薄膜电容器

薄膜电容器（共15篇）

1.薄膜电容器 篇一

电容

1、电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而

组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称

为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。

容抗XC=1/2πf c(f表示交流信号的频率，C表示电容容量)

电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。

2、识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表

示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。

其中：1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法

容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 uF/16V

容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示

字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF

数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF3、电容容量误差表

表2 电容容量误差表

符号FGJKLM

允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%

如：一瓷片电容为104J，表示容量为0.1 uF、误差为±5%。

薄膜电容的种类可以从原理上分为：有感和无感；从材料上可以分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容。

各种电容的优缺点及用途

无感CBB电容

制作工艺： 2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

优点： 无感，高频特性好，体积较小

缺点： 不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

用途：耦合/震荡，音响，模拟/数字电路，高频电源滤波/退耦

有感CBB电容

制作工艺： 2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。

优点： 有感，高频特性好，体积较小

缺点： 不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。

用途：耦合/震荡，模拟/数字电路，电源滤波/退耦

薄膜电容

其结构和纸质电容相似，但用聚酯，聚苯乙烯等低损耗塑料材作介质，频率特性好，介电损耗小，不能做成大容量，耐热能力差，用于滤波器、积分电路、振荡电路、定时电路等。

（1）聚酯（涤纶）电容（CL）

电容量：40p-4u

额定电压：63-630V

主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差。

用于：对稳定性和损耗要求不高的低频电路。

（2）聚苯乙烯电容（CB）

电容量：10p-1u

额定电压：100-30KV

主要特点：稳定，低损耗，体积较大。

用于：对稳定性和损耗要求较高的电路。

（3）聚丙烯电容（CBB）

电容量：1000p-10u

额定电压：63-2000V

主要特点：性能与聚苯乙烯相似，但是体积小，稳定性略差。

用于：代替大部分聚苯乙烯或云母电容，用于要求较高的电路。

塑料薄膜电容器Plastic Film Capacitor

种类 Polyester 聚乙烯

Metallized Polyester 金属化聚乙烯

Polystrene 聚乙脂

电容值范围 0.001-0.47uf / 0.01-10uf / 100-10000pf

额定电压范围 50/100/200/400V 50/100/250/400/630V 50/100/125/250/500V 容值误差范围 J, K, M / G, J, K / K(>0.01uf),M(<0.01uf)

温度范围-40℃--+85℃ /-40℃--+85℃ /-40℃--+85℃

损失角(1KHz)<=0.006 / <=0.01 / <=0.001

Withstand Voltage 200% 1 Min.175% 3 Sec.Inductive / 代号

No/Yes, PEN(Red)/PEI(Green)No / MPE(Red)No / PS

金属化聚丙烯 Metallized Polypropylene

种类 Polypropylene 聚丙烯

Metallized Polypropylene 金属化聚丙烯

电容值范围 0.001-0.68uf / 0.01-3.3uf / 0.001-0.47uf

额定电压范围 50/100/250/400/630/1000V 100/250/400/630V 250/275VAC 容值误差范围 J, K, M / G, J, K / K(>0.01uf),M(<0.01uf)

温度范围-40℃--+85℃-40℃--+85℃-40℃--+85℃

损失角(1KHz)<=0.0008 / <=0.001 / <=0.001

Withstand Voltage 250 % Rated Voltage DC 2000V / 1Sec.DC 2000V / 1Sec.Inductive / 代号 No,PPN / PPS(Hi-Voltage)No / MP No / MPX(X2 Cap.)Across the line cap.

2.薄膜电容器 篇二

1设备的工作原理

CSFX-120薄膜电容测试分选机主要对薄膜电容器进行容量不足检测、直流充放电试验、直流耐压检测、绝缘电阻检测、损耗及电容容量测试,并按以上顺序进行分选。它的主要工作流程是:电容从振动料盘上料,经过上料道有序地送到推料夹处,最后由推料机械手将电容推到大盘上。在大盘上,电容经过间歇传送,完成各种测试,随后被转移到小盘上,经过整形,由机械手传递到落料部件上,再按之前测试的结果,将电容卸入对应的料箱内。

2设备的主要性能指标

1)产品外形尺寸:电容宽度为7.2～13.0 mm;电容外壳高度为6.5～12.0 mm;电容引脚长度为4.0～28.0 mm;电容厚度为2.5～6.0 mm;电容引脚直径为0.5～0.6 mm。

2)整机速度。设备最大速度为120个/min,其间速度连续可调。

3设备的主要机械结构及关键技术

CSFX-120薄膜电容测试分选机主要由上料部分(包括振动上料盘部件,上料推料部件)、检测部分(包括大盘部件,左、右检测部件)、落料部分(包括小盘部件,整形部件,机械手及落料部件)及传动部分组成(见图1)。

1)上料部分。分选机的速度快,如何保证上料的可靠性是关键。散放在振动料盘内的电容器,通过振动依次进入到传送平带上,凸轮通过齿轮齿条带动平带轮转动,并保证平带每次前进的距离远远大于一个电容器的宽度,实现可靠上料。

2)检测部分(见图2)。电容在大盘部件上传送时,左、右检测部件夹住电容的引脚对电容的各种参数进行测试。此部分有3个关键点需要剖析:一是分选机分选的电容厚度尺寸不同,如何保证大盘部件夹住不同厚度的电容时,电容在大盘上的中心位置不变,并保持与其他部件的协调性。本结构主要是运用在1根轴上,同时制成左、右旋螺纹的方式来解决的,当旋转此轴时,固定在左、右旋螺母上的上、下盘就会同时向两边(或向中间)运动,达到既保证中心位置不变,又能夹住不同厚度电容的目的。二是大盘的72分割间歇运动的实现(小盘8分割间歇运动的原理与之相同,在此一同阐述)。大、小盘间歇运动(见图3)都是由1个圆柱形凸轮带动装有与分割次数相同数量滚轮的转盘转动来实现的,凸轮转动1圈,滚轮向前行进1个工位。此种结构简单、节省空间,与实现同等功能的分割器模块相比价格低廉,但其在精度上不如分割器模块高。三是测试夹头,要求硬度高且耐磨,笔者采用模具钢,加以淬火处理,虽然其导电性不如铍青铜等铜系材料,但能满足测试需求。

3)落料部分(见图4)。测试完成后,电容经过整形,由机械手抓起,传到传送链条上方,再有负压吸杆吸住并将其依次放在接料块上,PLC根据记录的测试结果控制电磁铁动作,带动分料针,将电容分别拨入相应的收料箱内。

4)机械传动部分。本机的操作功能较多,如何保证整机各部件之间的相互协调与整机的稳定是关键所在。虽然凸轮结构复杂,气缸结构简单,但从可靠性与效率方面考虑,我们采用了凸轮机构,其原因主要有3点:一是凸轮机构的操作准确,协调性好等优点[2];二是由凸轮机构简化程序上的复杂时序控制;三是目前在加工中心上加工凸轮也很容易实现。

目前,由笔者所设计的电容分选机已批量生产,用户反映运行良好。特别是我国电容器产量位居全球首位,电容器行业的繁荣发展必然会对相关生产设备的需求增加,电容分选机作为电容器生产过程中必备的关键设备之一,市场前景非常广阔。

摘要：CSFX-120薄膜电容测试分选机的最大特点是采用一个动力源带动凸轮完成各种复杂的动作。通过介绍CSFX-120薄膜电容测试分选机的工作原理、性能指标,着重对分选机机械结构设计及关键技术难点进行了阐述,并对已批量生产的电容分选机市场前景进行了展望。

关键词：电容,测试分选机,凸轮

参考文献

[1]靳建鼎.适用于高电压测试的电容器分选机[J].电子工业专用设备,2006(4):39-42.

