專利名稱：一種用于溶液成膜過程的超聲輔助干燥方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溶液成膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于溶液過程(Liquid Process)制膜的一種新型干燥成膜方法以及裝置，適用于對用噴墨打印(Ink-jet printing，IJP)技術(shù)、絲網(wǎng)印刷(Screen printing)技術(shù)以及旋涂法(Spin-coating)淀積的液滴或液膜進(jìn)行后續(xù)的干燥處理成膜，用以提高有機(jī)物成膜的均勻性，或者控制干燥過程中顆粒的團(tuán)聚。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)中，人們越來越多地利用溶液過程來形成所需的各種功能薄膜。所謂溶液過程，就是把所需材料經(jīng)過處理，比如分散成納米級的微小顆粒，然后溶解在相應(yīng)的溶劑中，再利用其他設(shè)備將該溶液淀積在基板表面，待溶劑蒸發(fā)后，即可在基板表面形成所需薄膜。
溶液過程的成膜方法包括很多種手段，比如常見的旋涂法(Spin-coating)，即利用旋涂儀旋甩成膜，已經(jīng)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及光存儲領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)室中也是一種常用的制膜手段，現(xiàn)在人們又利用旋涂法制備金屬薄膜，主要是利用分散有金屬納米顆粒的溶液甩涂，干燥成膜。比如用Au的納米顆粒溶液制備用于有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)中電極的Au膜[1]。但是隨著其他利用溶液過程制膜技術(shù)的發(fā)展，旋涂法也日益顯示出了它的不足之處。旋涂法制作的薄膜很薄，對工作環(huán)境要求嚴(yán)格，需要較高等級的凈化空間，而且對材料的使用率不到1％，浪費(fèi)嚴(yán)重，尤其是無法形成圖案，對于精細(xì)復(fù)雜圖形的成膜無能為力。
于是，人們又發(fā)展了噴墨打印(Ink-jet printing，IJP)，絲網(wǎng)印刷(Screen printing)等用于溶液成膜的技術(shù)，來制備各種具有精細(xì)圖形的薄膜。絲網(wǎng)印刷是利用印刷技術(shù)，通過多次印刷，干燥，最后成膜，美國Arizona大學(xué)的Jabbour教授曾采用該技術(shù)制備PLED(polymeric light-emitting device)，用于聚合物成膜[2]，但是印刷形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的薄膜過程較為復(fù)雜，影響因素很多且解決困難，現(xiàn)在還處于研究探索階段。
噴墨打印技術(shù)也具有悠久的歷史，1833年，Savart就觀察到從噴嘴噴出的液體微流會形成大小一致的液滴[3]。1878年，Rayleigh第一次對這一現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)描述和探索[3].1951年，Siemens公司申請了第一個(gè)實(shí)用噴墨設(shè)備的發(fā)明專利，并制造了第一臺記錄模擬電壓信號的噴墨記錄儀。到20世紀(jì)70年代末，開發(fā)成功了實(shí)用的噴墨打印技術(shù)，而后被迅速推廣使用，目前已經(jīng)成為出版印刷的重要手段。噴墨打印技術(shù)擁有理想的彩色圖案化的能力，適合制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精細(xì)薄膜，定位精度可以達(dá)到微米級，而且對環(huán)境要求較為旋涂法制備寬松，對材料的利用率也很高，達(dá)到98％以上，非常符合綠色可持續(xù)發(fā)展的思想，因此，此技術(shù)被認(rèn)為是非常有前途的一種薄膜制備手段。
