專利名稱：一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微加熱器制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
用來檢測可燃?xì)怏w的氣敏元件主要是載體催化元件，這種載體催化元件通常是將載有鉬鈀或其它貴金屬催化劑的氧化鋁或其它多孔陶瓷(稱為載體)涂覆在鉬金或其合金制成的電熱絲(微加熱器)上而形成，使用時，將電熱絲加熱到一定溫度使被測的可燃?xì)怏w在載體催化表面上燃燒，燃燒放熱導(dǎo)致的溫度變化將改變電熱絲的電阻，通過惠斯登電橋測量該電阻的變化便可以確定可燃?xì)怏w的濃度。其中，傳統(tǒng)微加熱器形狀以采用機(jī)械方式繞制的線圈為主，其長度尺寸為毫米量級，絲直徑在幾十微米，尺寸較大，功耗也較大，一般在150mW以上；為了降低氣敏元件在使用過程中的功耗，目前CCMOS等公司基于半導(dǎo)體加工技術(shù)設(shè)計(jì)并制作出了尺寸更小(一般為線寬幾十微米量級)的微加熱器，這種新型微加熱器的結(jié)構(gòu)是一個上表面有平面鉬金電熱絲結(jié)構(gòu)，具有一定規(guī)則形狀的懸空微熱板。此外，其他傳感器例如MOS金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器也是通過在加熱器上金屬氧化物半導(dǎo)體電導(dǎo)率的測量來反映氣體濃度的信息，采用微加熱器對于降低功耗也有非常重要的手段。無論是傳統(tǒng)微加熱器還是新型微加熱器，其尺寸均較小，因此，在小尺寸微加熱器上涂覆敏感材料成為了整個氣體傳感器制作中的關(guān)鍵步驟和技術(shù)難點(diǎn)。以新型加熱器為例，在載體涂覆過程中，若載體與硅基底相連，將導(dǎo)致微加熱器散熱速度加快，不利于氣體傳感器工作過程中功耗的降低；在催化劑涂覆過程中若涂覆的量不可控，將會導(dǎo)致氣體傳感器出現(xiàn)輸出信號不強(qiáng)甚至無信號等問題產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法將敏感材料定量、均勻地涂覆到微加熱器表面的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，包括載入裝置，包括用于載入敏感材料且具有載料端和進(jìn)出料端的微噴嘴、套在所述微噴嘴的載料端的套筒、與所述套筒相連、使所述微噴嘴內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓以通過所述進(jìn)出料端載入敏感材料的壓力調(diào)節(jié)器；涂覆裝置，包括裝載有敏感材料的微噴嘴、用于驅(qū)動所述微噴嘴以將所述敏感材料涂覆于微加熱器表面的壓電驅(qū)動器、用于將所述微噴嘴與所述壓電驅(qū)動器連接在一起，并用于夾持固定所述微噴嘴以使所述微噴嘴的進(jìn)出料端垂直對準(zhǔn)所述微加熱器的表面的連接件、與所述壓電驅(qū)動器相連用于支撐所述壓電驅(qū)動器的機(jī)架；所述機(jī)架設(shè)有供所述壓電驅(qū)動器和所述微噴嘴沿豎直方向運(yùn)動的滑槽?？蛇x地，所述機(jī)架為倒T形；所述壓電驅(qū)動器頂端連有滑塊；所述滑塊嵌入所述機(jī)架上滑槽內(nèi)，并沿所述滑槽滑動?？蛇x地，所述微噴嘴的進(jìn)出料端的內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減。可選地，所述進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為20 μ πΓ70 μ m。此外，本發(fā)明還提供一種在微加熱器上涂覆 敏感材料的方法，包括如下步驟步驟1，制作用于在所述微加熱器表面涂覆載體的第一微噴嘴；所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為50 μ πΓ65 μ m ；步驟2，配置一定粘度的載體，并使用壓力調(diào)節(jié)器使所述第一微噴嘴內(nèi)吸入配置好的載體；步驟3，將所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第一微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第一微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的微加熱器的表面；步驟4，以脈沖慣性力驅(qū)動所述第一微噴嘴將所述載體涂覆在微加熱器表面；步驟5，重復(fù)步驟3和步驟4，直至使所述載體涂覆所述微加熱器的整個表面并形成設(shè)定的形狀和厚度的載體涂層，同時燒結(jié)所述載體涂層；步驟6，制作用于在所述微加熱器表面涂覆催化劑的第二微噴嘴；所述第二微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為25 