CN102755942A - 一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法，所述设备包括：载入装置和涂覆装置；所述载入装置包括：用于载入敏感材料的微喷嘴；套在微喷嘴的载料端的套筒；使微喷嘴内产生负压的压力调节器；所述涂覆装置包括：装载有敏感材料的微喷嘴；用于驱动微喷嘴的压电驱动器；用于夹持固定微喷嘴以使微喷嘴的进出料端垂直对准微加热器的表面的连接件；与所述压电驱动器相连的机架；所述机架设有供所述压电驱动器和所述微喷嘴沿竖直方向运动的滑槽；本发明还提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的方法。本发明能够控制敏感材料的涂覆量和实时调节敏感材料的涂覆位置，解决了现有技术中无法将敏感材料定量、均匀地涂覆到微加热器表面的问题。

Description

一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法

技术领域

本发明涉及微加热器制备技术领域，特别是涉及一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法。

背景技术

用来检测可燃气体的气敏元件主要是载体催化元件，这种载体催化元件通常是将载有铂钯或其它贵金属催化剂的氧化铝或其它多孔陶瓷（称为载体）涂覆在铂金或其合金制成的电热丝（微加热器）上而形成，使用时，将电热丝加热到一定温度使被测的可燃气体在载体催化表面上燃烧，燃烧放热导致的温度变化将改变电热丝的电阻，通过惠斯登电桥测量该电阻的变化便可以确定可燃气体的浓度。

其中，传统微加热器形状以采用机械方式绕制的线圈为主，其长度尺寸为毫米量级，丝直径在几十微米，尺寸较大,功耗也较大，一般在150mW以上；为了降低气敏元件在使用过程中的功耗，目前CCMOS等公司基于半导体加工技术设计并制作出了尺寸更小（一般为线宽几十微米量级）的微加热器，这种新型微加热器的结构是一个上表面有平面铂金电热丝结构，具有一定规则形状的悬空微热板。此外，其他传感器例如MOS金属氧化物半导体气体传感器也是通过在加热器上金属氧化物半导体电导率的测量来反映气体浓度的信息，采用微加热器对于降低功耗也有非常重要的手段。

无论是传统微加热器还是新型微加热器，其尺寸均较小，因此，在小尺寸微加热器上涂覆敏感材料成为了整个气体传感器制作中的关键步骤和技术难点。以新型加热器为例，在载体涂覆过程中，若载体与硅基底相连，将导致微加热器散热速度加快，不利于气体传感器工作过程中功耗的降低；在催化剂涂覆过程中若涂覆的量不可控，将会导致气体传感器出现输出信号不强甚至无信号等问题产生。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法，用于解决现有技术中无法将敏感材料定量、均匀地涂覆到微加热器表面的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备，包括：载入装置，包括用于载入敏感材料且具有载料端和进出料端的微喷嘴、套在所述微喷嘴的载料端的套筒、与所述套筒相连、使所述微喷嘴内产生负压以通过所述进出料端载入敏感材料的压力调节器；涂覆装置，包括装载有敏感材料的微喷嘴、用于驱动所述微喷嘴以将所述敏感材料涂覆于微加热器表面的压电驱动器、用于将所述微喷嘴与所述压电驱动器连接在一起，并用于夹持固定所述微喷嘴以使所述微喷嘴的进出料端垂直对准所述微加热器的表面的连接件、与所述压电驱动器相连用于支撑所述压电驱动器的机架；所述机架设有供所述压电驱动器和所述微喷嘴沿竖直方向运动的滑槽。

可选地，所述机架为倒T形；所述压电驱动器顶端连有滑块；所述滑块嵌入所述机架上滑槽内，并沿所述滑槽滑动。

可选地，所述微喷嘴的进出料端的内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。

可选地，所述进出料端的端口内径为20μm~70μm。

此外，本发明还提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的方法，包括如下步骤：

步骤1，制作用于在所述微加热器表面涂覆载体的第一微喷嘴；所述第一微喷嘴的进出料端的端口内径为50μm~65μm；

步骤2，配置一定粘度的载体，并使用压力调节器使所述第一微喷嘴内吸入配置好的载体；

步骤3，将所述第一微喷嘴的进出料端垂直置于微加热器正上方一定高度处；调节第一微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第一微喷嘴对准待涂覆的微加热器的表面；