噴墨打印技術(shù)已經(jīng)被用于各種溶液成膜過程，以制備不同類型的薄膜。1998年，美國UCLA的楊陽教授等人首先提出噴墨打印技術(shù)可以用于全彩高分子電致發(fā)光器件的制備，并制備出了第一個(gè)PLED器件[4]，之后噴墨打印技術(shù)廣泛用于制備高分子聚合物薄膜，包括英國CDT，日本的Seiko-Epson，Philips，DuPont Display，Litrex，Covion，Toshiba等公司都投入了用噴墨打印方法制備全彩PLED器件的開發(fā)中，取得了一些階段性成果。不僅是在PLED方面，在其他方面，噴墨打印技術(shù)充分發(fā)揮了溶液過程成膜的優(yōu)點(diǎn)，用于制備LCD用的彩色濾光片(Color filter)[5]、有機(jī)薄膜晶體管(Organic TFT)[6-7]、金屬電極(Metal electrodes)[9]以及三維隔離墻(Walls)[10]等，都取得了不錯(cuò)的結(jié)果。
雖然噴墨打印有諸多好處，但是在溶液過程制膜的工藝中，也存在著很多迫切需要解決的問題。其中很重要的一個(gè)就是成膜的均勻性問題。液滴在噴打在基板上后，要依靠溶劑蒸發(fā)，使溶質(zhì)留下成膜，這樣溶劑的蒸發(fā)過程將對溶質(zhì)成膜的均勻性等產(chǎn)生決定性的影響，通常情況下，隨著溶劑的蒸發(fā)，因?yàn)檫吘壵舭l(fā)較快，溶液會流向邊緣，造成干燥后形成中間薄，邊緣厚的薄膜形態(tài)，俗稱“咖啡環(huán)”(Coffee ring)[11]，或者形成相反的中間厚兩邊薄的形態(tài)[12]，對于PLED器件而言，這將嚴(yán)重影響象素發(fā)光的均勻性，因此，用噴墨打印技術(shù)制備的高分子聚合物象素的薄膜均勻性急待改善，開發(fā)可用于此的新型成膜處理技術(shù)非常必要。
用噴墨打印技術(shù)制備金屬電極或者隔離墻結(jié)構(gòu)也會遇到相似的問題。我們要求金屬薄膜中團(tuán)聚后的顆粒盡可能的小，因?yàn)樾《旅芫鶆虻慕饘兕w粒有利于顆粒互相交聯(lián)，形成連續(xù)薄膜，而且有利于降低后期處理溫度，并提高制備成品的品質(zhì)。這樣，在溶液過程的制膜中，就要控制溶液在干燥過程中金屬納米顆粒的團(tuán)聚問題，否則隨著溶劑和穩(wěn)定劑的揮發(fā)，尺寸在幾十個(gè)納米以下的金屬顆粒很容易互相團(tuán)聚成較大的顆粒，最終是由這些較大的團(tuán)聚后的顆粒形成連續(xù)薄膜。團(tuán)聚后大而不規(guī)則的顆粒不僅使后期處理溫度提高，而且薄膜的致密性也難以保證，降低薄膜的品質(zhì)。隔離墻一般用陶瓷材料制作，跟金屬納米顆粒溶液類似，也是以極小的顆粒分散在溶劑中，通過溶劑的揮發(fā)最后依靠這些陶瓷顆粒形成所需的結(jié)構(gòu)，最后的致密化過程一般要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)(＞1000℃[10])。在整個(gè)過程中，燒結(jié)以前的樣品中如果是有均勻、細(xì)小、形狀規(guī)則的陶瓷顆粒構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，則燒結(jié)后的成品陶瓷在強(qiáng)度、韌性，氣孔率等方面都會比那些由較大的不規(guī)則顆粒構(gòu)成的結(jié)構(gòu)有顯著的優(yōu)勢，而且燒結(jié)溫度也可以相應(yīng)降低。因此，在溶液蒸發(fā)過程中控制細(xì)小陶瓷顆粒的團(tuán)聚是很關(guān)鍵的一步。
因此，開發(fā)適用于溶液成膜工藝的新技術(shù)，改善成膜品質(zhì)，成為非常必要的工作。
