|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Устройство для получения наноструктурированных покрытий на твердой поверхности, включающее технологическую ванну для заполнения рабочей жидкостью, устройство для слива, по меньшей мере одно автоматизированное устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости в виде монослоя, средство для перемещения подложек и их извлечения сквозь монослой под углом относительно горизонтальной плоскости, два линейных барьера, расположенных вдоль противоположных сторон ванны с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, и установленный между линейными барьерами с возможностью вращения цилиндрический барьер, ось которого параллельна поверхности рабочей жидкости и упомянутым линейным барьерам, два датчика поверхностного натяжения, блок активации поверхности подложек, электронный блок управления, отличающееся тем, что дополнительно введены по меньшей мере один теплообменник, система очистки и поддержания заданного уровня рабочей жидкости, устройство для подачи рабочей жидкости; при этом цилиндрический барьер установлен с возможностью перемещения по вертикали так, что его ось расположена ниже уровня рабочей жидкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя нижняя поверхность технологической ванны выполнена с уклоном. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейные барьеры установлены с возможностью перемещения по вертикали. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрический барьер выполнен из химически инертных материалов, выбранных, например, из групп фторопластов, полиэфиркетонов, полиметиленоксидов. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости выполнено в виде аэрозольного микродозатора. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде ленточного конвейера. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде по меньшей мере двух секций транспортных роликов, причем каждая из секций имеет автономный шаговый двигатель. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок активации поверхности подложек выполнен в виде набора технологических элементов, предназначенных для обеспечения активации физическими методами, например в низкотемпературной плазме. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит датчик уровня жидкости. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит герметичный затвор.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Устройство для получения наноструктурированных покрытий на твердой поверхности, включающее технологическую ванну для заполнения рабочей жидкостью, устройство для слива, по меньшей мере одно автоматизированное устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости в виде монослоя, средство для перемещения подложек и их извлечения сквозь монослой под углом относительно горизонтальной плоскости, два линейных барьера, расположенных вдоль противоположных сторон ванны с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, и установленный между линейными барьерами с возможностью вращения цилиндрический барьер, ось которого параллельна поверхности рабочей жидкости и упомянутым линейным барьерам, два датчика поверхностного натяжения, блок активации поверхности подложек, электронный блок управления, отличающееся тем, что дополнительно введены по меньшей мере один теплообменник, система очистки и поддержания заданного уровня рабочей жидкости, устройство для подачи рабочей жидкости; при этом цилиндрический барьер установлен с возможностью перемещения по вертикали так, что его ось расположена ниже уровня рабочей жидкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя нижняя поверхность технологической ванны выполнена с уклоном. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейные барьеры установлены с возможностью перемещения по вертикали. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрический барьер выполнен из химически инертных материалов, выбранных, например, из групп фторопластов, полиэфиркетонов, полиметиленоксидов. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости выполнено в виде аэрозольного микродозатора. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде ленточного конвейера. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде по меньшей мере двух секций транспортных роликов, причем каждая из секций имеет автономный шаговый двигатель. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок активации поверхности подложек выполнен в виде набора технологических элементов, предназначенных для обеспечения активации физическими методами, например в низкотемпературной плазме. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит датчик уровня жидкости. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит герметичный затвор.
Евразийское 032214 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.04.30
(21) Номер заявки 201700059
(22) Дата подачи заявки
2014.09.02
(51) Int. Cl. B05C3/10 (2006.01) B05D 1/20 (2006.01) B82Y30/00 (2011.01)
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ
(43) 2017.08.31
(86) PCT/BY2014/000007
(87) WO 2016/033674 2016.03.10
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ИЗОВАК ТЕХНОЛОГИИ" (BY)
(72) Изобретатель:
Жавнерко Геннадий Константинович, Ширипов Владимир Яковлевич (BY)
(56) BY-C1-15411 US-A-5512326 US-A-4093757 EP-A1-0169031 US-A-4722856
(57) Изобретение относится к приборам и аппаратам, предназначенным для формирования I на поверхности моно- и мультислойных пленок Ленгмюра-Блоджетт из поверхностно- | активных соединений, используемых при высокотехнологичном производстве электронных изделий, элементов молекулярной электроники, изделий, работающих на квантово-размерных эффектах. Задачей настоящего изобретения является разработка установки, обеспечивающей непрерывный технологический процесс получения функциональных покрытий с заданными физико-химическими характеристиками, при обеспечении их долговременной стабильности и износостойкости в процессе эксплуатации изделий. Поставленная задача решена тем, что устройство включает блок, обеспечивающий очищение рабочей жидкости и непрерывный процесс подачи очищенной рабочей жидкости в технологическую ванну, систему формирования монослоя, транспортную систему и дополнительные системы, обеспечивающие автоматическую активацию поверхности подложек и стабилизацию слоев на поверхности за счет химических реакций. Разработанная конструкция установки обеспечивает получение качественных функциональных покрытий в непрерывном техпроцессе модификации подложек.