3.薄膜物理学实验报告 篇三

一、实验原理

旋涂法利用仪器高速旋转时产生的离心力使基片上的胶液由中心向四周均匀扩散而形成致密薄膜。实验用到的原料需要提前制备且一般为溶液，实验上常见的是使用溶胶-凝胶法作为薄膜材料的之辈手段，本次实验是使用现成的或制备较为简单的溶液。

二、材料准备

（一）实验原料：面粉、鸡蛋清、三级水

（二）溶液制备

称取适量的面粉放置烧杯中，加入50mL三级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；

在烧杯中加入适量的鸡蛋清，加入适量三级水，搅拌均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。

三、实验过程

（一）用玻璃棒沾取胶体溶液涂覆于载玻片上；

（二）开启真空泵，将载玻片牢牢吸附于匀胶机的样品台上，盖上保护盖；

（三）根据所用溶液的粘稠度、附着性选择转速和旋转时间，启动匀胶机；

（四）关闭真空泵，用镊子将载玻片取出，防止到显微镜下观察成膜情况。

四、注意事项

在匀胶机运行过程中不宜开启保护盖，溶液应该多次涂覆以保证成膜的质量。

实验二、提拉法制备薄膜

一、实验原理

浸渍提拉法是将整个洗净的基板浸入预先制备好的溶胶之中，然后以精准控制的均匀速度将基板平稳地从溶胶中提拉出来，在粘度和重力作用下基板表面形成一层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，于是附着在基板表面的溶胶迅速凝胶化形成一层凝胶膜。

二、材料准备

（一）实验原料：面粉、鸡蛋清、三级水

（二）溶液制备

称取适量的面粉放置烧杯中，加入50mL三级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；

在烧杯中加入适量的鸡蛋清，加入适量三级水，搅拌均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。

三、实验过程

将配置好的面粉清导入小烧杯；打开镀膜提拉机电源，取一块干净的载玻片用夹具夹住其1/3处；设置提拉机参数，提拉速度设置为20mm/min，提拉高度60mm，浸渍速度为20mm/min,浸渍时间30s镀膜次数设置为四次，镀膜间隔30s，点击

“开始”按钮，开始镀膜；镀膜完成后取下载玻片，放到显微镜下观察。将面粉清换成液体胶，重复上述过程，获得液体胶薄膜。

最后将旋涂法及提拉法获得的薄膜基片放到烘箱60℃烘干一个小时取出，得到薄膜样品。

实验三、层层自组装法制备薄膜

一、实验原理

层层自组装是利用逐层交替沉积的方法，借助各层分子间的弱相互作用（如静电引力、氢键、配位键等），使层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。

二、材料准备

（一）实验原料：VB2、胶水、三级水

（二）实验仪器：傅里叶红外光谱仪、载玻片、烘干机、烧杯、玻璃棒

（三）VB2加入适量三级水调制成VB2溶液；

胶水加入适量三级水制成胶体溶液。

三、实验过程

（一）将载玻片放入傅里叶红外仪测量吸收光谱；

（二）将载玻片浸渍在VB2溶液中，取出，用烘干机缓慢烘干溶液，进行（一）过程；

（三）将载玻片浸渍在聚乙烯醇溶液中，取出，用烘干机缓慢烘干溶液，进行（一）过程；

（四）交替进行（二）（三）过程，以达到层层自组装的目的。

四、层层自组装实验数据处理及结果分析

数据处理利用Excel处理合成，由下图15层薄膜的图像可以看出，以空白组作为对比，发现第一层VB2和第二层曲线和其他层有很大不同，且这两组曲线有一部分呈现负吸光度，推测这是因为分子排列散乱导致薄膜未成型。从第三层开始，我们可以明显看到随着薄膜层数增加，吸光度呈现线性增长的趋势。根据朗伯—比尔定律，在同一组分下，各组分吸光度具有加和性，即

这与实验获得图像比较符合。图像分析我们可以看到在360nm到530nm出出现一个矮宽峰，说明该组装薄膜主要吸收该范围的光，此范围后吸光度逐渐下降。从曲线看，谱线不是特别平滑，有些许小尖峰（这里排除Abs1、2），我猜测是分子振动引起微扰，产生噪声，最终导致谱线出现小尖峰。

图1

层层自组装图像

图2

VB2图像

图3

液体胶图像

4.掺杂纳米硅薄膜的生长特性 篇四

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法成功的沉积出掺杂(主要是磷、硼)纳米硅薄膜.探讨了各种生长工艺条件对掺杂纳米硅薄膜的.结构与性能的影响及其规律.利用高分辨电镜(HREM)、Raman散射等手段对掺入不同杂质后的纳米硅薄膜的微结构进行初步研究,并从实验和理论上对掺杂纳米硅薄膜的生长特性进行了探讨.得出掺杂纳米硅薄膜具有与掺杂非晶硅薄膜和掺杂微晶硅薄膜不同的生长特性,即杂质原子绝大部分是非活性的,只有很少一部分在薄膜中起施主作用.大部分非活性的杂质原子存在于晶粒间界.

作 者：王金良 徐刚毅 王天民  作者单位：北京航空航天大学,理学院,北京,100083 刊 名：北京航空航天大学学报  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2002 28(2) 分类号：O484.1 关键词：硅膜   混合物   生长特性  

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5.透射光谱法测试薄膜的光学参数 篇五

透射光谱法测试薄膜的光学参数

推导了使用透射光谱极值法来确定薄膜光学参数的理论公式,并对溶胶-凝胶法制作的掺不同浓度二氧化锡的二氧化硅薄膜的折射率和厚度进行了计算.由于透射光谱法来确定薄膜的光学参数时需要其有一定的厚度来形成干涉峰,而用溶胶凝胶浸渍法单次提拉的薄膜厚度太薄,因此用多次提拉的方法来增加厚度.最后借助于柯西色散公式,在其它波段对折射率进行了拟合.结果表明,薄膜的`折射率随着二氧化锡含量的增加而增加,相同提拉次数的薄膜厚度也基本相同.

作 者：顾晓明 贾宏志 王铿 朱一 GU Xiaoming JIA Hongzhi WANG Keng ZHU Yi  作者单位：上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,93 刊 名：光学仪器  ISTIC英文刊名：OPTICAL INSTRUMENTS 年，卷(期)： 31(2) 分类号：O484.5 关键词：透射光谱   薄膜   光学参数   折射率  

6.薄膜电容器 篇六

关键词：薄膜技术与薄膜材料,科研与教学,人才培养,教学改革

近年来, 薄膜技术与薄膜材料得到了突飞猛进的发展, 各类新型薄膜材料大量涌现, 薄膜制作和微细加工工艺不断创新, 各种薄膜在高新技术领域的应用更加普及, 并形成了以平板显示器件、LED芯片制造、太阳能光伏和大规模集成电路等为代表的新兴战略高新技术产业, 并对人类现代的生产生活方式产生了深远的影响, 可以说薄膜技术和薄膜材料已成为构筑高新技术产业的基本要素, 是当代材料科学、物理科学、微电子制造技术最前沿和最活跃的研究领域之一[1,2,3]。随着电子信息产业和人类信息社会的纵深发展, 电子元器件向低维化、小型化发展, 薄膜材料, 特别是半导体薄膜, 在微电子、光电子、能源开发与存储等高新技术领域发挥着至关重要的作用。

随着薄膜技术与材料科学研究的不断发展, 新材料、新方法、新技术、新工艺、新成果层出不穷, 这些新的科研成果一方面不断丰富课程内容, 另一方面又不断推动着课程实践教学的改革, 可以说, 《薄膜技术与材料》课程就是建立在近代科学研究不断积累和发展的基础之上而形成的一门专业课程, 它与科学研究有着与生俱来的渊源, 这就决定了课程教学必须紧跟科研成果发展。因此, 本文将基于笔者在《薄膜技术与薄膜材料》课程中的实践教学经验, 以及通过自身在薄膜材料技术领域的科学研究与教学相结合的心得与体会, 对《薄膜技术与薄膜材料》课程的实践教学改革进行了相应的分析与讨论。

一、课程传统实践教学存在的问题

《薄膜技术与薄膜材料》课程一般包括真空技术基础、薄膜制备与分析、微细加工技术、薄膜材料及应用四大主要内容, 涉及的知识面宽广, 课程的实践应用性强, 现有传统的讲授教学方法难以适应课程发展的需要, 就我校该课程的理论和实践教学来说, 主要存在以下几个问题。

(一) 实验教学重视不足

《薄膜技术与薄膜材料》课程本身就是实践性、专业性和综合性很强的一门专业课程, 相关实验的开展需要强大的硬件设备支持, 而大多数的硬件投入都很昂贵, 如一套磁控溅射设备一般均要几十万元。因此很多高校由于硬件投入的严重不足, 相关的课程实验根本就无法开展。而能够开展起来的也都是利用科研的实验设备, 但又因设备的昂贵, 往往又不能放手让本科生去直接操作, 因此, 课程的实践教学很大程度上还是停留在认知过程上, 学生也只是看看新鲜, 对技术和设备原理并没有做到真正的深入理解, 更谈不上独立操作, 这对于实践教学来说, 无疑是一个短板, 也在很大程度上影响了实验教学的效果。如在笔者早期教学过程中, 一位毕业的学生找到一家LED薄膜太阳能电池制造的企业从事研发工作, 可刚学完《薄膜技术与薄膜材料》课程的他给我电话来询问磁控溅射法制备薄膜的工艺控制问题。这事让我感触颇深, 一方面我庆幸学生能主动打电话来问, 另一方面也需要反思我们的教学过程, 特别是实践教学的问题。

(二) 实验内容和层次较单一, 难以满足学生深入理解和掌握的需要

《薄膜技术与薄膜材料》课程的实验内容一般以开设磁控溅射金属或氧化物薄膜为主, 而对于其他的如溶胶凝胶技术、真空蒸发、CVD气相沉积等方法的实验相对较少, 实验内容相对较单一, 实验的项目也较少。一个完整的实验过程涉及到基片清洗、靶材准备安装、抽真空、镀膜、退火处理以及理化性能的分析检测等一系列内容, 工序和耗时较长, 另一方面又由于实验的课时一般在4~6课时, 因此要在这么短的时间内进行实验, 实验的效果可想而知。由此带来的后果是只能将实验的内容进行压缩, 且实验的层次也一般定位于认知型, 因此在现行的实验过程中, 尚无法满足学生深入理解和实际掌握各种薄膜制备技术的要求。

