[发明专利]一种基于微滴预混和转印的气敏膜的并行合成装置及合成方法

说明书

技术领域

本发明属于气敏膜合成技术领域，更具体地，涉及一种基于微滴预混和转印的气敏膜的并行合成装置及合成方法，其能够精准快速地制备多种气敏膜，同时能够避免打印过程中的堵塞问题。

背景技术

现有技术中基于“组合材料学”方法对气敏膜进行筛选，可大幅提高高性能气敏膜优化的效率。“组合材料学”包含两个关键过程：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组分的材料；高通量表征指同时对大量材料的性能进行表征。

目前，气敏材料的并行合成技术主要基于喷墨打印技术来实现，喷墨打印技术中通过控制不同组分喷打的量来控制气敏材料的组分。然而进一步的研究表明，喷墨打印技术会导致组分的混合不均匀和出现分层，导致气敏膜的性能差；且由于喷墨打印技术中喷嘴孔径一般小于50μm，喷打含有微颗粒的悬浊液时，喷头处溶剂挥发会导致微颗粒堵塞喷头，其只适合喷打纯液体，因而其材料合成方法只能采用溶胶凝胶等非沉淀方法，限制了其它纳米材料合成方法在气敏材料并行合成中的使用，极大地限制了高性能气敏膜的并行合成。

由于现有的气敏材料的并行合成技术存在着上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的改进和完善，设计一种新的气敏膜并行合成装置和气敏膜的制备方法，使其能够实现不同材料不同组份气敏材料的定量均匀混合，精准快速地形成气敏膜，同时能够避免打印过程中的堵塞问题，且适用于尺寸不大于1μm的纳米气敏原材料悬浊液的nL级定量微滴转印。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于微滴预混和转印的气敏膜的并行合成装置及其制备方法，根据基于微滴预混和转印的气敏膜并行合成装置的成膜原理和特点，对并行合成装置的结构特征和合成工艺做出进一步的研究和设计，用阵列蠕动泵、阵列微滴针头和气密自动微量进样器相结合，进行定量微滴预混的方式来精确控制气敏材料的组分种类和含量，定量微滴预混的方式来实现定量的不同组份气敏材料均匀混合，利用气密自动微量进样器来实现不同组份气敏材料预混液定量的微滴转印，利用图像定位摄像头和预制定位膜来实现气敏膜的精准定位和定形，该装置可快速大量制备不同组分气敏膜，并解决现有喷墨打印并行合成方法中组分混合不均匀的问题，同时能够避免打印过程中的堵塞问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于微滴预混和转印的气敏膜并行合成装置，其特征在于，它包括限位载物台、设置在限位载物台一侧的控制模块、紧靠控制模块设置的三维滑台以及与三维滑台相连的微滴预混模块和微滴转印模块；

所述控制模块包括相对设置在控制模块两侧的通讯接口和电源开关，以及设置在控制模块顶端的状态指示灯；

所述微滴预混模块包括阵列原料腔、阵列蠕动泵、蠕动泵软管和阵列微滴针头；所述微滴转印模块包括气密自动微量进样器；

所述三维滑台包括沿直角坐标系x、y和z 3个方向的导轨，其中x方向的导轨和y方向的导轨设置在限位载物台上且呈“工”字形，“工”字形中间的竖梁为y方向，x方向的导轨和y方向的导轨的交汇处设置有z方向的导轨，上述y方向导轨的一侧排布有阵列蠕动泵，该阵列蠕动泵对应设置有阵列原料腔，所述阵列蠕动泵的每个蠕动泵上设置有一根蠕动软管，上述蠕动软管的两端分别与对应的原料腔和微滴针头连接，用以输送原料；所述三维滑台还包括分别设置在x、y、z方向的三个步进电机以及设置在y方向导轨另一侧的导轨滑块，所述导轨滑块上固定有图像定位摄像头、阵列微滴针头和气密自动微量进样器，所述导轨同侧的限位载物台上并列设置有可拆卸的阵列预混腔和预制定位膜的基片，上述阵列蠕动泵与阵列微滴针头相结合可将原料定量微滴在阵列预混腔的指定位置，然后由所述气密自动微量进样器抽取指定阵列预混腔内的悬浊液转印到预制定位膜的基片的指定位置。

进一步优选地，所述预制定位膜的基片是指通过丝网印刷在基片表面形成一系列不同形状定位网孔的基片。采用该类型的基片可实现精准定位，便于精准成膜。

优选地，所述阵列微滴针头的滴孔孔径范围为100-1000μm。采用蠕动泵和微滴针头相结合来定量微“滴”，从而实现气敏材料预混过程中的定量微滴。采用气密自动微量进样器来实现对气敏膜材料悬浊液的自动进样和微滴。而将阵列微滴针头的滴孔孔径控制在100-1000μm范围内，可解决现有喷墨打印并行合成方法中出现的堵塞问题，实现尺寸不大于1μm颗粒的纳米气敏原材料悬浊液的nL级定量微滴。

优选地，所述气密自动微量进样器中包括通用控制器、气密微量进样器。