步骤4，以脉冲惯性力驱动所述第一微喷嘴将所述载体涂覆在微加热器表面；

步骤5，重复步骤3和步骤4，直至使所述载体涂覆所述微加热器的整个表面并形成设定的形状和厚度的载体涂层，同时烧结所述载体涂层；

步骤6，制作用于在所述微加热器表面涂覆催化剂的第二微喷嘴；所述第二微喷嘴的进出料端的端口内径为25μm~35μm；

步骤7，配置一定量的催化剂，并使用压力调节器使第二微喷嘴内吸入配置好的催化剂；

步骤8，将第二微喷嘴的进出料端垂直置于微加热器正上方一定高度处；调节第二微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第二微喷嘴对准待涂覆的载体涂层的表面；

步骤9，以脉冲惯性力驱动所述第二微喷嘴将第二微喷嘴内的催化剂涂覆在所述载体涂层的表面；

步骤10，重复步骤8和步骤9，直至使所述催化剂涂覆所述载体涂层的整个表面；涂覆有催化剂的载体涂层构成敏感材料涂层，然后烧结所述敏感材料涂层。

可选地，所述载体和催化剂在涂覆前为液体或粉体。

可选地，所述第一微喷嘴和所述第二微喷嘴为硼硅酸盐玻璃毛细管加热后收缩变形形成；所述第一微喷嘴和所述第二微喷嘴各自的进出料端内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。

可选地，所述载体为纳米氧化铝悬浮液浆料。

可选地，所述脉冲惯性力由压电驱动器产生。

可选地，所述压电驱动器的输入波形为陡升缓降的波形；所述压电驱动器的驱动频率范围为1Hz~3Hz；所述压电驱动器的驱动电压为60V~80V。

可选地，所述烧结载体的温度为550℃~700℃，保温时间为8min~10min；烧结敏感材料涂层的温度为400℃~500℃，保温时间为20s~35s。

可选地，所述载体涂层的厚度为60μm~70μm。

可选地，所述载体涂层在所述微加热器表面形成的形状为半椭圆体形。

如上所述，本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法，具有以下有益效果：

1、本发明能够控制敏感材料的涂覆量和实时调节敏感材料的涂覆位置，解决了现有技术中无法将敏感材料定量、均匀地涂覆到微加热器表面的问题。

2、由于本发明所制作出的敏感材料的涂覆量可控，所以本发明具有性能稳定、一致性好、功耗低和利于大批量工业生产的优点。

附图说明

图1显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备中载入装置的结构示意图。

图2显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备中涂覆装置的结构示意图。

图3和图4显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备中微喷嘴的制作过程示意图。

图5显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备中微加热器的结构示意图。

图6显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备进行涂覆时的简略示意图。

图7显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备中压电驱动器输入波形图。

图8显示为本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的方法中载体涂层的形状示意图。

元件标号说明

1    夹具

2    毛细管

3     激光发生器

4     微喷嘴

5     加热丝

6     玻璃微球

7     密封圈

8     螺帽

9     套筒

10    压力调节器

11    机架

12    连接件

13    压电驱动器

14    滑块

15    调节旋钮

16    铂金丝

17    薄硅片

18    焊盘

19    硅基底

20    二维工作台

21    微热板

22    显微镜

23    载体涂层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

无论是传统微加热器还是新型微加热器，其尺寸均较小，因此，在小尺寸微加热器上涂覆敏感材料成为了整个气体传感器制作中的关键步骤和技术难点。以新型微加热器为例，在载体涂覆过程中，若载体与硅基底相连，将导致微加热器散热速度加快，不利于气体传感器工作过程中功耗的降低；在催化剂涂覆过程中若涂覆的量不可控，将会导致气体传感器出现输出信号不强甚至无信号等问题产生。

有鉴于此，本发明提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法，用于解决现有技术中无法将敏感材料定量、均匀地涂覆到微加热器表面的问题。以下将详细阐述本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法。

本发明提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备，包括：载入敏感材料的载入装置和涂覆敏感材料的涂覆装置。