Изобретение относится к приборам и аппаратам, предназначенным для формирования на твердой поверхности моно- и мультислойных пленок Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) из поверхностно-активных веществ (ПАВ), используемых при высокотехнологичном производстве электронных изделий, элементов молекулярной электроники, изделий, работающих на квантово-размерных эффектах.
Устройство может быть применимо для создания функциональных композиционных покрытий с заданной архитектурой и контролируемым числом слоев при изготовлении износостойких покрытий, фотонных кристаллов, изолирующих и проводящих ультратонких пленок, пассивирующих и защитных покрытий, сенсорных слоев, анизотропных оптических покрытий, интерференционных и поляризационных светофильтров и т.д.
В настоящее время известны устройства для получения пленок Ленгмюра-Блоджетт, состоящие из емкости, называемой ванной ЛБ, в которой находится жидкость (субфаза), поверхностных линейных барьеров, установленных с возможностью перемещения вдоль краев ванны, датчика, измеряющего поверхностное натяжение (поверхностное давление) в монослое, и устройства перемещения подложек [1]. Установка, как правило, располагается на виброзащитном основании.
Метод Ленгмюра-Блоджетт заключается в том, что сплошной упорядоченный мономолекулярный слой формируют на поверхности субфазы и переносят на поверхность подложки. Для этого определенный объем раствора пленкообразующего вещества в легколетучем растворителе наносится на поверхность субфазы. После испарения растворителя на поверхности воды образуется разряженная мономолекулярная пленка ПАВ, молекулы в которой ориентируется процессом сжатия барьеров до получения сплошной пленки с плотной упаковкой молекул.
Выделение монослоев на подложку (модификация поверхности) в таком устройстве происходит за счет вертикального перемещения подложки сквозь монослой, при этом давление в пленке в процессе выделения поддерживают постоянным за счет автоматического сокращения поверхности с монослоем линейными барьерами на величину, пропорциональную площади модифицированной подложки.
Описанное устройство не обеспечивает бездефектность модифицирующего слоя, что обусловлено агрегацией вещества слоя в мениске жидкости при ее контакте с вертикально ориентированной подложкой, при этом выбор ПАВ, пригодных для формирования бездефектных покрытий, ограничен, а размер площади поверхности для модифицирования не превышает нескольких десятков квадратных сантиметров, что обусловлено размерами зоны погружения подложки.
Кроме того, с помощью описанного устройства невозможно организовать непрерывный процесс выделения, что связано с цикличностью процесса нанесения на поверхность жидкости новых порций поверхностно-активного вещества для формирования пленки.
Известно также устройство [2], обеспечивающее непрерывный процесс нанесения мономолекулярной пленки ПАВ на подложку, размещенную на ленточной основе.
Упомянутое устройство состоит из фторопластовой кюветы, вращающегося цилиндрического барьера, разделяющего ванну на два отсека, двух датчиков поверхностного натяжения, автоматизированного дозатора и лентопротяжного механизма, состоящего из трех шкивов, на которых закреплена гибкая полимерная подложка ленточного типа. При этом один из шкивов погружен в субфазу.
Принцип работы устройства заключается в том, что в ванну заливают рабочую жидкость, а в отсек, не содержащий лентопротяжный механизм, подают ПАВ из дозатора.
