一種納米纖維制備裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術設計一種尺寸可控的納米纖維制備裝置。該裝置采用集成電路制備方法，在襯底的一面制備納米級寬度和深度的凹型溝槽。以這種襯底為模板，在其溝槽中生長出納米纖維。該方法可以利用小舟法實現納米纖維的連續生長，實現納米纖維的批量生產，在制備過程中可以利用外加電磁場對熔體中的離子或有機單進行誘導，提高熔體中的物料輸運效果，以提高外延納米纖維的結晶度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種納米紡織纖維的制備裝置，特別是一種可以連續生產的納米紡織纖維的制備裝置。
技術介紹
納米紡織纖維具有潛在的開發前景，其制備方法也獲得大力發展。目前納米紡織纖維的主要制備方法有靜電紡絲法和熔噴法。專利技術專利“Taylor錐多噴頭靜電紡絲機”(申請號200710172744)以及專利“朝上噴的多噴頭靜電紡絲機”(申請號200720076954)公開了一種利用噴頭產生氣泡，氣泡在高壓靜電作用下破裂后在靜電場作用下形成亞微米納米級纖維的靜電紡絲方法。專利技術專利“無噴頭連續靜電紡絲系統”(申請號200810028060)公開了一種旋轉的無噴頭連續靜電紡絲裝置。專利技術專利“一種腈綸-蛋白質-銅鹽復合抗靜電纖維的制備方法”(公開號101240462A)公開了一種熔噴法制備亞微米納米纖維的制備方法。這些納米纖維的制備方法制備出的纖維尺寸大多在100-500納米隨機分布，不能人為控制，而且尺寸很難繼續縮小。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了提供一種尺寸可控的納米纖維液相外延制備方法。為了實現本專利技術的目的，本說明書提供了制備尺寸可控的納米紡織纖維制備用的裝置，其特征是包括帶有納米溝槽的襯底(I)，在襯底下表面形成的溝槽(2)，位于襯底(I)下面的恒溫池(3)，位于恒溫池(3)左側外壁的左極化電極(4)，位于恒溫池(3)內的熔體，連接恒溫池(3)和化料池⑶的連通器(6)，用于控制連通器(6)開關的閥門(7)，化料池(8)，位于恒溫池(3)右側外壁的右極化電極(9)和恒溫池(3)右側上壁的彈性刮片(10)。襯底⑴的一面經過精細拋光后，刻蝕出平行溝槽(2)。裝置中的恒溫池(3)兩側可以分別安裝左極化電極(4)和右極化電極(9)，一側邊的上部安裝彈性刮片(10)，兩側邊上部開有槽，并且該恒溫池(3)通過連通器(6)與化料池(8)相連接。襯底(I)的特征是I)它的一面經過精細拋光成光學I級，表面平整度為0.1微米的平整表面后，用等離子體或激光刻蝕出0.13微米的平行溝槽(2)，或者用掩模板在其表面鍍上寬度為0.13微米深度為0.1微米的金屬溝槽(2) ;2)襯底(I)兩端經過處理，使多塊襯底之間可以實現銜接。恒溫池(3)的特征是I)兩邊上部開有合適高度的槽，可以使襯底⑴在槽中通過；2)恒溫池(3) —邊通過連通器(6)與化料池(8)相連接；3)恒溫池(3)的溫度保持在熔點；4)恒溫池(3) —邊的上部安裝彈性刮片(10) ；5)恒溫池(8)兩側可以分別安裝左極化電極(4)和右極化電極(9)，使熔體中的分子合理排列。彈性刮片(10)的特征是能在工作溫度保持良好彈性，并且刮片的刀口是平整的?；铣?8)的特征是通過升溫可以將原料順利熔化，并通過調節熔體原料的高度和閥門(7)對恒溫池(3)中原料進行補充。在襯底的一面上有納米級寬度和深度的溝槽。這些溝槽既可以是在襯底材料本身上用等離子體或激光刻蝕形成的納米級寬度和深度的凹型溝槽，也可以是在襯底的一面上用類似集成電路的方法制備出的同質或異質凸起型溝槽。采用在襯底本身一面上刻槽的好處是溝槽和襯底本身同一體，結構牢固，不易損壞。其缺點是制備的納米纖維與襯底結合緊密時，溝槽壁與納米纖維的結合力給制備獲得的納米纖維取出帶來麻煩，特別是用溶劑法取出納米纖維時，給溶劑浸潤纖維外表面帶來困難，需要延長浸潤時間，有時還需要在浸潤時升溫。采用異質材料形成溝槽的好處是形成溝槽的材料可以選用與納米纖維結合力不強的材料，甚至可以選用N1-Cr/N1-Si電阻絲作為溝槽壁，溶取纖維時可以給溝槽壁通電升溫，加速納米纖維的溶取速度，提高工作效率，缺點是溝槽壁材料可能與襯底結合力不足，導致溝槽可能會從襯底上脫落。因此，選用溝槽的材料要根據實際情況來考慮。制備納米纖維的液相外延方法即可以采用垂直浸潰液相外延法，也可以采用“小舟法”。