所述载入装置至少包括：微喷嘴4、套筒9和压力调节器10。所述微喷嘴4用于载入敏感材料，所述微喷嘴4包括载料端和进出料端。所述套筒9套在所述微喷嘴4的载料端，所述套筒9优选为金属套筒，并且所述套筒9的内径略大于微喷嘴4的载料端的端口外径。所述压力调节器10与所述套筒9相连、并使所述微喷嘴4内产生负压以载入敏感材料；所述压力调节器10具有一个与所述微喷嘴4的内腔相互连通的密封腔体，且所述密封腔体体积可调。所述微喷嘴4和所述套筒9通过螺帽8紧固在在一起，所述套筒9与螺帽8通过螺纹连接。所述套筒9与所述微喷嘴4连接处还设有密封圈7，对套筒9的腔体起密封作用,所述密封圈7的内径略小于所述微喷嘴4的载料端的端口外径；所述密封圈7优选为橡胶密封圈。

所述载入装置在使用时，将所述微喷嘴4的进出料端浸入盛有敏感材料的容器内，调节压力调节器10使套筒9的腔体和微喷嘴4的流道内产生负压，从而将容器内的敏感材料吸入所述微喷嘴4的内部。

所述涂覆装置包括：微喷嘴4、压电驱动器13、连接件12和机架11。所述微喷嘴4装载有敏感材料，需要说明的是，该微喷嘴4即为所述载入装置中吸入敏感材料的微喷嘴4。所述压电驱动器13用于驱动所述微喷嘴4进行喷料涂覆并且所述压电驱动器13应可以带动所述微喷嘴4在竖直方向运动，以控制所述微喷嘴4与微加热器的表面之间的距离。所述连接件12并用于夹持固定所述微喷嘴4以使所述微喷嘴4的进出料端垂直对准所述微加热器的表面，同时所述连接件12将所述微喷嘴4与所述压电驱动器13连接在一起；具体地，由于所述微喷嘴4的载料端外面连有套筒9，所述套筒9通过连接件12与压电驱动器13的下端面（可动端）固定连接，当所述压电驱动器13工作时，套筒9连同微喷嘴4随压电驱动器13下端面一起运动；所述压电驱动器13的上端面（不可动端）设有滑块14，所述压电驱动器13与滑块14通过螺柱固定连接。所述机架11用于支撑所述压电驱动器13，所述机架11为倒T形，并且所述机架11设有供所述压电驱动器13带动所述微喷嘴4沿竖直方向运动的滑槽。所述滑块14嵌入所述机架11上滑槽内，所述滑块14与机架11之间的运动为丝杠传动，这样，所述压电驱动器13带动所述微喷嘴4可在竖直方向运动。此外，所述机架11顶端设有控制所述滑块14位置的调节按钮，所述调节按钮为手动调节按钮，通过手动调节旋钮15可改变所述滑块14在所述滑槽内的竖直位置，从而实现了微喷嘴4在竖直方向的高度的调节。

所在本发明中，采用的是脉冲惯性力作为驱动所述微喷嘴4进行喷料涂覆的动力，脉冲惯性力适用于各种液体和粉体的喷射，液体喷射量分辨率显著提高。所述脉冲惯性力可通过不同方式产生，由于压电器件具有电压-位移动态响应好、响应频率高等特点，可作为整体驱动器置于微流道外部产生脉冲惯性力，而压电器件驱动电压的输入波形、幅值、频率等可作为驱动控制参量。本发明中的脉冲惯性力产生器件为压电驱动器13，具体地，所述压电驱动器13为堆栈式压电陶瓷驱动器。

所述微喷嘴4的进出料端的内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。所述进出料端的端口内径为20μm~70μm，根据需要涂覆的敏感材料选择不同端口内径的微喷嘴4。在本实施例中，需要喷涂的敏感材料包括载体和催化剂，所述载体可以为氧化铝或多孔陶瓷等，所述催化剂可以为铂钯或其它贵金属。一般涂覆载体时选用的端口内径为50μm~65μm的微喷嘴4，涂覆催化剂时选用端口内径为25μm~35μm的微喷嘴4。

此外，本发明还提供一种在微加热器上涂覆敏感材料的方法，包括如下步骤：

在步骤1中，制作用于在所述微加热器表面涂覆载体的第一微喷嘴；所述第一微喷嘴的进出料端的端口内径为50μm~65μm，在本实施例中，所述第一微喷嘴的进出料端的端口内径为60μm。如图3和图4所示，显示为本发明中所述第一微喷嘴的制作过程。