在另一個(gè)領(lǐng)域，超聲(Ultrasonic)自從19世紀(jì)末首次被加爾頓(Galton)發(fā)現(xiàn)以來，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)廣泛用于各種工業(yè)以及醫(yī)學(xué)、檢測領(lǐng)域，在清洗、塑料和金屬焊接、金屬成型和加工、化學(xué)處理探傷、水中定位、醫(yī)學(xué)成像、乳化、分散、粉碎等領(lǐng)域已成為不可或缺的技術(shù)手段。在實(shí)驗(yàn)室中，使用超聲清洗各種試驗(yàn)器皿，對各種溶液進(jìn)行分散，以獲得更為均勻的溶液，也是非常常用而且必需的處理技術(shù)。
隨著溶液過程制膜技術(shù)的發(fā)展，尤其是伴隨納米技術(shù)以及噴墨打印技術(shù)的進(jìn)展，超聲在它百歲生日之后應(yīng)該繼續(xù)開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，繼續(xù)煥發(fā)青春。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于溶液成膜過程的干燥方法和裝置，以便解決噴墨打印等技術(shù)制備有機(jī)薄膜過程中出現(xiàn)的薄膜不均勻的問題，獲得中央與邊緣一致性好的薄膜，并可解決在金屬薄膜、陶瓷結(jié)構(gòu)的溶液制備過程中出現(xiàn)的顆粒團(tuán)聚問題，使所得薄膜和結(jié)構(gòu)的顆粒組成均勻細(xì)膩。
本發(fā)明提供的用于溶液成膜過程的干燥方法，是在成膜過程中引入超聲波(Ultrasonic)技術(shù)，即通過超聲震蕩控制溶劑的蒸發(fā)過程，達(dá)到改善薄膜中央與邊緣的一致性，同時(shí)控制成膜過程中的顆粒團(tuán)聚。
這里，所說的溶液成膜過程是指將一定量溶質(zhì)溶于相應(yīng)溶劑，制成穩(wěn)定的溶液，或者在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的懸濁液，然后通過一定的技術(shù)手段，將這種配置好的溶液或者懸濁液淀積在所需的基板上，再將溶劑蒸發(fā)，干燥后溶質(zhì)即在基板上形成一層薄膜的過程。
該溶液成膜過程中，不僅指形成一層薄膜，也包括多次成膜以形成多層薄膜，或者形成三維立體結(jié)構(gòu)。
溶液成膜過程中使用的溶液或懸濁液，其中溶質(zhì)包括有機(jī)小分子化合物、高分子聚合物、磷光材料、稀土配合物材料、金屬納米顆粒、可燒結(jié)成形的各種陶瓷材料顆粒以及各種無機(jī)顏料顆粒等。
其中所說的金屬納米顆粒，溶液中溶質(zhì)可以由一種金屬納米顆粒組成也可以是兩種或兩種以上的金屬納米顆粒組成。這里金屬納米顆粒的平均粒徑在100nm以下。
其中所說的陶瓷材料顆粒中也可以包含金屬納米材料，該金屬納米材料的平均粒徑小于100nm。所說的陶瓷材料顆粒與無機(jī)顏料顆粒的平均粒徑應(yīng)該在1μm數(shù)量級，或者在1μm數(shù)量級以下。
所說的溶液成膜過程中使用的溶液淀積手段，包括噴墨打印(Ink-jet printing)技術(shù)、絲網(wǎng)印刷(Screen printing)技術(shù)、旋涂(Spin-coating)技術(shù)等。
本發(fā)明的基本原理就是利用超聲波在液體中的空化、乳化以及對固體顆粒的粉碎、分散作用，對處于干燥過程的薄膜樣品進(jìn)行處理，改善有機(jī)高分子聚合物薄膜的膜厚均勻性，獲得邊緣與中央較為一致的薄膜；控制金屬或陶瓷薄膜或者支撐結(jié)構(gòu)的顆粒團(tuán)聚，使所得樣品內(nèi)部的組成顆粒更加細(xì)密，提高后期處理后成品的機(jī)械以及電學(xué)等性能；同時(shí)加快了干燥成膜的速度。