μ πΓ35 μ m ；步驟7，配置一定量的催化劑，并使用壓力調(diào)節(jié)器使第二微噴嘴內(nèi)吸入配置好的催化劑；步驟8，將第二微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第二微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第二微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的載體涂層的表面；步驟9，以脈沖慣性力驅(qū)動所述第二微噴嘴將第二微噴嘴內(nèi)的催化劑涂覆在所述載體涂層的表面；步驟10，重復(fù)步驟8和步驟9，直至使所述催化劑涂覆所述載體涂層的整個表面；涂覆有催化劑的載體涂層構(gòu)成敏感材料涂層，然后燒結(jié)所述敏感材料涂層?？蛇x地，所述載體和催化劑在涂覆前為液體或粉體。可選地，所述第一微噴嘴和所述第二微噴嘴為硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管加熱后收縮變形形成；所述第一微噴嘴和所述第二微噴嘴各自的進(jìn)出料端內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減?？蛇x地，所述載體為納米氧化鋁懸浮液漿料。可選地，所述脈沖慣性力由壓電驅(qū)動器產(chǎn)生。可選地，所述壓電驅(qū)動器的輸入波形為陡升緩降的波形；所述壓電驅(qū)動器的驅(qū)動頻率范圍為IHz 3Hz ;所述壓電驅(qū)動器的驅(qū)動電壓為60疒80V。可選地，所述燒結(jié)載體的溫度為550°C ^700°C，保溫時間為8mirTl0min ;燒結(jié)敏感材料涂層的溫度為400°C 500°C，保溫時間為20s 35s?？蛇x地，所述載體涂層的厚度為60 μ πΓ70 μ m。可選地，所述載體涂層在所述微加熱器表面形成的形狀為半橢圓體形。如上所述，本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法，具有以下有益效果I、本發(fā)明能夠控制敏感材料的涂覆量和實(shí)時調(diào)節(jié)敏感材料的涂覆位置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法將敏感材料定量、均勻地涂覆到微加熱器表面的問題。
2、由于本發(fā)明所制作出的敏感材料的涂覆量可控，所以本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、一致性好、功耗低和利于大批量工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖I顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備中載入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備中涂覆裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3和圖4顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備中微噴嘴的制作過程示意圖。圖5顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備中微加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備進(jìn)行涂覆時的簡略示意圖。圖7顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備中壓電驅(qū)動器輸入波形圖。圖8顯示為本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的方法中載體涂層的形狀示意圖。元件標(biāo)號說明I 夾具2 毛細(xì)管3 激光發(fā)生器4 微噴嘴5 加熱絲6 玻璃微球7 密封圈8 螺帽9 套筒10 壓力調(diào)節(jié)器11 機(jī)架12 連接件13 壓電驅(qū)動器14 滑塊15 調(diào)節(jié)旋鈕16 鉬金絲17 薄硅片18 焊盤19 硅基底20 二維工作臺
21 微熱板22 顯微鏡23 載體涂層
