本發(fā)明涉及材料基因工程領(lǐng)域，具體涉及一種多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，材料基因組技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)以及國(guó)際上一種革命性的新型材料研發(fā)技術(shù)，有效的加速了材料從研究到應(yīng)用的進(jìn)程。材料基因組工程技術(shù)的推進(jìn)需要新型材料基因工程技術(shù)的專(zhuān)用設(shè)備，通過(guò)對(duì)此類(lèi)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納與分析，我們可以看到目前較為成熟的儀器設(shè)備主要針對(duì)在氧化物陶瓷、高溫超導(dǎo)材料、高性能介電材料、熒光材料、催化材料、鋰電池材料等方面的研究。雖然目前存在能夠直接采用的技術(shù)設(shè)備，但是這些設(shè)備在精度方面仍有不足，所以還需要開(kāi)發(fā)新型的能夠匹配更高精度需求的材料基因工程技術(shù)的專(zhuān)用設(shè)備。

我國(guó)目前嚴(yán)重缺乏自主研發(fā)的高通量?jī)x器設(shè)備，國(guó)外商業(yè)化的高通量設(shè)備也尚未形成規(guī)模，更談不上普及，并對(duì)我國(guó)技術(shù)封鎖，高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備的短缺已經(jīng)成為制約材料基因工程技術(shù)研究的瓶頸。

目前，一定程度上由于相關(guān)研究設(shè)備的限制，材料基因組的研究?jī)?nèi)容主要集中在材料的合成制備，及組分、結(jié)構(gòu)等參數(shù)上，尚未能把研究重心擴(kuò)展到器件特性層面。在涵蓋OLED、量子點(diǎn)激光器、太陽(yáng)能電池材料和器件、發(fā)光器件、有機(jī)半導(dǎo)體器件、納米光電材料、透明導(dǎo)電膜等廣泛的光電材料和器件的研究過(guò)程中由于設(shè)備不完善，往往伴隨著大量的工藝優(yōu)化過(guò)程。

目前使用的噴射打印設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)方面的缺陷主要在于：首先，壓電噴射技術(shù)的工作精度受?chē)婎^尺寸和液體性質(zhì)影響較大，受液體的粘性限制，尺寸過(guò)小的液滴容易在針頭上形成滯豫；其次，壓電震動(dòng)過(guò)程往往會(huì)影響到液滴形態(tài)的變化，導(dǎo)致其打印圖型分辨率最高只能達(dá)到20-30μm，常規(guī)工作尺度在100μm以上；再次，壓電控制噴射技術(shù)仍以控制液滴數(shù)量為主，在制備精度和圖型控制方面都明顯難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜器件工藝對(duì)基于點(diǎn)、線、面的多維圖型打印要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)，包括固定裝置和噴槍固定與切換系統(tǒng)，所述噴槍固定與切換系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)支架、噴嘴支架以及微注射頭；所述旋轉(zhuǎn)支架安裝于所述固定裝置上，所述噴嘴支架安裝于所述旋轉(zhuǎn)支架上，所述微注射頭與所述噴嘴支架連接，其中，在所述旋轉(zhuǎn)支架的外周安裝多個(gè)所述噴嘴支架或在所述噴嘴支架上安裝多個(gè)所述微注射頭，從而實(shí)現(xiàn)在同一位置噴射不同液體。

較佳地，所述噴嘴支架設(shè)有流體通道，該流體通道用于與流體源流體連通。

較佳地，所述旋轉(zhuǎn)支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述固定裝置。

較佳地，所述噴嘴支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述旋轉(zhuǎn)支架。

較佳地，在所述旋轉(zhuǎn)支架的外周安裝至少兩個(gè)所述噴嘴支架，以及在每一個(gè)噴嘴支架上安裝一個(gè)所述微注射頭。

較佳地，所述旋轉(zhuǎn)支架的外周呈弧形，所述噴嘴支架環(huán)繞所述旋轉(zhuǎn)支架的外周設(shè)置，運(yùn)行時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)支架來(lái)實(shí)現(xiàn)在同一位置噴射不同液體。

較佳地，所述噴嘴支架內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)流體通道，且所述流體通道的底部連接一個(gè)微注射頭。