所述第一微喷嘴为硼硅酸盐玻璃毛细管加热后收缩变形形成，所述第一微喷嘴的进出料端内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。

具体地，所述第一微喷嘴是基于玻璃热成型方法进行制备，制备所述第一微喷嘴的设备包括激光发生器3、夹具1和锻针仪，制备材料为硼硅酸盐玻璃毛细管，制备所述第一微喷嘴的工艺过程如下：

首先，如图3所示，将毛细管2两端装夹在夹具1上，所述毛细管2为硼硅酸盐玻璃毛细管，所述夹具1对毛细管2两端存在预拉力。毛细管2在激光发生器3产生的激光加热下软化并在在预拉力的作用下收缩变形，形成端部出口内径可达几微米量级的第一微喷嘴，如图4所示，所得第一微喷嘴内流道径向尺寸在轴线方向连续分布。

然后，如图4所示，将拉制成形的第一微喷嘴装夹在锻针仪（图中未显示）上，将少量硼硅酸盐玻璃熔融并粘接在一端为半圆形的加热丝5（优选为铂金加热丝）上形成玻璃微球6，再将玻璃微球6轻靠在第一微喷嘴所需截断的部位（该部位对应的内径即为所需要的内径），给所述加热丝5通电，当与玻璃微球6轻靠在一起的第一微喷嘴部位受热开始发生较小的塑性变形时，断开所述加热丝5的电源，变形部位在冷却过程中因沿径向应变不一致而使第一微喷嘴在该部位断裂。根据所述第一微喷嘴内流道径向尺寸沿轴线方向连续分布，因此，可以调节第一微喷嘴的受热部位获得不同出口内径尺寸的第一微喷嘴。

所述第一微喷嘴原材料主要成分为硼硅酸盐的玻璃毛细管，硼硅酸盐玻璃毛细管的优点在于其化学性能稳定，在显微镜22下可视性好，形成的第一微喷嘴的内流道尺寸变化过度平缓且表面光滑，便于载体和催化剂从所述第一微喷嘴内稳定喷出。

在步骤2中，配置一定粘度的载体，并使用压力调节器10使第一微喷嘴内吸入配置好的载体。

所述载体在涂覆前为液体或粉体。在本实施例中，所述载体为纳米氧化铝悬浮液浆料，通常载体粘度较大，需要对其进行稀释。在本实施例中，稀释方法如下：所述纳米氧化铝悬浮液浆料置于容器中，向容器中加入去离子水或酒精，并在超声震荡下使纳米氧化铝颗粒等各组分在载体中均匀分布。经稀释后的载体粘度较小，接近于常温常压下的纯净水；由于稀释后的载体为氧化铝颗粒的悬浮液，因此，虽然此时载体的粘度较小，但载体内含氧化铝的量仍较高。

之后采用载入装置将稀释后的载体装到所述第一微喷嘴内。具体地，将所述第一微喷嘴与所述载入装置的其它部件连接安装好之后，将所述第一微喷嘴的进出料端浸入盛有载体的容器内，调节压力调节器10使套筒9的腔体和第一微喷嘴的流道内产生负压，从而将容器内的载体吸入所述第一微喷嘴的内部。

在步骤3中，如图6所示，将第一微喷嘴的进出料端垂直置于微加热器正上方一定高度处；调节第一微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第一微喷嘴对准待涂覆的微加热器的表面。

本实施例中，需要待涂覆的微加热器结构请参见图5和图6。该微加热器采用半导体工艺制作而成，包括由铂金丝16和薄硅片17构成的微热板21，所述微热板21的尺寸（长度×宽度）约为70μm×300μm，其下方为悬空结构。铂金丝16通过两侧焊盘18可与直流电源两极相连。可以采用普通双面胶将微加热器粘接在二维工作台20的台面上，目的是防止微加热器在定位和涂覆过程中错位。所述二维工作台20的作用是实时调节所述微热板21与第一微喷嘴在水平面内的相对位置。需要注意的是，所述微加热器用双面胶固定在二维工作台20的台面上时，应将所述微热板21的长度方向与所述二维工作台20的某一轴（纵轴或横轴）平行，即移动二维工作台20的任一轴时，可使所述第一微喷嘴沿所述微热板21长度方向或垂直于所述微热板21的长度方向作相对运动。