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可 能更為復(fù)雜。無論是傳統(tǒng)微加熱器還是新型微加熱器，其尺寸均較小，因此，在小尺寸微加熱器上涂覆敏感材料成為了整個氣體傳感器制作中的關(guān)鍵步驟和技術(shù)難點(diǎn)。以新型微加熱器為例，在載體涂覆過程中，若載體與硅基底相連，將導(dǎo)致微加熱器散熱速度加快，不利于氣體傳感器工作過程中功耗的降低；在催化劑涂覆過程中若涂覆的量不可控，將會導(dǎo)致氣體傳感器出現(xiàn)輸出信號不強(qiáng)甚至無信號等問題產(chǎn)生。有鑒于此，本發(fā)明提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法將敏感材料定量、均勻地涂覆到微加熱器表面的問題。以下將詳細(xì)闡述本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法的原理及實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要創(chuàng)造性勞動即可理解本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法。本發(fā)明提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，包括載入敏感材料的載入裝置和涂覆敏感材料的涂覆裝置。所述載入裝置至少包括微噴嘴4、套筒9和壓力調(diào)節(jié)器10。所述微噴嘴4用于載入敏感材料，所述微噴嘴4包括載料端和進(jìn)出料端。所述套筒9套在所述微噴嘴4的載料端，所述套筒9優(yōu)選為金屬套筒，并且所述套筒9的內(nèi)徑略大于微噴嘴4的載料端的端口外徑。所述壓力調(diào)節(jié)器10與所述套筒9相連、并使所述微噴嘴4內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓以載入敏感材料；所述壓力調(diào)節(jié)器10具有一個與所述微噴嘴4的內(nèi)腔相互連通的密封腔體，且所述密封腔體體積可調(diào)。所述微噴嘴4和所述套筒9通過螺帽8緊固在在一起，所述套筒9與螺帽8通過螺紋連接。所述套筒9與所述微噴嘴4連接處還設(shè)有密封圈7，對套筒9的腔體起密封作用，所述密封圈7的內(nèi)徑略小于所述微噴嘴4的載料端的端口外徑；所述密封圈7優(yōu)選為橡膠密封圈。所述載入裝置在使用時，將所述微噴嘴4的進(jìn)出料端浸入盛有敏感材料的容器內(nèi)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器10使套筒9的腔體和微噴嘴4的流道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將容器內(nèi)的敏感材料吸入所述微噴嘴4的內(nèi)部。所述涂覆裝置包括微噴嘴4、壓電驅(qū)動器13、連接件12和機(jī)架11。所述微噴嘴4裝載有敏感材料，需要說明的是，該微噴嘴4即為所述載入裝置中吸入敏感材料的微噴嘴
4。所述壓電驅(qū)動器13用于驅(qū)動所述微噴嘴4進(jìn)行噴料涂覆并且所述壓電驅(qū)動器13應(yīng)可以帶動所述微噴嘴4在豎直方向運(yùn)動，以控制所述微噴嘴4與微加熱器的表面之間的距離。所述連接件12并用于夾持固定所述微噴嘴4以使所述微噴嘴4的進(jìn)出料端垂直對準(zhǔn)所述微加熱器的表面，同時所述連接件12將所述微噴嘴4與所述壓電驅(qū)動器13連接在一起；具體地，由于所述微噴嘴4的載料端外面連有套筒9，所述套筒9通過連接件12與壓電驅(qū)動器
13的下端面(可動端)固定連接，當(dāng)所述壓電驅(qū)動器13工作時，套筒9連同微噴嘴4隨壓電驅(qū)動器13下端面一起運(yùn)動；所述壓電驅(qū)動器13的上端面(不可動端)設(shè)有滑塊14，所述壓電驅(qū)動器13與滑塊14通過螺柱固定連接。所述機(jī)架11用于支撐所述壓電驅(qū)動器13，所述機(jī)架11為倒T形，并且所述機(jī)架11設(shè)有供所述壓電驅(qū)動器13帶動所述微噴嘴4沿豎直方向運(yùn)動的滑槽。所述滑塊14嵌入所述機(jī)架11上滑槽內(nèi)，所述滑塊14與機(jī)架11之間的運(yùn)動為絲杠傳動，這樣，所述壓電驅(qū)動器13帶動所述微噴嘴4可在豎直方向運(yùn)動。此外，所述機(jī)架11頂端設(shè)有控制所述滑塊14位置的調(diào)節(jié)按鈕，所述調(diào)節(jié)按鈕為手動調(diào)節(jié)按鈕，通過手動調(diào)節(jié)旋鈕15可改變所述滑塊14在所述滑槽內(nèi)的豎直位置，從而實(shí)現(xiàn)了微噴嘴4在豎直方向的高度的調(diào)節(jié)。