較佳地，所述噴嘴支架內(nèi)設(shè)有通道，在所述通道內(nèi)涂覆導(dǎo)電膜層，以便連接外接電壓源。

較佳地，所述噴嘴支架設(shè)有快速固定鎖。

較佳地，所述噴嘴支架內(nèi)設(shè)有溫度控制裝置。

較佳地，所述多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)還包括平面移動(dòng)平臺(tái)，所述平面移動(dòng)平臺(tái)包括真空固定架、可選擇地設(shè)有加熱層、導(dǎo)電層，其中，所述加熱層設(shè)置于所述真空固定架上，在所述加熱層與所述真空固定架之間通過(guò)真空區(qū)域隔開(kāi)，以及在所述加熱層上方設(shè)置所述導(dǎo)電層，在所述導(dǎo)電層上方設(shè)置襯底。

較佳地，所述真空固定架設(shè)有抽氣口，通過(guò)所述抽氣口將所述真空區(qū)域的氣體抽出，從而保證所述真空區(qū)域的真空度。

較佳地，所述襯底通過(guò)導(dǎo)線接地。

較佳地，所述微注射頭和所述襯底分別進(jìn)行溫度控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)溫度的精確控制。

較佳地，所述微注射頭采用加熱絲控制，并且通過(guò)加熱絲的電流數(shù)值來(lái)標(biāo)定溶液溫度。

較佳地，所述襯底的溫度通過(guò)所述加熱層來(lái)控制。

本發(fā)明的多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.采用多通道電流體噴射掃描技術(shù)，制樣速率和樣品容量均比傳統(tǒng)壓電控制噴射儀器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，最小特征樣品尺寸可低至亞微米，實(shí)現(xiàn)真正意義上微納米器件級(jí)別的“組合芯片”。

2.集成了高通量光學(xué)和電學(xué)表征功能，能夠應(yīng)用于OLED、量子點(diǎn)激光器、太陽(yáng)能電池材料和器件、發(fā)光器件、有機(jī)半導(dǎo)體器件、納米光電材料、透明導(dǎo)電膜等廣泛的光電材料和器件等方面的工藝研發(fā)。

3.能夠控制液滴最低達(dá)到20微升，并且實(shí)現(xiàn)了液滴層面的試劑混合，具備對(duì)溶液組分、濃度、溫度、處理時(shí)間等單一參數(shù)進(jìn)行梯度調(diào)控以及對(duì)多參數(shù)進(jìn)行組合調(diào)控的能力，單次實(shí)驗(yàn)的信息量大大增加。

4.對(duì)象特征尺寸分布涵蓋從亞微米到毫米的大跨度范圍多材料體系，采用電壓脈沖信號(hào)控制噴射液體在液滴、液線、噴涂三種形態(tài)中任意切換，具備面向用戶的任意圖型的可編程打印功能，在器件制備的方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)立體示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的噴槍固定與切換系統(tǒng)的立體示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的噴槍固定與切換系統(tǒng)的立體示意圖；

圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的安裝有微注射頭的噴嘴支架的剖視圖；

圖5是圖4所示的安裝有微注射頭的噴嘴支架的立體圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的移動(dòng)平臺(tái)的立體圖；以及

圖7為圖6的移動(dòng)平臺(tái)的注視圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。

本發(fā)明總體上公開(kāi)了一種多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)，包括固定裝置和噴槍固定與切換系統(tǒng)，其中，噴槍固定與切換系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)支架、噴嘴支架以及微注射頭。旋轉(zhuǎn)支架安裝于固定裝置上，噴嘴支架安裝于旋轉(zhuǎn)支架上，微注射頭連接于噴嘴支架。噴嘴支架內(nèi)設(shè)有與流體源連通的流體通道，在旋轉(zhuǎn)支架的外周安裝多個(gè)噴嘴支架或在噴嘴支架上安裝多個(gè)微注射頭，從而實(shí)現(xiàn)不同液體在同一位置的噴射。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)立體示意圖。多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)100包括固定裝置10、噴槍固定與切換系統(tǒng)20、光源30、移動(dòng)平臺(tái)40、攝像機(jī)50、電源60以及液體源70。噴槍固定與切換系統(tǒng)20安裝于固定裝置10上，光源30安裝于噴槍固定與切換系統(tǒng)20的左側(cè)(圖示方向)，攝像機(jī)50安裝于噴槍固定與切換系統(tǒng)20的右側(cè)(圖示方向)，移動(dòng)平臺(tái)40位于噴槍固定與切換系統(tǒng)20的下方，電源60連接到固定裝置，并進(jìn)一步連接到噴槍固定與切換系統(tǒng)20。液體源70通過(guò)管道與噴槍固定與切換系統(tǒng)20流體連通，從而為噴槍固定與切換系統(tǒng)20提供液體。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的噴槍固定與切換系統(tǒng)的立體示意圖。如圖2所示，噴槍固定與切換系統(tǒng)20包括旋轉(zhuǎn)支架21、噴嘴支架22以及微注射頭23。其中，噴嘴支架22安裝于旋轉(zhuǎn)支架21上，微注射頭23安裝于噴嘴支架22下部。在本實(shí)施例中，噴嘴支架22固定安裝于旋轉(zhuǎn)支架21上，即噴嘴支架22不能相對(duì)于旋轉(zhuǎn)21運(yùn)動(dòng)，而旋轉(zhuǎn)支架21可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于固定裝置10上(如圖1所示)，運(yùn)行時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)支架21繞其縱向中心軸線旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)平臺(tái)的同一位置噴射不同的液體。