После испарения растворителя с водной поверхности перенос амфифильных молекул в отсек с лентопротяжным механизмом и их организация в монослой осуществляется за счет вращения цилиндрического барьера. После достижения в отсеке нанесения вещества поверхностного давления, соответствующего упорядоченному состоянию монослоя, автоматически включается лентопротяжный механизм, дающий возможность пропускать подложку сквозь слой ПАВ.
Непрерывность процесса нанесения монослоя достигают путем синхронизации вращения цилиндрического барьера с подачей ПАВ из дозатора и работой лентопротяжного механизма, движения которых связаны между собой датчиками поверхностного натяжения.
Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности модифицировать планар-ные твердые поверхности размером свыше сотен квадратных сантиметров в непрерывном техпроцессе, кроме того, в данном устройстве не реализовано автоматическое извлечение твердых подложек под малым углом относительно уровня жидкости, что также отрицательно влияет на качество наносимых покрытий.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для получения моно- и мультислойных пленок амфифильных соединений [3].
Известное устройство сконструировано по блочному типу и содержит узлы, позволяющие формировать покрытия на твердой поверхности как по стандартной технологии ЛБ, так и методом горизонтального осаждения. В последнем случае подложку располагают в ванне с рабочей жидкостью на специальном держателе, позволяющем удерживать ее горизонтально, и субфаза сливается при помощи специальной оснастки для слива. Данное устройство содержит блок активации поверхности подложек, выполненный в виде вращающейся платформы с держателями емкостей с рабочими растворами для погружения подложек.
Поверхность подложки активируется перед формированием на ней пленки ЛБ вертикальным методом путем чередующейся адсорбции из рабочих растворов противоположно заряженных соединений, таких как, например, полимеры, полиэлектролиты, белки, наночастицы.
Упомянутое устройство также содержит два датчика поверхностного натяжения и два линейных фторопластовых барьера, выполненных с возможностью передвижения по поверхности рабочей жидкости, автоматизированный микродозатор для нанесения раствора вещества на поверхность рабочей жидкости (субфазы), съемный лентопротяжный механизм, выполняющий функцию средства перемещения подложек, и вращающийся цилиндрический барьер, что дает возможность получать мономолекулярные пленки амфифильных соединений на подложках, а также формировать чередующиеся слои различных амфифильных веществ. Однако описанное устройство имеет следующие недостатки: отсутствует возможность модификации планарной твердой поверхности значительных размеров; вращающийся цилиндрический барьер зафиксирован, что не позволяет регулировать уровень его погружения при изменении уровня рабочей жидкости. Фиксация цилиндрического барьера является принципиальным недостатком для обеспечения непрерывного технологического процесса нанесения покрытий. При его осуществлении необходимо организовать непрерывное перемещение ПАВ из зоны нанесения вещества на водную поверхность в зону выделения монослоя, то есть молекулы или композиционные частицы должны адсорбироваться на поверхности вращающегося цилиндрического барьера со стороны отсека нанесения и легко десорбироваться снова на водную поверхность в отсеке выделения.
Однако, когда ось вращения цилиндрического барьера располагается выше уровня рабочей жидкости, мениск жидкости может стать отрицательным со стороны отсека выделения. При этом молекулы будут "прилипать" к вращающемуся барьеру, что приведет к дополнительной адсорбции вещества на поверхности цилиндрического барьера и уносу вещества монослоя со стороны отсека выделения. В таком случае не будет обеспечиваться постоянство заданных свойств получаемых покрытий.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка установки, обеспечивающей непрерывный технологический процесс получения функциональных покрытий с заданными физико-химическими характеристиками, при обеспечении их долговременной стабильности и износостойкости в процессе эксплуатации изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для получения наноструктурированных покрытий на твердой поверхности, включающее технологическую ванну, предназначенную для заполнения рабочей жидкостью, устройство для слива, по меньшей мере одно автоматизированное устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости в виде монослоя, средство для перемещения подложек и их извлечения сквозь монослой под углом относительно горизонтальной плоскости, два линейных барьера, расположенных вдоль противоположных сторон ванны с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, и установленный между линейными барьерами с возможностью вращения цилиндрический барьер, ось которого параллельна поверхности рабочей жидкости и упомянутым линейным барьерам, два датчика поверхностного натяжения, блок активации поверхности подложек, электронный блок управления, дополнительно введены по меньшей мере один теплообменник, система очистки и поддержания заданного уровня рабочей жидкости, устройство для подачи рабочей жидкости; причем цилиндрический барьер установлен с возможностью перемещения по вертикали так, что его ось расположена ниже уровня рабочей жидкости.