本發(fā)明提出的干燥方法的步驟如下在表面處理好的基板上淀積成膜所需的溶液，然后迅速(保證溶劑在轉(zhuǎn)移過程中盡可能少的蒸發(fā))將載有所需溶液的基板轉(zhuǎn)移到超聲裝置中(如圖1所示)，放置好基板，做好保護(hù)氣氛，開始干燥，打開超聲發(fā)生器，選擇合適的頻率與強(qiáng)度，以獲得好的干燥效果，待溶液樣品干燥成型后，此階段處理過程即可結(jié)束?？梢栽趫D1所示的裝置中繼續(xù)進(jìn)一步的處理或者轉(zhuǎn)移到其他專門設(shè)備中進(jìn)行更加復(fù)雜的處理。
上述方法中，超聲的頻率范圍控制在10KHz到100MHz之間，超聲的功率范圍控制在100W到105W之間，超聲時(shí)間按成膜要求確定，一般為10-60分鐘。
上述方法中，所用的超聲裝置由超聲發(fā)生器、成膜樣品基板、超聲發(fā)生器與成膜樣品基板之間用于傳導(dǎo)超聲震蕩與能量的傳導(dǎo)介質(zhì)和保護(hù)裝置組成；其中傳導(dǎo)介質(zhì)下面與超聲發(fā)生器緊密接觸，上面與成膜樣品基板緊密接觸，以利于超聲的傳遞；成膜樣品基板上承載待干燥處理的成膜溶液樣品；保護(hù)裝置覆蓋于成膜樣品基板之上，用于保護(hù)在超聲處理過程中免受外部環(huán)境影響。結(jié)構(gòu)原理圖見圖1所示。


圖1為本發(fā)明超聲裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為超聲干燥處理后液滴樣品的AFM俯視圖(a)和該樣品沿A-B線的厚度剖面圖(b)。
圖3為自然干燥處理后液滴樣品的AFM俯視圖(a)和該樣品沿A-B線的厚度剖面圖(b)。
圖4為超聲處理樣品的光學(xué)顯微鏡照片(50X)。
圖5為Au膜的AFM照片(a)以及粒徑分析圖示(b)。
圖6為自然干燥樣品的光學(xué)顯微鏡照片(50X)。
圖中標(biāo)號1-1為超聲發(fā)生器，1-2為傳導(dǎo)介質(zhì)，1-3為成膜樣品基板，1-4為溶液樣品，1-5為保護(hù)裝置。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明的裝置原理圖。
圖1中1-1為一超聲發(fā)生器，此發(fā)生器可以提供成膜工藝所需的高功率超聲，功率要求應(yīng)該在瓦級或者更高，它的功率應(yīng)該可以調(diào)節(jié)，超聲頻率能夠調(diào)節(jié)將是理想的選擇。一般超聲頻率為10KHz到100MHz之間，超聲功率范圍為100W到105W。
圖1中1-2為超聲發(fā)生器與成膜樣品基板1-3之間可以傳導(dǎo)超聲震蕩與能量的介質(zhì)，該介質(zhì)既與超聲發(fā)生裝置緊密接觸，又與成膜樣品所附著的基板緊密接觸，以利于超聲的傳導(dǎo)。
圖1中1-3為承載溶液成膜樣品的基板，基板可以是各種材質(zhì)，最普通為玻璃或者ITO(氧化銦錫)玻璃，也可以為硅片等其他剛性基板，或者為柔性基板；基板要與1-2所示的傳導(dǎo)介質(zhì)緊密接觸，以使超聲能量的順利地傳導(dǎo)到基板，進(jìn)而再傳導(dǎo)到待處理的液滴，使超聲能對成膜過程有合適地干預(yù)處理；基板在與超聲傳導(dǎo)介質(zhì)密切接觸的同時(shí)，應(yīng)該保持水平的狀態(tài)，以保證成膜過程不致因?yàn)橹亓Φ囊蛩卦斐蓛A斜的薄膜形態(tài)，影響成膜的均勻性；圖1中1-3所示的基板可以擴(kuò)展為不僅是承載溶液成膜樣品的基板，也可以包括承載此基板的裝置，此裝置可以方便樣品基板的放置，能夠滿足保持基板水平的要求，能夠順利的傳導(dǎo)超聲能量，放置基板的方式也有利于超聲震蕩，對基板上的液滴施加作用；此裝置也可以包含溫度控制等其他設(shè)備，以更好的控制成膜質(zhì)量；圖1中1-4即為基板上待干燥的溶液樣品，溶劑蒸發(fā)后，溶質(zhì)即留在基板上形成所需的薄膜，當(dāng)然后續(xù)的工序并不排除，但不屬于此發(fā)明的范圍。樣品可以是有機(jī)小分子、聚合物的溶液，也可以是分散有納米金屬，或者陶瓷顆粒等的懸濁乳液，所有適合溶液成膜過程的溶液都是允許的；圖1中1-5是樣品干燥處理過程的保護(hù)裝置，可以保護(hù)在超聲處理過程免受外部環(huán)境的影響，而且應(yīng)該有利于溶劑的蒸發(fā)，調(diào)節(jié)；如果可以觀察待處理的樣品處理進(jìn)程則是更好的選擇。