如圖2所示，在本實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)支架21的外周部設(shè)置4個(gè)噴嘴支架22，每一個(gè)噴嘴支架22的下部設(shè)置一個(gè)微注射頭23。在本實(shí)施例中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)支架21的旋轉(zhuǎn)，可以帶動(dòng)噴嘴支架22旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)微注射頭23旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)從不同的微注射頭在同一位置噴射液體。

圖3示出本發(fā)明另一實(shí)施例的噴槍固定與切換系統(tǒng)的立體示意圖。如圖3所示，在該實(shí)施例中，一個(gè)噴嘴支架22A上安裝多個(gè)微注射頭23(在本實(shí)施例中為4個(gè))，該多個(gè)微注射頭23排列成一排，噴嘴支架22A呈棱柱狀，并連接于旋轉(zhuǎn)支架21A的外周部。使用時(shí)，與圖2所示的實(shí)施例相同，通過(guò)旋轉(zhuǎn)支架21A的旋轉(zhuǎn)，可以帶動(dòng)噴嘴支架22A旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)微注射頭23A旋轉(zhuǎn)，再配合以固定平臺(tái)20自身移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)從不同的微注射頭在同一位置噴射液體。

噴嘴支架22與微注射頭23可以一體化設(shè)計(jì)成型。

圖4示出本發(fā)明一實(shí)施例的噴槍固定與切換系統(tǒng)的剖視圖。如圖4所示，噴嘴支架22內(nèi)部設(shè)有通道221，通道221沿豎直方向貫穿噴嘴支架22，微注射頭23與通道221流體連通，其中，通道221通過(guò)管道與流體源流體連通。在通道221內(nèi)也可以設(shè)置第二管道與微注射頭流體連通，從而，流體源通過(guò)第二管道與微注射頭流體連通，即在運(yùn)行時(shí)，來(lái)自流體源的流體通過(guò)第二管道流入微注射頭。在通道221的側(cè)壁上設(shè)有高壓接口2211，用于與高壓電源連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微注射頭的高壓控制，實(shí)現(xiàn)高精度的液體注入。

在上述設(shè)計(jì)中，其中一個(gè)噴射通道可設(shè)置為去離子水或其它稀釋試劑，在需要調(diào)節(jié)其它試劑濃度的時(shí)候，直接在液滴層面實(shí)現(xiàn)混合。

圖5為噴槍固定與切換系統(tǒng)的立體示意圖。如圖5所示，在噴嘴支架22上設(shè)有快速固定鎖222，快速固定鎖222用來(lái)進(jìn)行微注針頭置換或腔體清理(部分液體易沉積固化，會(huì)堵塞微注針頭，有必要實(shí)時(shí)更換)，實(shí)現(xiàn)器件老化更新或多種不同液滴大小的調(diào)節(jié)。

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的移動(dòng)平臺(tái)的立體圖，圖7為圖6的移動(dòng)平臺(tái)的剖面圖。如圖6-7所示，移動(dòng)平臺(tái)40由下到上分別為真空固定架41、加熱層42、導(dǎo)電層43以及襯底44。其中，真空固定架下端設(shè)有抽氣出口411，通過(guò)抽氣出口411可以對(duì)真空固定架內(nèi)進(jìn)行抽取氣體，從而實(shí)現(xiàn)較高的真空固定架41內(nèi)的真空度。加熱層42設(shè)置于真空固定架41的上方，導(dǎo)電層43設(shè)于加熱層42的上方，以及在導(dǎo)電層43上設(shè)置襯底44。