(三) 将科研引入教学的意识薄弱, 教学与产业应用相分离

由于传统教学模式以及受限于教学大纲和学校相关教学管理制度的原因, 《薄膜技术与材料》课程的教学基本还是以教材知识和案例为主导, 而将科研成果引入到教学过程的意识尚需加强, 特别是在实践教学环节中, 一些科学的思维、方法、研究成果难以在实践教学过程中得以体现。另外薄膜技术与材料在当前LED产业、平板显示器产业、太阳能光伏产业、膜式电子元器件等高新技术产业中均得到了大规模的应用, 而教师在校由于与市场、企业、行业接触机会较少, 因此教师对薄膜技术与材料在产业的应用关注不够, 难以真正理解技术在产业中的实际应用情况, 教学与产业的实际应用相分离, 在实际教学过程中就容易造成错位或脱节的现象。

二、构建以教师科研与教学相融合的实验教学体系

实验、实践教学是国家卓越工程师培养计划的一个重要组成部分, 也是当前本科教学应着重解决的一个重要问题[4,5]。《薄膜技术与材料》作为一门应用和实践性十分鲜明的课程, 实验实践对课程教学显得尤其重要。

(一) 修订并完善实验教程, 优化实验项目

实验教程是学生开展课程实验的作业指导书, 在实验实践教学中具有十分重要的地位。正是基于此认识, 笔者所在教学团队即针对我院材料科学与工程专业实验实践教学要求, 组织编写并出版了《功能材料制备与性能实验教程》 (2012年, 化学工业出版社) , 并将《薄膜技术与薄膜材料》课程的实验环节按一般性、提高性常规基础实验和以提高学生科研素养、培养研究能力、创新能力为主的“三性”实验进行编排, 并注重考虑教程的适用性、针对性、科学性和系统性, 并对相应的实验项目进行优化, 取得了良好的效果。

(二) 强化基础实验, 并结合教师科研项目逐步拓展技能型实验

在充分利用学院专业基础实验室条件的基础上, 实现课内实验和开放实验相结合, 在满足课程基础实验教学的前提下, 利用课题组先进的薄膜制备设备如三靶磁控溅射仪、真空热蒸发等, 并结合教师科研项目开展了如平板显示器电极材料氧化铟锡 (ITO) 薄膜、白光LED用荧光薄膜材料的制备和表征分析, 通过课程实验与科研项目的结合, 极大地激发了学生的实验热情, 并使学生的动力能力、基本科研能力得到大幅提高。通过该措施, 有多名大四学生强烈要求进入课题组开展实验研究或进行毕业设计工作, 并在毕业后成功进入国内著名LED制造企业、太阳能光伏企业从事相关薄膜技术研发工作。

(三) 从教师科研项目中设立子课题, 并吸纳在课程实验过程中表现优秀的学生组成研究小组参与教师科研

在教师的指导下开展实验研究, 并允许学生利用项目资源参加大学生竞赛活动。通过该途径, 一方面给学生提供了参与科研的机会, 另一方面利用本科生敢想敢做的有利条件尝试新的思路并为教师分担部分科研工作。通过前期实践, 就引导学生在薄膜制备领域获得了国家级大学生创新性试验项目和国家级创业训练项目各一项, 指导学生获得了第五届“挑战杯”广西大学生创业大赛一等奖和2014年“创青春”广西大学生创业大赛金奖的好成绩。实践证明通过积极吸纳本科生进入教师科研项目的措施对促进学生创新性实验和思维的培养以及强化学生参与科研的能力和信心起到了十分积极的作用, 是一种创新性人才培养的有效方式。

(四) 通过科研项目引导, 从教师本身出发, 积极开展走出去的战略

如通过到企业进行实地考察、并与企业的相关技术人员进行沟通交流, 并积极参加国内的一些行业展会如LED展、太阳能光伏展、锂电池展等, 了解技术、设备、应用现状, 增强教师的切身体会, 再将这些所见所闻引入到实验教学过程中, 也有效地增进了实验教学的效果。

三、结束语

教学改革的方向是科学技术, 科学技术的快速发展, 又推动了教学改革的加速, 教学要适应科学技术的发展, 同时又促进着科研的发展。《薄膜技术与材料》课程作为一门具有综合性的交叉课程, 是材料科学与工程专业学生拓宽就业面、切入电子信息等高新技术产业的一门重要专业课程, 尤其是随着近几年薄膜技术与材料的飞速发展, 创新性成果的大量涌现, 其成为当前技术创新的一个重要领域, 也是培养大学生创新思维并鼓励其参加创新性实验的重要阵地。时代发展和创新工程技术人才培养的目标要求高校和教师坚持实施“学科、专业、课程、实验室”四位一体的建设方针, 教学科研相长, 理论实践相融。在注重培养学生高尚的道德品质、扎实的知识、精湛的技能、求真的科学精神的同时, 还需要将知识、素质、能力协调发展, 学习、实践、创新相互促进的先进的教学思想和实验教学改革思路融入到课程教学过程中去, 为培养高素质的工程应用型人才而努力。

参考文献

[1]Gagliard, M.Global Markets, Technologies and Materials for Thin and Ultrathin Films[J].BCC Research, USA, 2012, 294.

[2]田民波.薄膜技术与材料[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[3]叶志镇, 张银珠, 黄靖云, 汪雷.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革[J].材料科学与工程学院, 2010, 28 (3) :474-476.

[4]侯永峰, 武美萍, 宫文飞, 吴爱华.深入实施卓越工程师教育培养计划, 创新工程人才培养机制[J].高等工程教育研究, 2014, (3) :1-6.

7.薄膜电容器 篇七

本文对气相沉积技术的发展与最新趋势给出了述评,重点强调了等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)的`优势、进展及其在工模具领域的应用.

作 者：马胜利 徐可为 介万奇  作者单位：马胜利(西北工业大学金属凝固技术国家重点实验室,西安,710072;西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安,710049)

徐可为(西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安,710049)

8.电容器 平行板电容器的教案示例 篇八

平行板电容器的教案示例

一、教学目标

1．掌握平行板电容器的电容；

2．掌握影响平行板电容器电容的因素； 3．认识一些常用电容器；

4．结合匀强电场有关知识，研究平行板电容器极板间电场及电场源关系。

二、重点、难点分析

1．平行板电容器的电容和影响电容的因素是教学中的重点。

2．学生不常接触电容器，缺少实际知识，在接受本节课讲授内容时有一定困难，如何帮助学生在理解基础上分析解决问题是教学中的难点。

三、教具

静电计，带绝缘支架的导体圆板（两个），起电机，电介质板（泡沫塑料板），示教用各种电容器。验电器（一个），验电球。

四、主要教学过程

（一）引入新课

由上节课问题，靠近带电物体A的导体（B接地）上带有感应电荷。整个装置具有储存电荷的功能。我们称这种装置为电容器。

（二）教学过程设计 1．电容器

（1）构成：任何两个彼此绝缘、相互靠近的导体可组成一个电容器，贮藏电量和能量。两个导体称为电容的两极。

欲使电容器储存电荷，首先应对电容充电，充电后还能放电。（2）充放电

①充电：使电容器两极带异号电荷的过程。实验1

利用起电机对相对放置的平行金属板构成的电容器充电。

把金属板与起电机断开，用验电球C与A板接触后再与验电器金属球D接触，金属箔逐渐张开。可知A 板上带有电荷。然后，放掉C上多余电荷，让C与B接触后再与D接触，可见原来张开的金属箔逐渐闭合，可知A、B带异号电荷。

分析：起电机两极带电荷后，电势在带正电荷一极较高，负电荷一极较低，与电容器两极接触时，由于起电机两极与电容器两极不等势，将发生电荷定向移动，引起电荷重新分布，直至起电机两极与电容器两极达到静电平衡状态为止。这时电容器两极与起电机两极分别等势，从而电容器两极间电势差等于起电机两极电势差。同样，也可用电源（电池）对电容器充电，与正极相连的电容器极板带正电荷，与负极相连带负电荷。

②放电：使电容器两极失去所带电荷。

可用导线直接连接电容器两极，让两极板上正负电荷发生中和。实验2

先用起电机对AB板充电，然后用导线连接A、B板，用验电球和验 电器检验A、B板上有无电荷。电容器容纳电荷多少与什么有关？

引导学生分析：两极板积累异号电荷越多，其中带正电荷一极电势越高，带负电荷一极电势越低，从而电势差越大。

可类比于水容器（柱形），Q电量类比于水体积，电势差U类比于水深，U越大，Q越大，水体积与水深度比值为横截面积不变。理论上可

称为电容。

（3）电容①定义：电容是描述电容器容纳电量特性的物理量。它的大小可用电容器一极的带电量与两极板电势差之比来量度。

说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比于横截面积）不变。这是量度式，不是关系式。在C一定情况下，Q=CU，Q正比于U。