采用垂直浸潰液相外延法的好處是制備過程可以全程觀察，獲得納米纖維生長的信息，纖維和溝槽外的附著液可以通過高速旋轉法拋去絕大部分，剩下的附著物可以通過研磨等方法去掉。缺點是不適合于流水線批量生產。這種方法在研究新型納米纖維性質和制造工藝時有利。“小舟法”的好處是可以通過流水線進行批量生產，將一些鎢粉聯接的襯底固定在傳動裝置上連續通過熔體表面，讓熔體浸入溝槽中凝固外延形成納米纖維，附著在表面的熔體可以通過盛裝熔體的器壁安裝的特殊裝置去掉，剩下的微量熔體在表面凝固成膜后，可以通過后續研磨等工藝去掉。缺點是納米纖維生長過程不能觀察。這種方法適合于生長技術成熟的納米纖維材料。本方法的個明顯好處是制備獲得的納米纖維尺寸與溝槽尺寸相近，而且獲得的纖維分離而不相互纏繞，對纖維后續加工提供很好的基礎。隨著集成電路制備工藝的發展，溝槽尺寸可以進一步縮小到數十納米，真正批量制備出納米纖維。附圖說明圖1是本專利技術設計的裝置結構圖，圖中涉及的具體構件在前面部分已經細致說明。具體實施方式本專利技術的具體實施方式可以通過下面的實施例進行具體說明。實施例聚丙烯納米纖維的制備用等離子體或激光束將精密拋光為光學I級表面平整的8*8英寸的單晶硅片長方形襯底表面上，用集成電路制備工藝印刷一層0.13微米寬，0.1微米深的平行鋁導線，用這些導線作為溝槽。將這些襯底在500°C 80%氧氣氣氛中處理10分鐘，使硅片表面和鋁線氧化。這樣作有兩個好處，其一是表面硅氧化成SiO2后，與聚丙烯分子親和度增加，對聚丙烯分子的外延更為有利；其二是鋁氧化為致密的Al2O膜，使溝槽寬度變窄，同時防止高化學活性的鋁對聚丙烯分子產生影響，如被聚丙烯分子上的H氧化等，防止意外發生；其三是致密的Al2O3膜有良好的耐磨性和機械強度，對溝槽中的聚丙烯納米纖維提供良好的保護，對后道研磨程序有利。將熔化的聚丙烯熔體在如附圖所示的化料池中在200°C左右熔化，打開連通器上的閥門，讓熔體通過連通器流入恒溫池中，恒溫池中熔體上部溫度為167°C，這是聚丙烯的熔點。在恒溫池的右邊有一個彈性刮片固定在恒溫池后邊上部，開口整齊的刮片開口向上。其高度剛好與襯底下表面持平。將帶有溝槽的襯底在傳動裝置的作用下通過恒溫池上部從左至右以120mm/min勻速移動。襯底通過恒溫池時的高度是緊貼熔體的液面，使熔體頂部能與襯底接觸并進入溝槽。襯底的兩邊在恒溫池兩邊壁上部預先制作的開槽中運行，恒溫池中的部分熔體在表面力作用下被吸附到襯底下表面溝槽中。襯底下表面通過恒溫池的后邊時會遇到安裝在這里的彈性刮片，吸附在襯底下表面的熔體大部分被彈性刮片刮下來流回恒溫池,少量熔體填滿溝槽并在襯底下表面形成一層薄膜。附圖所述的左極化電極和右極化電極分別加在恒溫池的兩側，構成一個極化電場。電場強度為30V/cm。極化電場可以對恒溫池中熔體的聚丙烯分子產生誘導作用，是分子按照襯底運動方向也就是溝槽延伸方向排列，增加聚丙烯分子在溝槽中排列的整齊度，以提高聚丙烯納米纖維的結晶度。襯底離開熔體冷卻至室溫后，熔體在溝槽及襯底下表面外延，溝槽中的熔體外延成納米纖維，在襯底下表面外延成薄膜，這層薄膜用拋光技術去除，能從溝槽中獲得納米纖維。由于到襯底、溝槽和外延獲得的纖維的熱脹冷縮效應，獲得的纖維尺寸小于100納米，平均尺寸在80納米左右。將多塊襯底之間進行無縫聯接，在傳送設備的輔助下，可以實現聚丙烯納米纖維的連續本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米纖維制備裝置，其特征是包括帶有納米溝槽的襯底(1)，在襯底下表面形成的溝槽(2)，位于襯底(1)下面的恒溫池(3)，位于恒溫池(3)左側外壁的左極化電極(4)，位于恒溫池(3)內的熔體(5)，連接恒溫池(3)和化料池(8)的連通器(6)，用于控制連通器(6)開關的閥門(7)，化料池(8)，位于恒溫池(3)右側外壁的右極化電極(9)和恒溫池(3)右側上壁的彈性刮片(10)。

【技術特征摘要】
1.一種納米纖維制備裝置，其特征是包括帶有納米溝槽的襯底(I)，在襯底下表面形成的溝槽(2)，位于襯底(I)下面的恒溫池(3)，位于恒溫池(3)左側外壁的左極化電極(4)，位于恒溫池(3)內的熔體(5)，連接恒溫池(3)和化料池⑶的連通器(6)，用于控制連通器(6)開關的閥門(7)，化料池(8)，位于恒溫池(3)右側外壁的右極化電極(9)和恒溫池⑶右側上壁的彈性刮片(10)。2.按權利要求1所說的一種納米纖維制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬尤寶，張建新，葉劍東，李應闖，李煒棟，
申請(專利權)人：嘉興學院，
類型：實用新型
國別省市：