具有預退火功能的勻膠的制造方法
【專利摘要】本專利公開了一種具有預退火功能的勻膠機，它包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機四部分。注膠裝置將手動滴膠過程簡化為常閉型水閥的簡單開關動作的控制過程，提高了滴膠效率，避免經驗化滴膠可能帶來的問題。加熱裝置用于對樣品進行加熱，實現薄膜的低溫預退火功能。散熱裝置用于為勻膠機內膽降溫，并促進加熱裝置內外的熱量和氣體交換，排出經加熱后逸出的有機物質。勻膠機用于實現薄膜制備時的甩膠操作。本專利裝置可將溶膠-凝膠法的滴膠-甩膠-低溫預退火制備薄膜的實驗流程，簡化為多次重復滴膠-甩膠-低溫預退火后使用快速退火爐集中高溫熱處理制備薄膜的實驗流程，縮短制膜時間，大幅提高了制膜效率。
【專利說明】具有預退火功能的勻膠機
【技術領域】
[0001]本專利涉及一種勻膠機，特別涉及一種具有預退火功能的勻膠機。
【背景技術】
[0002]溶膠-凝膠法是一種重要的薄膜材料制備手段，具備合成溫度低，摻雜方便，實驗條件靈活可控，成本低廉等優點[見參考文獻一]。該法一般需要用到勻膠機(用于將前驅體溶液旋涂到襯底片上)和快速退火爐(用于樣片的熱處理)，需要進行手動滴膠、甩膠、低溫熱退火、高溫熱退火等實驗過程[見參考文獻二]。在其傳統應用中，該法存在著以下待改進之處。
[0003]首先需要改進的是手動的滴膠旋涂操作過程。在每個熱處理過程前，需要使用膠頭滴管汲取溶膠并滴出少許到襯底片上，使用勻膠機完成甩膠涂膜。反復進行汲取溶膠、滴膠的過程看似簡單，實際需要耗費部分時間，并且有一定的經驗性。尤其對于需要使用溶膠-凝膠法批量制備樣品片，所需生長的薄膜涉及到厚度較厚、需要進行數百次乃至數千次的滴膠、旋涂操作時，可能會出現一定的問題。比如每次滴膠的位置需要肉眼判斷；滴膠量不能保證每次都精確一致；長時間的手動操作耗費工時等。
[0004]另一方面，在熱退火處理過程上需要改進。溶膠凝膠法需要對每層甩膠后的薄膜進行熱退火處理，以實現材料的逐層生長，最終達到所需的薄膜厚度。該過程的缺點在于，當溶劑中金屬鹽的溶解度較低時，制得每層薄膜的厚度較小，往往需要經過很多次的滴膠-甩膠-低溫熱退火-高溫熱退火周期才能制備得到所需厚度的膜層。例如，在使用溶膠-凝膠法制備錳鈷鎳氧化物薄膜 時，需要制備6-10 μ m厚的薄膜才能保證其較低的方塊電阻和紅外光吸收，以利用其熱敏特性實現紅外熱探測。而實際制作時，由于錳、鈷、鎳的醋酸鹽溶液的濃度較低，每次甩膠只能得到大約22nm厚的薄膜，以8 μ m的膜厚計，需要重復約360次才能制得[見參考文獻三、四]。如果每個制膜周期花費15分鐘，則完成薄膜制作需要90小時，即十余個工作日，效率較為低下。若能在每個涂膜周期后進行低溫預退火處理，則可反復多次涂膜后集中退火，如此可以大大縮短制膜時間。
[0005]本專利通過常閉型水閥的簡單開關動作控制，實現自動滴膠、甩膠的過程；利用觸點開關控制紅外燈的功率，實現薄膜樣品的預退火過程；采用散熱裝置為勻膠機內膽降溫，并促進加熱裝置內外的熱量交換，實現熱平衡。本專利克服了手動汲取溶膠-滴膠操作可能帶來的經驗性問題，大大縮短制膜時間，提高了制膜效率。
[0006]以上涉及的參考文獻如下:
[0007]1.Hou, Y., et al., Characterization of Mn (1.56) Co (0.96) Ni (0.48) O (4) filmsfor infrared detection.Applied Physics Letters, 2008.92(20).[0008]2.侯云，黃志明等，錳鈷鎳薄膜熱敏材料的制備方法.發明專利，2007.[0009]3.葛玉建，化學沉積法低溫生長錳鈷鎳薄膜結晶性及紅外橢偏光譜研究.紅外與毫米波學報，2008.27: p.413.[0010]4.葛玉建，錳鈷鎳氧化物薄膜的制備表征和器件研究.博士論文，2008.
