一种基于电场辅助的功能涂层制备装置

1.本发明属于先进制造技术领域，涉及一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。


背景技术：

2.涂层是功能材料形成的固态连续膜，这些功能材料可以是气态、液态、固态，功能涂层可以制备到各种的基底上，如金属、塑料、织物等。涂层的主要功能为防护、绝缘、导电等，在航空航天、能源电力、电器电子、减灾防灾等方面获得了广泛的应用。
3.功能涂层因应用领域不同，其厚度也相差较大，涂层尺度为亚微米或微米。制备功能涂层常用的方法有电镀、溶胶凝胶、原位反应、化学气相沉积、物理气相沉积等。上述方法制备的功能涂层可控性强、尺寸一致性好，但是上述设备昂贵、制备周期长。表面粘涂方法无需大型设备，且操作步骤简单，是一种可供选择的功能涂层制备方法。然而，目前表面粘涂设备或装置多适用于大面积涂层的制备，对于特定尺寸涂层的加工存在挑战。例如，在微纳米线结构上制备涂层、在特定区域中制备涂层等。


技术实现要素：

4.本发明为了克服上述挑战，发明了一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。首先利用负压吸附力固定转移微纳结构，在回型状涂层单元上施加高电压，涂层单元周围形成空间电场，微纳结构处在此空间电场中，受到侧向电场力，并向有高压电一侧的涂层单元弯曲；接着，涂层单元腔出液口流出功能液体，涂到弯曲的微纳结构上，完成电场辅助功能涂层制备。此电场辅助功能涂层制备方法利用静电力对微纳结构的吸引作用，使其定向、定距弯曲，并利用流体控制实现侧向功能涂层的制备，此装置简单、方便操作、材料适应性广。
5.本发明采用的技术方案是：一种基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于：所述的功能涂层制备装置包括平台、移动台面、气孔、气体管、气泵、微纳结构、涂层单元、涂层单元腔、进液口、进液管、功能液体泵、出液管、侧面功能涂层、腔内出液口、电极、出液口、导线、高压电源；
6.所述的平台上方固定有移动台面；所述的移动台面上方布置有气孔，移动台面内部有气体沟道，可以实现水平面内的移动；所述的气体管与移动台面连接，并与气孔连通；所述的气泵通过气体管与气孔连通，并改变气孔内的气压，使气孔保持吸气；利用微纳操作方法将微纳结构移动到移动台面上，利用气孔的吸附力将微纳结构固定在移动台面；
7.所述的电极分布在涂层单元腔四个外壁上，用于向涂层单元施加高电压；所述的电极经过导线与高压电源相连；高压电源通过导线向涂层单元腔外壁上的电极施加高电压，通电的涂层单元腔内壁具有高压电场，在涂层单元腔内壁周围形成高压电场，处在高压电场中的微纳结构受到侧向电场力，微纳结构发生弯曲，贴合在涂层单元腔内壁通有电的一侧；
8.所述的涂层单元为回型件，固定在移动台面上的微纳结构在移动台面的带动下穿过涂层单元，微纳结构可在涂层单元中移动；所述的涂层单元内部有涂层单元腔，涂层单元
腔下方有进液口，上方有出液口；所述的进液管与进液口连通；所述的出液管与出液口连通；所述的功能液体泵与进液管连接，并经进液口向涂层单元腔内提供功能液体，功能液体经过出液管、出液口会流回功能液体泵；所述的腔内出液口对称分布在涂层单元腔四个内壁上，用于释放功能液体，涂层单元腔内壁上会有功能液体，微纳结构弯向涂层单元腔的一侧，会被涂上功能液体，微纳结构上会形成功能涂层。
9.所述的基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于，所述的气孔尺寸及气压大小与微纳结构尺寸相关；所述的腔内出液口尺寸、电极尺寸与微纳结构上涂层结构特征相关；所述的微纳结构上形成的功能涂层由微纳结构结构特征、出液管尺寸和涂层单元腔内壁高压电场决定。