③单位：法拉（F）

1F=1C／V 常用单位有微法（μF），皮法（pF）1F=106μF=1012pF 2．平行板电容器电容

电容器中具有代表性的一种。

（1）构成：两块平行相互绝缘金属板。可强调一下：①两极间距d；②两极正对面积S。

描述一对平行板的几何特性。

注意说明，两板所带电量应是等量异号的（前面实验已证明）。

(3)影响平行板电容器电容的因素： 实验3

先说明静电计的作用：指针偏角越大，指针与壳间电势差越大。

充电完毕后，断开极板A、B与起电机连线，Q不变，改变A、B极板间距离，可见板间距增大时，静电计指针偏角变大，板间距减小时，静电计指针偏角减小。

U减速小，C增大。

实验4 改变AB两板正对面积S

可观察到

S增大时，指针偏角变小；

S减小时，指针偏角变大。

②理论和实验可精确证明：C∝S 实验5

固定A、B位置不变，把电介质板插入，可观察到电介质板进入过程中，静电计指针偏角变小。

电介质一般指绝缘物质，无自由电荷，电荷可在平衡位置附近做微小振动。当绝缘物质处于外加电场中时，这些电荷受力，其分布将发生一定的变化，在靠近正极板表面上出现负电荷，在靠近负极板表面上出现正电荷。这些电荷不是自由电荷，而是被束缚在电介质上，不能自由移动。这些束缚电荷使板间电场削弱，两板间电势差U降低，从而使静电计指针偏角减小。

③两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。为静电力恒量。

这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低。

（4）平行板电容器内电场：

实验6（建议）在一块金属板上固定一些细尼龙丝，把两金属板平行正对放置，并用起电机使两板带电，可见尼龙丝几乎垂直于板且相互平行地立起来。从细尼龙丝的分布情况，可看出板间电场的特点。

①板间电场可看作匀强电场：E=U／d

U为两板间电势差，d为两板间距。②场源关系

Q不变，板间电场强度E与板间距无关。U不变，电容器始终与电源两极相连，E与d成反比，Q=C U，Q与d也成反比。

3．常见电容器展示，介绍纸介电容器、可变电容器与平行板电容器的联系。

（三）复习巩固

已知电源电动势E，电容器电容C，电阻为R，开关S闭合对C充电至稳定状态。

问：有多少电量通过R？（εC）

保持开关S闭合，把电容器两极板间距变为原来的一半，这一过程中，又有多少电量通过R？（εC）

9.光伏开启薄膜时代 篇九

关键词：薄膜光伏,制作工艺,发展,应用

近年来, 以非晶硅基薄膜、铜铟镓硒和碲化镉电池为代表的第二代太阳能电池技术由于其制造工艺的简单、制造成本的低廉、转换效率的提高、薄膜光伏组件建筑一体化的实现等诸多优势使得薄膜光伏技术得以迅猛发展。光伏发电正在走进薄膜时代。

1 种类及制造工艺

目前市场上的薄膜太阳能电池大多以非晶硅基薄膜电池、铜铟镓硒电池以及碲化镉电池为主。虽然三者都属于薄膜光伏电池, 但是其制造工艺以及发电原理却不尽相同。

硅基薄膜电池:首先在玻璃衬底沉积透明导电膜, 再通过等离子体反应沉积P型、I型、N型三层非晶硅。最后蒸镀金属电极。当光从玻璃面射入, 产生的电流便从导电膜和金属电极引出。此电池从上往下结构为玻璃沉底、导电膜、PIN非晶硅、金属电极。现今太阳电池的主体材料为硅材料, 其成本份额占据了将近40%, 但是非晶硅基薄膜厚度不足1μm。大大的降低了制造成本。不仅制造温度低 (-200℃) 而且容易实现大面积, 这些都使其在太阳能电池中占据首要地位。

碲化镉薄膜电池:碲化镉 (GaAs) 属于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料, 间带能隙1.5eV。很好地匹配了太阳光谱。最高光电转换效率可高达28%, 适合做高聚光的太阳能电池。在同类薄膜电池中发展较快。除以上优势外, 碲化镉沉积面积大, 沉积速率高。可以通过近空间升华、电沉积、PVD、CVD、丝网印刷、溅射等方法制备碲化镉的多晶硅膜从而制备碲化镉薄膜电池。早在上世纪的90年代, 碲化镉电池已经实现了规模化生产。随着科技的发展, 碲化镉薄膜电池的制造成本越来越低, 已获得的最高光电转换效率为16%。在同类的薄膜光伏电池中成为应用前景最好的新型电池。

铜铟镓硒电池:铜铟镓硒电池技术与晶硅完全不同, 它是将严格配比后的铜、铟、镓、硒四中元素合成半导体, 依靠原子配比的缺陷产生P型和N型半导体材料。然后将配比好铜铟镓硒通过溅射后硒化法制备薄膜后加入基板和电极形成铜铟镓硒薄膜电池。港中文大学教授、中科院深圳先进技术研究院光伏太阳能实验室主任肖旭东团队研制的铜铟镓硒太阳能电池效率已达到18.7%, 迈入国际领先行列。

2 光伏薄膜的应用及发展

由于第一代太阳能电池的主体材料为硅材料, 其制造成本相对较高。制造条件也比较苛刻。所以要想光伏发电成为能源体系的的一部分就必须大幅降低成本。因此既能够节省半导体材料又能够节能还有许多其他显著优点的薄膜太阳能电池便成为世界各国追捧的对象。自20世纪70年代以来, 各国纷纷投入巨资对薄膜太阳能电池进行研究。在研究和开发方面取得了巨大的进步。从2010年到2013年三年时间内, 薄膜光伏太阳能的市场比重从5%跃迁到15%。全球光伏产业已经走向薄膜化和柔性化。薄膜太阳能电池在民用消费、分布式发电、光伏电站、航天航空等领域必将拥有更加广阔的发展空间。

薄膜电池按其基板衬底的种类有硬性衬底和柔性衬底两大类。如用不锈钢板、聚酯膜等软性材料做基板的电池叫做柔性衬底太阳能电池。反之叫做硬性衬底太阳能电池。柔性衬底电池的最大特点就是质量小、可折叠不易碎。可以任意卷曲、剪裁。电池性能不发生变化。根据此特点, 柔性太阳电池可用于汽车顶部、船舱的顶部等不平整的表面、房屋建筑的楼顶及外墙。另外在军事上的利用也有很大的空间。薄膜太阳能电池除了具有柔性外还具有较好的透光性, 在BIPV和光伏大棚的应用上具有绝对的优势。

近年来, 国家在分布式发电方面出台了一系列的鼓励政策。光伏建筑一体化即将成为光伏应用的主流。由于薄膜光伏组件拥有温度系数低、弱光发电性好、低耗能、无污染、柔性好可弯曲、光照角度要求低、透光性好等优势, 非常符合分布式发电的技术要求。将透光、彩色、中空的薄膜太阳能组件, 用于工商业、低密度住宅屋顶及公共建筑, 满足建筑美观要求外还兼顾发电功效, 安装简便、对建筑物没有额外的承重要求, 将为光伏建筑应用带来革命性贡献。在分布式发电起步较早的欧美国家, 分布式发电技术已经相当成熟。据统计, 德国、意大利等欧洲国家光伏建筑应用比已达80%以上, 美国也超过了67%。中国汉能在分布式发电应用方面进行了积极地拓展与合作。与许多大型企业签约, 建造了大量的太阳能屋顶电站。2012年9月, 汉能与宜家家居签订了总量383MW的战略合作协议。2013年3月。与一汽大众签署了《太阳能10MW光伏电站合作协议》。应用薄膜太阳能电池组件为一汽大众建设屋顶电站项目, 建成后每年为工厂生产提供超过1000万度清洁电能, 节约标准燃煤4500吨。相信在不久的将来住宅的墙面、玻璃都可以发出源源不断的电能。

光伏薄膜的另一应用领域便是大规模的地面光伏电站, 由于光伏薄膜制造成本低、安装方便、对光照角度要求低等优势可以大规模的在日照强烈地域辽阔的发展中地区建设大规模电站, 或者在人口密集的较发达地区开发小型分散式电站。

随着科技的进一步发展, 薄膜太阳能电池无论在效率上还是在形式上都有了巨大的提升。目前, 全球最大的薄膜太阳能企业汉能集团商业光伏组件的光电转换效率已经达到了全球最高的15.5%。预计在2014年将提高到17%以上;另外一种利用非晶硅结合P/N光电二极管技术加工而成的可折叠太阳能电池也氤氲而生。因其具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点被广泛应用于电子消费品、远程通讯、军事、航空航天领域。

现今, 世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池实用化的研究开发。全球的薄膜光伏市场在未来的几年中, 又将经历一个势不可挡的上升趋势。无论在其特性方面还是在其商业应用方面, 薄膜电池必将开启光伏发电的新时代。

参考文献

[1]三种主要的薄膜太阳能电池详解大比特半导体器件网[引用日期2013-08-16].