Для обеспечения оптимальной работы установки внутренняя нижняя поверхность технологической ванны выполнена с уклоном, линейные барьеры установлены с возможностью перемещения по вертикали.
Кроме того, цилиндрический барьер выполнен из химически инертных материалов, выбранных, например, из групп фторопластов, полиэфиркетонов, полиметиленоксидов, устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости выполнено в виде аэрозольного микродозатора.
При этом средство для перемещения подложек может быть выполнено в виде ленточного конвейера или в виде по меньшей мере двух секций транспортных роликов, причем каждая из секций имеет для вращения роликов автономный шаговый двигатель.
В предлагаемом устройстве блок активации поверхности подложек выполнен в виде набора технологических элементов, предназначенных для обеспечения активации поверхности подложек физическими методами, например в низкотемпературной плазме, а система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит датчик уровня жидкости и герметичный затвор.
Благодаря разработанной конструкции установки обеспечивается получение качественных функциональных покрытий в непрерывном техпроцессе модификации подложек.
Таким образом, заявляемое устройство при обеспечении высокой производительности позволяет увеличить равномерность и однородность получаемых покрытий, что существенно улучшает стабильность их свойств и физико-химических характеристик в процессе эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежом - схемой устройства.
Устройство содержит технологическую ванну 1 с рабочей жидкостью 2, два линейных барьера 3 для очистки поверхности рабочей жидкости от монослоя 4, цилиндрический барьер 5, установленный с
возможностью вращения и перемещения по вертикали, под монослоем теплообменник 6 для охлаждения рабочей жидкости, автоматизированное устройство 7 для нанесения раствора ПАВ на поверхность рабочей жидкости в виде монослоя, два датчика 8 измерения поверхностного натяжения в монослое, систему
9 для очистки рабочей жидкости и поддержания ее заданного уровня в технологической ванне, средство
10 для перемещения подложек и их извлечения сквозь монослой, блок 11 активации поверхности подло-
жек, управляющий электронный блок 12, устройства 13, 14 для подачи и слива рабочей жидкости соот-
ветственно, модули 15, 16 соответственно загрузки и выгрузки подложек, зону 17 выгрузки подложек,
датчик 18 уровня жидкости, герметизирующий затвор 19, подложки 20.
Технологическая ванна 1, внутренняя нижняя поверхность которой выполнена с уклоном, установлена на антивибрационной основе (на фигуре не показано) и в нее залита рабочая жидкость 2 (субфаза). Два линейных барьера 3, расположенных вдоль противоположных сторон ванны, установлены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости по поверхности рабочей жидкости для ее очистки и в вертикальной плоскости для беспрепятственного извлечения подложек 20 сквозь монослой 4. Между линейными барьерами установлен с возможностью вращения цилиндрический барьер 5, в конструкции которого отсутствует жесткая фиксация в вертикальном положении. Ось вращения цилиндрического барьера параллельна поверхности рабочей жидкости 2 и упомянутым линейным барьерам 3. Цилиндрический барьер выполнен из химически инертных материалов, выбранных, например, из классов фторопластов, полиэфиркетонов, полиметиленоксидов.
Линейные и цилиндрический барьеры разделяют рабочую поверхность в технологической ванне на три функциональные зоны: зона А автоматической загрузки подложек, зона В нанесения вещества и зона С формирования и выделения монослоя.
В зоне С расположен теплообменник 6, который позволяет охлаждать рабочую жидкость 2 непосредственно под монослоем 4. Автоматизированное устройство 7 для нанесения раствора ПАВ на поверхность рабочей жидкости 2 в виде монослоя 4 расположено в зоне В. Два датчика 8 измерения поверхностного натяжения расположены в зонах В и С, чтобы фиксировать изменения поверхностного натяжения при нанесении раствора вещества и выделении монослоя.
