电泳沉积装置及其采用电泳沉积法制备薄膜的方法与流程

本发明涉及电泳沉积技术领域，更具体地，涉及一种电泳沉积装置及其采用电泳沉积法制备薄膜的方法。

背景技术：

电泳沉积是在稳定的悬浮液中通过直流电场的作用，驱动带电粒子向与其带电极性相反的电极移动，在电极表面沉积成薄膜的过程。

电泳沉积方法较旋涂法、印刷法等在纯净度和均匀性方面有显著优势，且制备周期短，设备简单，成本低廉，工艺可重复性高，能批量生产。因此，电泳沉积的方法在生产和实验中被广泛应用。

传统电泳沉积装置采用单一对电极，即一个阳极和一个阴极，沉积完成后，需频繁取出更换电极，而使得沉积效率低的问题。

另外，电泳工艺中涉及到电压、极板间距、极板平行度等参数控制，这些参数最终会对沉积的薄膜性能产生影响。而在实验中为探究这些参数对薄膜沉积的影响，利用传统的电泳沉积装置往往需要繁琐的步骤。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种提高电泳沉积效率，阴极和阳极角度调节方便精确的电泳沉积装置及其采用电泳沉积法制备薄膜的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种电泳沉积装置，包括电泳槽，其中，还包括：绝缘板，设置在所述电泳槽的敞口端，所述绝缘板上设置有通孔，所述通孔的内壁上设置有凹槽或凸起；阳极固定板，放置在所述凹槽或者凸起上；阳极，一端连接在阳极固定板上，另一端伸入电泳槽内；多个阴极，外包围所述阳极，一端连接在绝缘板上，另一端伸入电泳槽内，其中，通过旋转阳极固定板调整所述阳极和多个阴极的相对角度。

根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述电泳沉积装置采用电泳沉积法制备薄膜的方法，包括：在电泳槽内放置电泳液；将绝缘板架设在电泳槽上，将多个阴极与所述绝缘板连接，将所述阳极与所述阳极固定板连接，将阳极固定板架设在绝缘板的通孔内；通过旋转阳极固定板设定与所述阳极平行的阴极；在上述阳极和阴极之间通入设定电压，所述电泳液电泳沉积设定时间得到薄膜；重复上述步骤，通过旋转阳极固定板实现在不同阴极上的沉积。

本发明所述电泳沉积装置及其制备薄膜的方法采用多个阴极电极进行生产，大大提高了电泳沉积的效率，通过阳极固定板的旋转，能够方便精确的调节阳极和阴极的相对角度。

附图说明

通过参考以下具体实施方式并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1是本发明电泳沉积装置的示意图；

图2是电泳沉积装置的阳极和阴极相对位置的示意图。

在附图中，相同的附图标记指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是本发明电泳沉积装置的示意图，如图1所示，所述电泳沉积装置100包括：

电泳槽110，一端敞口的容器，用于盛放电泳液；

绝缘板120，设置在所述电泳槽110的敞口端，所述绝缘板120上设置有通孔121，所述通孔121的内壁上设置有凹槽或凸起(未示出)，优选地，所述通孔121上设置有刻度，所述刻度表示角度；

阳极固定板130(图2示出)，放置在所述凹槽或者凸起上；

一个阳极140，一端连接在阳极固定板130上，另一端伸入电泳槽110内；

多个阴极150，外包围所述阳极140，一端连接在绝缘板120上，另一端伸入电泳槽110内，

其中，通过旋转阳极固定板140调整所述阳极和多个阴极150的相对角度。

优选地，所述阳极固定板130上设置有指针131，所述指针131的方向与阳极140固定在所述阳极固定板130上的方向相同，通过指针131对准通孔121的刻度，确定阳极固定板130的角度。

利用上述电泳沉积装置100采用电泳沉积法制备薄膜的方法，包括：

在电泳槽110内放置电泳液；

将绝缘板120架设在电泳槽110上，将多个阴极150与所述绝缘板120连接，将所述阳极140与所述阳极固定板130连接，将阳极固定板130架设在绝缘板120的通孔121内；

通过旋转阳极固定板130设定与所述阳极140平行的阴极150；

在上述阳极140和阴极150之间通入设定电压，所述电泳液电泳沉积设定时间得到薄膜；

重复上述步骤，通过旋转阳极固定板130实现在不同阴极150上的沉积。

在上述制备薄膜的方法中，当与所述阳极140平行的阴极150有多个时，可以同时对多个阴极施加设定电压，同时在多个阴极上沉积。

在发明的一个优选实施例中，如图1所示，所述绝缘板120上设置有多个通槽122，开设方向与所述通孔121相交，用于架设所述多个阴极150，通过所述阴极150沿着所述通槽122滑动，调整所述阴极150和阳极140的相对距离，例如，所述阴极150一端的尺寸大于所述通槽122，另一端的尺寸小于所述通槽122，将阴极150通过通槽122插入电泳槽110内，大于通槽122尺寸的一端架设在所述通槽122上，又如，所述通槽122的内壁上设置有凹槽或者凸起，用于放置所述阴极150，阴极150可以在所述凹槽内或者凸起上滑动，阴极150在通槽122上的放置方式可以采用上述任一种方式以及采用上述两种方式。

