一种薄膜取向特性检测装置及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及薄膜取向特性检测装置，特别是将薄膜拉伸程度与薄膜取向程度通过本发明装置进行对比检测以了解薄膜拉伸状态与薄膜取向特性之间的关系，从而为材料表征及与薄膜取向特性相关功能器件的设计提供基础。该装置由用于固定薄膜的薄膜固定组件（3）、用于测量薄膜长度的长度测量组件（2）及承载上述组件使得薄膜能够位于光谱通路的支架（1）组成；本发明首次将薄膜拉伸程度与薄膜取向特性检测功能统合至一个装置上，从而可以同时检测薄膜拉伸程度及薄膜取向特性，因此不仅可以减少操作误差、不同薄膜间的差异引入的误差，而且使得其能够适用于一些薄且强度较弱的薄膜的拉伸程度与取向特性的检测，因此有助于功能取向薄膜的进一步开发与应用。
【专利说明】一种薄膜取向特性检测装置及其应用【技术领域】
[0001]本发明属于传感器领域，涉及与薄膜拉伸程度相关的薄膜取向特性检测装置。
【背景技术】
[0002]薄膜的取向特性由于其在包括显示、传感及生物医学领域的广泛应用前景而受到人们的高度重视。而另外一方面，人们的研究也表明薄膜的拉伸能够影响薄膜的取向特性，因此探讨薄膜的拉伸程度与薄膜的取向特性间的关系由于其在包括显示、传感领域的潜在应用价值而具有重要的意义。
[0003]然而，目前人们探讨薄膜的拉伸程度与薄膜的取向特性间的关系均通过先独立获取不同拉伸程度的薄膜，然后再将这些薄膜通过相关的偏振光谱以检测这些薄膜的取向特性。而独立获取不同拉伸程度的薄膜后再进行相关取向特性的检测不仅引入了操作误差及不同薄膜带来的差异性，需要检测的薄膜数量将大大增加，而且对于一些强度较低、较薄从而难以操作的薄膜，其拉伸程度与取向特性间的关系的检测将变得非常困难。为此本发明首次提出将能够拉伸薄膜的固定组件及薄膜长度测量组件与能够将固定的薄膜与偏振光谱光路匹配的支架结合，从而可以接近在线的方式同时检测薄膜的拉伸程度及薄膜的取向特性，因此有利于取向功能薄膜的进一步开发与应用。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是提供一种适用于同时检测薄膜拉伸程度与取向特性的装置，有利于方便、准确检测同一薄膜的拉伸程度与取向特性间的关系，因此有利于取向功能薄膜的进一步开发与应用。
[0005]技术方案:本发明的一种薄膜取向特性检测装置由用于固定薄膜的薄膜固定组件、用于测量薄膜长度的长度测量组件及承载上述组件使得薄膜能够位于光谱通路的支架组成；其中，支架中的底座位于该装置的最底部，量具及薄膜固定平台通过平台固定螺丝固定在支架；
[0006]薄膜固定组件中的固定端位于薄膜固定平台上，移动端位于固定端的上方，测试薄膜位于移动端与固定端之间；长度测量组件中的主尺竖直固定在薄膜固定平台上，副尺由副尺固定螺丝固定在主尺的侧面，副尺的外端与移动端连接。
[0007]所述的偏振光谱包括偏振红外光谱、偏振拉曼光谱、偏振紫外可见吸收光谱。
[0008]所述薄膜为光通透性薄膜。
[0009]该装置的使用方法如下:
[0010]首先通过薄膜固定组件的固定端固定测试薄膜的一端，而移动端固定测试薄膜的另外一端并调整移动端使得测试薄膜平展固定，此时长度测量组件测定测试薄膜原始长度。将该装置置于光谱仪中并调节支架使得薄膜置于光谱光路上检测薄膜原始偏振光谱，然后控制移动端拉伸测试薄膜，通过长度测量组件获取拉伸后测试薄膜的长度，然后进一步检测拉伸后测试薄膜的偏振光谱，重复上述过程即可同时检测薄膜的拉伸程度及薄膜材料的取向特性的变化。