10.本发明的有益效果为：此基于电场辅助的功能涂层制备装置利用静电力吸引微纳结构，发生定向、定距的弯曲，并借助流体控制向弯曲的微纳结构上涂功能涂层，此方法具有步骤简单、方便操作、材料适应性广的特点。
附图说明：
11.图1是本发明实施例中的电场辅助功能涂层制备装置示意图。
12.图2是本发明实施例中电场辅助功能涂层制备过程的示意图。
13.图3是本发明实施例中涂层单元腔的结构示意图。
14.图中：1平台、2移动台面、3气孔、4气体管、5气泵、6微纳结构、7涂层单元、8涂层单元腔、9进液口、10进液管、11功能液体泵、12出液管、13侧面功能涂层、14腔内出液口、15电极、16出液口、17导线、18高压电源。
具体实施方式
15.以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式，参见图1至图3。
16.本实施例公开了一种基于电场辅助的功能涂层制备装置。
17.具体地讲，在本实施例中，一种基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于：所述的功能涂层制备装置包括平台1、移动台面2、气孔3、气体管4、气泵5、微纳结构6、涂层单元7、涂层单元腔8、进液口9、进液管10、功能液体泵11、出液管12、侧面功能涂层13、腔内出液口14、电极15、出液口16、导线17、高压电源18；
18.具体地讲，在本实施例中，所述的平台1上方固定有移动台面2；所述的移动台面2上方布置有有50-200个气孔3，气孔3的尺寸为30纳米-100微米，移动台面2内部有气体沟道，可以实现水平面内的移动；所述的气体管4与移动台面2连接，并与气孔3连通；所述的气泵5通过气体管4与气孔3连通，并改变气孔3内的气压，气压为2
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104pa，使气孔3保持吸气；利用微纳操作方法将微纳结构6移动到移动台面2上，利用气孔3的吸附力将微纳结构6固定在移动台面2，微纳结构6尺寸为50纳米-200微米；
19.具体地讲，在本实施例中，所述的电极15分布在涂层单元腔8四个外壁上，用于向涂层单元7施加高电压，电压大小200-8000v；所述的电极15经过导线17与高压电源18相连；高压电源18通过导线17向涂层单元腔8外壁上的电极15施加高电压，通电的涂层单元腔8内壁具有高压电场，在涂层单元腔8内壁周围形成高压电场，处在高压电场中的微纳结构6受到侧向电场力，微纳结构6发生弯曲，贴合在涂层单元腔8内壁通有电的一侧；
20.具体地讲，在本实施例中，所述的涂层单元7为回型件，固定在移动台面2上的微纳结构6在移动台面2的带动下穿过涂层单元7，微纳结构6可在涂层单元7中移动；所述的涂层单元7内部有涂层单元腔8，涂层单元腔8下方有进液口9，上方有出液口16；所述的进液管10与进液口9连通；所述的出液管12与出液口16连通；所述的功能液体泵11与进液管10连接，并经进液口9向涂层单元腔8内提供pvp功能液体，功能液体经过出液管12、出液口16会流回功能液体泵11；所述的腔内出液口14对称分布在涂层单元腔8四个内壁上，用于释放功能液体，涂层单元腔8内壁上会有功能液体，微纳结构6弯向涂层单元腔8的一侧，会被涂上功能液体，微纳结构6上会形成功能涂层，厚度为200纳米-50微米。
21.具体地讲，在本实施例中，所述的基于电场辅助的功能涂层制备装置，其特征在于，所述的气孔3尺寸及气压大小与微纳结构6尺寸相关；所述的腔内出液口14尺寸、电极15尺寸与微纳结构6上涂层结构特征相关；所述的微纳结构6上形成的功能涂层由微纳结构6结构特征、出液管12尺寸和涂层单元腔8内壁高压电场决定。