[2]我国第二代薄膜太阳能电池核心技术达国际先进水平北极星太阳能光伏网2012-11-02[引用日期2013-08-16]

[3]柔性非晶硅薄膜太阳能电池技北极星太阳能光伏网.2012-11-02[引用日期2013-08-16]

[4]汉能太阳能引领薄膜太阳能技术优势世纪新能源网2013-05-02[引用日期2013-08-16]

10.聚丁烯在薄膜中的应用[最终版] 篇十

缠绕膜(Stretch wrap film)又叫弹性膜,它在使用时可以利用薄膜自身具有的自粘弹性拉伸缠绕，靠薄膜表面的粘弹性和使用时使用的拉张力把商品紧紧地包裹起来，达到保护商品的目的。

缠绕包装膜可以用于运输包装，例如大型托盘的缠绕包装、集装箱、箱的缠绕包装，也可以用于短距离运输和销售包装，如日用品包装，不锈钢管、塑料管材、型材的缠绕包装，塑料装饰板、卷地板、卷地毯缠绕包装等。

按使用方法可分为机用拉伸缠绕膜和手用拉伸缠绕膜，大多数的拉伸缠绕膜都是透明的，少数的黑色机用拉伸膜主要适合于比较贵重的产品，不被引起注意可以有效防盗。

用于拉伸缠绕膜的原料有PVC（聚氯乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）以及PB（聚丁二烯）等，目前国内缠绕膜的生产主要是采用LLDPE、LDPE为原料。

根据生产设备的不同，拉伸缠绕膜的生产工艺主要有两种：流延法（cast line）和吹塑法（blown line）。其中，应用最早的是吹塑成膜法，利用流涎成膜法较之吹塑成膜法，生产效率高，产品厚度均匀性佳、透明性高，而且可以减少增粘剂的用量，有利于降低产品生产成本，优点众多，在缠绕薄膜生产中，流涎成膜法目前居主导地位，吹塑工艺主要用在比较特殊的地方，如牧草膜、耐高穿刺膜和防锈缠绕膜等。但流延成膜法也具有一次性投资较大的缺点。

由于投资门槛较低，目前国内缠绕膜的市场的主要生力军是一些使用国产设备的小生产商，他们约占了市场70%的份额。

一）缠绕膜用增粘剂

1）增粘剂的作用及类型

包装用缠绕薄膜必须具备两个最基本的性能，一个是要有良好的机械强度、较佳的延伸性和良好的回弹性；二是其表面（单面或双面）要具有较强的粘性。聚乙烯可以制得具有良好的机械强度、较佳延伸性和良好回弹性的薄膜，但难于制得具有足够表面粘性的塑料薄膜，因此生产聚乙烯缠绕薄膜时，往往需要借助于增粘剂类添加剂的加入，以提高薄膜的表面粘性。

工业化生产中，聚乙烯缠绕薄膜可以用使用的增粘剂有低分子聚异丁烯（PIB）、密度在0.905以下超低密度聚乙烯（VLDPE）以及EVA树脂等。EVA树脂因可能产生酸味，价格较高，性价比低等因素，现在已鲜有使用；超低密度聚乙烯具有柔软性好、粘性较高、耐穿刺强度高的特点，均可用于制造缠绕薄膜，但也存在性价比较低的问题，实际使用较少；低分子量的聚异丁烯，作为聚乙烯缠绕薄膜的增粘剂，则具有粘性调节范围较大、粘性调节方便，而且价格比较低廉，性价的综合优势比较明显。因此，低分子聚异丁烯及其母料，是目前聚乙烯缠绕薄膜生产中最常使用的增粘剂。

聚异丁烯之所以能够成为出色的增粘剂，原因除了在于其固有的粘性之外，还因为它具有与聚乙烯薄膜不相容的特性，由于不相容，聚异丁烯会逐渐的迁移到薄膜的表面，从而产生粘性。

2）缠绕膜对聚异丁烯的性能要求

聚乙烯缠绕薄膜使用中所需要的“粘性”，实际上既要有良好的剥离粘性又要有良好的搭接粘性。剥离粘性越高，托盘越不易散包，且薄膜的密封性越好；搭接粘性越高，薄膜越不易发生纵向位移，因此要想获得牢固的包装，特别是托盘之类的商品的大型集成包装，必须使薄膜的剥离粘性和搭接粘性达到均衡。

不同分子量(MW)的低分子聚异丁烯对聚乙烯薄膜的粘着效果起决定性作用。分子量不同, 粘着性能亦随之不同。分子量高的聚异丁烯使薄膜具有更高的最终剥离粘着性, 但随着聚异丁烯分子量的增加, 搭接粘着力会衰减；而相对低分子量的聚异丁烯虽然具有较好的搭接粘着力，但是分子量太低的话，由于其较易挥发会导致粘性保持期过短。因此，选择合适分子量的聚异丁烯，才能使得缠绕膜具有最佳性能。综合考虑以上因素以及使用过程中的便利程度，结果表明，数均分子量在1300左右的聚异丁烯比较适用于增加缠绕膜的自粘性能。

为了求得剥离粘性和搭接粘性达到理想均衡，一些厂商还选择将不同分子量大小的聚异丁烯进行组合，来用于聚乙烯缠绕薄膜的增粘。例如法国宝利得公司提供的聚乙烯缠绕薄膜增粘用聚异丁烯，就是不同分子量的低分子聚异丁烯的混合物。

3）聚异丁烯的最佳添加量

缠绕膜的自粘性能与聚异丁烯的加入量成正相关，但是，当聚异丁烯的加入量超过3%以后，随着聚异丁烯加入量的增加，缠绕膜自粘性的提高变得不明显，继续提高聚异丁烯的加入量，则会导致析出的聚异丁烯在膜表面集结成块，造成薄膜自粘性不均，甚至膜卷很难打开。为保证缠绕膜的最终性能，并综合考虑原料成本问题，聚异丁烯的添加量应控制在1%-3%之间。

PIB有一个渗出过程，一般要三天左右以后薄膜表面才能产生足够的粘性；另外，PIB的迁移速度与存放的温度有关：其夏天迁移析出速度较快、而冬季迁移速度慢。因此在生产缠绕膜时加入聚异丁烯的比例应随季节变化有所调整，即：冬季生产时加入量比夏季加入量要多一点。

不同的生产工艺由于装置的差别，聚异丁烯的使用量也有所不同。由于吹塑工艺生产的薄膜厚度的均匀性不如流延膜好，因此吹塑工艺中聚异丁烯的使用量应稍高于流延工艺，具体的使用量的差别还需参考不同用户具体的工艺条件而定。

4）大林、日石聚异丁烯与国产聚异丁烯性能比较

用于缠绕膜生产的国产聚异丁烯主要有吉化的JHY-1300以及锦州的JINEX6130，与它们相比，大林及日石聚异丁烯在性能上主要有以下优势：

（1）粘度：大林、日石的聚异丁烯的粘度高于相同分子量的吉化及锦州的产品，因此用量可以相对少一点；

（2）氢化程度：大林、日石的聚异丁烯的氢化程度高于JHY1300 和

JINEX6130，在使用过程中不会因为被氧化而影响缠绕膜的色泽以及使用性能。

5）PIB增粘母粒

低分子聚异丁烯是一种粘稠性的液态物质，PIB与聚乙烯粒料间的混合物，在采用通用型挤出机生产塑料薄膜时，物料将不能顺利挤出，需采特殊的挤出设备，如料斗带有强制加料器的挤出机，强制喂入LLDPE和PIB的混合料，或者使用可泵入粘性液体的特种挤出机，泵入PIB。为方便生产，人们开发了用

于生产聚乙烯缠绕薄膜的高浓度PIB增粘母粒，这种母粒是由PIB和聚乙烯按一定比例混合制成，它和塑料制品生产中经常使用的各种母料的形态相似，具有良好的流动性，使用方便，可用普通薄膜成型机组，顺利生产聚乙烯缠绕薄膜。

6）增粘母粒与聚异丁烯比较

由于增粘母粒也是由聚异丁烯组成，因此作为增粘剂在性能上与聚异丁烯并无区别，增粘母粒最大的优点便是使用方便。

目前市场上的增粘母粒有国产和进口两类，但是由于增粘母粒的生产过程存在一定的成本，因此在价格上高于聚异丁烯，导致其作为聚乙烯缠绕薄膜增粘剂时的配方成本要明显地高于聚异丁烯直接作为增粘剂时的配方成本。从而导致其市场占有率远不及聚异丁烯。

二）保鲜膜

保鲜膜是人们常用的一类保鲜食品的塑料包装制品，目前市场上的保鲜膜主要有三种，第一种是聚乙烯，这种材料主要用于食品的包装，如水果、蔬菜等，包括在超市采购回来的半成品用的都是这种材料；第二种叫聚氯乙烯，这种材料也可以用于食品包装；第三种是聚偏二氯乙烯，主要用于一些熟食等的包装。由于PVC类保鲜膜中使用的增塑剂有致癌作用，而PVDC的生产成本太高，因此国内大多数的保鲜膜都倾向于使用PE作为原料。

11.薄膜电容器 篇十一

脉冲激光沉积Al/Ag掺杂功能梯度薄膜

为了寻找制备梯度金属薄膜的新方法和新工艺,采用脉冲准分子激光扫描沉积技术,在Si(100)单晶衬底上沉积了Al/Ag掺杂功能梯度薄膜,并采用SEM 和XPS 对制备的.薄膜进行了微观分析.分析结果表明,运用合适的激光参数和辅助放电,在沉积温度300℃时,制备出了Al/Ag组分比近似为5∶ 1的掺杂梯度薄膜.该实验方法说明,利用脉冲激光与金属掺杂靶相互作用沉积梯度金属薄膜是可行的.

