[發明專利]一種基于微滴預混和轉印的氣敏膜的并行合成裝置及合成方法

有效

• 申請號: 201610899309.8
• 申請日: 2016-10-12
• 公開（公告）號: CN106541711B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 張順平;雷濤;張春雷
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J3/407
• 分類號: B41J3/407;B41J29/393;B05C9/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于氣敏膜合成技術領域，更具體地，涉及一種基于微滴預混和轉印的氣敏膜的并行合成裝置及合成方法，其能夠精準快速地制備多種氣敏膜，同時能夠避免打印過程中的堵塞問題。

背景技術

現有技術中基于“組合材料學”方法對氣敏膜進行篩選，可大幅提高高性能氣敏膜優化的效率。“組合材料學”包含兩個關鍵過程：并行合成、高通量表征。其中，并行合成指高速、同步地合成大量不同組分的材料；高通量表征指同時對大量材料的性能進行表征。

目前，氣敏材料的并行合成技術主要基于噴墨打印技術來實現，噴墨打印技術中通過控制不同組分噴打的量來控制氣敏材料的組分。然而進一步的研究表明，噴墨打印技術會導致組分的混合不均勻和出現分層，導致氣敏膜的性能差；且由于噴墨打印技術中噴嘴孔徑一般小于50μm，噴打含有微顆粒的懸濁液時，噴頭處溶劑揮發會導致微顆粒堵塞噴頭，其只適合噴打純液體，因而其材料合成方法只能采用溶膠凝膠等非沉淀方法，限制了其它納米材料合成方法在氣敏材料并行合成中的使用，極大地限制了高性能氣敏膜的并行合成。

由于現有的氣敏材料的并行合成技術存在著上述缺陷和不足，本領域亟需做出進一步的改進和完善，設計一種新的氣敏膜并行合成裝置和氣敏膜的制備方法，使其能夠實現不同材料不同組份氣敏材料的定量均勻混合，精準快速地形成氣敏膜，同時能夠避免打印過程中的堵塞問題，且適用于尺寸不大于1μm的納米氣敏原材料懸濁液的nL級定量微滴轉印。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于微滴預混和轉印的氣敏膜的并行合成裝置及其制備方法，根據基于微滴預混和轉印的氣敏膜并行合成裝置的成膜原理和特點，對并行合成裝置的結構特征和合成工藝做出進一步的研究和設計，用陣列蠕動泵、陣列微滴針頭和氣密自動微量進樣器相結合，進行定量微滴預混的方式來精確控制氣敏材料的組分種類和含量，定量微滴預混的方式來實現定量的不同組份氣敏材料均勻混合，利用氣密自動微量進樣器來實現不同組份氣敏材料預混液定量的微滴轉印，利用圖像定位攝像頭和預制定位膜來實現氣敏膜的精準定位和定形，該裝置可快速大量制備不同組分氣敏膜，并解決現有噴墨打印并行合成方法中組分混合不均勻的問題，同時能夠避免打印過程中的堵塞問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于微滴預混和轉印的氣敏膜并行合成裝置，其特征在于，它包括限位載物臺、設置在限位載物臺一側的控制模塊、緊靠控制模塊設置的三維滑臺以及與三維滑臺相連的微滴預混模塊和微滴轉印模塊；

所述控制模塊包括相對設置在控制模塊兩側的通訊接口和電源開關，以及設置在控制模塊頂端的狀態指示燈；

所述微滴預混模塊包括陣列原料腔、陣列蠕動泵、蠕動泵軟管和陣列微滴針頭；所述微滴轉印模塊包括氣密自動微量進樣器；

所述三維滑臺包括沿直角坐標系x、y和z 3個方向的導軌，其中x方向的導軌和y方向的導軌設置在限位載物臺上且呈“工”字形，“工”字形中間的豎梁為y方向，x方向的導軌和y方向的導軌的交匯處設置有z方向的導軌，上述y方向導軌的一側排布有陣列蠕動泵，該陣列蠕動泵對應設置有陣列原料腔，所述陣列蠕動泵的每個蠕動泵上設置有一根蠕動軟管，上述蠕動軟管的兩端分別與對應的原料腔和微滴針頭連接，用以輸送原料；所述三維滑臺還包括分別設置在x、y、z方向的三個步進電機以及設置在y方向導軌另一側的導軌滑塊，所述導軌滑塊上固定有圖像定位攝像頭、陣列微滴針頭和氣密自動微量進樣器，所述導軌同側的限位載物臺上并列設置有可拆卸的陣列預混腔和預制定位膜的基片，上述陣列蠕動泵與陣列微滴針頭相結合可將原料定量微滴在陣列預混腔的指定位置，然后由所述氣密自動微量進樣器抽取指定陣列預混腔內的懸濁液轉印到預制定位膜的基片的指定位置。

進一步優選地，所述預制定位膜的基片是指通過絲網印刷在基片表面形成一系列不同形狀定位網孔的基片。采用該類型的基片可實現精準定位，便于精準成膜。

優選地，所述陣列微滴針頭的滴孔孔徑范圍為100-1000μm。采用蠕動泵和微滴針頭相結合來定量微“滴”，從而實現氣敏材料預混過程中的定量微滴。采用氣密自動微量進樣器來實現對氣敏膜材料懸濁液的自動進樣和微滴。而將陣列微滴針頭的滴孔孔徑控制在100-1000μm范圍內，可解決現有噴墨打印并行合成方法中出現的堵塞問題，實現尺寸不大于1μm顆粒的納米氣敏原材料懸濁液的nL級定量微滴。

優選地，所述氣密自動微量進樣器中包括通用控制器、氣密微量進樣器。