优选地，所述通槽122上设置有刻度，所述刻度表示放置在该槽上的阴极150与所述阴极150平行的阳极140之间的相对距离，例如，将通孔121上的刻度对准所述通槽122的中心，当阳极固定板130上的指针131指向所述刻度时，与指针同一方向的阳极与所述通槽122垂直的其他通槽上的阴极150平行，如图2所示，阳极固定板130上的A表示阳极，绝缘固定板上的B1～B8表示8个阴极，旋转A使其一端与0刻度重合，即A与B3、B7平行,当旋转A使其一端与45刻度重合，即A与B4、B8平行，此时B4或B8代表的阴极沿通槽移动，便可改变阳极与对应阴极的相对距离，电泳沉积时，直流电源正极接到A端，负极接到与之平行的Bx(x＝1～8)端，最终可在Bx端阴极上沉积薄膜(例如，可以在B4或者B8对应的阴极上沉积，也可以同时在两个阴极上沉积)，沉积结束，将A旋转到另一刻度，并与By(y＝1～8，y≠x)端阴极平行，电源负极改接到By端，便可在By端阴极电极上沉积薄膜，从而可实现B1～B8阴极电极上薄膜的逐一沉积。当旋转A使其一端与15刻度重合，阳极与B3连接的阴极呈75度角，实现阳极和阴极的相对角度的调节。

利用上述电泳沉积装置100采用电泳沉积法制备薄膜的方法，包括：

通过使阴极150沿通槽122移动，调整阴极150与阳极140的相对距离；

通过使阳极固定板130旋转，调整阳极140与阴极150的相对角度。

上述电泳沉积装置100及其制备薄膜的方法通过阴极150在通槽122上滑动调整阴极150和阳极140的相对距离，通过阳极固定板122旋转调整阳极140和阴极150之间的相对角度，使得距离调整和角度调节更方便精确，提高了实际生产和实验探究的效率和可靠性。

为了调整阳极140和阴极150插入电泳液的深度，优选地，电泳沉积装置100还包括：升降单元160，与所述绝缘板120连接，用于调整所述绝缘板120与所述电泳槽110的相对距离，从而调整所述阴极150和阳极140插入电泳槽110内电泳液的深度，所述升降单元160可以是机械臂以及活塞结构(气动或液动)、丝杆副结构等电动升降结构。

优选地，所述升降单元160还包括用于放置电泳槽110的平台161。

为了方便阳极140和阴极150的更换，优选地，所述阳极140和阴极150通过导电基板170连接到绝缘板，进一步优选地，所述导电基板170为黄铜导电基板。

采用本发明所述电泳沉积装置100制备碳纳米管薄膜的方法还包括制备电泳液，所述制备电泳液包括：

将碳纳米管粉末加入蒸馏水和含芳香基团的非离子表面活性剂，进行水浴搅拌和超声，得到分散液；

取上述分散液和六水硝酸镁加入异丙醇中，超声振荡得到碳纳米管薄膜沉积所需的电泳液。

在本发明的一个具体实施例中，采用上述电泳沉积装置100及其制备薄膜的方法制备碳纳米管薄膜的具体步骤包括：

步骤1，采用化学气相沉积的方法制备出的多壁碳纳米管，外径10～20nm，内径5～10nm，长度10～30um，比表面积>180m²/g，经过纯化、干燥得到纯度>95wt％的多壁碳纳米管粉末；

步骤2，称取上述碳纳米管粉末0.1g，加入100ml蒸馏水，再加入0.1g含芳香基团的非离子表面活性剂，在50摄氏度下水浴搅拌、超声1h得到浓度为1mg/ml的稳定碳纳米管分散液，并在分光光度计上测得此时分散液的吸光度为3.667，表明分散液的分散程度佳；

步骤3，取上述分散液1.6ml，加入98.4ml异丙醇，再加入8.1mg六水硝酸镁，超声振荡10min，得到碳纳米管薄膜沉积所需的电泳液；

步骤4，电泳实验中，阴极为P型单抛硅片，阳极为石墨片，尺寸均为10×20mm²，调节A与B4的位置，使两电极平行，并且相对距离为2cm；

步骤5，室温条件下，以电泳仪提供直流稳压电源，调节阴阳电极之间的电压为110V，电泳沉积6min，将阴极电极B4所连硅片取出，干燥后得到碳纳米管薄膜，其厚度为144.9nm。

在本发明的实施例中，阳极140可以是片状结构，也可以是多面体结构，通过旋转阳极固定板130，可以使得阳极140的多个面与多个阴极150同时平行，可以同时进行在多个阴极150上进行电泳沉积。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。