作 者：胡少六 江超 何建平王又青  作者单位：胡少六,何建平,王又青(华中科技大学,激光技术国家重点实验室,武汉,430074)

江超(华中科技大学,激光技术国家重点实验室,武汉,430074;湖北师范学院,物理系,黄石,435002)

刊 名：激光技术  ISTIC PKU英文刊名：LASER TECHNOLOGY 年，卷(期)： 28(5) 分类号：O484 关键词：Al/Ag掺杂薄膜   脉冲激光沉积   微观分析   工艺参数  

12.浅析薄膜输送系统的设计 篇十二

关键词：控制设备,系统构成,软件设计

1 硬件设计

1.1 变频器选型

控制设备的生产能力主要靠改变拉膜电机的速度来实现的。为实现改变生产能力和提高稳定性,故采用变频器调速器。包装机的输送系统虽然应用功能比较简单,但对传动的动态性能有较高的要求,系统要求较快的动态跟随性能和高稳速精度。因此必须考虑变频器的动态技术指标,选用高性能变频器才能满足要求。ABB无速度传感器矢量变频器,能满足包装机的要求,

本系统的变频器采用了ABB公司的ACS55O变频器,用独特的控制方式实现高转矩、高精度、宽调速驱动和低噪音、低电磁干扰,防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度、粉尘的能力强。可以通过变频器内置的Modbus总线接口与PLC实现RS-485通信。

输送系统的变速电机的配线图如图1所示。通过D11控制变频器启停,DI6读取变频器故障信号,通过B(+)、A(-)、AGND即RS485接口实现变频器与可编程控制器的连接,从而实现改变电机速度,更改生产速度,实现横封同步等等。

1.2 光电编码器选型

脉冲控制要用到脉冲信号,本系统中使用脉冲信号编码器生成脉冲信号。脉冲信号编码器是一种旋转式脉冲发生器,可以将位移、速度等转化成相应的脉冲信号。按脉冲与对应位置的关系,旋转光电编码器通常分为增量式旋转编码器、绝对式旋转编码器以及将上述两者结合在一起的混合式编码器。绝对式编码器有光电式、接触式和电磁式三种,它可以直接把被测转角用数字代码表示出来,且每一个角度位置均有其对应的测量代码,它能表示绝对位置,没有积累误差,电源切除后,位置信息不丢失,仍能读出转动角度。内部码盘一般采用格雷码盘。增量式脉冲编码器也可以分为光电式、接触式和电磁式三种。增量式光电编码器的特点是每产生一个脉冲输出信号就对应一个增量角位移,即能产生与轴角位移增量等值的电脉冲。虽然这种编码器不能直接检测绝对角度,但是它可以提供一种对连续轴角位移量离散化或增量化以及角位移变化(角速度)的传感方法。相对于接触式和电磁式来说,光电式编码器的精度和可靠性更高。其构造如图2所示。

增量式光电编码器由四个基本部分组成:LED光源、转动盘(动光栅)、遮光板(定光栅)以及感光元件组成。转动盘上刻有均匀的透光缝隙,相邻两个透光缝隙之间的转角代表一个增量周期。遮光板上刻有与转动盘相应的透光缝隙,用来通过或阻挡光源与位于遮光板后面的感光元件之间的光线。通常遮光板上所刻制的两条缝隙使输出信号的电角度相差90°,即两路输出信号正交。同时,在增量式光电编码器中还有用作参考零位的标志脉冲或指示脉冲(Z相),转盘每转一周发出一个Z相的指示脉冲。本系统使用编码器检测包材的速度,而不需要检测包材的实际位置,所以应该选用增量式光电编码器。

选用编码器时主要考虑分辨率和响应频率这两个技术指标。编码器的分辨率是指编码器转轴转动一周编码器所产生的输出信号的基本周期数,分辨率越高其检测精度就越高。另外需要考虑的一个技术指标是编码器的响应频率,其取决于电子线路和感光元件的响应速度。当编码器转速较高时,如果加之分辨率很高,则脉冲信号频率会很高。如果超过电子器件的响应频率,就会造成丢失脉冲的现象,产生测量误差。

1.3 薄膜光标检测

现在常利用光电传感器跟踪卷筒包装材料上的等距色标而进行多种形式的自动控制。因此要求印刷卷带的图案标记必须满足一定条件:使标记与底面色差明显,或者让标记部位具有足够的透明度,甚至用冲孔来代替色标,以便配备相适应的反射式或透射式光电传感器根据包装内装物的大小,卷筒包装材料供送速度的快慢及检测方法的不同,定位色标还应有适当的形式,面积和足够准确的间距。

1.4 系统构成

系统驱动装置为变频器驱动电机,反馈为安装在传动主轴上的光电编码器,薄膜输送系统由拉膜电机完成匀速拉膜,即完成带成型后的纵向热封动作。袋长成型最后部分即横向热封动作亦需要与纵封拉膜动作相匹配:横封动作时,线速度应与纵封同步,保证热封时不会拉断或挤断薄膜。在一次横向热封动作之后,横封电机根据袋长给定值及纵向薄膜输送速度计算结果,变速运动并等待下次横向热封。

2 软件设计

薄膜输送系统不光要控制主机转速即纵向走袋热封动作,亦要提供检测实际袋长,纵向拉膜速度给横向热封电机,控制横向电机旋转变速,保证封袋时和纵向拉膜速度同步防止拉断薄膜,并保证下次封袋的实际长度在误差控制之内随着工业控制要求的不断发展,对电机速度控制的要求也越来越高,一般都需进行闭环控制。交流电机调速的方法很多,调压、串级、滑差、变频等方式都不同程度地应用于各种各样的工控领域。随着变频技术的发展,变频器越来越多地被应用于调速场合。

2.1 薄膜输送系统工作方式

本系统薄膜输送的方式分为两种情况:1)由于包装机工作初期或不稳定时候,容易出现封袋误差很大的情况,光标超前或者滞后很多。本系统的结构设计上没有设计方向运动补偿的部件,故为了消除封袋误差必须采用正向补偿,若出现封袋误差负责拉膜电机只能正转来消除误差。袋长的偏差纠正模式可以是横封电机变速用来追踪光标;2)在系统已经稳定工作时,袋长控制出现少许偏差,此时可以采用固定横封电机运动速度,稍许改变拉膜电机速度来改变封袋位置。

薄膜输送系统的工作方式见图3。当包装机封袋在袋长偏差较大时,可由横封电机改变速度,纵封速度不变,使横封位置切断在光标处。由已知横封时候,横封电机速度与纵封速度同速,可推出光标跟踪模式的算法公式为:

横封扇面周长/光电编码器滚轮周长*分辨率=横封脉冲数Na;

同理求得袋长脉冲数Nb,偏差距离脉冲数Nc,标准脉冲频率Fs;

横封电机速度亦可由此推出横封电机变频器控制值。

2.2 薄膜输送PID控制

当包装机稳定工作时候,需要通过PLC和变频器采用PID算法对袋成型包装机主轴转速,即拉膜电机速度进行调节,考虑到工程的实际情况,在此只采用PI调节。

1)PID控制器的参数整定

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行;二是理论计算整定法,它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。工程整定法依赖于工程经验,需要经验丰富的工作人员才能整定参数,而且在实际工作中需要反复试凑,比较繁琐。在此我们采用理论计算加仿真的方法确定PID的各个参数。分析一个闭环系统的前提是提出构成系统的每个环节的数学模型,有了模型之后,才可以借助计算机进行分析。在此我们给出了变频器和三相异步电动机的数学模型。

