CN116393336B - 用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具及其使用方法,属于薄膜涂覆技术领域,解决磁致伸缩材料薄膜基体装夹的问题,解决方案为:夹具包括上层玻璃板、下层玻璃板以及强磁材料阵列,上层玻璃板与下层玻璃板相对的表面上分别贴附双面胶带,强磁材料阵列两侧的端面粘贴在对应的双面胶带上,上层玻璃板与下层玻璃板通过双面胶带连接,薄膜基体吸附于上层玻璃板的上表面上;在此基础上,还提供了磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具的使用方法。本发明在运用旋转涂布法的基础上,能够在磁致伸缩材料薄膜基体表面快速、均匀和高质量的涂覆单层功能性的聚合物材料薄膜,使其能够应用于无线湿度传感元件对相对湿度进行无线传感。
Description
技术领域
本发明属于薄膜涂覆技术领域,具体涉及的是一种用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具及其使用方法。
背景技术
功能性聚合物材料-磁致伸缩材料所构成的双层薄膜能够应用于无线湿度传感元件,对相对湿度进行无线传感,现有技术中通常采用溶液流延法和热压法制备聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜,但是存在以下缺点:
1、溶液流延法:由于聚合物材料的溶液(或悬浊溶液)在溶剂挥发过程中,不同位置溶剂挥发时间不一致性,导致在磁致伸缩材料薄膜表面涂覆的聚合物材料薄膜厚度分布不均匀(如图1所示);
2、热压法:由于在密闭成形模具中进行高压成形,一方面,会导致磁致伸缩材料发生微小的塑形形变,另一方面,聚合物材料挤入到磁致伸缩材料的四周及其底面上(如图2所示),严重影响双层薄膜的制造质量和传感功能的稳定性。
综上所述,聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜的制造工艺的难点在于:如何实现在磁致伸缩材料薄膜上表面快速、均匀和高质量的涂覆单层聚合物材料薄膜。
旋转涂布法能够实现在刚度较大的基体材料(如玻璃片、陶瓷片、石英晶体片、各类天然石材、金属块或金属片(较厚、不易变形)等)平整光洁的表面快速、均匀涂覆单层聚合物材料薄膜,为了在磁致伸缩材料(即基底材料)薄膜表面涂覆单层聚合物材料薄膜,需要将此磁致伸缩材料薄膜放置在旋转涂布转盘中心处,并使用卡槽法或者抽真空法将其固定从而对其进行旋转涂布工艺。然而,如图4所示,卡槽法制备过程中,由于受卡槽壁的影响,在磁致伸缩薄膜表面无法得到均匀且高质量的聚合物材料薄膜;如图3所示,抽真空法会使磁致伸缩材料薄膜形变导致其磁致伸缩性能的变化,并且也严重影响聚合物材料薄膜的旋转涂布工艺的稳定性和所涂覆的薄膜厚度的均匀性。所以,如何采用旋转涂布法在磁致伸缩材料单侧面制备厚度均匀一致的聚合物材料薄膜,是现有技术中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足,解决磁致伸缩材料薄膜基体装夹的问题,本发明提供一种用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具及其使用方法。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案为:
用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,其中:它包括上层玻璃板、下层玻璃板以及设置于两层玻璃板之间的强磁材料阵列,上层玻璃板与下层玻璃板相对的表面上分别贴附双面胶带,强磁材料阵列两侧的端面粘贴在对应的双面胶带上,上层玻璃板与下层玻璃板通过双面胶带连接,薄膜基体吸附于上层玻璃板的上表面上;所述强磁材料阵列包括四个以上的偶数个强磁材料单元,并且若干强磁材料单元两两外切,与所述强磁材料阵列相外切的矩形框定义为有效吸附区,薄膜基体的形状不大于有效吸附区的边界,并且薄膜基体的几何中心与有效吸附区的几何中心位于同一铅垂线上。
进一步地,所述上层玻璃板的厚度小于下层玻璃板的厚度。
进一步地,所述上层玻璃板的上表面上设置用于确定有效吸附区几何中心的标记。
进一步地,所述强磁材料单元为圆片形状,圆片的直径为0.6cm。