【發明內容】
[0011]本專利提供一種可多次涂膜-烘膜的，具有預退火功能的勻膠機，克服了手動滴膠操作的經驗性，解決了溶膠-凝膠法制膜效率低的問題。
[0012]一種具有預退火功能的勻膠機的具體結構如圖1所示，包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機四部分。
[0013]所述注膠裝置包括以下部件:型號為3WY-35-012的兩個ZQW單向止水閥4，12、60ml醫用橡膠活塞塑料注射器ll、60ml醫用磨砂質玻璃注射器10、15ml的玻璃滴管3、常閉式水閥5、Y型三通6、精密手動升降臺及精密手動二維平移臺7、儲液瓶8和砝碼9。
[0014]所述加熱裝置主要由以下部件構成:功率275W的紅外燈14 ;型號為KW12-3Z-18的觸點開關15 ;型號為JQ1-DC12V-F的松下繼電器16 ；10kQ限流電阻17 ;兩節6V電池18和220V交流電壓22。
[0015]所述散熱裝置主要由以下部件構成:直徑8mm的散熱銅管13、尺寸為154 (L) X 118 (W) X 30 (H)mm3的散熱水排19 (包括鋁制散熱排及12V直流風扇)、儲水盒20和QD型單相潛水泵21。
[0016]所述勻膠機I采用北京鑫有研公司生產的、裝有吸嘴2的KW-4A型勻膠機。
[0017]所述的勻膠機I用于固定襯底片并旋涂溶膠；勻膠機I左側為注膠裝置，活塞塑料注射器11和磨砂質玻璃注射器10分別用來汲取和寄存溶膠，Y型三通6連接第一單向止水閥4、常閉式水閥5、儲液瓶8、磨砂質玻璃注射器10、活塞塑料注射器11和第二單向止水閥12，利用兩個單向止水閥來控制液體流動方向；滴管3固定在二維平移臺上，利用升降臺和二維平移臺7控制滴膠口的方位；在磨砂質玻璃注射器10的推桿上添加合適重量的砝碼9，依靠砝碼9的重力將推桿下壓，從而將溶膠從滴管中逐滴擠出到襯底片上；利用乳膠管連接Y型三通6和第一單向止水閥4兩部分，并在中間設計常閉式水閥5，通過手動調節常閉式水閥5的開關狀態可控制滴管的滴膠過程；
[0018]勻膠機I上方為加熱裝置，用220V交流電22為275W紅外燈14提供電壓，通過觸點開關15、繼電器16和限流電阻17控制紅外燈的實際功率，進而控制樣品的預退火溫度，實現薄膜的預退火功能；紅外燈22靠近時，觸點開關15閉合，限流電阻17被短路，紅外燈22功率達到最大，襯底表面溫度可達到230-250°C，所涂覆薄膜中的有機物質將在數十秒內全部逸出或燒盡；紅外燈22遠離時，觸點開關15斷開，限流電阻17接入，紅外燈22功率減小變暗，可進行涂膜操作；
[0019]注膠裝置右側為散熱裝置，儲水盒20用于存儲散熱用水，潛水泵21使水在銅管中循環；冷卻水通過潛水泵21流經環繞于內膽的散熱銅管13為勻膠機內膽降溫，經散熱水排19將內膽的熱量散開，從而對水進行降溫，并促進加熱裝置內外的熱量和氣體交換，排出經加熱后逸出的有機物質。
[0020]本專利具有以下優點:將溶膠-凝膠法的滴膠、甩膠和低溫熱處理過程結合起來，采用多次重復滴膠-甩膠-低溫預退火后使用快速退火爐集中高溫熱處理的方式來制備薄膜；將使用膠頭滴管汲取溶膠、滴膠的手動過程，簡化為常閉型水閥的簡單開關動作控制的過程，提高了滴膠效率，避免經驗化的滴膠動作可能帶來的問題；精簡了溶膠-凝膠法的薄膜制備流程，大大提高了制膜效率。【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1本專利涉及的勻膠機的側視圖，圖中:1、勻膠機2、吸嘴3、滴管4、第一單向止水閥5、常閉式水閥6、Y型三通、7、升降臺及二維平移臺8、儲液瓶9、砝碼10、磨砂質玻璃注射器11、活塞塑料注射器12、第二單向止水閥13、散熱銅管14、紅外燈15、觸點開關16、繼電器17、限流電阻18、電池19、散熱水排20、儲水盒21、潛水泵22、交流電源。
