自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置及該裝置的控制方法

2023-05-26 20:54:31 1

專利名稱：自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置及該裝置的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種層層浸鍍法製備聚電解質多層膜技術。
背景技術：
自從1990年以來，依靠浸潰技術生產薄膜層層浸潰程序的發展一直以來都是手工緩慢操作並且十分耗費時間。儘管出現諸如浸潰裝置的自動機器人，在大多數情況下仍然依賴於手工操作控制。也主要因為這個原因，大多數機器人以一種不可靠的方式運轉，有的時候甚至損壞自身以及溶劑容器和試樣，通過超強馬力的發動機帶動的機器人甚至能敲碎人的頭蓋骨。層層沉積技術依靠能夠相互反應的兩種物質進行交替沉澱來完成。在這種情況下，化學上的層層沉澱代表了兩種能夠彼此發生反應而不是與自身發生反應的化學成分，因此每一步操作只能發生一層沉澱。以上提及的化學層層沉積技術的傳感器是巰基交聯劑的金納米粒子。靜電層層沉積體系依靠聚合電解質的交替吸附，因此稱之為聚電解質多層膜。因為層層沉積步驟通常會需要十分鐘左右，並且每完成一步沉積層之後都必須有三步清洗過程，而這個處理過程通過手工操作非常耗時，導致加工效率低，並且由於人工操作的一致性不好，也導致了加工質量不一致的問題。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有層層浸鍍法製備聚電解質多層膜技術的工作效率低以及加工質量不一致 的問題，提供一種自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置及該裝置的控制方法。本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置包括底板1、旋轉執行機構2、旋轉板3、三角支架4、垂直執行機構5、水平導軌6、兩個限位器7、水平執行機構8、試樣夾9、垂直驅動電路10、水平驅動電路11、旋轉驅動電路12和計算機13，所述旋轉板
3、三角支架4、垂直執行機構5、水平導軌6、兩個限位器7、水平執行機構8和試樣夾9構成一套二維移動裝置，所述旋轉板3為圓形平板，所述旋轉板3通過旋轉執行機構2與底板I連接，所述旋轉執行機構2位於旋轉板3的中心，三角支架4的一條直角邊與底板I固定連接，所述三角支架4的另一條直角邊與垂直執行機構5通過豎直導軌滑動連接，水平導軌6的一端固定在垂直執行機構5上，所述垂直執行機構5與水平導軌6垂直，水平執行機構8與水平導軌6滑動連接，所述水平執行機構8與水平導軌6垂直，試樣夾9固定水平執行機構8的下端，兩個限位器7固定在水平導軌6上，所述兩個限位器7的間距為水平導軌6的長度的三分之二；旋轉執行機構2的驅動信號輸入端與旋轉驅動電路12的驅動信號輸出端連接，旋轉驅動電路12的旋轉控制信號輸入端與計算機13的旋轉控制信號輸出端連接，垂直執行機構5的驅動信號輸入端與垂直驅動電路10的驅動信號輸出端連接，垂直驅動電路10的垂直控制信號輸入端與計算機13的垂直控制信號輸出端連接，水平執行機構8的驅動信號輸入端與水平驅動電路11的驅動信號輸出端連接，水平驅動電路11的水平控制信號輸入端與計算機13的水平控制信號輸出端連接。