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原文传递可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法

专利名称：	可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法
摘要：	本发明涉及薄膜材料的制备和应用领域，具体是一种可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，实现厚度均匀一致的纳米级厚度薄膜材料的高效控制制备。该方法采用旋转离心制膜方法的基本原理，在基体旋转装置的基础上采用具有微小孔径的打印喷头或针头，在恒定成膜液体压力和可控运动轨迹的条件下，将一定量的成膜液体以微细液柱的形式喷射到以一定速率转动着的成膜基体表面，形成厚度、形状及面积可控的均匀液膜，进而通过控制固化条件获得固体的膜材料。该方法可以实现厚度均匀一致的纳米级厚度薄膜材料的高效精确控制制备，可广泛应用于光电器件、储能器件、防护功能涂层、催化材料、复合材料等技术领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中国科学院金属研究所
发明人：	裴嵩峰;韦覃伟;任文才;成会明
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910460855.5
公开号：	CN110274803A
代理机构：	沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张志伟
分类号：	G01N1/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号
主权项：	1.一种可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)利用旋转离心喷涂制膜设备，使成膜所用成膜基体处于稳定旋转状态； (2)采用具有孔的喷头或针头，在恒定成膜液体压力的情况下，将成膜物质制备的成膜液体以液柱的形式喷射到转动着的成膜基体表面，使成膜液体在剪切力和离心力的共同作用下被拉长成均匀的窄条环状； (3)为了获得不同宽度的成膜区域，在喷头或针头注入成膜液体的同时，利用程序控制的机械装置使喷头或针头进料口沿着与滚筒旋转轴水平的方向平移；喷头或针头平移的距离即用于调控成膜区域的宽度，根据制膜的需要控制喷头或针头在平移距离的两端之间往复运动，在平移过程中喷头或针头始终处于稳定注入状态；通过上述操作，在旋转的成膜基体表面，形成设定宽度的连续液膜，上述过程即定义为一次注液操作流程； (4)在完成一次注液操作流程的同时或之后对液膜进行固化处理，固化处理过程中保持成膜基体的旋转状态不变，即保存成膜基体处于稳定的离心力场，在所述液膜完全固化后即完成一次成膜操作； (5)在完成一次成膜操作后，根据制膜要求或器件制造要求，一次或两次以上重复上述成膜操作过程或更换为其他材料的制膜液体或改变制膜参数，一次或两次以上执行上述成膜操作过程，以获得不同厚度的薄膜材料或不同成分构成的两层以上复合薄膜材料； (6)完成上述制膜操作后，按照最终器件或应用要求，所得薄膜材料与成膜基体共同使用或在薄膜自身力学性能允许的情况下，从成膜基体表面剥离并独立应用。 2.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，步骤(1)中，旋转离心喷涂制膜设备包括：旋转电机、旋转滚筒、光波加热管、针头移动装置、成膜基体、针头，具体结构如下：旋转电机通过旋转轴连接水平设置的旋转滚筒，光波加热管水平伸至旋转滚筒内，针头移动装置一端的针头与旋转滚筒内侧的成膜基体内表面相对应，成膜基体随旋转滚筒旋转，针头移动装置带动针头沿着与旋转滚筒旋转轴水平的方向平移，成膜液体通过针头移动装置的针头喷射成膜基体表面。 3.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，步骤(1)中，旋转离心喷涂制膜的具体操作过程包括： I.根据应用需求选择成膜基体材料，所述成膜基体为柔性的有机或无机膜材或片材，包括但不限于各种树脂膜、树脂复合膜、金属膜或非金属膜； II.将需要成膜的基体紧贴于旋转滚筒内壁，贴基体方式采用但不仅限于直接贴基体、加胶贴基体或加液体贴基体；直接贴基体，即直接将基体卷曲贴合于旋转滚筒内壁上；加胶贴膜，即在基体和旋转滚筒内壁之间加入胶进行粘合；加液体贴基体，即在基体和旋转滚筒内壁之间加入液体，利用液体的毛细作用将基体和旋转滚筒内壁贴合； III.通过机械装置带动成膜基体旋转，使成膜基体表面位置因旋转而获得的离心加速度处于0.1g～500000g的范围，g为重力加速度，数值为9.8m/s2，并保持稳定。 4.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，步骤(2)中，喷头或针头的孔径范围为1μm～10cm，成膜液体压力的范围为10Pa～100MPa，成膜基体因离心旋转而获得的离心加速度范围为0.1g～500000g，g为重力加速度，数值为9.8m/s2。 5.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，成膜物质包括各种有机高分子材料、二维材料、一维材料或零维材料；其中，有机高分子薄膜包括但不限于聚酰亚胺、聚氨酯、聚乙烯、环氧树脂、天然橡胶、PEDOT:PSS或硅橡胶；二维材料包括但不限于石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物、二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物或黑磷；一维材料包括碳纳米管、银纳米线、铜纳米线或纳米纤维；零维材料包括但不限于硅纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、氧化钛纳米颗粒、炭黑或富勒烯。 6.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，成膜物质配制成溶液或悬浮液流体状态，所用溶剂包括各种无机或有机溶剂，或者可参与成膜的活性有机稀释剂；其中，无机溶剂包括但不限于水、离子液体、醋酸、硫酸或液氨；有机溶剂包括但不限于乙醇、丙醇、丙酮、苯、氯苯、甲苯、二甲苯、乙腈、乙醚或氯仿；活性稀释剂包括但不限于亚烷基缩水甘油醚、新癸酸缩水甘油脂、丁基缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚、甲基丙烯酸羟乙酯或己二醇二丙烯酸酯。 7.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，步骤(3)中，液膜的厚度范围为50nm～5000μm。 8.按照权利要求1所述的可精确调控纳米级厚度薄膜成膜厚度和面积的制膜方法，其特征在于，步骤(4)中，固化处理方法包括但不限于加热烘干、减压蒸发、光固化、热固化、注入固化剂固化方式中的一种或两种以上的组合；一次成膜操作所得薄膜材料的厚度范围为1nm～500μm，所成薄膜的表面粗糙度范围为1nm～20nm。
所属类别：	发明专利