变频器在闭环变频调速控制系统中,可近似为一阶惯性环节,其传递函数为G(s)=F(s)/V(s),此时变频器的等效模型为图4所示。

图中Kl为变频器内部比例放大器的放大系数;Vb为正反双向限幅器的限幅值,等于变频器的最大输入变量Vinmax;拓为积分时间常数,等于变频器设定的加减速时间;K2为比例放大器的放大系数,K2=Pmax/Vb,其中Pmax为变频器输出最大设定频率。

当三相异步电动机由变频器供电时,电动机输入是定幅值频率变化SPWM波,输出是转速。可近似成一阶惯性环节,其传递函数为G(s)=N(s)/F(s),此时三相异步电动机的等效模型如图5所示。

其中:Kf=60/p,GD2,为转动惯量,。

式中:P为三相异步电动机极对数;ki为三相异步电动机起动电流倍数;Ue为电动机额定电压;Ie为额定定子线电流;ne为三相异步电动机额定转速;f为工频电频率(50Hz);Km为三相异步电动机起动转矩倍数;Pe为三相异步电动机额定功率。采用PI调节器构成的闭环系统的原理图如图6所示。

由于实际的变频器参数和三相异步电动机参数已知或可求得,因此可以求出等效模型中各个参数的值,故可以求出系统的传递函数为反馈为0.0071。由此可得出实际的等效原理图见图7。

根据前面对PID控制算法的研究可知PI控制器的参数KP,Ti分别对系统性能产生不同的影响。在控制过程中如何把两参数调节到最佳状态,需要深入了解PI控制中两参数对系统动态性能的影响。在讨论一个参量变化产生的影响时,设另外一个参量为常数。

P控制作用分析

设Ti=∞,KP=0.5~30。输入信号为阶跃函数,根据系统结构图,进行MATLAB仿真,同时我们也进行了KP为其他值时的大量仿真试验,发现效果都不理想。为了提高响应速度和调节精度,又不至于使系统超调过大,因此变频调速系统中Pl控制器的参数KP值我们选用为2。比例积分控制作用的分析

设Kp=2,讨论Ti=20~70时对系统阶跃响应曲线的影响。根据系统结构图,进行MATLAB仿真。同时我们也进行了Ti为其他值时的大量仿真试验,效果远不如Ti=20~70时的效果。

为了消除系统的稳态误差,提高系统的控制精度,变频调速系统中PI控制器的参数Ti的值我们选用为50。由此可以得出系统的PI控制器的参数,把该参数用于实际系统基本满足实际要求,系统工作稳定。

参考文献

[1]班琦,许德群,李志松.我国立式袋成型充填封口包装机的现状和发展方向[J].包装和食机械,1999,17(1).

[2]戴远敬.立式袋成型包装机中常用拉膜机构分析[J].包装与食品机械,1999,17(l):7-9.

13.电容器简介 篇十三

一、电容器的主要性能

电容器的电气性能一般有四个主要参数，它们是：

1标称电容量及偏差

某一个电容器上标有220nT，表示这个电容器的标称电容量为220nF，实际电容量应220nF±5％之内，此处T表示容量误差为±5％。若T改为K，表示误差为±10％；改为M表示误差为±20％。2额定电压

电容器上还标有额定电压值，在不注明的情况下，均指直流额定工作电压。电容器在工作时，其上承受的直流电压应小于额定电压。选择电容器额定电压的原则如下：

1)低压时，实际工作电压与额定电压的比率可以高一些。

2)高压时，实际工作电压与额定电压的比率要低一些。

3)工作于交流状态或直流上的脉动交流成份比较大时，比率要选低一些，频率越高，比率越低。

4)要求可靠性高时，比率要选低一些。

3绝缘电阻

理想的电容器，在其上加有直流电压时，应没有电流流过电容器，而实际上存在有微小的漏电流。直流电压除以漏电流的值，即为电容器的绝缘电阻。现在CL11、CBB22等塑料薄膜电容器的绝缘电阻值可达到5000MΩ以上。电容器的绝缘电阻是一个不稳定的电气参数，它会随着温度、湿度、时间的变化而变化。

4损耗角正切值

损耗角正切值，简称损耗或写成tgδ。当交流电流通过电容器时，其上有一个交流电压降，对于理想的电容器，其两端的交流电压乘上流过的电流所得的值称为无功功率，此时，电容器不会发热。实际的电容器会产生微小的热量，其发热的功率称为有功功率。有功功率与无功功率之比称为损耗角正切值。例如CBB22型电容器的损耗约在万分之五左右，也就是说发热功率占无功功率的万分之五。在电压值为基准的矢量图上，不发热的电流超前它90°，发热的电流与它同相，正好是直角三角型的两个直角边，发热的电流(阻性电流)与不发热的电流(容性电流)之比即为损耗，也就是正切值。电容器的损耗受工作频率的影响较大，一般而言，均随频率的增高而增大，但也有例外。例如：某电容器在1kHz时比在100Hz时的损耗还要小。除了以上四个主要参数外，还有一个重要参数就是电容量的温度系数。实际电容器的电容量是随着温度变化而变化的，当温度升高时，有的电容量会变大，称为正温度系数的电容器；有的则变小，称为负温度系数的电容器。温度系数用温度变化一度时，电容量的变化比率来表示，单位为PPM/℃。PPM表示百万分之一。例如：CBB22的温度系数约为－300PPM/℃，则表示每升高一度，电容量减小万分之三即003％。如果温度上升40℃，则003％×40=12％，容量要下降12％

二、电容器的分类：

为了便于记忆，我们把主要的电容器分成三类，并称为主流产品。

1电解电容器

电解电容器属老产品，近年来的改进主要是体积越做越小。铝电解电容器的电性能较差，损耗tgδ在100Hz时约为5％～10％左右，容量的稳定性和温度系数也差。这种电容器主要应用在电源滤波和要求不严的低频电路中。使用者要记住的是：同样的容量，大体积的要比小体积的损耗小；同样的容量，高压的比低压的损耗要小；不同的容量，小容量比大容量的损耗要小。钽电解电容器(CA型)电性能包括损耗、容量的稳定性和温度系数，要比铝电解好得多。但价格也要高些。

2塑料薄膜电容器

塑料薄膜电容器是近一、二十年发展起来的电容器，现已成为主流产品(淘汰了以往的纸介电容器)。

薄膜电容器的容量上限可以很大，如电动机启动用CBB60、CBB61型电容器，容量可达几十微法。薄膜电容器主要有两种材料，聚酯(涤纶)CL型和聚丙烯CBB型。每种材料主要有两种结构；箔式CL11、CBB11和金属化CL21、CBB21、CBB22等。这样我们就能很容易从型号上看出它们的材料和结构。例如：CL21则表示这个电容器的材料是涤纶，结构是金属化。CL11型是数量最大的一种低价产品。箔式结构是指电容器用塑料薄膜和铝箔叠在一起卷绕而成，导电电极为铝箔。金属化结构是预先用真空蒸发的方法在薄膜上蒸发了一层极薄的金属膜，然后用这个薄膜卷绕成的电容器，导电电极为蒸发的金属膜(大多仍为铝膜)。在同样规格情况下，金属化电容器的体积要比箔式的小。金属化薄膜电容器有自愈特性，即电容器中塑料薄膜某一点若存在缺陷，加电压时会击穿，则此处的金属膜会蒸发掉，而不会产生短路现象，从而使电容器仍能正常工作。金属化电容器还有一个优点就是引出线是从喷了金属的端面引出，从而使电流通路很短，所以也称为无感电容器。

损耗：CL型和CBB型电容器在外形上差别不大，但在损耗这一电性能上差别较大。涤纶电容器的损耗较大，在1kHz时典型值约为50×10－4，与纸介电容器相当。聚丙烯电容器的损耗(1kHz)，指标大约是10×10－4，实际上一般小于5×10－4，约为涤纶电容器的十分之一。

绝缘：CL型和CBB型绝缘性能都特别好，优于其它电容器。例如，一只CBB22型100nF电容器，其绝缘电阻可超过五万兆欧。

温度系数：CL型与CBB型电容器的温度系数大体上都为300PPM/℃左右，但是CL型为正温度系数，CBB型为负温度系数。前面介绍过CBB型电容器在温度升高40℃时，容量要下降12％左右。所以这两种电容器都不能制成精密电容器，最高精度只有±5％(J)。有时候，电容器上的标记不清，若要辨别真假CBB电容器，可以利用CL型和CBB型温度系数方向不同的原理来辨别，可以用手掌型数字电容表和电吹风来进行试验。先把电容器接到电容表上读出冷态时的电容值，然后用电吹风加热电容器，注意温度要调低一点，如果电容器的容量变大，说明是CL型电容器，反之则是CBB型电容器。顺便提一下，所有的非极性薄膜电容器均为负温度系数，例如聚苯乙烯电容器。