[0011]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0012]本申请首次将薄膜拉伸程度与薄膜取向特性检测功能统合至一个装置上，从而可以同时检测薄膜拉伸程度及薄膜取向特性，因此不仅可以减少操作误差、不同薄膜间的差异引入的误差，而且使得其能够适用于一些薄且强度较弱的薄膜的拉伸程度与取向特性的检测，因此有助于功能取向薄膜的进一步开发与应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为薄膜取向特性检测装置示意图。
[0014]1、支架；底座la，量具及薄膜固定平台lb，平台固定螺丝lc，
[0015]2、长度测量组件；主尺2a，副尺2b，副尺固定螺丝2c，
[0016]3、薄膜固定组件；移动端3a,固定端3b,测试薄膜3c。
[0017]图2为二向色性比对拉伸率示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0019]图1给出了薄膜取向特性检测装置的示意图。该装置由支架1、长度测量组件2及薄膜固定组件3组成。支架I由底座Ia及通过平台固定螺丝Ic固定在底座上的量具及薄膜固定平台Ib组成。长度测量组件2及薄膜固定组件3通过量具及薄膜固定平台固定在支架上。长度测量组件包括固定的主尺2a及可以在主尺上滑移以进行测量的副尺2b组成，副尺可以通过副尺固定螺丝2c而在主尺上固定。而薄膜固定组件则由固定端3b、移动端3a及测试薄膜3c组成。其中固定端位于量具及薄膜固定平台Ib上并且相对平台固定不动，而移动端则与长度测量组件2中的副尺2b相连并可通过副尺固定螺丝2c而固定。
[0020]薄膜3c测试前，首先将薄膜一端固定在薄膜固定组件的固定端3b，而薄膜另外一端固定在移动端3a上，调节移动端3a使得测试薄膜3c平展后通过副尺固定螺丝2c固定副尺2b而将薄膜平展固定。此时通过主尺2a与副尺2b的相对位置即可读出薄膜拉伸前的长度。将该装置置于偏振光谱仪中并调节底座Ia位置和量具及薄膜固定平台Ib在底座上的位置使得测试薄膜3c位于偏振光谱仪的光路上，然后检测薄膜的平行偏振光谱及垂直偏振光谱即可获悉未拉伸前薄膜的取向特性。由于偏振红外光谱在研究化合物的结构与构象，单分子膜分子有序与排列的研究，归属化合物红外光谱的谱带，高分子材料的有序、有序松弛及断裂过程的研究，分离重叠的红外谱带以及在生物化学和生物物理研究中都有广泛应用，下面即以红外偏振光谱为例进行介绍。
[0021]当偏振光与薄膜的方向平行时称为平行光，其谱带的吸光度记为A〃。反之称为垂直光，其谱带的吸光度记为Ap某一谱带的吸光度A 〃和AI的比值R定义为该谱带的二向色性比。可表示为:
[0022]R=A x/ /A 丄
[0023]当薄膜样品为非有序时，R值为1，有序度越高R值越大。
[0024]随后松开副尺固定螺丝2c并拉伸测试薄膜3c至一定尺寸后再次固定副尺螺丝并读取此时薄膜的长度。通过下述公式即可获得测试薄膜3c的拉伸率S:[0025]S=(薄膜拉伸后长度-薄膜原始长度)/ (薄膜原始长度)*100 ；
[0026]进一步通过偏振红外光谱仪检测拉伸后薄膜平行偏振红外光谱及垂直偏振红外光谱以获取薄膜拉伸后的红外二向色性比。重复上述步骤即可获得不同拉伸率下薄膜取向特性的变化。
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]实施例一:
[0029]首先获取平均分子量为10万的纤维级聚乳酸并配制为浓度为20%的三氟乙醇溶液，然后通过静电纺丝技术制备为附着于铝箔上的厚度约为20微米，直径约为300纳米的无序聚乳酸纳米纤维薄膜。剪切上述薄膜至长1.2厘米宽0.5厘米。将该薄膜浸泡于乙醇中2小时后从铝箔上轻轻剥离聚乳酸纳米纤维薄膜备用。将薄膜取向特性检测装置的薄膜固定组件3的固定端3b及移动端3a上均粘上双面胶并使得固定端与及移动端间距离为