所在本發(fā)明中，采用的是脈沖慣性力作為驅(qū)動所述微噴嘴4進(jìn)行噴料涂覆的動力，脈沖慣性力適用于各種液體和粉體的噴射，液體噴射量分辨率顯著提高。所述脈沖慣性力可通過不同方式產(chǎn)生，由于壓電器件具有電壓-位移動態(tài)響應(yīng)好、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，可作為整體驅(qū)動器置于微流道外部產(chǎn)生脈沖慣性力，而壓電器件驅(qū)動電壓的輸入波形、幅值、頻率等可作為驅(qū)動控制參量。本發(fā)明中的脈沖慣性力產(chǎn)生器件為壓電驅(qū)動器13，具體地，所述壓電驅(qū)動器13為堆棧式壓電陶瓷驅(qū)動器。所述微噴嘴4的進(jìn)出料端的內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減。所述進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為20 μ πΓ70 μ m,根據(jù)需要涂覆的敏感材料選擇不同端口內(nèi)徑的微噴嘴4。在本實(shí)施例中，需要噴涂的敏感材料包括載體和催化劑，所述載體可以為氧化鋁或多孔陶瓷等，所述催化劑可以為鉬鈀或其它貴金屬。一般涂覆載體時選用的端口內(nèi)徑為50 μ πΓ65 μ m的微噴嘴4，涂覆催化劑時選用端口內(nèi)徑為25 μ πΓ35 μ m的微噴嘴4。此外，本發(fā)明還提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，包括如下步驟在步驟I中，制作用于在所述微加熱器表面涂覆載體的第一微噴嘴；所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為50 μ πΓ65 μ m,在本實(shí)施例中,所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為60 μ m。如圖3和圖4所示，顯示為本發(fā)明中所述第一微噴嘴的制作過程。所述第一微噴嘴為硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管加熱后收縮變形形成，所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減。具體地，所述第一微噴嘴是基于玻璃熱成型方法進(jìn)行制備，制備所述第一微噴嘴的設(shè)備包括激光發(fā)生器3、夾具I和鍛針儀，制備材料為硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管，制備所述第一微噴嘴的工藝過程如下首先，如圖3所示，將毛細(xì)管2兩端裝夾在夾具I上，所述毛細(xì)管2為硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管，所述夾具I對毛細(xì)管2兩端存在預(yù)拉力。毛細(xì)管2在激光發(fā)生器3產(chǎn)生的激光加熱下軟化并在在預(yù)拉力的作用下收縮變形，形成端部出口內(nèi)徑可達(dá)幾微米量級的第一微噴嘴，如圖4所示，所得第一微噴嘴內(nèi)流道徑向尺寸在軸線方向連續(xù)分布。然后，如圖4所示，將拉制成形的第一微噴嘴裝夾在鍛針儀(圖中未顯示)上，將少量硼硅酸鹽玻璃熔融并粘接在一端為半圓形的加熱絲5 (優(yōu)選為鉬金加熱絲)上形成玻璃微球6，再將玻璃微球6輕靠在第一微噴嘴所需截?cái)嗟牟课?該部位對應(yīng)的內(nèi)徑即為所需要的內(nèi)徑)，給所述加熱絲5通電，當(dāng)與玻璃微球6輕靠在一起的第一微噴嘴部位受熱開始發(fā)生較小的塑性變形時，斷開所述加熱絲5的電源，變形部位在冷卻過程中因沿徑向應(yīng)變不一致而使第一微噴嘴在該部位斷裂。根據(jù)所述第一微噴嘴內(nèi)流道徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)分布，因此，可以調(diào)節(jié)第一微噴嘴的受熱部位獲得不同出口內(nèi)徑尺寸的第一微噴嘴。所述第一微噴嘴原材料主要成分為硼硅酸鹽的玻璃毛細(xì)管，硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管的優(yōu)點(diǎn)在于其化學(xué)性能穩(wěn)定，在顯微鏡22下可視性好，形成的第一微噴嘴的內(nèi)流道尺寸變化過度平緩且表面光滑，便于載體和催化劑從所述第一微噴嘴內(nèi)穩(wěn)定噴出。在步驟2中，配置一定粘度的載體，并使用壓力調(diào)節(jié)器10使第一微噴嘴內(nèi)吸入配置好的載體。所述載體在涂覆前為液體或粉體。