所述调节第一微喷嘴与所述微加热器（具体地是微热板21）的相对位置目的是使第一微喷嘴出口端部位于所述微热板21的正上方，保证第一微喷嘴喷射出的载体液滴准确地涂覆在所述微热板21的上表面，而不散落在所述微热板21下方的硅基底19上，导致微热板21与硅基底19通过载体相连，影响微加热器的功耗。

具体地，将所述第一微喷嘴安装到所述涂覆装置上，并调节第一微喷嘴与微热板21的相对位置使第一微喷嘴位于微热板21的正上方，调节包括以下两个步骤：

1）粗调第一微喷嘴与微热板21的相对位置

调节第一微喷嘴的高度使其位于微热板21上方约2mm处，调节二维工作台20使微热板21大致位于第一微喷嘴的正下方，再缓慢降低第一微喷嘴的高度，直至第一微喷嘴与微热板21同处于显微镜22的视野中。在粗调过程中，由于显微镜22视野较小，因此上述两者的相对位置判断只能采取目测方式。若只通过显微镜22进行观察，有可能会造成第一微喷嘴与微热板21或硅基底19相碰撞而损坏第一微喷嘴或微加热器。

2）微调第一微喷嘴与微热板21的相对位置

步骤1）中已将第一微喷嘴和微热板21同处于显微镜22的视野中，但第一微喷嘴仍不一定处于微热板21的正上方，尚需进一步的细调。微调第一微喷嘴与微热板21的相对位置的方法如下：

缓慢降低第一微喷嘴的高度，并使第一微喷嘴轻微挤压一下微热板21上表面，在显微镜22下观察微加热器与第一微喷嘴触碰的位置，根据该位置判断第一微喷嘴与微热板21之间相对位置关系微调二维工作台20。特别地，在判断第一微喷嘴在微热板21宽度方向上的相对位置时，通过观察微热板21的侧翻方向判断上述两者之间的位置关系，即当第一微喷嘴轻压在微热板21上时，微热板21表面不发生侧翻时表明第一微喷嘴已位于微热板21的正上方。

将所述第一微喷嘴置于所述微热板21的正上方后，通过调节旋钮15调节所述第一微喷嘴的竖直高度，将第一微喷嘴置于微热板21正上方约20μm处。

此外，在所述载体涂覆前，应使用酒精多次清洗所述微热板21，去除微热板21上的污染物和杂质，使其表面适合涂覆载体。

在步骤4中，以脉冲惯性力驱动所述第一微喷嘴将第一微喷嘴内的载体涂覆在微加热器表面。所述脉冲惯性力由涂覆装置中的压电驱动器13产生。在所述压电驱动器13中输入有利于载体液滴喷射的波形，在本实施例中，如图7所示，所述压电驱动器13的输入波形为陡升缓降的波形；同时采用较低频率下运行所述压电驱动器13，目的是降低所述第一微喷嘴的喷射速度，便于对涂覆过程的观察和对载体涂覆量的控制，在本实施例中，所述压电驱动器13的驱动频率范围为1~3Hz；此外，在载体液滴落在微热板21上时，在保证不会因为载体滴液的体积太大而渗入微热板21下方的前提下尽量加大驱动电压，在本实施例中，为提高涂覆效果，所述压电驱动器13的驱动电压为60V~80V。

在步骤5中，重复步骤3和步骤4，直至使所示载体涂覆所述微加热器的整个表面并形成设定形状和厚度的载体涂层23，同时烧结该载体涂层23。

本实施例中，在用载体涂覆过程中，通过缓慢移动第一微喷嘴与微热板21长度方向的相对位置，可使微热板21整个长度方向上铺满载体。所述缓慢移动第一微喷嘴与微热板21长度方向的相对位置，本实施例中，采用移动二维工作台20的方法实现。通过这种方法，微热板21上可均匀涂覆上一层载体，待该层载体溶剂挥发后，按照上述方法，继续在所述微热板21上涂覆上一层载体，以此类推，直至在微热板21上可获得设定形状和厚度的载体涂层23，如图8所示，优选地，所述载体涂层23的厚度为60μm~70μm，所述载体涂层23在所述微加热器表面形成的形状为半椭圆体形。