进一步地,所述薄膜基体的厚度为10μm-50μm;当所述薄膜基体的形状为圆形时,薄膜基体的直径为0.2cm-15cm;当所述薄膜基体的形状为长方形时,长方形薄膜基体长边边长不大于15cm,短边边长为0.2cm-10cm,并且长边边长与短边边长之比为(1.5~3):1。
如上所述旋转涂布的夹具的使用方法,包括以下步骤:
S1、首先,在上层玻璃板和下层玻璃板相对的表面上分别粘贴双面胶带,根据薄膜基体的大小选择若干强磁材料单元,将若干强磁材料单元依次贴附在下层玻璃板待粘接面的双面胶带上,并且若干强磁材料单元两两外切,组成强磁材料阵列;然后,将上层玻璃板有双面胶带一侧的表面与下层玻璃板的待粘接面连接;最后,将薄膜基体放置于上层玻璃板的上表面上,并且使薄膜基体的几何中心与有效吸附区的几何中心位于同一铅垂线上,由于强磁材料阵列产生由几何中心呈中心对称分布的非均匀磁场的作用,所以强磁材料阵列将具有铁磁性的薄膜基体紧密吸附于上层玻璃板的上表面上;
S2、将步骤S1制备的吸附薄膜基体的旋转涂布夹具放置于旋转涂布转盘中心,然后旋转涂布设备开始抽真空,使旋转涂布夹具压紧于旋转涂布转盘上;
S3、将预先配制好的聚合物材料溶液(或聚合物基悬浊溶液,具有一定的粘度)滴在薄膜基体的表面上,将薄膜基体完全覆盖即可,由于聚合物材料溶液的表面张力作用,所以聚合物材料溶液不会渗入上层玻璃板与薄膜基体之间;
S4、首先,启动旋转涂布设备,根据需要设定旋转涂布转盘转速及涂布时间,聚合物材料溶液均匀涂布于薄膜基体上;然后,旋转涂布设备停止,同时停止抽真空,从旋转涂布设备中将涂布半干状态聚合物材料薄膜的薄膜基体与旋转涂布夹具整体取出并置于鼓风干燥烘箱中,使半干状态聚合物材料薄膜凝固成膜(即聚合物材料薄膜中的残余溶剂挥发);最后,将涂布聚合物材料的薄膜基体与旋转涂布夹具整体从鼓风干燥烘箱中取出,上层玻璃板、强磁材料阵列与下层玻璃板分离,即涂布聚合物材料的薄膜基体与强磁材料阵列分离,并将涂布聚合物材料的薄膜基体与上层玻璃板分离,去除薄膜基体范围之外的聚合物材料毛刺或者毛边,制得在薄膜基体单侧面均匀涂布聚合物材料薄膜的双层薄膜。
进一步地,所述步骤S4中,聚合物材料薄膜的厚度为0.5μm-10μm。
与现有技术相比本发明的有益效果为:
本发明提供的一种用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具及其使用方法,在运用旋转涂布法的基础上,解决磁致伸缩材料薄膜基体装夹的问题,进而在磁致伸缩材料薄膜基体表面快速、均匀和高质量的涂覆单层功能性的聚合物材料薄膜,使其能够应用于无线湿度传感元件对相对湿度进行无线传感。
附图说明
图1为现有技术中采用溶液流延法制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜主视剖视结构示意图;
图2为现有技术中采用热压法制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜主视剖视结构示意图;
图3为现有技术中采用旋转涂布法——抽真空法制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜主视剖视结构示意图;
图4为现有技术中采用旋转涂布法——卡槽法制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜主视剖视结构示意图;
图5为实施例1中旋转涂布的夹具的主视结构示意图;
图6为实施例1中旋转涂布的夹具的俯视结构示意图;
图7为实施例1中旋转涂布工艺初始状态主视剖视结构示意图;
图8为实施例1中旋转涂布工艺终了状态主视剖视结构示意图;
图9为实施例1制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜主视剖视结构示意图;
图10为实施例1制得的聚合物材料-磁致伸缩材料双层薄膜用作无线湿度传感元件时得到的从低湿度到高湿度环境中的扫描频率信号曲线对比图;
图11为实施例2中旋转涂布的夹具的主视结构示意图;
图12为实施例2中旋转涂布的夹具的俯视结构示意图;
图13为实施例3中旋转涂布的夹具的主视结构示意图;
图14为实施例3中旋转涂布的夹具的俯视结构示意图;
图15为实施例4中旋转涂布的夹具的主视结构示意图;
图16为实施例4中旋转涂布的夹具的俯视结构示意图。
