一种自组装生长池及自组装生长的控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种自组装生长池及自组装生长控制系统，该控制系统包括：自组装生长池、温度控制模块和压强控制模块；温度控制模块包括温度传感器、温度控制电路和半导体制冷片；压强控制模块包括绝压传感器、压强控制电路和压电阀；温度传感器布置在所述自组装生长池的靠近晶体生长的前沿，半导体制冷片布置在所述自组装生长池的侧面或者底部，温度控制电路连接在所述温度传感器与所述半导体制冷片之间，用于控制所述自组装生长池的温度；绝压传感器和压电阀布置在所述自组装生长池上，所述压强控制电路布置在所述绝压传感器和压电阀之间，用于控制所述自组装生长池的压强。该系统易于控制、操作简单、样品质量高、重复性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长控制
，更具体地，本专利技术涉及一种自组装生长池及 自组装生长的控制系统。
技术介绍
自组装是指分子之间或纳米粒子之间通过非共价键的相互作用，进行自组装而实 现不同尺度上的规则结构的一种过程。自组装技术简便易行，通常以水为溶剂，沉积过程和结构在组成单元尺度级可控。 可以连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维的有序的结构，实现材料的特殊光、电、 磁等性质，甚至还可模拟生物膜。在胶体领域，早在1999年，人们就开始自组装制备高质量的胶体晶体(文献1 P· Jiang 等，Single-Crystal Colloidal Multilayers of Controlled Thickness，Chem. Mater.，1999年第11卷2132页)，同其他自组装方法相比，其制备的晶体质量和制备工艺 已有很大改进。它在一定温度及湿度条件下，将基片垂直插入单分散胶体颗粒的悬浊液中， 利用基片上润湿薄膜处溶剂蒸发诱导的液流将胶体颗粒携至基片上的弯月面处并排列成 有序的密堆积结构，从而自组装成胶体晶体薄膜。但是，受到胶体颗粒粒径的限制，生长时 间过长。2007年(文献2 :Ζ· Y. Zheng et等，Pressure Controlled Self-assembly of High Quality Three-dimensional Colloidal Photonic Crystals, Appl.Phys. Lett. ,2007 ^ 第90卷051910页)提出了一种方法，对传统垂直沉积法进行了改进，发展了控压等温垂直 生长法(也称作双参数自组装法)，通过连接于生长沉积瓶的真空系统，降低生长三维光子 晶体薄膜的实验体系内的气体压强。一方面，利用了降低压强可降低液体沸点的原理，在恒 温的同时对生长体系抽真空以降低压强，使诸如聚苯乙烯小球水溶液等有机材料或具有生 命活性物质的颗粒的胶体溶液的沸点降低至对胶体颗粒形貌及性质无影响的温度，可在接 近此沸点温度时自组装生长胶体晶体薄膜，避免了胶体颗粒由于高温产生的形变，粘连或 性质改变，从而保证可以得到高性能的胶体光子晶体。另一方面，由于自组装生长体系中的 气体压强大大降低，加速了液体表面的蒸发速度，使液体内部形成快速持续稳定的对流，有 利于保持胶体颗粒在溶剂中的分散性，也有效地克服了生长过程中粒径过大导致的颗粒沉 降过快而破坏晶体质量，甚至使其不能生长的问题。胶体光子晶体的质量主要受生长前沿处液面蒸发、微球被对流液体输运及胶体结 晶等过程的影响(微球的输运和胶体结晶过程主要由液面蒸发决定)，这三者处于动态平 衡时，微球才会自组装为高度有序的结构，生长出高质量的胶体光子晶体。上述双参数自组 装法中压强和温度的控制精度直接影响胶体晶体生长时生长前沿处的液体蒸发速率，影响 自组装生长的胶体晶体的均勻性和缺陷的形成，即决定了得到的样品质量；另外，自组装生长过程中，压强和温度的稳定性是高质量样品产率的直接保障。可见，自组装过程中压强和 温度的控制精确和稳定性都对自组装生长至关重要。但是，在已经公开的各种自组装生长 的实验中，实验条件都是用简单的装置来控制，温度和压强的控制精度和稳定性都较低。
技术实现思路