在本實(shí)施例中，所述載體為納米氧化鋁懸浮液漿料，通常載體粘度較大，需要對其進(jìn)行稀釋。在本實(shí)施例中，稀釋方法如下所述納米氧化 鋁懸浮液漿料置于容器中，向容器中加入去離子水或酒精，并在超聲震蕩下使納米氧化鋁顆粒等各組分在載體中均勻分布。經(jīng)稀釋后的載體粘度較小，接近于常溫常壓下的純凈水；由于稀釋后的載體為氧化鋁顆粒的懸浮液，因此，雖然此時載體的粘度較小，但載體內(nèi)含氧化鋁的量仍較高。之后采用載入裝置將稀釋后的載體裝到所述第一微噴嘴內(nèi)。具體地，將所述第一微噴嘴與所述載入裝置的其它部件連接安裝好之后，將所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端浸入盛有載體的容器內(nèi)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器10使套筒9的腔體和第一微噴嘴的流道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將容器內(nèi)的載體吸入所述第一微噴嘴的內(nèi)部。在步驟3中，如圖6所示，將第一微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第一微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第一微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的微加熱器的表面。本實(shí)施例中，需要待涂覆的微加熱器結(jié)構(gòu)請參見圖5和圖6。該微加熱器采用半導(dǎo)體工藝制作而成，包括由鉬金絲16和薄硅片17構(gòu)成的微熱板21，所述微熱板21的尺寸(長度X寬度)約為70 μ mX 300 μ m，其下方為懸空結(jié)構(gòu)。鉬金絲16通過兩側(cè)焊盤18可與直流電源兩極相連?？梢圆捎闷胀p面膠將微加熱器粘接在二維工作臺20的臺面上，目的是防止微加熱器在定位和涂覆過程中錯位。所述二維工作臺20的作用是實(shí)時調(diào)節(jié)所述微熱板21與第一微噴嘴在水平面內(nèi)的相對位置。需要注意的是，所述微加熱器用雙面膠固定在二維工作臺20的臺面上時，應(yīng)將所述微熱板21的長度方向與所述二維工作臺20的某一軸(縱軸或橫軸)平行，即移動二維工作臺20的任一軸時，可使所述第一微噴嘴沿所述微熱板21長度方向或垂直于所述微熱板21的長度方向作相對運(yùn)動。所述調(diào)節(jié)第一微噴嘴與所述微加熱器(具體地是微熱板21)的相對位置目的是使第一微噴嘴出口端部位于所述微熱板21的正上方,保證第一微噴嘴噴射出的載體液滴準(zhǔn)確地涂覆在所述微熱板21的上表面，而不散落在所述微熱板21下方的硅基底19上，導(dǎo)致微熱板21與硅基底19通過載體相連，影響微加熱器的功耗。具體地，將所述第一微噴嘴安裝到所述涂覆裝置上，并調(diào)節(jié)第一微噴嘴與微熱板21的相對位置使第一微噴嘴位于微熱板21的正上方，調(diào)節(jié)包括以下兩個步驟I)粗調(diào)第一微噴嘴與微熱板21的相對位置
調(diào)節(jié)第一微噴嘴的高度使其位于微熱板21上方約2mm處，調(diào)節(jié)二維工作臺20使微熱板21大致位于第一微噴嘴的正下方，再緩慢降低第一微噴嘴的高度，直至第一微噴嘴與微熱板21同處于顯微鏡22的視野中。在粗調(diào)過程中，由于顯微鏡22視野較小，因此上述兩者的相對位置判斷只能采取目測方式。若只通過顯微鏡22進(jìn)行觀察，有可能會造成第一微噴嘴與微熱板21或娃基底19相碰撞而損壞第一微噴嘴或微加熱器。2)微調(diào)第一微噴嘴與微熱板21的相對位置步驟I)中已將第一微噴嘴和微熱板21同處于顯微鏡22的視野中，但第一微噴嘴仍不一定處于微熱板21的正上方，尚需進(jìn)一步的細(xì)調(diào)。微調(diào)第一微噴嘴與微熱板21的相對位置的方法如下緩慢降低第一微噴嘴的高度，并使第一微噴嘴輕微擠壓一下微熱板21上表面，在顯微鏡22下觀察微加熱器與第一微噴嘴觸碰的位置，根據(jù)該位置判斷第一微噴嘴與微熱板21之間相對位置關(guān)系微調(diào)二維工作臺20。特別地，在判斷第一微噴嘴在微熱板21寬度 方向上的相對位置時，通過觀察微熱板21的側(cè)翻方向判斷上述兩者之間的位置關(guān)系，即當(dāng)?shù)谝晃娮燧p壓在微熱板21上時,微熱板21表面不發(fā)生側(cè)翻時表明第一微噴嘴已位于微熱板21的正上方。將所述第一微噴嘴置于所述微熱板21的正上方后，通過調(diào)節(jié)旋鈕15調(diào)節(jié)所述第一微噴嘴的豎直高度，將第一微噴嘴置于微熱板21正上方約20 μ m處。