图中,1为上层玻璃板,2为强磁材料阵列,3为下层玻璃板,4为双面胶带,5为薄膜基体,6为强磁材料单元,7为有效吸附区,8为聚合物材料薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,其中:它包括上层玻璃板1、下层玻璃板3以及设置于两层玻璃板之间的强磁材料阵列2,上层玻璃板1与下层玻璃板3相对的表面上分别贴附双面胶带4(无痕的双面胶带,removable double-sided tape),强磁材料阵列2两侧的端面粘贴在对应的双面胶带4上,上层玻璃板1与下层玻璃板3通过双面胶带4连接,薄膜基体5吸附于上层玻璃板1的上表面上,作为优选地,上层玻璃板1的厚度小于下层玻璃板3的厚度,以便强磁材料阵列2产生的磁场能够更好地吸附磁致伸缩材料的薄膜基体5;所述强磁材料阵列2包括四个以上的偶数个强磁材料单元6,作为优选地,强磁材料单元6为圆片形状,圆片的直径为0.6cm,并且若干强磁材料单元6两两外切,与所述强磁材料阵列2相外切的矩形框定义为有效吸附区7,薄膜基体5的形状不大于有效吸附区7的边界,并且薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上;作为优选地,上层玻璃板1的上表面上设置用于确定有效吸附区7几何中心的标记,方便薄膜基体5在旋转涂布夹具上快速装卡。
如上所述旋转涂布的夹具的使用方法,包括以下步骤:
S1、首先,在上层玻璃板1和下层玻璃板3相对的表面上分别粘贴双面胶带4,根据薄膜基体5的大小选择若干强磁材料单元6,将若干强磁材料单元6依次贴附在下层玻璃板3待粘接面的双面胶带4上,并且若干强磁材料单元6两两外切,组成强磁材料阵列2;然后,将上层玻璃板1有双面胶带4一侧的表面与下层玻璃板3的待粘接面连接;最后,将薄膜基体5放置于上层玻璃板1的上表面上,并且使薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上,强磁材料阵列2将薄膜基体5紧密吸附于上层玻璃板1的上表面上;
S2、将步骤S1制备的吸附薄膜基体5的旋转涂布夹具放置于旋转涂布转盘中心,然后旋转涂布设备开始抽真空,使旋转涂布夹具压紧于旋转涂布转盘上;
S3、将预先配制好的聚合物材料溶液滴在薄膜基体5的表面上,将薄膜基体5完全覆盖即可;
S4、首先,启动旋转涂布设备,聚合物材料溶液均匀涂布于薄膜基体5上;然后,旋转涂布设备停止,同时停止抽真空,从旋转涂布设备中将涂布半干状态聚合物材料薄膜8的薄膜基体5与旋转涂布夹具整体取出并置于鼓风干燥烘箱中,使半干状态聚合物材料薄膜8凝固成膜;最后,将涂布聚合物材料的薄膜基体5与旋转涂布夹具整体从鼓风干燥烘箱中取出,使用小刀割开粘接的双面胶带4以及强磁材料阵列2,将上层玻璃板1、强磁材料阵列2与下层玻璃板3分离,即涂布聚合物材料的薄膜基体5与强磁材料阵列2分离;进而再次使用小刀将涂布聚合物材料的薄膜基体5从上层玻璃板1上小心地铲下,并使用小刀去除薄膜基体5范围之外的聚合物材料毛刺或者毛边,制得在薄膜基体5单侧面均匀涂布聚合物材料薄膜8的双层薄膜。
实施例1
本实施例1中薄膜基体5的形状为长方形,其长边边长为1cm,短边边长为0.4cm,厚度为30μm;本实施例1中需要在薄膜基体5上采用旋转涂布的方式涂布厚度为0.5μm的聚合物材料薄膜8。
如图5和图6所示的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,它包括上层玻璃板1、下层玻璃板3以及设置于两层玻璃板之间的强磁材料阵列2,上层玻璃板1与下层玻璃板3相对的表面上分别贴附双面胶带4,强磁材料阵列2两侧的端面粘贴在对应的双面胶带4上,上层玻璃板1与下层玻璃板3通过双面胶带4连接,薄膜基体5吸附于上层玻璃板1的上表面上,本实施例1中上层玻璃板1上仅吸附一块薄膜基体5,上层玻璃板1的厚度为0.8mm,下层玻璃板3的厚度为2mm;所述强磁材料阵列2包括四个强磁材料单元6,强磁材料单元6为圆片形状,圆片的直径为0.6cm,并且四个强磁材料单元6两两外切,四个强磁材料单元6之间组成封闭的空格,与所述强磁材料阵列2相外切的矩形框定义为有效吸附区7,本实施例1中有效吸附区7的形状为正方形,薄膜基体5的形状不大于有效吸附区7的边界,并且薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上;作为优选地,上层玻璃板1的上表面上设置用于确定有效吸附区7几何中心的标记,方便薄膜基体5在旋转涂布夹具上快速装卡。