Система 9 очистки рабочей жидкости и поддержания ее заданного уровня связана с рабочей жидкостью в ванне системой обратной связи через датчик уровня жидкости 18 и устройства 13 для подачи рабочей жидкости и 14 для ее слива, которые позволяют поддерживать заданный уровень рабочей жидкости 2 в процессе погружения и извлечения подложек 20.
Герметизирующий затвор 19 предназначен для поддержания постоянным уровня рабочей жидкости 2 в зонах В и С в момент загрузки подложек. Система 9 включает в себя систему предварительной очистки рабочей жидкости, после прохождения которой жидкость поступает в технологическую ванну через устройство 13 для подачи рабочей жидкости.
Управляемое средство 10 для перемещения подложек 20 и их извлечения сквозь монослой 4 позволяет перемещать подложки 20 из зоны загрузки А в зону выделения С выделения монослоя под углом относительно горизонтальной плоскости.
Установка включает блок 11 активации подложек 20 для придания им гидрофильных свойств, например, за счет обработки атмосферной плазмой. В блоке 11 можно осуществлять активацию поверхности подложек за счет формирования реакционноспособного слоя из ряда, включающего такие функциональные группы как -ОН, -СНО, -СООН, -NH2, -NHNH2, -N=C=O и т.д., а также молекулы, например биотин.
Управляющий электронный блок 12 с персональным компьютером и программным обеспечением, в котором электронное управление организовано с помощью гибкого набора модулей, обеспечивает процесс загрузки подложек, формирование и выделение монослоя, а также перемещение и извлечение модифицированных подложек.
Средство 10, предназначенное для перемещения подложек 20, выполнено известными решениями и может представлять собой, например, ленточный конвейер, на который устанавливаются подложки в держателях или без них, или секционную систему независимых транспортных роликов, которые приводятся во вращение двигателями и по которым подложки передвигаются в подложкодержателях.
Модули 15 и 16 загрузки и выгрузки подложек 20 обеспечивают подачу и извлечение подложек из технологической ванны в зону выгрузки подложек 17, откуда осуществляют их дальнейшую транспортировку в соответствии со схемой общего технологического процесса.
Устройство позволяет обеспечить повышение качества сформированных покрытий, так как в конструкции реализован непрерывный процесс модификации планарных поверхностей с автоматизированным наклонным извлечением подложек, которое минимально искажает структуру монослоя. А конструктивные особенности средства для перемещения и узла, отвечающего за формирование плотноупакован-ного монослоя, не только позволяют получать более равномерные и однородные по сравнению с прототипом покрытия, но и дают возможность перейти к промышленному производству и модификации больших площадей упорядоченными слоями функциональных покрытий с высокой производительностью.
Описанное устройство работает следующим образом.
Каждую подложку 20 вначале помещают в блок 11 активации поверхности подложек. Активацию проводят в низкотемпературной плазме диэлектрического барьерного разряда (ДБ разряда) при атмосферном давлении. Блок 11 активации поверхности подложек состоит из генератора средней частоты, массива штыревых электродов, плоского электрода, системы линейного перемещения штыревых электродов над обрабатываемой поверхностью подложки.
Подложку устанавливают на плоский электрод, от генератора подают переменное напряжение между плоским электродом и массивом штыревых электродов, зажигают ДБ разряд, в область горения разряда подают пары воды, запускают систему перемещения, массив штыревых электродов двигают над обрабатываемой поверхностью, активируя ее. Установка позволяет генерировать ДБ разряд с удельной мощностью Ws=10 Вт/см2 при частоте переменного напряжения f=14 кГц. Таким образом, в блоке 11 осуществляют активацию поверхности подложек за счет формирования реакционноспособного подслоя из ОН групп.
Подложки с активированной поверхностью помещают в подложкодержатель, выполненный в виде поддона, и каждую закрепляют в четырех точках.