本发明中，所述载体需铺满整个微热板21，原因如下：若微热板21上的铂金丝16裸露在空气中，在涂覆催化剂时，由于催化剂的主要成分为贵金属，将会导致微加热器出现短路现象而不能正常工作。所述载体的形状如图8中所示的类似半椭圆体为宜，该形状的载体的表面积比较大，能够更大程度地吸附催化剂，以提高微加热器的灵敏度。所述载体的厚度以60μm～70μm为宜：若载体的厚度过薄，将会导致微加热器在老化过程中，信号衰减严重且灵敏度不高；若载体的厚度过大，由于所述微热板21的尺寸较小，通电时，所述载体沿高度方向的温差过大，影响气体的催化燃烧过程，从而影响整个微加热器的性能稳定性。

当获得设定形状和厚度的载体涂层23后，将铂金丝16两端接通直流电源进行烧结。在本实施例中，所述烧结载体涂层23的温度为550℃~700℃，保温时间为8 min~10min；需要注意的是，烧结所述载体涂层23的最高温度为700℃，保温时间最多为10分钟。

在步骤6中，制作用于在所述微加热器表面涂覆催化剂的第二微喷嘴；所述第二微喷嘴的进出料端的端口内径为25μm~35μm；在本实施例中，所述第一微喷嘴的进出料端的端口内径为30μm。所述催化剂涂覆用的第二微喷嘴相对所述第一微喷嘴的端口尺寸较小，目的是减小催化剂在单脉冲作用下喷射液滴的大小，以精确控制催化剂的涂覆量。制作第二微喷嘴的过程和材料与所述第一微喷嘴的制作过程和原料相同，不同的是，将玻璃微球6轻靠在微喷嘴所需截断的部位（可以获取端口内径为25μm~35μm的部位）。

在步骤7中，配置一定量的催化剂，并使用压力调节器10使第二微喷嘴内吸入配置好的催化剂；所述催化剂在涂覆前应为液体或粉体。使用载入装置将所述催化剂装入所述第二微喷嘴中的方法与使用载入装置将所述载体装入所述第一微喷嘴中的方法相同。

在步骤8中，将第二微喷嘴的进出料端垂直置于微加热器正上方一定高度处；调节第二微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第二微喷嘴对准待涂覆的载体涂层23的表面。所述第二微喷嘴的调节方法与调节所述第一微喷嘴的方法相同，所不同的是，在微调过程中，第二微喷嘴不能触碰微热板21上的载体，而是通过“试涂覆”的方法进行定位，即：当第二微喷嘴与微热板21上的载体在显微镜22的同一个视野中时，试喷射一滴催化剂，根据液滴的落点判断第二微喷嘴与载体的相对位置并进行调整。

在步骤9中，以脉冲惯性力驱动所述第二微喷嘴将第二微喷嘴内的催化剂涂覆在所述载体涂层23的表面，所述催化剂的涂覆方法与所述载体的涂覆方法相同，而且所述压电驱动器13中输入的波形，采用的频率和驱动电压也相同，在此不再赘述。

在步骤10中，重复步骤8和步骤9，直至使所述催化剂涂覆所述载体涂层23的整个表面，涂覆有催化剂的载体涂层23构成敏感材料涂层，然后烧结该敏感材料涂层。在显微镜22下观察可知，涂覆的催化剂量越大，载体涂层23的表面颜色越深，所述载体涂层23的颜色变化顺序为白色、淡黄色、黄色、淡红色、红色、深红色、黑色。本实施例中，因为还未对所述敏感材料涂层进行烧结，所以涂覆完催化剂之后的载体涂层23的颜色为深红色。特别地，对所述载体涂层23颜色的判断需待催化剂中溶剂充分挥发后才可以确定。

当所述载体涂层23变为深红色之后，烧结该敏感材料涂层，完成在微加热器上涂覆敏感材料。烧结的温度控制在400℃~500℃，保温时间控制在20s~35s，在本实施例中，具体地，烧结温度为500℃，保温时间为30s。