0.84厘米，然后将上述聚乳酸纳米纤维薄膜长端分别固定在薄膜固定组件3的固定端3b及移动端3a上并调整移动端使得测试薄膜3c呈现出无拉伸平展的状态，随后固定副尺固定螺丝2c以防止移动端移动。此时薄膜的原始长度为0.84厘米。然后将固定了聚乳酸纳米纤维薄膜的薄膜取向特性检测装置置于偏振红外光谱仪中，调节底座Ia位置及量具及薄膜固定平台Ib在底座上的位置使得薄膜位于偏振红外光谱仪的光路上，然后检测薄膜的平行偏振红外光谱及垂直偏振红外光谱。而在松开副尺固定螺丝2c对无序聚乳酸纳米纤维薄膜拉伸一段距离后再固定并进行偏振红外光谱检测即可获得无序聚乳酸纳米纤维薄膜不同拉伸率下的平行偏振红外光谱及垂直偏振红外光谱。将不同拉伸率下的平行偏振红外光谱与垂直偏振红外光谱的比值即二向色性比对拉伸率作图即可获得图2。从中可以看出无序的聚乳酸纳米纤维薄膜位于聚乳酸主链上的COC在1089波数拉伸振动的二向色性比接近1，因此呈现出各向同性的特征。而随着拉伸率的提高位于聚乳酸主链上的COC在1089波数拉伸振动的二向色性比则从未拉伸时的I升至拉伸率为50%时的1.5和拉伸率为100%时的1.7，提示随着无序聚乳酸纳米纤维薄膜拉伸率的提高其取向特性提高。在没有使用本申请的薄膜取向特性测试装置前由于纳米纤维薄膜不仅柔软而且易于断裂因此其拉伸对取向特性的影响很难测定。
[0030]实施例二:
[0031]首先分多次通过取向静电纺丝技术利用转速为3000转/分的滚轮收集制备厚度约为6微米尺寸约为250纳米的分子量为100000的PLLA纳米纤维薄膜。然后将不同批次的薄膜分别取样长1.2厘米宽0.5厘米并利用本申请的薄膜取向特性测试装置利用偏振红外光谱测试PLLA主链上COC在1089波数拉伸振动的二向色性比。当不同批次间存在差异时则通过拉伸固定的方法使得不同批次的薄膜的偏振红外光谱在聚乳酸主链上C0C1089波数拉伸振动的二向色性比一致。随后将石家庄诚志永华显示材料有限公司的SLC-9023液晶材料熔融并覆盖纳米纤维薄膜，并进一步在真空中去除气泡以使得液晶材料完全覆盖纳米纤维薄膜。该薄膜可以作为偏振显示器件。通过前面拉伸控制纳米纤维薄膜的二向色性比的一致将可以提高不同批次纳米纤维薄膜在用于偏振显示器件时的一致性。
【权利要求】
1.一种薄膜取向特性检测装置，其特征在于该装置由用于固定薄膜的薄膜固定组件(3)、用于测量薄膜长度的长度测量组件(2)及承载上述组件使得薄膜能够位于光谱通路的支架(I)组成；其中，支架(I)中的底座(Ia)位于该装置的最底部，量具及薄膜固定平台(Ib)通过平台固定螺丝(Ic)固定在支架(I); 薄膜固定组件(3)中的固定端(3b)位于薄膜固定平台(Ib)上,移动端(3a)位于固定端(3b)的上方，测试薄膜(3c)位于移动端(3a)与固定端(3b)之间；长度测量组件(2)中的主尺(2a)竖直固定在薄膜固定平台(Ib)上，副尺(2b)由副尺固定螺丝(2c)固定在主尺(2a)的侧面，副尺(2b)的外端与移动端(3a)连接。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜取向特性检测装置，其特征在于，所述的测试薄膜为光通透性薄膜。
【文档编号】G01N21/21GK103674848SQ201310661774
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】张继中 申请人:东南大学