为克服现有自组装生长技术中压强和温度控制精度低的缺陷，本专利技术提出了一种 自组装生长池及自组装生长的控制系统。根据本专利技术的一个方面，提供了一种自组装生长池，包括由热导率高的金属制成的外壳； 玻璃内胆；其中，所述玻璃内胆与温度传感器接触，所述自组装生长池的内部环境与所述自 组装生长池外部的绝压传感器相连。其中，所述玻璃内胆与所述外壳紧密接合。其中，所述玻璃内胆与所述外壳之间填入导热性好的金属箔。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种自组装生长控制系统，包括自组装生长池、温度控制模块和压强控制模块；其中，所述温度控制模块包括温度传感器、温度控制电路和半导体制冷片；所述压 强控制模块包括绝压传感器、压强控制电路和压电阀；所述温度传感器布置在所述自组装生长池的靠近晶体生长的前沿，所述半导体制 冷片布置在所述自组装生长池的侧面或者底部，所述温度控制电路连接在所述温度传感器 与所述半导体制冷片之间，用于控制所述自组装生长池的温度；所述绝压传感器和压电阀布置在所述自组装生长池上，所述压强控制电路布置在 所述绝压传感器和压电阀之间，用于控制所述自组装生长池的压强；所述自组装生长池的外壳由热导率高的金属制成，内部为玻璃内胆，所述温度传 感器与所述玻璃内胆接触，所述绝压传感器与所述自组装生长池内部相连。其中，所述玻璃内胆与所述外壳紧密接合。其中，所述玻璃内胆与所述外壳之间填入导热性好的金属箔。其中，所述温度传感器用于对所述自组装生长池进行温度测量，所述半导体制冷 片用于根据接收的信号对所述自组装生长池制冷或者加热。其中，所述温度控制电路包括测量比较电路和电流放大电路，所述测量比较电路 用于接收所述温度传感器提供的所述自组装生长池的温度电压信号，并与设定的基准电压 相比较，获取补偿电压信号；所述电流放大电路用于将所述补偿电压信号放大，提供给所述 半导体制冷片。其中，所述绝压传感器用于测量所述自组装生长池中的气体绝对压强，提供给所 述压强控制电路；所述压电阀用于根据所述压强控制电路的输出信号，调节进气流量，对生 长池中气体压强进行控制。其中，所述压强控制电路包括测量比较电路，PID放大电路和高压放大电路；所述 测量比较电路接收所述绝压传感器提供的所述自组装生长池的压强信号，并与设定电压值 作差分比较，输出差分信号给PID放大电路，所述PID放大电路对所接收的差分信号进行放 大并提供给所述高压放大电路，所述高压放大电路用于对所接收的信号进行高压放大，提 供给所述压电阀。本专利技术通过精密的控制系统，精确控制自组装过程中的温度和压强，提高现有方法的自组装生长胶体晶体质量和实验的可重复性，从而提供一种高效率、易于控制、操作简 单、样品质量高、重复性好的自组装生长的精密控制系统，具体来说 1、通过设计连续加热型温度控制和小体积且具有优良热传导性生长池，精确地控 制生长池中温度(温度控制精度为0. ore)和通过精密测量比较、PID反馈、高压放大， 精密调整连续型压电阀的开启量，精确地调节生长体系中气体总压强(压强控制精度为 0. OlkPa)，而用现有的恒温器温度精度仅到1°C，现有针阀手动调节压强时系统气体压强最 大漂移达5kPa/h ！可见，温度控制精度和压强控制精度都提高了两个数量级。2、通过应用本专利技术的系统，在胶体晶体生长过程中，精确、稳定地控制了晶体生长 前沿处的液体蒸发速率和颗粒输运速率，使自组装生长容易达到优化的实验条件，生长出 大面积、结构高度有序、微观和宏观缺陷少的胶体晶体，大大提高生长的胶体晶体的质量。3、通过应用本专利技术的系统，自组装过程的精密、稳定地自动控制大大提高了高质 量胶体晶体的产率。4、本专利技术的控制系统结构简单，成本低，加工制造容易，易于集成，使用方便，运行 可靠，调试方便。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的自组装生长控制系统的框图；图2是根据本专利技术的实施例的自组装生长池剖视图；图3是根据本专利技术的实施例的温度控制电路框图；图4是图3所示温度控制电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自组装生长池，包括：由热导率高的金属制成的外壳；玻璃内胆；其中，所述玻璃内胆与温度传感器接触，所述自组装生长池的内部环境与所述自组装生长池外部的绝压传感器相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，高奎意，黄姝青，郑中玉，罗艳红，李冬梅，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]