上水平滑动，形成水平滑台；在底板上一侧设有加热腔体，加热腔体上部设有温度传感器，加热腔体旁依次设有多个溶液恒温板，在二个溶液恒温板之间放置有烧杯；所述控制部分的结构包括有在底板上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器、上限位置传感器、下限位置传感器、垂直托板的水平原点位置传感器、垂直原点位置传感器相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB 口与PC机相连。本发明的效果是通过步进电机来驱动提拉装置，对样品进行提拉，以及通过加热管、微控电路对温度进行控制，同时可以通过垂直托板对反应溶液进行选择。用户通过PC机配套软件对仪器微处理器进行控制，可以方便的对提拉次数，提拉速度、以及反应溶液的选择进行控制，从而可以实现对复合纳米多层薄膜制作过程进行全自动化的控制，大大降低了繁杂的人工操作和误操作的可能性，该设备构结构简单、紧凑，运行时可靠稳定，噪音小，大大改善了纳米材料的制作工艺，并提高材料制备过程的可重复性。采用该纳米材料制作装置，使仪器运行平稳，噪音小，可实现提拉、烘烤、换 液的自动化操作，大大提简化了纳米材料的制作流程，使其能够高速高效准确地完成纳米材料的制作过程，整个过程由PC机控制微处理器自动完成。该装置可用于纳米材料的研发、制作等方面。
图I为本发明的复合纳米薄膜制备仪结构示意图；图2为图I的左视结构示意图；图3为图I的右视结构示意图；图4为图I的俯视结构示意图；图5为本发明的复合纳米薄膜制备仪电路部分原理框图。图中I、上限位滑块2、垂直托板3、水平步进电机4、竖直步进电机5、联轴器6、下限位滑块7、溶液恒温板8、烧杯9、支撑框架10、底板11、温度传感器12、样品夹
13、水平托板14、竖直丝杆15、直线轴承16、垂直原点传感器17、水平原点传感器18、双层加热腔19、水平丝杆20、L形样品夹支架21、左限位块22、外壳
具体实施例方式结合附图及实施例对本发明的复合纳米薄膜制备仪的结构加以说明。如图1-4所示，本发明的复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，所述机械部分的结构包括有封闭的外壳22、支撑整个装置的底板10、框架9、在支撑框架内安装的二支直线轴承15、提拉样品装置、加热腔体18、溶液恒温板7、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器17、垂直原点位置传感器16、上限位轴承I、下限位轴承6、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹12、L形样品夹支架20。所述支撑框架9固定在底板10上，所述二支直线轴承15平行的固定在支撑框架9的后部挡板上，所述水平丝杠19在支撑框架9的两侧挡板上，并在二支直线轴承15的中间，水平丝杠19的两端侧分别设有垂直原点位置传感器16、水平原点位置传感器17，竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承15、水平丝杠19上，竖直提拉样品装置在直线轴承15上水平滑动，形成水平滑台。在底板10上一侧设有加热腔体18，加热腔体18上部设有温度传感器11，加热腔体18旁依次设有多个溶液恒温板7，在二个溶液恒温板7之间放置有烧杯8。所述控制部分的结构包括有在底板10上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器11、上限位置传感器、下限位置传感器、垂直托板2的水平原点位置传感器17、垂直原点位置传感器16相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB 口与PC机相连。同时控制两套驱动电机的传动机构，控制本装置的水平和
垂直运动。所述提拉样品装置包括有竖直丝杠14、水平丝杠19、竖直步进电机4、上限位轴承I、下限位轴承6、L形样品夹支架20 ;竖直丝杠14的下端连接竖直步进电机4，通过固定在竖直丝杠14两侧的直线导轨与L形样品夹支架20的一端连接，L形样品夹支架20的另一端装有由两个金属铁片构成的样品夹12，上限位轴承I、下限位轴承6装在竖直丝杠14的
两端上，L形样品夹支架20运动到上限位置传感器或下限位置传感器位置时，继而传出运动临界信号。所述的溶液恒温板7为一个方板形状，溶液恒温板7内部装有保持烧杯8内部溶液反应温度的电阻丝。溶液恒温板7竖直安装，其间距比烧杯8直径略大，在溶液恒温板7之间有可以放置试剂烧杯和烧杯座，烧杯座可以有多个，在底板10上均匀分布，烧杯座可以置换为磁力搅拌器等装置，可以利用电路控制温度。所述加热腔体18上设有能够自动打开与关闭的上盖，上盖中部开有使L形样品夹支架20和样品夹12垂直自由通过的方形开口，开口下部的宽度大于样品夹12宽度，开口上部的宽度大于L形样品夹支架20宽度，在加热腔体18的内胆壁上装有电炉丝，加热腔体18的内胆和外壳之间填充有保温材料，在加热腔体18的内部上方装有温度传感器11，加热腔体18的上盖能够自动打开与关闭。所述的加热腔体18内设有高温电炉丝，最高温可达1000摄氏度。外层包有保温材料便于高温保持，一个温度传感器11上传温度信号，并安装于加热腔体18右立面中间位置，加热腔体18上设有的开口便于样品夹12上下移动加热。所述的垂直托板2下面固定有竖直步进电机4，竖直步进电机4与微处理器相连接。