此外，在所述載體涂覆前，應(yīng)使用酒精多次清洗所述微熱板21，去除微熱板21上的污染物和雜質(zhì)，使其表面適合涂覆載體。在步驟4中，以脈沖慣性力驅(qū)動所述第一微噴嘴將第一微噴嘴內(nèi)的載體涂覆在微加熱器表面。所述脈沖慣性力由涂覆裝置中的壓電驅(qū)動器13產(chǎn)生。在所述壓電驅(qū)動器13中輸入有利于載體液滴噴射的波形，在本實(shí)施例中，如圖7所示，所述壓電驅(qū)動器13的輸入波形為陡升緩降的波形；同時采用較低頻率下運(yùn)行所述壓電驅(qū)動器13，目的是降低所述第一微噴嘴的噴射速度，便于對涂覆過程的觀察和對載體涂覆量的控制，在本實(shí)施例中，所述壓電驅(qū)動器13的驅(qū)動頻率范圍為f 3Hz ;此外，在載體液滴落在微熱板21上時，在保證不會因?yàn)檩d體滴液的體積太大而滲入微熱板21下方的前提下盡量加大驅(qū)動電壓，在本實(shí)施例中，為提高涂覆效果，所述壓電驅(qū)動器13的驅(qū)動電壓為60疒80V。在步驟5中，重復(fù)步驟3和步驟4，直至使所示載體涂覆所述微加熱器的整個表面并形成設(shè)定形狀和厚度的載體涂層23，同時燒結(jié)該載體涂層23。本實(shí)施例中，在用載體涂覆過程中，通過緩慢移動第一微噴嘴與微熱板21長度方向的相對位置，可使微熱板21整個長度方向上鋪滿載體。所述緩慢移動第一微噴嘴與微熱板21長度方向的相對位置，本實(shí)施例中，采用移動二維工作臺20的方法實(shí)現(xiàn)。通過這種方法，微熱板21上可均勻涂覆上一層載體，待該層載體溶劑揮發(fā)后，按照上述方法，繼續(xù)在所述微熱板21上涂覆上一層載體，以此類推，直至在微熱板21上可獲得設(shè)定形狀和厚度的載體涂層23，如圖8所示，優(yōu)選地，所述載體涂層23的厚度為60 μ πΓ70 μ m,所述載體涂層23在所述微加熱器表面形成的形狀為半橢圓體形。本發(fā)明中，所述載體需鋪滿整個微熱板21，原因如下若微熱板21上的鉬金絲16裸露在空氣中，在涂覆催化劑時，由于催化劑的主要成分為貴金屬，將會導(dǎo)致微加熱器出現(xiàn)短路現(xiàn)象而不能正常工作。所述載體的形狀如圖8中所示的類似半橢圓體為宜，該形狀的載體的表面積比較大，能夠更大程度地吸附催化劑，以提高微加熱器的靈敏度。所述載體的厚度以60 y m 70 y m為宜若載體的厚度過薄，將會導(dǎo)致微加熱器在老化過程中，信號衰減嚴(yán)重且靈敏度不高；若載體的厚度過大，由于所述微熱板21的尺寸較小，通電時，所述載體沿高度方向的溫差過大，影響氣體的催化燃燒過程，從而影響整個微加熱器的性能穩(wěn)定性。當(dāng)獲得設(shè)定形狀和厚度的載體涂層23后，將鉬金絲16兩端接通直流電源進(jìn)行燒結(jié)。在本實(shí)施例中，所述燒結(jié)載體涂層23的溫度為550°C 700°C，保溫時間為8 mirTlOmin ；需要注意的是，燒結(jié)所述載體涂層23的最高溫度為700°C，保溫時間最多為10分鐘。
在步驟6中，制作用于在所述微加熱器表面涂覆催化劑的第二微噴嘴；所述第二微噴嘴的進(jìn)出料端的端ロ內(nèi)徑為25jinT35iim ;在本實(shí)施例中，所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為30i!m。所述催化劑涂覆用的第二微噴嘴相對所述第一微噴嘴的端ロ尺寸較小，目的是減小催化劑在單脈沖作用下噴射液滴的大小，以精確控制催化劑的涂覆量。制作第二微噴嘴的過程和材料與所述第一微噴嘴的制作過程和原料相同，不同的是，將玻璃微球6輕靠在微噴嘴所需截?cái)嗟牟课?可以獲取端ロ內(nèi)徑為25 u nT35 u m的部位)。在步驟7中，配置一定量的催化劑，并使用壓カ調(diào)節(jié)器10使第二微噴嘴內(nèi)吸入配置好的催化劑；所述催化劑在涂覆前應(yīng)為液體或粉體。使用載入裝置將所述催化劑裝入所述第二微噴嘴中的方法與使用載入裝置將所述載體裝入所述第一微噴嘴中的方法相同。在步驟8中，將第二微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第二微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第二微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的載體涂層23的表面。所述第二微噴嘴的調(diào)節(jié)方法與調(diào)節(jié)所述第一微噴嘴的方法相同，所不同的是，在微調(diào)過程中，第二微噴嘴不能觸碰微熱板21上的載體，而是通過“試涂覆”的方法進(jìn)行定位，即當(dāng)?shù)诙娮炫c微熱板21上的載體在顯微鏡22的同一個視野中時,試噴射一滴催化劑,根據(jù)液滴的落點(diǎn)判斷第二微噴嘴與載體的相對位置并進(jìn)行調(diào)整。