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一種薄膜取向特性檢測裝置及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及薄膜取向特性檢測裝置，特別是將薄膜拉伸程度與薄膜取向程度通過本發明裝置進行對比檢測以了解薄膜拉伸狀態與薄膜取向特性之間的關系，從而為材料表征及與薄膜取向特性相關功能器件的設計提供基礎。該裝置由用于固定薄膜的薄膜固定組件（3）、用于測量薄膜長度的長度測量組件（2）及承載上述組件使得薄膜能夠位于光譜通路的支架（1）組成；本發明首次將薄膜拉伸程度與薄膜取向特性檢測功能統合至一個裝置上，從而可以同時檢測薄膜拉伸程度及薄膜取向特性，因此不僅可以減少操作誤差、不同薄膜間的差異引入的誤差，而且使得其能夠適用于一些薄且強度較弱的薄膜的拉伸程度與取向特性的檢測，因此有助于功能取向薄膜的進一步開發與應用。
【專利說明】一種薄膜取向特性檢測裝置及其應用【技術領域】
[0001]本發明屬于傳感器領域，涉及與薄膜拉伸程度相關的薄膜取向特性檢測裝置。
【背景技術】
[0002]薄膜的取向特性由于其在包括顯示、傳感及生物醫學領域的廣泛應用前景而受到人們的高度重視。而另外一方面，人們的研究也表明薄膜的拉伸能夠影響薄膜的取向特性，因此探討薄膜的拉伸程度與薄膜的取向特性間的關系由于其在包括顯示、傳感領域的潛在應用價值而具有重要的意義。
[0003]然而，目前人們探討薄膜的拉伸程度與薄膜的取向特性間的關系均通過先獨立獲取不同拉伸程度的薄膜，然后再將這些薄膜通過相關的偏振光譜以檢測這些薄膜的取向特性。而獨立獲取不同拉伸程度的薄膜后再進行相關取向特性的檢測不僅引入了操作誤差及不同薄膜帶來的差異性，需要檢測的薄膜數量將大大增加，而且對于一些強度較低、較薄從而難以操作的薄膜，其拉伸程度與取向特性間的關系的檢測將變得非常困難。為此本發明首次提出將能夠拉伸薄膜的固定組件及薄膜長度測量組件與能夠將固定的薄膜與偏振光譜光路匹配的支架結合，從而可以接近在線的方式同時檢測薄膜的拉伸程度及薄膜的取向特性，因此有利于取向功能薄膜的進一步開發與應用。

【發明內容】
[0004]技術問題:本發明的目的是提供一種適用于同時檢測薄膜拉伸程度與取向特性的裝置，有利于方便、準確檢測同一薄膜的拉伸程度與取向特性間的關系，因此有利于取向功能薄膜的進一步開發與應用。
[0005]技術方案:本發明的一種薄膜取向特性檢測裝置由用于固定薄膜的薄膜固定組件、用于測量薄膜長度的長度測量組件及承載上述組件使得薄膜能夠位于光譜通路的支架組成；其中，支架中的底座位于該裝置的最底部，量具及薄膜固定平臺通過平臺固定螺絲固定在支架；
[0006]薄膜固定組件中的固定端位于薄膜固定平臺上，移動端位于固定端的上方，測試薄膜位于移動端與固定端之間；長度測量組件中的主尺豎直固定在薄膜固定平臺上，副尺由副尺固定螺絲固定在主尺的側面，副尺的外端與移動端連接。
[0007]所述的偏振光譜包括偏振紅外光譜、偏振拉曼光譜、偏振紫外可見吸收光譜。
[0008]所述薄膜為光通透性薄膜。
[0009]該裝置的使用方法如下:
[0010]首先通過薄膜固定組件的固定端固定測試薄膜的一端，而移動端固定測試薄膜的另外一端并調整移動端使得測試薄膜平展固定，此時長度測量組件測定測試薄膜原始長度。將該裝置置于光譜儀中并調節支架使得薄膜置于光譜光路上檢測薄膜原始偏振光譜，然后控制移動端拉伸測試薄膜，通過長度測量組件獲取拉伸后測試薄膜的長度，然后進一步檢測拉伸后測試薄膜的偏振光譜，重復上述過程即可同時檢測薄膜的拉伸程度及薄膜材料的取向特性的變化。
[0011]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0012]本申請首次將薄膜拉伸程度與薄膜取向特性檢測功能統合至一個裝置上，從而可以同時檢測薄膜拉伸程度及薄膜取向特性，因此不僅可以減少操作誤差、不同薄膜間的差異引入的誤差，而且使得其能夠適用于一些薄且強度較弱的薄膜的拉伸程度與取向特性的檢測，因此有助于功能取向薄膜的進一步開發與應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為薄膜取向特性檢測裝置示意圖。
[0014]1、支架；底座la，量具及薄膜固定平臺lb，平臺固定螺絲lc，
[0015]2、長度測量組件；主尺2a，副尺2b，副尺固定螺絲2c，
[0016]3、薄膜固定組件；移動端3a,固定端3b,測試薄膜3c。
[0017]圖2為二向色性比對拉伸率示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0019]圖1給出了薄膜取向特性檢測裝置的示意圖。該裝置由支架1、長度測量組件2及薄膜固定組件3組成。支架I由底座Ia及通過平臺固定螺絲Ic固定在底座上的量具及薄膜固定平臺Ib組成。長度測量組件2及薄膜固定組件3通過量具及薄膜固定平臺固定在支架上。長度測量組件包括固定的主尺2a及可以在主尺上滑移以進行測量的副尺2b組成，副尺可以通過副尺固定螺絲2c而在主尺上固定。而薄膜固定組件則由固定端3b、移動端3a及測試薄膜3c組成。其中固定端位于量具及薄膜固定平臺Ib上并且相對平臺固定不動，而移動端則與長度測量組件2中的副尺2b相連并可通過副尺固定螺絲2c而固定。
[0020]薄膜3c測試前，首先將薄膜一端固定在薄膜固定組件的固定端3b，而薄膜另外一端固定在移動端3a上，調節移動端3a使得測試薄膜3c平展后通過副尺固定螺絲2c固定副尺2b而將薄膜平展固定。此時通過主尺2a與副尺2b的相對位置即可讀出薄膜拉伸前的長度。將該裝置置于偏振光譜儀中并調節底座Ia位置和量具及薄膜固定平臺Ib在底座上的位置使得測試薄膜3c位于偏振光譜儀的光路上，然后檢測薄膜的平行偏振光譜及垂直偏振光譜即可獲悉未拉伸前薄膜的取向特性。由于偏振紅外光譜在研究化合物的結構與構象，單分子膜分子有序與排列的研究，歸屬化合物紅外光譜的譜帶，高分子材料的有序、有序松弛及斷裂過程的研究，分離重疊的紅外譜帶以及在生物化學和生物物理研究中都有廣泛應用，下面即以紅外偏振光譜為例進行介紹。
[0021]當偏振光與薄膜的方向平行時稱為平行光，其譜帶的吸光度記為A〃。反之稱為垂直光，其譜帶的吸光度記為Ap某一譜帶的吸光度A 〃和AI的比值R定義為該譜帶的二向色性比?？杀硎緸?