本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置的控制方法通過以下步驟實現:步驟一、在旋轉板3上放置N圈燒杯，N為大於零的正整數，所述N圈燒杯均以旋轉板3的中心為圓心，每圈燒杯沿圓周方向均勻分布；從外向內第i圈燒杯的個數為Ili, Hi為大於3的正整數，第i圈燒杯中的順時針方向第j個燒杯的浸潤時間為，第I圈燒杯中的第I個燒杯位於試樣夾9的正下方，每圈燒杯中的第一個燒杯的中心均位於第I圈燒杯中的第I個燒杯的中心與旋轉板3中心的連線上，相鄰兩圈燒杯所在圓周的半徑差為d，試樣夾到燒杯內液面的距離為h，i和j的初始值為I ;執行步驟二 ；步驟二、計算機13通過垂直驅動電路10發送垂直向下控制信號給垂直執行機構5，所述垂直執行機構5沿三角支架4垂直向下運動，從而帶動試樣夾9向下運動，且運動距離為h ;執行步驟三；步驟三、垂直執行機構5保持靜止，且靜止時間為;執行步驟四；步驟四、計算機13通過垂直驅動電路10發送垂直向上控制信號給垂直執行機構5，所述垂直執行機構5沿三角支架4垂直向上運動，從而帶動試樣夾9向上運動，且運動距離為h ;執行步驟五；步驟五、計算機13通過旋轉驅動電路12發送旋轉控制信號給旋轉執行機構2，帶 動旋轉板3轉動角度θ Θ=—;執行步驟六；
ni步驟六、判斷j是否等於Iii，如果判斷結果為是，執行步驟七；否則，執行步驟八；步驟七；判斷i是否等於N，如果判斷結果為是，結束鍍膜；否則，執行步驟九；步驟八、j = j+1，返回步驟二 ；步驟九、計算機13通過旋轉驅動電路12發送旋轉控制信號給旋轉執行機構2，帶動旋轉板3轉動角度Qyi = i+Ι,執行步驟十；步驟十、計算機13通過水平驅動電路11發送水平控制信號給水平執行機構8，所述水平執行機構8沿水平導軌6向旋轉板3的中心水平運動，運動距離為d ;返回步驟二。本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置及該裝置的控制方法通過計算機軟體控制 旋轉板3、垂直執行機構5和水平執行機構8運動，與傳統的手工操作相比，鍍膜時間縮短了 90%，提高了工作效率。採用本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置實現製備聚電解質多層膜，各個步驟均有計算機控制完成，保證各步操作的一致性，因此保證了產品加工質量的一致性。


圖1為本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置的結構圖；圖2為旋轉板3上兩圈燒杯的排布圖；圖3為本發明所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置的控制方法流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置包括底板1、旋轉執行機構2、旋轉板3、三角支架4、垂直執行機構5、水平導軌6、兩個限位器7、水平執行機構8、試樣夾9、垂直驅動電路10、水平驅動電路11、旋轉驅動電路12和計算機13，所述旋轉板3、三角支架4、垂直執行機構5、水平導軌6、兩個限位器7、水平執行機構8和試樣夾9構成一套二維移動裝置，所述旋轉板3為圓形平板，所述旋轉板3通過旋轉執行機構2與底板I連接，所述旋轉執行機構2位於旋轉板3的中心，三角支架4的一條直角邊與底板I固定連接，所述三角支架4的另一條直角邊與垂直執行機構5通過豎直導軌滑動連接，水平導軌6的一端固定在垂直執行機構5上，所述垂直執行機構5與水平導軌6垂直，水平執行機構8與水平導軌6滑動連接，所述水平執行機構8與水平導軌6 垂直，試樣夾9固定水平執行機構8的下端，兩個限位器7固定在水平導軌6上，所述兩個限位器7的間距為水平導軌6的長度的三分之二；旋轉執行機構2的驅動信號輸入端與旋轉驅動電路12的驅動信號輸出端連接，旋轉驅動電路12的旋轉控制信號輸入端與計算機13的旋轉控制信號輸出端連接，垂直執行機構5的驅動信號輸入端與垂直驅動電路10的驅動信號輸出端連接，垂直驅動電路10的垂直控制信號輸入端與計算機13的垂直控制信號輸出端連接，水平執行機構8的驅動信號輸入端與水平驅動電路11的驅動信號輸出端連接，水平驅動電路11的水平控制信號輸入端與計算機13的水平控制信號輸出端連接。本實施方式所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置在實際應用過程中，利用試樣夾9夾持基板。將燒杯在旋轉板3上排成一圈或多圈，最外圈燒杯中心到旋轉板中心的距離R與該圈燒杯的個數Ii1和燒杯的半徑r的關係為:
r
R = ~7—
_7]sin
VhJ具體實施方式
二:結合圖3說明本實施方式，本實施方式是具體實施方式
一所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置的控制方法，所述控制方法通過以下步驟實現:步驟一、在旋轉板3上放置N圈燒杯，N為大於零的正整數，所述N圈燒杯均以旋轉板3的中心為圓心，每圈燒杯沿圓周方向均勻分布；從外向內第i圈燒杯的個數為Ili, Hi為大於3的正整數，第i圈燒杯中的順時針方向第j個燒杯的浸潤時間為，第I圈燒杯中的第I個燒杯位於試樣夾9的正下方，每圈燒杯中的第一個燒杯的中心均位於第I圈燒杯中的第I個燒杯的中心與旋轉板3中心的連線上，相鄰兩圈燒杯所在圓周的半徑差為d，試樣夾到燒杯內液面的距離為h，i和j的初始值為I ;執行步驟二 ；步驟二、計算機13通過垂直驅動電路10發送垂直向下控制信號給垂直執行機構5，所述垂直執行機構5沿三角支架4垂直向下運動，從而帶動試樣夾9向下運動，且運動距離為h ;執行步驟三；步驟三、垂直執行機構5保持靜止，且靜止時間為;執行步驟四；
步驟四、計算機13通過垂直驅動電路10發送垂直向上控制信號給垂直執行機構5，所述垂直執行機構5沿三角支架4垂直向上運動，從而帶動試樣夾9向上運動，且運動距離為h ;執行步驟五；步驟五、計算機13通過旋轉驅動電路12發送旋轉控制信號給旋轉執行機構2，帶動旋轉板3轉動角度Θ J,^=-;執行步驟六；步驟六、判斷j是否等於Iii，如果判斷結果為是，執行步驟七；否則，執行步驟八；步驟七；判斷i是否等於N，如果判斷結果為是，結束鍍膜；否則，執行步驟九；步驟八、j = j + 1，返回步驟二 ；步驟九、計算機13通過旋轉驅動電路12發送旋轉控制信號給旋轉執行機構2，帶動旋轉板3轉動角度Qyi = i+Ι,執行步驟十；步驟十、計算機13通過水平驅動電路11發送水平控制信號給水平執行機構8，所述水平執行機構8沿水平導軌6向旋轉板3的中心水平運動，運動距離為d ;返回步驟二。鍍膜過程通過計算機軟體控制。在軟體操作界面內設置驗所需要的燒杯圈數N、從外向內第i圈燒杯的個數第i圈燒杯中的順時針方向第j個燒杯的浸潤時間tu、相鄰兩圈燒杯所在圓周的半徑差d和試樣夾到燒杯內液面的距離h。計算機根據上述參數確定垂直執行機構5、水平執行機構8和旋轉板3的運動方式，並通過垂直驅動電路10、水平驅動電路11和旋轉驅動電路1 2分別控制垂直執行機構5、水平執行機構8和旋轉板3運動，從而帶動基板從一個燒杯進入另一個燒杯。與傳統的手工操作相比，鍍膜時間能夠縮短90%，且加工質量一致性得到保證。如果需要製備多個試樣，可在底板I上安裝多套二維移動裝置，每套二維移動裝置可通過軟體分別控制，完成多個試樣的製作。
權利要求