由圖1中1-3所示的基板以及基板擴(kuò)展裝置與圖1中1-5所示的保護(hù)裝置相結(jié)合，也可以為成膜樣品提供一些要求不高的后續(xù)處理過程，比如各種氣氛的退火過程，只要裝置能夠承受其退火溫度，但是不強(qiáng)求這種能力，更高要求以及溫度的退火或其他處理過程可以轉(zhuǎn)移到更加專門的裝置中進(jìn)行。
下面提供使用上述方法和裝置的兩項(xiàng)實(shí)施例以及相應(yīng)對比例，但是本發(fā)明并不局限于這兩個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例中使用的材料為聚合物墨水樣品，粘度4.5cps，使用時(shí)用乙二醇乙醚乙酸酯按體積比1∶1稀釋。
基板采用玻璃基板，處理方式如下將玻璃基板用去離子水加洗滌劑超聲處理10min，然后用去離子水沖洗干凈，再在去離子水中超聲10min，兩次，保存待用。
溶液淀積采用噴墨打印(IJP)的方式制備。噴頭直徑50μm，采用壓電模式工作。
干燥方式采用本發(fā)明中所闡述的方法，液滴點(diǎn)陣噴出后馬上把基板轉(zhuǎn)移到圖1所示裝置中，打開超聲發(fā)生器，進(jìn)行干燥處理。所采用的超聲頻率為59KHz，選用的功率為160W，處理時(shí)間30min。
干燥完成后用掃描探針顯微鏡觀察液滴成膜的形貌以及剖面厚度分布。結(jié)果如圖2所示。
此實(shí)施例中噴出的液滴干燥成膜后直徑在180μm左右。圖2(a)是噴出點(diǎn)陣中一個(gè)液滴干燥后的原子力顯微鏡(AFM)觀察照片，液滴直徑180μm左右，我們選用125μm的掃描器掃描到100×100μm，覆蓋范圍涵蓋了液滴的絕大部分，圖2(b)是圖2(a)中沿A-B線的剖面圖，范圍覆蓋了直徑的約70％以上，從剖面圖中可以看出，中央薄，邊緣厚的典型“咖啡環(huán)”(如圖2、圖3的對比例所示)現(xiàn)象已經(jīng)得到改善。
對比例1本對比例中使用的材料為聚合物墨水樣品，粘度4.5cps，使用時(shí)用乙二醇乙醚乙酸酯按體積比1∶1稀釋。
基板采用玻璃基板，處理方式如下將玻璃基板用去離子水加洗滌劑超聲處理10min，然后用去離子水沖洗干凈，再在去離子水中超聲10min，兩次，保存待用。
溶液淀積采用噴墨打印(IJP)的方式制備。噴頭直徑50μm，采用壓電模式工作。
干燥方式采用常規(guī)常溫干燥，液滴在基板上噴打好都，在常溫下自然干燥。
干燥完成后用掃描探針顯微鏡觀察液滴成膜的形貌以及剖面厚度分布。結(jié)果如圖3所示。
此例中從噴頭噴出的液滴較小，液滴干燥成膜后直徑約為110μm。圖3(a)是點(diǎn)陣中一個(gè)液滴的原子力顯微鏡(AFM)觀察照片，液滴直徑110μm左右，我們選用125μm的掃描器掃描到100×100μm，圖3(b)是圖3(a)中沿A-B線的剖面圖，圖3(b)的剖面范圍覆蓋了直徑的70％強(qiáng)。
從剖面圖中可以看出，自然干燥后的聚合物墨水，成膜后邊緣與中心的厚度差異是非常明顯的，厚度差異在180nm左右，呈現(xiàn)典型的咖啡環(huán)現(xiàn)象。對比實(shí)施例1的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)過超聲輔助處理過的樣品在成膜均勻性上顯示了中央與邊緣相對較好的均勻性，咖啡環(huán)現(xiàn)象得到了較大改善。
實(shí)施例2本實(shí)施例中所用的材料為Au的納米顆粒，Au以直徑不大于25nm的顆粒均勻的分散在溶劑去離子水中，Au的濃度在10-3mol/L的量級，為了使體系保持穩(wěn)定，不致在溶液中即發(fā)生團(tuán)聚，每個(gè)Au顆粒的周圍都包有一層穩(wěn)定劑，使整個(gè)溶液在通常貯藏情況下保持穩(wěn)定和澄清狀態(tài)。