【具體實施方式】
[0022]實施例子
[0023]1.制備前驅體溶液。對目標組分為Mnh56Coa96Nia48O4的錳氧化物，分別稱取四水醋酸錳91.76g，四水醋酸鈷57.39g，四水醋酸鎳28.66g，按照每IOOg醋酸鹽加入400ml醋酸、IOOml水的比例將粉體溶解，倒入負壓抽濾機的溶液盛裝皿中，選用孔徑為0.45μπι的濾膜，進行負壓抽濾，濾除溶液中的雜質沉淀，得到Mnh56Coa96Nia48O4的前驅體溶液，并將溶液裝入儲液瓶備用。
[0024]2.制備錳鈷鎳氧薄膜。采用該勻膠機裝置在氧化鋁(Al2O3)襯底上制備Mn1.56Coa96Nia4804薄膜，每次旋涂后，利用其自加熱裝置對薄膜進行加熱烘干(?250°C下烘Imin),重復滴膠、旋涂6次后換用快速退火爐(RTP-500)在750°C退火2min。重復上述步驟9遍，制得厚度約為1.0 μ m的薄膜。
[0025]3、退火。將制備好的薄膜用馬弗爐在750°C退火3h，所得錳鈷鎳氧薄膜形貌、結晶性和熱敏性能與溶膠-凝膠法逐層退火所制備得到的薄膜基本相當，其室溫(300K)電阻溫度系數達到a =-3.5%/K。
【權利要求】
1.一種具有預退火功能的勻膠機，包括注膠裝置，加熱裝置，散熱裝置和勻膠機四部分，其特征在于: 所述的勻膠機(I)用于固定襯底片并旋涂溶膠；勻膠機(I)左側為注膠裝置，活塞塑料注射器(11)和磨砂質玻璃注射器(10)分別用來汲取和寄存溶膠，Y型三通(6)連接第一單向止水閥(4)、常閉式水閥(5)、儲液瓶(8)、磨砂質玻璃注射器(10)、活塞塑料注射器(11)和第二單向止水閥(12)，利用兩個單向止水閥(4，12)來控制液體流動方向；滴管(3)固定在二維平移臺上，利用升降臺和二維平移臺(7)控制滴膠口的方位；在磨砂質玻璃注射器(10)的推桿上添加合適重量的砝碼(9)，依靠砝碼(9)的重力將推桿下壓，從而將溶膠從滴管中逐滴擠出到襯底片上；利用乳膠管連接Y型三通(6)和第一單向止水閥(4)兩部分，并在中間設計常閉式水閥(5)，通過手動調節常閉式水閥(5)的開關狀態可控制滴管的滴膠過程； 勻膠機(I)上方為加熱裝置，用220V交流電(22)為275W紅外燈(14)提供電壓，通過觸點開關(15)、繼電器(16)和限流電阻(17)控制紅外燈的實際功率，進而控制樣品的預退火溫度，實現薄膜的預退火功能；紅外燈(22)靠近時，觸點開關(15)閉合，限流電阻(17)被短路，紅外燈(22)功率達到最大，襯底表面溫度可達到230-250°C，所涂覆薄膜中的有機物質將在數十秒內全部逸出或燒盡；紅外燈(22)遠離時，觸點開關(15)斷開，限流電阻(17)接入，紅外燈(22)功率減小變暗，可進行涂膜操作； 注膠裝置右側為散熱裝置，儲水盒(20 )用于存儲散熱用水，潛水泵(21)使水在銅管中循環；冷卻水通過潛水泵(21)流經環繞于內膽的散熱銅管(13)為勻膠機內膽降溫，經散熱水排(19)將內膽的熱量散開，從而對水進行降溫，并促進加熱裝置內外的熱量和氣體交換，排出經加熱后逸出的有機物質。
【文檔編號】B05C11/08GK203525984SQ201320623449
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】黃志明, 歐陽程, 周煒, 吳敬, 高艷卿, 龍芳, 褚君浩 申請人:中國科學院上海技術物理研究所