综上所述，本发明的一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备及方法，具有以下有益效果：

1、本发明能够控制敏感材料的涂覆量和实时调节敏感材料的涂覆位置，解决了现有技术中无法将敏感材料定量、均匀地涂覆到微加热器表面的问题。

2、由于本发明所制作出的敏感材料的涂覆量可控，所以本发明具有性能稳定、一致性好、功耗低和利于大批量工业生产的优点。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种在微加热器上涂覆敏感材料的设备，其特征在于，包括：

载入装置，包括用于载入敏感材料且具有载料端和进出料端的微喷嘴、套在所述微喷嘴的载料端的套筒、与所述套筒相连、使所述微喷嘴内产生负压以通过所述进出料端载入敏感材料的压力调节器；

涂覆装置，包括装载有敏感材料的微喷嘴、用于驱动所述微喷嘴以将所述敏感材料涂覆于微加热器表面的压电驱动器、用于将所述微喷嘴与所述压电驱动器连接在一起，并用于夹持固定所述微喷嘴以使所述微喷嘴的进出料端垂直对准所述微加热器的表面的连接件、与所述压电驱动器相连用于支撑所述压电驱动器的机架；所述机架设有供所述压电驱动器和所述微喷嘴沿竖直方向运动的滑槽。

2.根据权利要求1所述的在微加热器上涂覆敏感材料的设备，其特征在于：所述机架为倒T形；所述压电驱动器顶端连有滑块；所述滑块嵌入所述机架上滑槽内，并沿所述滑槽滑动。

3.根据权利要求1所述的在微加热器上涂覆敏感材料的设备，其特征在于：所述微喷嘴的进出料端的内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。

4.根据权利要求3所述的在微加热器上涂覆敏感材料的设备，其特征在于：所述进出料端的端口内径为20μm~70μm。

5.一种在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制作用于在所述微加热器表面涂覆载体的第一微喷嘴；所述第一微喷嘴的进出料端的端口内径为50μm~65μm；

步骤2，配置一定粘度的载体，并使用压力调节器使所述第一微喷嘴内吸入配置好的载体；

步骤3，将所述第一微喷嘴的进出料端垂直置于所述微加热器正上方一定高度处；调节第一微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第一微喷嘴对准待涂覆的微加热器的表面；

步骤4，以脉冲惯性力驱动所述第一微喷嘴将所述载体涂覆在微加热器表面；

步骤5，重复步骤3和步骤4，直至使所述载体涂覆所述微加热器的整个表面并形成设定的形状和厚度的载体涂层，同时烧结所述载体涂层；

步骤6，制作用于在所述微加热器表面涂覆催化剂的第二微喷嘴；所述第二微喷嘴的进出料端的端口内径为25μm~35μm；

步骤7，配置一定量的催化剂，并使用压力调节器使第二微喷嘴内吸入配置好的催化剂；

步骤8，将第二微喷嘴的进出料端垂直置于微加热器正上方一定高度处；调节第二微喷嘴与微加热器的相对位置，使所述第二微喷嘴对准待涂覆的载体涂层的表面；

步骤9，以脉冲惯性力驱动所述第二微喷嘴将第二微喷嘴内的催化剂涂覆在所述载体涂层的表面；

步骤10，重复步骤8和步骤9，直至使所述催化剂涂覆所述载体涂层的整个表面；涂覆有催化剂的载体涂层构成敏感材料涂层，然后烧结所述敏感材料涂层。

6.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述载体和催化剂在涂覆前为液体或粉体。

7.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述第一微喷嘴和所述第二微喷嘴为硼硅酸盐玻璃毛细管加热后收缩变形形成；所述第一微喷嘴和所述第二微喷嘴各自的进出料端内腔径向尺寸沿轴线方向连续递减。

8.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述载体为纳米氧化铝悬浮液浆料。

9.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述脉冲惯性力由压电驱动器产生。

10.根据权利要求9所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述压电驱动器的输入波形为陡升缓降的波形；所述压电驱动器的驱动频率范围为1Hz~3Hz；所述压电驱动器的驱动电压为60V~80V。

11.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述烧结载体的温度为550℃~700℃，保温时间为8min~10min；烧结敏感材料涂层的温度为400℃~500℃，保温时间为20s~35s。

12.根据权利要求5所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述载体涂层的厚度为60μm~70μm。

13.根据权利要求12所述的在微加热器上涂覆敏感材料的方法，其特征在于：所述载体涂层在所述微加热器表面形成的形状为半椭圆体形。

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