試驗(yàn)中基板采用玻璃基板，處理方式如下洗滌劑加去離子水超聲波清洗15min，然后用去離子水沖洗干凈后再用去離子水超聲清洗10min，兩次，最后再用無水乙醇超聲清洗兩次，備用。
實(shí)驗(yàn)中主要是為了驗(yàn)證超聲干燥成膜工藝在金屬納米懸濁液成膜過程中對于納米顆粒團(tuán)聚效應(yīng)的控制作用。保持盡量細(xì)的粒子可以使金屬顆粒更容易的形成金屬薄膜。本實(shí)施例中懸濁液在基板上淀積過程沒有使用噴墨打印系統(tǒng)，而是采用更為簡單的方式用1ml的一次性注射器小心的把溶液滴在玻璃基板上，力求每次液滴體積大小一致，雖然與噴墨打印系統(tǒng)相比方法很簡單，但是干燥成膜的原理與過程是類似的。
干燥方式采用本發(fā)明中所闡述的方法，液滴滴好后馬上把基板轉(zhuǎn)移到如圖1所示的裝置中，打開超聲發(fā)生器，進(jìn)行干燥處理。所采用的超聲頻率為99KHz，選用的功率為30W，處理時(shí)間20min。
干燥完成后用光學(xué)顯微鏡以及掃描探針顯微鏡觀察液滴成膜的表面形貌以及表面均勻性。結(jié)果如圖4、圖5所示。
圖4分別是在50倍物鏡下的光學(xué)顯微鏡液滴干燥成膜照片，在50倍物鏡下只能觀察到大面積的Au膜存在，中間夾雜著大小不一的孔洞，但是觀察不到Au顆粒的存在；圖5是用原子力顯微鏡(AFM)觀察到的在5×5μm的范圍內(nèi)金膜的圖像以及粒度的大致分析，中間亮色的較大塊為殘留的有機(jī)穩(wěn)定劑，從兩種圖表中可以看到，金膜中金的團(tuán)聚后顆粒粒徑分布比較均勻，粒徑在110nm(0.10μm)左右，顆粒的團(tuán)聚得到了較好的控制。
對比例2本實(shí)施例中所用的材料為Au的納米顆粒，Au以直徑不大于25nm的顆粒均勻的分散在溶劑去離子水中，Au的濃度在10-3mol/L的量級，為了使體系保持穩(wěn)定，不致在溶液中即發(fā)生團(tuán)聚，每個(gè)Au顆粒的周圍都包有一層穩(wěn)定劑，使整個(gè)溶液在通常貯藏情況下保持穩(wěn)定和澄清狀態(tài)。
試驗(yàn)中基板采用玻璃基板，處理方式如下洗滌劑加去離子水超聲波清洗15min，然后用去離子水沖洗干凈后用去離子水超聲清洗10min，兩次，最后再用無水乙醇超聲清洗兩次，備用。
實(shí)驗(yàn)中主要是為了驗(yàn)證超聲干燥成膜工藝在金屬納米懸濁液成膜過程中對于納米顆粒團(tuán)聚效應(yīng)的控制作用。保持盡量細(xì)的粒子可以使金屬顆粒更容易的形成金屬薄膜。本實(shí)施例中懸濁液在基板上淀積過程沒有使用噴墨打印系統(tǒng)，而是采用更為簡單的方式用1ml的一次性注射器小心的把溶液滴在玻璃基板上，力求每次液滴體積大小一致，雖然與噴墨打印系統(tǒng)相比方法很簡單，但是干燥成膜的原理與過程是類似的。
干燥過程與實(shí)施例2相對比，采用常溫自然干燥。
干燥完成后用光學(xué)顯微鏡觀察液滴成膜后的形貌，結(jié)果如圖6所示。
圖6是50倍的物鏡下拍攝，圖中標(biāo)尺刻度為10μm。從照片中可以看到，圖中散布著大小不一的，形狀不規(guī)則的顆粒，粒徑在1-10μm之間，可見自然常溫干燥成膜過程中已經(jīng)發(fā)生了較大的團(tuán)聚顆粒，結(jié)果就是造成了一個(gè)個(gè)孤立的較大金屬顆粒，而沒有形成較為連續(xù)的Au膜。這與實(shí)施例2中所示的情況相差很大，超聲輔助干燥工藝對Au膜的溶液過程制備，在控制顆粒團(tuán)聚，保持納米粒子成膜后仍在有較細(xì)小的顆粒方面，起到了很好的作用。
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權(quán)利要求