在步驟9中，以脈沖慣性カ驅(qū)動所述第二微噴嘴將第二微噴嘴內(nèi)的催化劑涂覆在所述載體涂層23的表面，所述催化劑的涂覆方法與所述載體的涂覆方法相同，而且所述壓電驅(qū)動器13中輸入的波形，采用的頻率和驅(qū)動電壓也相同，在此不再贅述。在步驟10中，重復(fù)步驟8和步驟9，直至使所述催化劑涂覆所述載體涂層23的整個表面，涂覆有催化劑的載體涂層23構(gòu)成敏感材料涂層，然后燒結(jié)該敏感材料涂層。在顯微鏡22下觀察可知，涂覆的催化劑量越大，載體涂層23的表面顔色越深，所述載體涂層23的顏色變化順序?yàn)榘咨?、淡黃色、黃色、淡紅色、紅色、深紅色、黑色。本實(shí)施例中，因?yàn)檫€未對所述敏感材料涂層進(jìn)行燒結(jié)，所以涂覆完催化劑之后的載體涂層23的顔色為深紅色。特別地，對所述載體涂層23顔色的判斷需待催化劑中溶劑充分揮發(fā)后才可以確定。當(dāng)所述載體涂層23變?yōu)樯罴t色之后，燒結(jié)該敏感材料涂層，完成在微加熱器上涂覆敏感材料。燒結(jié)的溫度控制在400°C 500°C，保溫時間控制在20s 35s，在本實(shí)施例中，具體地，燒結(jié)溫度為500°C，保溫時間為30s。綜上所述，本發(fā)明的一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法，具有以下有益效果I、本發(fā)明能夠控制敏感材料的涂覆量和實(shí)時調(diào)節(jié)敏感材料的涂覆位置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法將敏感材料定量、均勻地涂覆到微加熱器表面的問題。
2、由于本發(fā)明所制作出的敏感材料的涂覆量可控，所以本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、一致性好、功耗低和利于大批量エ業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所掲示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，其特征在于，包括 載入裝置，包括用于載入敏感材料且具有載料端和進(jìn)出料端的微噴嘴、套在所述微噴嘴的載料端的套筒、與所述套筒相連、使所述微噴嘴內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓以通過所述進(jìn)出料端載入敏感材料的壓力調(diào)節(jié)器； 涂覆裝置，包括裝載有敏感材料的微噴嘴、用于驅(qū)動所述微噴嘴以將所述敏感材料涂覆于微加熱器表面的壓電驅(qū)動器、用于將所述微噴嘴與所述壓電驅(qū)動器連接在一起，并用于夾持固定所述微噴嘴以使所述微噴嘴的進(jìn)出料端垂直對準(zhǔn)所述微加熱器的表面的連接件、與所述壓電驅(qū)動器相連用于支撐所述壓電驅(qū)動器的機(jī)架；所述機(jī)架設(shè)有供所述壓電驅(qū)動器和所述微噴嘴沿豎直方向運(yùn)動的滑槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，其特征在于所述機(jī)架為倒T形；所述壓電驅(qū)動器頂端連有滑塊；所述滑塊嵌入所述機(jī)架上滑槽內(nèi)，并沿所述滑槽滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，其特征在于所述微噴嘴的進(jìn)出料端的內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備，其特征在于所述進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為20 u nT70 u m。
5.一種在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，制作用于在所述微加熱器表面涂覆載體的第一微噴嘴；所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為50 u nT65 u m ； 步驟2，配置一定粘度的載體，并使用壓力調(diào)節(jié)器使所述第一微噴嘴內(nèi)吸入配置好的載體； 步驟3，將所述第一微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于所述微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第一微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第一微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的微加熱器的表面；步驟4，以脈沖慣性力驅(qū)動所述第一微噴嘴將所述載體涂覆在微加熱器表面； 