1.自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置，其特徵在於:所述裝置包括底板(I)、旋轉執行機構(2)、旋轉板(3)、三角支架(4)、垂直執行機構(5)、水平導軌(6)、兩個限位器(7)、水平執行機構(8)、試樣夾(9)、垂直驅動電路(10)、水平驅動電路(11)、旋轉驅動電路(12)和計算機(13)，所述旋轉板(3)、三角支架(4)、垂直執行機構(5)、水平導軌(6)、兩個限位器(7)、水平執行機構(8)和試樣夾(9)構成一套二維移動裝置，所述旋轉板(3)為圓形平板，所述旋轉板(3)通過旋轉執行機構(2)與底板(I)連接，所述旋轉執行機構(2)位於旋轉板(3)的中心，三角支架(4)的一條直角邊與底板(I)固定連接，所述三角支架(4)的另一條直角邊與垂直執行機構(5)通過豎直導軌滑動連接，水平導軌￠)的一端固定在垂直執行機構(5)上，所述垂直執行機構(5)與水平導軌(6)垂直，水平執行機構(8)與水平導軌(6)滑動連接，所述水平執行機構(8)與水平導軌(6)垂直，試樣夾(9)固定水平執行機構(8)的下端，兩個限位器(7)固定在水平導軌(6)上，所述兩個限位器(7)的間距為水平導軌(6)的長度的三分之二 ； 旋轉執行機構(2)的驅動信號輸入端與旋轉驅動電路(12)的驅動信號輸出端連接，旋轉驅動電路(12)的旋轉控制信號輸入端與計算機(13)的旋轉控制信號輸出端連接，垂直執行機構(5)的驅動信號輸入端與垂直驅動電路(9)的驅動信號輸出端連接，垂直驅動電路(9)的垂直控制信號輸入端與計算機(13)的垂直控制信號輸出端連接，水平執行機構(8)的驅動信號輸入端與水平驅動電路(11)的驅動信號輸出端連接，水平驅動電路(11)的水平控制信號輸入端與計算機(13)的水平控制信號輸出端連接。
2.基於權利要求1所述的自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置的控制方法，其特徵在於，所述控制方法通過以下步驟實現: 步驟一、在旋轉板(3)上放置N圈燒杯，N為大於零的正整數，所述N圈燒杯均以旋轉板(3)的中心為圓心，每圈燒杯沿圓周方向均勻分布；從外向內第i圈燒杯的個數為Ili, Hi為大於3的正整數，第i圈燒杯中的順時針方向第j個燒杯的浸潤時間為，第I圈燒杯中的第I個燒杯位於試樣夾(9)的正下方，每圈燒杯中的第一個燒杯的中心均位於第I圈燒杯中的第I個燒杯的中心與旋轉板(3)中心的連線上，相鄰兩圈燒杯所在圓周的半徑差為山試樣夾到燒杯內液面的距離為h，i和j的初始值為I ;執行步驟二 ； 步驟二、計算機(13)通過垂直驅動電路(10)發送垂直向下控制信號給垂直執行機構(5)，所述垂直執行機構(5)沿三角支架(4)垂直向下運動，從而帶動試樣夾(9)向下運動，且運動距離為h ;執行步驟三； 步驟三、垂直執行機構(5)保持靜止，且靜止時間為;執行步驟四； 步驟四、計算機(13)通過垂直驅動電路(10)發送垂直向上控制信號給垂直執行機構(5)，所述垂直執行機構(5)沿三角支架(4)垂直向上運動，從而帶動試樣夾(9)向上運動，且運動距離為h ;執行步驟五； 步驟五、計算機(13)通過旋轉驅動電路(12)發送旋轉控制信號給旋轉執行機構(2)， 帶動旋轉板⑶轉動角度
全文摘要
自動化層層浸鍍法製備聚電解質多層膜的裝置及該裝置的控制方法，涉及一種層層浸鍍法製備聚電解質多層膜技術。它為了解決現有層層浸鍍法製備聚電解質多層膜手工操作緩慢、加工質量不一致的問題。本發明包括底板、旋轉執行機構、旋轉板、三角支架、垂直執行機構、水平導軌、兩個限位器、水平執行機構、試樣夾、垂直驅動電路、水平驅動電路、旋轉驅動電路和計算機，旋轉執行機構通過旋轉驅動電路與計算機連接，垂直執行機構通過垂直驅動電路與計算機連接，水平執行機構通過水平驅動電路與計算機連接。通過計算機軟體控制試樣夾運動來完成鍍膜。本發明具有效率高、能夠保證加工質量一致的優點。本發明適用於層層浸鍍法製備聚電解質多層膜技術領域。
文檔編號B05C11/10GK103230857SQ20131015718
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者賀強, 戴陸如, 約翰尼斯.福律 申請人:哈爾濱工業大學