1.一種用于溶液成膜過程的超聲輔助干燥方法，其特征在于具體步驟如下在表面處理好的基板上淀積成膜所需的溶液，然后將載有所需溶液的基板轉(zhuǎn)移到超聲裝置中，放置好基板，做好保護(hù)氣氛，開始干燥，打開超聲發(fā)生器，控制超聲頻率為10KHz-100MHz，超聲功率為100W-105W。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述溶液成膜過程如下將溶質(zhì)溶于相應(yīng)溶劑中，制成穩(wěn)定的溶液，或者在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的懸濁液，然后將這種配置好的溶液或懸濁液淀積在基板上，再將溶劑蒸發(fā)，干燥后溶質(zhì)即在基板上形成一層薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述溶液的成膜過程，包括多次成膜以形成多層薄膜，或者形成三維立體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于溶液成膜過程中使用的溶液或懸濁液，其中溶質(zhì)包括有機(jī)小分子化合物、高分子聚合物、磷光材料、稀土配合物材料、金屬納米顆粒、可燒結(jié)成形的各種陶瓷材料顆粒以及各種無機(jī)顏料顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所說的金屬納米顆粒的平均粒徑在100nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所說的陶瓷材料顆粒中包含有金屬納米顆粒，該金屬納米材料的平均粒徑小于100nm，陶瓷材料顆粒或無機(jī)顏料顆粒的平均粒徑為1μm數(shù)量級，或其以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述在基板上淀積溶液的方法為噴墨打印、絲網(wǎng)印刷或旋涂。
8.一種用于溶液成膜過程的超聲輔助干燥的裝置，其特征在于由超聲發(fā)生器、成膜樣品基板、超聲發(fā)生器與成膜樣品基板之間用于傳導(dǎo)超聲震蕩與能量的傳導(dǎo)介質(zhì)和保護(hù)裝置組成；其中傳導(dǎo)介質(zhì)下面與超聲發(fā)生器緊密接觸，上面與成膜樣品基板緊密接觸，以利于超聲的傳遞；成膜樣品基板上承載待干燥處理的成膜溶液樣品；保護(hù)裝置覆蓋于成膜樣品基板之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于超聲發(fā)生器頻率為10KHz-100MHz，超聲功率為100W-105W，可調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述成膜樣品基板還包括承載此基板的裝置，該裝置可以方便樣品基板放置，能夠保持基板水平，能夠順利傳導(dǎo)超聲能量，有利于超聲震蕩。
全文摘要
本發(fā)明屬溶液成膜技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于溶液成膜過程的新型干燥成膜方法及裝置，適用于各種溶液成膜的干燥成膜過程，包括噴墨打印技術(shù)、絲網(wǎng)印刷技術(shù)、旋涂技術(shù)等。該方法將超聲處理技術(shù)引入干燥成膜過程，以提高有機(jī)聚合物液滴成膜中邊緣與中央的膜厚均勻性，能夠較好地控制懸濁乳液液滴成膜中干燥過程的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)提高了干燥成膜的速度。裝置由超聲發(fā)生器、成膜樣品基板、傳導(dǎo)介質(zhì)、保護(hù)裝置等組成。其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、控制容易。
文檔編號B05D1/00GK1785534SQ200510111268
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者許軍, 李巖川 申請人:復(fù)旦大學(xué)