步驟5，重復(fù)步驟3和步驟4，直至使所述載體涂覆所述微加熱器的整個表面并形成設(shè)定的形狀和厚度的載體涂層，同時燒結(jié)所述載體涂層； 步驟6，制作用于在所述微加熱器表面涂覆催化劑的第二微噴嘴；所述第二微噴嘴的進(jìn)出料端的端口內(nèi)徑為25 u nT35 u m ； 步驟7，配置一定量的催化劑，并使用壓力調(diào)節(jié)器使第二微噴嘴內(nèi)吸入配置好的催化劑； 步驟8，將第二微噴嘴的進(jìn)出料端垂直置于微加熱器正上方一定高度處；調(diào)節(jié)第二微噴嘴與微加熱器的相對位置，使所述第二微噴嘴對準(zhǔn)待涂覆的載體涂層的表面； 步驟9，以脈沖慣性力驅(qū)動所述第二微噴嘴將第二微噴嘴內(nèi)的催化劑涂覆在所述載體涂層的表面； 步驟10，重復(fù)步驟8和步驟9，直至使所述催化劑涂覆所述載體涂層的整個表面；涂覆有催化劑的載體涂層構(gòu)成敏感材料涂層，然后燒結(jié)所述敏感材料涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述載體和催化劑在涂覆前為液體或粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述第一微噴嘴和所述第二微噴嘴為硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管加熱后收縮變形形成；所述第一微噴嘴和所述第二微噴嘴各自的進(jìn)出料端內(nèi)腔徑向尺寸沿軸線方向連續(xù)遞減。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述載體為納米氧化鋁懸浮液漿料。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述脈沖慣性力由壓電驅(qū)動器產(chǎn)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述壓電驅(qū)動器的輸入波形為陡升緩降的波形；所述壓電驅(qū)動器的驅(qū)動頻率范圍為IHf 3Hz ;所述壓電驅(qū)動器的驅(qū)動電壓為60V 80V。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述燒結(jié)載體的溫度為550°C 700°C，保溫時間為8mirTl0min ;燒結(jié)敏感材料涂層的溫度為4000C 500°C，保溫時間為20s 35s。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述載體涂層的厚度為60iinT70iim。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的在微加熱器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于所述載體涂層在所述微加熱器表面形成的形狀為半橢圓體形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的設(shè)備及方法，所述設(shè)備包括載入裝置和涂覆裝置；所述載入裝置包括用于載入敏感材料的微噴嘴；套在微噴嘴的載料端的套筒；使微噴嘴內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓的壓力調(diào)節(jié)器；所述涂覆裝置包括裝載有敏感材料的微噴嘴；用于驅(qū)動微噴嘴的壓電驅(qū)動器；用于夾持固定微噴嘴以使微噴嘴的進(jìn)出料端垂直對準(zhǔn)微加熱器的表面的連接件；與所述壓電驅(qū)動器相連的機(jī)架；所述機(jī)架設(shè)有供所述壓電驅(qū)動器和所述微噴嘴沿豎直方向運(yùn)動的滑槽；本發(fā)明還提供一種在微加熱器上涂覆敏感材料的方法。本發(fā)明能夠控制敏感材料的涂覆量和實(shí)時調(diào)節(jié)敏感材料的涂覆位置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法將敏感材料定量、均勻地涂覆到微加熱器表面的問題。
文檔編號B05C11/10GK102755942SQ20121023072
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者侯麗雅, 周志敏, 王洪成, 章維一, 陳冰 申請人:華瑞科學(xué)儀器(上海)有限公司, 南京理工大學(xué)