В зону В технологической ванны 1 рабочую жидкость 2 -ультрачистую деионизованную воду - подают после пропускания через фильтры грубой очистки, которые осуществляют фильтрацию механических примесей, твердых частиц и объектов биологического происхождения, и систему деионизации на ионообменных материалах. Фильтры и система деионизации составляют часть системы 9 очистки рабочей жидкости и поддержания ее заданного уровня. Заполнение технологической ванны 1 рабочей жидкостью 2 из системы 9 осуществляется через устройство 13 для подачи рабочей жидкости в технологическую ванну, которое представляет собой систему клапанов, расходомеров, сливных и наливных патрубков и связано с датчиком 18 уровня жидкости. Аналогичное по конструкции устройству 13 устройство 14 для слива рабочей жидкости связано с датчиками температуры и рН субфазы (на чертеже не показаны), которые также являются частью системы 9.
При выходе показаний датчиков из диапазона, заданного через электронный блок управления 12, выпускные клапана устройства 14 открывают для слива жидкости, а в технологическую ванну 1 вместо нее через устройство 13 подают деионизованную воду с заданным рН. При необходимости теплообменником 6 рабочую жидкость охлаждают до заданной температуры. Циркуляцию воды в заявляемом устройстве продолжают до достижения требуемых показателей температуры и рН.
Два линейных подвижных барьера 3 перемещают по водной поверхности перед процессом формирования монослоя 4 в зонах В и С нанесения раствора вещества и выделения монослоя, сокращая площадь водной поверхности, для ее предварительной очистки. Затем барьеры 3 раздвигают и поднимают выше уровня рабочей жидкости.
Затем на поверхность рабочей жидкости 2 в зоне В через микроклапаны четырехточечной распределительной системы автоматизированного устройства 7 распыляют в виде аэрозоля раствор поверхностно-активного вещества. После испарения растворителя с поверхности рабочей жидкости происходит формирование монослоя 4, который перемещают из зоны В вращающимся цилиндрическим барьером 5 в зону С. Поскольку цилиндрический барьер 5 выполнен с возможностью вертикального перемещения, осуществляют выбор оптимальной высоты части барьера, выступающей над поверхностью рабочей жидкости. При этом ось вращения цилиндрического барьера располагают всегда ниже поверхности рабочей жидкости, что является принципиальным в непрерывном процессе модификации поверхностей. Барьер 5 в производственном цикле должен непрерывно перемещать ПАВ из зоны В в зону С. При этом на гидрофильной поверхности цилиндрического барьера, выполненного из химически инертного фторопласта, молекулы ПАВ адсорбируются на стороне зоны В и легко десорбируются на водную поверхность в зоне С, так как гидрофильная поверхность обеспечивает полное смачивание поверхности цилиндрического барьера 5, что и приводит к "отсоединению" молекул от вращающегося цилиндрического барьера в зоне С выделения монослоя, где на поверхности рабочей жидкости таким образом формируют упорядоченный слой функционального материала - монослой 4.
С помощью модуля 15 загрузки подложки 20 с активированной поверхностью перемещают из блока 11 активации к границе раздела "газ-жидкость" в зону А технологической ванны 1. Модулем 15 опускают подложкодержатель с подложками в рабочую жидкость 2 на средство 10, предназначенное для перемещения подложек, с сохранением свойств активированной поверхности на молекулярном уровне.
Средство 10 для перемещения подложек состоит из четырех отдельных секций транспортных приводных роликов. Ролики в каждой секции приводят во вращение отдельным шаговым двигателем, что позволяет изменять скорость их вращения для каждой секции и, тем самым, осуществлять непрерывный техпроцесс перемещения подложкодержателей.
Зона А отделена от основного объема технологической ванны затвором 19, которым герметически закрывают отсек зоны А в момент загрузки подложек. Вытесненную рабочую жидкость сливают через устройство 14, предназначенное для слива рабочей жидкости и расположенное в боковой стенке технологической ванны в зоне А, после чего отсек открывают и подложки 20 перемещают в зону С выделения монослоя.
С помощью двух датчиков 8 поверхностного натяжения проводят постоянный контроль поверхно
стного давления в монослое 4. После достижения поверхностного давления, соответствующего упорядоченному состоянию монослоя 4 в зоне С, устройство получает от управляющего блока 12 сигнал на средство 10, и подложкодержатели с подложками перемещают сквозь упорядоченный монослой.