如图7~图9所示的采用上述旋转涂布的夹具的使用方法,包括以下步骤:
S1、首先,在上层玻璃板1和下层玻璃板3相对的表面上分别粘贴双面胶带4,根据薄膜基体5的大小选择四个强磁材料单元6,将四个强磁材料单元6依次贴附在下层玻璃板3待粘接面的双面胶带4上,并且若干强磁材料单元6两两外切,组成强磁材料阵列2;然后,将上层玻璃板1有双面胶带4一侧的表面与下层玻璃板3的待粘接面连接;最后,将薄膜基体5放置于上层玻璃板1的上表面上,并且使薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上,强磁材料阵列2将薄膜基体5紧密吸附于上层玻璃板1的上表面上;
S2、将步骤S1制备的吸附薄膜基体5的旋转涂布夹具放置于旋转涂布转盘中心,然后旋转涂布设备开始抽真空,使旋转涂布夹具压紧于旋转涂布转盘上;
S3、将预先配制好的聚合物材料溶液滴在薄膜基体5的表面上,将薄膜基体5完全覆盖即可;
S4、首先,启动旋转涂布设备,聚合物材料溶液均匀涂布于薄膜基体5上;然后,旋转涂布设备停止,同时停止抽真空,从旋转涂布设备中将涂布半干状态聚合物材料薄膜8的薄膜基体5与旋转涂布夹具整体取出并置于鼓风干燥烘箱中,使半干状态聚合物材料薄膜8凝固成膜;最后,将涂布聚合物材料的薄膜基体5与旋转涂布夹具整体从鼓风干燥烘箱中取出,使用小刀割开粘接的双面胶带4以及强磁材料阵列2,将上层玻璃板1、强磁材料阵列2与下层玻璃板3分离,即涂布聚合物材料的薄膜基体5与强磁材料阵列2分离;进而再次使用小刀将涂布聚合物材料的薄膜基体5从上层玻璃板1上小心地铲下,并使用小刀去除薄膜基体5范围之外的聚合物材料毛刺或者毛边,制得在薄膜基体5单侧面均匀涂布聚合物材料薄膜8的双层薄膜。
如图10所示,本实施例1制得的聚合物材料—磁致伸缩材料双层薄膜用作无线湿度传感元件时得到的从低湿度到高湿度环境中的扫描频率信号曲线对比图,从扫描频率信号曲线峰值可以看出,无线湿度传感器在低湿度和高湿度环境中均具有稳定的传感性能。
实施例2
如图11和图12所示的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,本实施例2与实施例1的区别仅在于薄膜基体5的形状不同,本实施例2中薄膜基体5的形状为圆形,其直径为Φ1.6cm。
由实施例1和实施例2的对比可知,实施例1和实施例2中有效吸附区7的形状均为正方形,而且大小相同,只要薄膜基体5的形状不大于有效吸附区7的边界,并且薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上,即可使用本发明提供的旋转涂布的夹具在磁致伸缩材料薄膜基体5上进行旋转涂布工艺。
实施例3
如图13和图14所示的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,本实施例3与实施例2的区别在于:
1)、薄膜基体5的大小不同,本实施例3中薄膜基体5的直径为Φ0.8cm;
2)、强磁材料阵列2包括八个强磁材料单元6,八个强磁材料单元6两两外切,八个强磁材料单元6之间组成三个封闭的空格,本实施例3中有效吸附区7的形状为长方形,薄膜基体5的形状不大于有效吸附区7的边界,并且薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上。
实施例4
如图15和图16所示的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,本实施例4与实施例3的区别仅在于:本实施例4中薄膜基体5的形状为长方形,其长边边长为1.5cm,短边边长为0.6cm,厚度为30μm。
由实施例1和实施例4的对比可知,用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具可以根据薄膜基体5的形状进而选择强磁材料阵列2包括的强磁材料单元6的个数,但是强磁材料单元6需要满足以下条件:强磁材料单元6的个数为四个以上的偶数个,若干强磁材料单元6两两相切并形成中心对称结构。