[0022]R=A x/ /A 丄
[0023]當薄膜樣品為非有序時，R值為1，有序度越高R值越大。
[0024]隨后松開副尺固定螺絲2c并拉伸測試薄膜3c至一定尺寸后再次固定副尺螺絲并讀取此時薄膜的長度。通過下述公式即可獲得測試薄膜3c的拉伸率S:[0025]S=(薄膜拉伸后長度-薄膜原始長度)/ (薄膜原始長度)*100 ；
[0026]進一步通過偏振紅外光譜儀檢測拉伸后薄膜平行偏振紅外光譜及垂直偏振紅外光譜以獲取薄膜拉伸后的紅外二向色性比。重復上述步驟即可獲得不同拉伸率下薄膜取向特性的變化。
[0027]下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0028]實施例一:
[0029]首先獲取平均分子量為10萬的纖維級聚乳酸并配制為濃度為20%的三氟乙醇溶液，然后通過靜電紡絲技術制備為附著于鋁箔上的厚度約為20微米，直徑約為300納米的無序聚乳酸納米纖維薄膜。剪切上述薄膜至長1.2厘米寬0.5厘米。將該薄膜浸泡于乙醇中2小時后從鋁箔上輕輕剝離聚乳酸納米纖維薄膜備用。將薄膜取向特性檢測裝置的薄膜固定組件3的固定端3b及移動端3a上均粘上雙面膠并使得固定端與及移動端間距離為
0.84厘米，然后將上述聚乳酸納米纖維薄膜長端分別固定在薄膜固定組件3的固定端3b及移動端3a上并調整移動端使得測試薄膜3c呈現出無拉伸平展的狀態，隨后固定副尺固定螺絲2c以防止移動端移動。此時薄膜的原始長度為0.84厘米。然后將固定了聚乳酸納米纖維薄膜的薄膜取向特性檢測裝置置于偏振紅外光譜儀中，調節底座Ia位置及量具及薄膜固定平臺Ib在底座上的位置使得薄膜位于偏振紅外光譜儀的光路上，然后檢測薄膜的平行偏振紅外光譜及垂直偏振紅外光譜。而在松開副尺固定螺絲2c對無序聚乳酸納米纖維薄膜拉伸一段距離后再固定并進行偏振紅外光譜檢測即可獲得無序聚乳酸納米纖維薄膜不同拉伸率下的平行偏振紅外光譜及垂直偏振紅外光譜。將不同拉伸率下的平行偏振紅外光譜與垂直偏振紅外光譜的比值即二向色性比對拉伸率作圖即可獲得圖2。從中可以看出無序的聚乳酸納米纖維薄膜位于聚乳酸主鏈上的COC在1089波數拉伸振動的二向色性比接近1，因此呈現出各向同性的特征。而隨著拉伸率的提高位于聚乳酸主鏈上的COC在1089波數拉伸振動的二向色性比則從未拉伸時的I升至拉伸率為50%時的1.5和拉伸率為100%時的1.7，提示隨著無序聚乳酸納米纖維薄膜拉伸率的提高其取向特性提高。在沒有使用本申請的薄膜取向特性測試裝置前由于納米纖維薄膜不僅柔軟而且易于斷裂因此其拉伸對取向特性的影響很難測定。
[0030]實施例二:
[0031]首先分多次通過取向靜電紡絲技術利用轉速為3000轉/分的滾輪收集制備厚度約為6微米尺寸約為250納米的分子量為100000的PLLA納米纖維薄膜。然后將不同批次的薄膜分別取樣長1.2厘米寬0.5厘米并利用本申請的薄膜取向特性測試裝置利用偏振紅外光譜測試PLLA主鏈上COC在1089波數拉伸振動的二向色性比。當不同批次間存在差異時則通過拉伸固定的方法使得不同批次的薄膜的偏振紅外光譜在聚乳酸主鏈上C0C1089波數拉伸振動的二向色性比一致。隨后將石家莊誠志永華顯示材料有限公司的SLC-9023液晶材料熔融并覆蓋納米纖維薄膜，并進一步在真空中去除氣泡以使得液晶材料完全覆蓋納米纖維薄膜。該薄膜可以作為偏振顯示器件。通過前面拉伸控制納米纖維薄膜的二向色性比的一致將可以提高不同批次納米纖維薄膜在用于偏振顯示器件時的一致性。
【權利要求】
1.一種薄膜取向特性檢測裝置，其特征在于該裝置由用于固定薄膜的薄膜固定組件(3)、用于測量薄膜長度的長度測量組件(2)及承載上述組件使得薄膜能夠位于光譜通路的支架(I)組成；其中，支架(I)中的底座(Ia)位于該裝置的最底部，量具及薄膜固定平臺(Ib)通過平臺固定螺絲(Ic)固定在支架(I); 薄膜固定組件(3)中的固定端(3b)位于薄膜固定平臺(Ib)上,移動端(3a)位于固定端(3b)的上方，測試薄膜(3c)位于移動端(3a)與固定端(3b)之間；長度測量組件(2)中的主尺(2a)豎直固定在薄膜固定平臺(Ib)上，副尺(2b)由副尺固定螺絲(2c)固定在主尺(2a)的側面，副尺(2b)的外端與移動端(3a)連接。
2.根據權利要求1所述的一種薄膜取向特性檢測裝置，其特征在于，所述的測試薄膜為光通透性薄膜。
【文檔編號】G01N21/21GK103674848SQ201310661774
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】張繼中 申請人:東南大學