Подложки перемещают под поверхностью границы раздела "газ-жидкость" на расстояния и со скоростью, исключающей возможность появления поверхностной волны, разрушающей структуру монослоя 4. С помощью средства 10 перемещения извлекают подложки через границу раздела "газ-жидкость" в зоне С. Извлечение подложек осуществляют под углом 3-30° относительно горизонтальной плоскости, что обеспечивает свободное стекание жидкости с поверхности подложек с активированным слоем и фиксацию нанесенного на поверхность подложек монослоя за счет его взаимодействия с реакционноспособ-ным подслоем.
После извлечения подложек из технологической ванны модулем выгрузки 16 подложки перемещают в зону выгрузки 17, откуда осуществляют их дальнейшую транспортировку в соответствии со схемой общего технологического процесса.
В процессе выделения монослоя понижение уровня рабочей жидкости 2 за счет извлечения под-ложкодержателя с подложками 20 компенсируют ее добавлением в зону В из системы 9 через устройство 13 для подачи рабочей жидкости.
Непрерывность процесса нанесения монослоя 4 осуществляют путем синхронного распыления ПАВ в зоне В, непрерывной транспортировки материала монослоя из зоны В в зону С с помощью вращающегося цилиндрического барьера 5, сведений о поверхностном натяжении в монослое 4, которые поступают с двух датчиков 8, и работой средства 10 для перемещения подложек.
С помощью управляющего электронного блока 12 обеспечивают координацию всех стадий процесса модифицирования: загрузку/выгрузку подложек 20, формирование и выделение монослоя 4 на поверхности жидкости 2, а также перемещение подложек в технологической ванне 1 и их извлечение в процессе модифицирования.
Таким образом, заявляемая установка позволяет обеспечить получение качественных функциональных покрытий с заданными физико-химическими характеристиками в непрерывном технологическом процессе модификации подложек при обеспечении долговременной стабильности и износостойкости полученных покрытий в процессе эксплуатации изделий.
Источники информации.
1. Ковальчук М.В., Клечковская В.В., Фейгин Л.А. Молекулярный конструктор Ленгмюра-
Блоджетт.//Природа, № 11. - М.:2003, с.11-19.
2. Патент SU № 873869, опубликованный 15.10.1981 г.
3. Патент BY № 15411, опубликованный 30.08.2010 г.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для получения наноструктурированных покрытий на твердой поверхности, включающее технологическую ванну для заполнения рабочей жидкостью, устройство для слива, по меньшей мере одно автоматизированное устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости в виде монослоя, средство для перемещения подложек и их извлечения сквозь монослой под углом относительно горизонтальной плоскости, два линейных барьера, расположенных вдоль противоположных сторон ванны с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, и установленный между линейными барьерами с возможностью вращения цилиндрический барьер, ось которого параллельна поверхности рабочей жидкости и упомянутым линейным барьерам, два датчика поверхностного натяжения, блок активации поверхности подложек, электронный блок управления, отличающееся тем, что дополнительно введены по меньшей мере один теплообменник, система очистки и поддержания заданного уровня рабочей жидкости, устройство для подачи рабочей жидкости; при этом цилиндрический барьер установлен с возможностью перемещения по вертикали так, что его ось расположена ниже уровня рабочей жидкости.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя нижняя поверхность технологической ванны выполнена с уклоном.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линейные барьеры установлены с возможностью перемещения по вертикали.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрический барьер выполнен из химически инертных материалов, выбранных, например, из групп фторопластов, полиэфиркетонов, полиметиленок-сидов.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для нанесения раствора поверхностно-активного вещества на поверхность рабочей жидкости выполнено в виде аэрозольного микродозатора.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде ленточного конвейера.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для перемещения подложек выполнено в виде по меньшей мере двух секций транспортных роликов, причем каждая из секций имеет автономный
1.
шаговый двигатель.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок активации поверхности подложек выполнен в виде набора технологических элементов, предназначенных для обеспечения активации физическими методами, например в низкотемпературной плазме.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня жидкости в ванне содержит датчик уровня жидкости.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что система очистки и поддержания заданного уровня
жидкости в ванне содержит герметичный затвор.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032214
- 1 -
(19)
032214
- 1 -
(19)
032214
- 1 -
(19)
032214
- 1 -
(19)
032214
- 4 -
(19)
|