由实施例3和实施例4的对比可知,实施例3和实施例4中有效吸附区7的形状均为长方形,而且大小相同,只要薄膜基体5的形状不大于有效吸附区7的边界,并且薄膜基体5的几何中心与有效吸附区7的几何中心位于同一铅垂线上,即可使用本发明提供的旋转涂布的夹具在磁致伸缩材料薄膜基体上进行旋转涂布工艺。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,其特征在于:它包括上层玻璃板(1)、下层玻璃板(3)以及设置于两层玻璃板之间的强磁材料阵列(2),上层玻璃板(1)与下层玻璃板(3)相对的表面上分别贴附双面胶带(4),强磁材料阵列(2)两侧的端面粘贴在对应的双面胶带(4)上,上层玻璃板(1)与下层玻璃板(3)通过双面胶带(4)连接,薄膜基体(5)吸附于上层玻璃板(1)的上表面上,所述薄膜基体(5)的厚度为10μm-50μm;所述强磁材料阵列(2)包括四个以上的偶数个强磁材料单元(6),强磁材料单元(6)为圆片形状,圆片的直径为0.6cm,并且若干强磁材料单元(6)两两外切,与所述强磁材料阵列(2)相外切的矩形框定义为有效吸附区(7),薄膜基体(5)的形状不大于有效吸附区(7)的边界,并且薄膜基体(5)的几何中心与有效吸附区(7)的几何中心位于同一铅垂线上,当所述薄膜基体(5)的形状为圆形时,薄膜基体(5)的直径为0.2cm-15cm;当所述薄膜基体(5)的形状为长方形时,长方形薄膜基体(5)长边边长不大于15cm,短边边长为0.2cm-10cm,并且长边边长与短边边长之比为(1.5~3):1。
2.根据权利要求1所述的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,其特征在于:所述上层玻璃板(1)的厚度小于下层玻璃板(3)的厚度。
3.根据权利要求2所述的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具,其特征在于:所述上层玻璃板(1)的上表面上设置用于确定有效吸附区(7)几何中心的标记。
4.根据权利要求1所述的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、首先,在上层玻璃板(1)和下层玻璃板(3)相对的表面上分别粘贴双面胶带(4),根据薄膜基体(5)的大小选择若干强磁材料单元(6),强磁材料单元(6)为圆片形状,圆片的直径为0.6cm,将若干强磁材料单元(6)依次贴附在下层玻璃板(3)待粘接面的双面胶带(4)上,并且若干强磁材料单元(6)两两外切,组成强磁材料阵列(2);然后,将上层玻璃板(1)有双面胶带(4)一侧的表面与下层玻璃板(3)的待粘接面连接;最后,将薄膜基体(5)放置于上层玻璃板(1)的上表面上,并且使薄膜基体(5)的几何中心与有效吸附区(7)的几何中心位于同一铅垂线上,强磁材料阵列(2)将薄膜基体(5)紧密吸附于上层玻璃板(1)的上表面上;所述薄膜基体(5)的厚度为10μm-50μm;当所述薄膜基体(5)的形状为圆形时,薄膜基体(5)的直径为0.2cm-15cm;当所述薄膜基体(5)的形状为长方形时,长方形薄膜基体(5)长边边长不大于15cm,短边边长为0.2cm-10cm,并且长边边长与短边边长之比为(1.5~3):1;
S2、将步骤S1制备的吸附薄膜基体(5)的旋转涂布夹具放置于旋转涂布转盘中心,然后旋转涂布设备开始抽真空,使旋转涂布夹具压紧于旋转涂布转盘上;
S3、将预先配制好的聚合物材料溶液滴在薄膜基体(5)的表面上,将薄膜基体(5)完全覆盖即可;
S4、首先,启动旋转涂布设备,聚合物材料溶液均匀涂布于薄膜基体(5)上;然后,旋转涂布设备停止,同时停止抽真空,从旋转涂布设备中将涂布半干状态聚合物材料薄膜(8)的薄膜基体(5)与旋转涂布夹具整体取出并置于鼓风干燥烘箱中,使半干状态聚合物材料薄膜(8)凝固成膜;最后,将涂布聚合物材料的薄膜基体(5)与旋转涂布夹具整体从鼓风干燥烘箱中取出,上层玻璃板(1)、强磁材料阵列(2)与下层玻璃板(3)分离,即涂布聚合物材料的薄膜基体(5)与强磁材料阵列(2)分离,并将涂布聚合物材料的薄膜基体(5)与上层玻璃板(1)分离,去除薄膜基体(5)范围之外的聚合物材料毛刺或者毛边,制得在薄膜基体(5)单侧面均匀涂布聚合物材料薄膜(8)的双层薄膜。
5.根据权利要求4所述的用于磁致伸缩材料薄膜基体旋转涂布的夹具的使用方法,其特征在于:所述步骤S4中,聚合物材料薄膜(8)的厚度为0.5μm-10μm。
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