在本發(fā)明中，采用對(duì)微注射頭23和襯底44分別進(jìn)行溫控的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到對(duì)反應(yīng)溫度的精確控制。其中，微注射頭可以采用加熱絲控制，通過(guò)加熱絲的電流數(shù)值來(lái)標(biāo)定溶液溫度，并經(jīng)由電腦控制溫度設(shè)定。而襯底44的溫度通過(guò)下置的加熱層來(lái)控制。

通過(guò)該設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)溶液和襯底溫度的分立控制，而對(duì)溶液處理時(shí)間的控制則可以通過(guò)輸入脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，結(jié)合多通道設(shè)計(jì)，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液組分、濃度、溶液和襯底的工藝溫度、噴射溶液總量和時(shí)間間隔等參數(shù)之間的自由組合，基本上保證了大多數(shù)光電材料和器件工藝優(yōu)化批量實(shí)驗(yàn)組合的需求。

較佳地，微注射頭的橫向尺寸為200nm-10μm。以及為了降低噴射液體形態(tài)對(duì)溶液粘度和親水性的依賴(lài)，對(duì)微注射頭進(jìn)行厭水性鍍膜處理。其中，移動(dòng)平臺(tái)X-Y方向控制精度設(shè)定為0.1μm，Z方向控制精度設(shè)定為1μm，從而達(dá)到較高的分別率和面密度。

此外，面向不同對(duì)象的具體實(shí)驗(yàn)中，需要的圖型可能為不同尺度的點(diǎn)、線、面，或者其它任意圖型，也可能是不同厚度的薄膜或不同液量的溶液。針對(duì)這一實(shí)際需求，可以通過(guò)調(diào)節(jié)在噴頭和襯底之間的電壓大小來(lái)實(shí)現(xiàn)液滴、噴射、噴涂三種形式的自由轉(zhuǎn)變，通過(guò)施加不同周期脈沖的形式來(lái)調(diào)節(jié)噴射液量。

在面向復(fù)雜工藝和流程的具象實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)單一參數(shù)的梯度變換和不同參數(shù)之間的便捷切換非常重要，特別是針對(duì)液相工藝過(guò)程中液量、組分、濃度的控制。本發(fā)明中，電流體噴射打印型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在液滴層面的液量控制是通過(guò)脈沖電壓信號(hào)的強(qiáng)度和施加時(shí)嗎間的設(shè)定來(lái)完成，成分切換通過(guò)自動(dòng)切換噴射槍完成，而不同組分的配比通過(guò)上述兩方面配合調(diào)節(jié)完成。

本發(fā)明的多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)首先采用多通道電流體噴射掃描技術(shù)，制樣速率和樣品容量均比傳統(tǒng)壓電控制噴射儀器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，最小特征樣品尺寸可低至亞微米，實(shí)現(xiàn)真正意義上微納米器件級(jí)別的“組合芯片”。

其次，集成了高通量光學(xué)和電學(xué)表征功能，能夠應(yīng)用于OLED、量子點(diǎn)激光器、太陽(yáng)能電池材料和器件、發(fā)光器件、有機(jī)半導(dǎo)體器件、納米光電材料、透明導(dǎo)電膜等廣泛的光電材料和器件等方面的工藝研發(fā)。

再次，能夠控制液滴最低達(dá)到20微升，并且實(shí)現(xiàn)了液滴層面的試劑混合，具備對(duì)溶液組分、濃度、溫度、處理時(shí)間等單一參數(shù)進(jìn)行梯度調(diào)控以及對(duì)多參數(shù)進(jìn)行組合調(diào)控的能力，單次實(shí)驗(yàn)的信息量大大增加。

最后，本發(fā)明的多通道電流體噴射掃描系統(tǒng)的對(duì)象特征尺寸分布涵蓋從亞微米到毫米的大跨度范圍多材料體系，采用電壓脈沖信號(hào)控制噴射液體在液滴、液線、噴涂三種形態(tài)中任意切換，具備面向用戶的任意圖型的可編程打印功能，在器件制備的方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。