所述的L形样品夹支架20、竖直步进电机4及其传动机构、固定在上限滑块4上的上限位置传感器、下限位置传感器直接与所述控制电路板的微处理相连，实现对提拉位置、速度的精确控制。在提拉部分的驱动电机传动机构上下末端分别固定一个定位螺钉，在本仪器提拉装置上限位轴承I、下限位轴承6上固定两个限位开关，即上限位置传感器、下限位置传感器，确定提升装置的最高和最低位置。在垂直托板2上固定一个垂直原点位置传感器16，确定垂直托板2的初始和最后位置。所述的复合纳米薄膜制备仪的电路部分的基本原理框图如图5所示，高精度的温度传感器11置于加热腔体18内胆中，把温度信号转换成电压信号，再经过滤波、模数转换以数字量的形式送到微处理器中；温度控制由微处理器通过控制电路对红外加热管进行功率控制；限位开关起定位作用，其根据是否有物体遮挡，发送给微处理器高低电平信号；微处理器根据温度传感器和限位开关的信号以及PC的控制命令来监控仪器运行状态，控制电机进行机械传动及温度控制。所述的复合纳米薄膜制备仪可以通过RS232 口、485总线或USB 口与PC机相连，在PC机里编制了相应的软件，通过该软件可以很方便的对整个测量过程进行控制。所述的复合纳米薄膜制备仪的运作过程是，仪器开始运行时自检，判断各个驱动电机和限位开关是否正常。自检完成后，该制备仪等待PC机指令，将样品薄片夹于样品夹12处，同时将调制好的溶液随烧杯放入垂直托板相应的位置，于PC机软件设置各个位置烧杯的各参数、所需要的温度，点击执 ，即可进行循环自动制作过程。
权利要求
1.一种复合纳米薄膜制备装置，该装置包括有机械部分、控制部分，其特征是所述机械部分的结构包括有封闭的外壳(22)、支撑整个装置的底板(10)、框架(9)、在支撑框架内安装的二支直线轴承(15)、提拉样品装置、加热腔体(18)、溶液恒温板(7)、带微处理器的控制和通信电路板、水平原点位置传感器(17)、垂直原点位置传感器(16)、上限位轴承(I)、下限位轴承(6)、上限位置传感器、下限位置传感器、样品夹(12)、L形样品夹支架(20)； 所述支撑框架(9)固定在底板(10)上，所述二支直线轴承(15)平行的固定在支撑框架(9)的后部挡板上，所述水平丝杠(19)在支撑框架(9)的两侧挡板上，并在二支直线轴承(15)的中间，水平丝杠(19)的两端侧分别设有垂直原点位置传感器(16)、水平原点位置传感器(17)，竖直提拉样品装置通过上滑块、丝杠螺母、下滑块固定在直线轴承(15)、水平丝杠(19)上，竖直提拉样品装置在直线轴承(15)上水平滑动，形成水平滑台； 在底板(10)上一侧设有加热腔体(18)，加热腔体(18)上部设有温度传感器(11 )，加热腔体(18)旁依次设有多个溶液恒温板(7)，在二个溶液恒温板(7)之间放置有烧杯(8)； 所述控制部分的结构包括有在底板(10)上固定的控制电路板，所述控制电路板包括有微处理器，微处理器直接与温度传感器(11)、上限位置传感器、下限位置传感器、水平原点位置传感器(17)、垂直原点位置传感器(16)相连，所述微处理器通过RS232、485总线或USB与PC机相连。
2.根据权利要求I所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是所述提拉样品装置包括有竖直丝杠(14 )、水平丝杠(19 )、竖直步进电机(4 )、上限位轴承(I)、下限位轴承(6 )、L形样品夹支架(20);竖直丝杠(14)的下端连接竖直步进电机(4)，通过固定在竖直丝杠(14)两侧的直线导轨与L形样品夹支架(20)的一端连接，L形样品夹支架(20)的另一端装有由两个金属铁片构成的样品夹(12)，上限位轴承(I)、下限位轴承(6)装在竖直丝杠(14)的两端上，L形样品夹支架(20)运动到上限位置传感器或下限位置传感器位置时，继而传出运动临界信号。
3.根据权利要求I所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是所述的溶液恒温板(7)为一个方板形状，溶液恒温板(7)内部装有保持烧杯(8)内部溶液反应温度的电阻丝。
4.根据权利要求I所述的复合纳米薄膜制备仪，其特征是所述加热腔体(18)上设有能够自动打开与关闭的上盖，加热腔体(18)的上盖中部开有使L形样品夹支架(20)和样品夹(12)垂直自由通过的方形开口，开口下部的宽度大于样品夹(12)宽度，开口上部的宽度大于L形样品夹支架(20)宽度，在加热腔体(18)的内胆壁上装有电炉丝，加热腔体(18)的内胆和外壳之间填充有保温材料，在加热腔体(18)的内部上方装有温度传感器(11)。
全文摘要
本发明提供一种复合纳米材料的制备仪装置，该装置包括有支撑整个装置的底板、支撑框架、封闭的外壳、提拉装置以及带有微处理的控制电路板。本发明的效果是该装置通过步进电机来驱动提拉装置加热装置，对样品进行提拉及温度的控制，同时可以通过水平滑台对反应溶液进行选择。用户通过PC机配套软件对仪器微处理器进行控制，可以方便的对提拉次数，提拉速度、以及反应溶液的选择进行控制，从而可以实现对复合纳米多层薄膜制作过程进行全自动化的控制，降低了繁杂的人工操作和误操作的可能性，该设备构结构简单、紧凑，运行时可靠稳定，噪音小，可以及时反馈成膜状态，大大改善了纳米材料的制作工艺，并提高材料制备过程的可重复性。
文档编号B05D3/14GK102728514SQ201210215439
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者封彦舟, 贾国治 申请人:天津木牛流马科技发展有限公司