3陶瓷电容器

陶瓷电容器分为三个品种：1类瓷CC型，2类瓷CT型，3类瓷CS型。1类瓷、瓷介电容器电性能最好，一般工作在高频领域。绝缘和损耗也都非常好，温度系数也很小。陶瓷电容器与其它电容器不同，介质是属复合材料，所以改变材料的配方可调节温度系数。所以1类瓷、陶瓷电容器除了标明容量外，还要标明其温度系数以及温度系数的误差。例如：标有CH、C表明其温度系数基数为0，H表示温度系数的误差为±60PPM/℃，如标有PJ，P表示温度系数基数为－150PPM/℃，J表示其误差为±120PPM/℃，有时也用电容器顶上的颜色来表示温度系数。黑色的温度系数最小，红色、橙色……依次次之。温度系数越小的电容器，其体积要大一些，所以一般情况下，1 类单片高频瓷介电容器的最大电容量不会超过1000pF。2类瓷和3类瓷陶瓷电容器又称为铁电陶瓷。它们的特点是材料的介电系数特别高，所以制成的电容器容量特别大，而体积又小。例如：铁电陶瓷电容器的损耗和绝缘这两个参数，比CL11型要差5倍左右，容量的温度系数也较大。例如：E型温度特性的电容量变化率为＋20％～－55％，F型为＋30％～－80％，只有B型较好为±10％。容量的温度特性具有居里点，温度在30℃左右时容量最大，温度降低和温度增高时，容量都急骤下降。所以这种电容器只能用在要求不高的地方。对于陶瓷电容器，同样的电容量和工作电压，体积越大的电性能越好。

4非主流电容器

(1)云母电容器(CY型)

以前在高频领域主要应用云母电容器，后来逐步由高频陶瓷电容器取代。云母电容器应用的减少不是因为电性能不好，而是因为云母矿源稀少，制造云母电容器生产工艺复杂造成的。云母电容器的电性能非常好，所以云母电容器可以制成标准电容器。

(2)聚苯乙烯电容器(CB型)

聚苯乙烯电容器是最早的塑料薄膜电容器。由于聚苯乙烯本身耐潮湿，电容器外表一般不进行环氧树脂包封和染色，呈本色透明状。国产品种主要是箔式，圆形结构。聚苯乙烯属非极性材料，具有优良的电

14.薄膜太阳能实时手机充电设备论文 篇十四

摘要：新型薄膜太阳能可以实时的给手机充电，它是将手机的翻盖皮套内外全部用新型的柔性薄膜太阳能电池材料代替，并且在手机正面的外套是双层的，可以展开进行快速充电。用此太阳能电池无论在弱光下还是在强光下，都会产生电流。还有电能稳定模块，电能稳定模块非常的小和薄，可以贴装在手机后壳的内部。它是将不同环境中所产生的不同的电压电流变成恒定的电压，并源源不断的将电能输送给手机电池。当手机电池充满电时，电能稳定模块可以检测到并且停止向手机电池充电。如果手机电池的电量低于95%时，将会继续给手机电池充电，这样保证手机不断电。

关键词：新型薄膜太阳能；手机充电；实时充电；设备；电能稳定模块

随着科学技术的不断进步，手机用户的不断增加，手机也是随处可见，随之带来的就是手机充电问题，很多手机都出现了电量不够用的情况，特别是功能强大的智能手机，电量更显得捉襟见肘。打电话时无意间就由于电量的不足导致了关机，中断通话。如果可以利用太阳能方便的随时的给手机充电，将会使手机有源源不断的电能。摆脱接入电源线充电的问题。

1.太阳能翻盖皮套设计

为了美观可以将在市场上销售的镶在手机后的翻盖皮套，用新型柔性薄膜太阳能电池材料代替。一是翻盖皮套可以和手机融为一体，可以很好的布线，同时可以将电能稳定模块安装在后盖的内测，方便将电能传送给手机电池。二是翻盖外套的面积足够大，总共有三面，有内测一面，外侧两面，这样将大大降低薄膜太阳能电池性能的压力。此外，在手机翻盖薄膜太阳能外套的前面是一个折叠的可以展开的薄膜太阳能电池板，展开后将是正面手机面积的三倍。因为薄膜太阳能电池板很薄，折叠起来又不会影响美观和厚度。同时，将大大的提高充电的效率。

柔性薄膜太阳能电池有一定的柔性，在很多情况下可以弯折，而且可以防水，这就可以代替翻盖皮套的材料。在翻盖的弯折处就不用安装太阳能材料，否则就容易因为经常弯折而断裂，在经常弯折的地方就用柔软的并且可以与太阳能电池板材料可以很好的连接的塑料材料进行连接，起到衔接作用。而在衔接的塑料材料内部也要铺设上容易弯折的线，用于将前后面的太阳能电池连接起来。这样当不用的时候就可以将手机放在桌上或者阳光略微强一点的地方自行进行充电。用到的太阳能电池板是新型的转化效率极高的，而不是普通的，即使不是在阳光直射的情况下也会产生很大的电流。

2.电能稳定模块的设计

另一部分就是贴在手机后盖内测的.电能稳定模块。这一部分很重要，它起到平衡电流电压的作用。所有的薄膜太阳能电池板源源不断的将光能转化为电能通过各条导线将电流汇总在电能稳定模块。此时电能稳定模块就要将不同大小的电流电压通过稳压变成4.3V的可以直接给电池充电，通过稳压模块的电流一定要是直流而不能是交流。电流的大小有时会有变化，但是会源源不断的把电能存在手机电池里。又如，实际情况中有很多因素导致到达薄膜太阳能电池板上的阳光的会变化。例如阴雨天，阳光明媚的天气。无论阳光如何变化，电能稳定模块输出的电压一定要是4.3V能供给手机充电，此时电流大小会有一点变化，但是电流大小的变化只会影响到充电的快慢，不会使其充不进去电。当电流非常小的时候，也就是5mA以下的时候电能稳压模块不再有电流输出，薄膜太阳能电池板与手机电池之间处于断开状态，而此时的环境处于黑夜或者已将手机放在了背包。如果再给手机充电不但没能充进去多少电，还容易损坏手机电池。同时电能稳定模块还有检测手机电池是否充满电，如果太阳能转化的电能将手机电池充满，那么手机将不会再充电，电能稳定模块将没有电能的输出。当电池的电量低于95%，电能稳定模块再会将电能输送给手机电池。电能稳定模块有一个控制输出电流的保护功能，使其最大值不能超过1A，防止充电电流过大，电池过热，影响电池寿命，或者发生爆炸事故。

3.整体结合设计

翻盖薄膜太阳能充电设备位于手机后壳部分是与太阳能电池板粘贴在一块的，在粘贴的同时已经将通往电能稳定模块的线通过钻孔的方式在手机后壳上开了一个小小的孔通往内侧的，这样在手机背面将没有一点导线的外露。贴在手机后壳内部的电能稳定模块统一将用SMT贴装工艺加工，所有元件都是特别小的贴件。然后在手机内侧略挖一个槽将电能稳定模块镶嵌在里面，这将大大节省手机内部的空间。在手机的外部将看不到一点突起的地方以及各种的导线，这样将是很美观的。

4.结语

15.防反射薄膜制备方法概述 篇十五

透光率高、机械性能好、操作简单、成本较低、适合大规模工业化生产的防反射薄膜研究成为材料领域的热点之一。防反射薄膜通过减少反射区的光强以增加透射区的光强, 从制备原理上将其划分为干涉型防反射薄膜和仿生型防反射薄膜两类。

1 干涉型防反射薄膜

1.1 干涉型防反射薄膜的制备原理

根据光干涉原理和Fresnel方程, 当入射光通过空气到达防反射层界面时, 所产生的界面反射光在一定条件下发生相位逆转相消, 以达到防反射的目的[6]。

目前有单层和多层干涉型防反射薄膜。理想的单层膜必须满足以下条件: (1) 两个界面处反射光的振幅相等, 即nf= (n0ns) 1/2, 式中n0, ns, nf分别是空气、基材和薄膜的折光指数; (2) 在光学体系中, 薄膜的光学厚度为干涉波长的1/4, 即nf×d=λ0/4, 其中d为防反射薄膜的厚度, λ0=2λ1λ2/ (λ1+λ2) , λ1和λ2分别为波长范围的起点和终点值。对于理想的多层膜, 其折光指数和厚度必须满足: (3) n1= (n2ns) 1/2, n2= (n1n3) 1/2, n3= (n2n4) 1/2……np= (n (p-1) n0) 1/2, 式中p为防反射薄膜的层数, n1, n2, n3……np分别指第一层到第p层薄膜的折光指数; (4) n1d1=n2d2=n3d3……=npdp=λ0/4, 其中d1, d2, d3……dp分别为第一层到第p层薄膜的厚度。

由于目前常用基材 (玻璃) 的折光指数为1.52左右, 为满足上述条件, 则要求薄膜的折光指数大约为1.21, 其厚度为纳米级。然而之前常用于制备防反射薄膜的各类聚合物材料[7], 近年来通过引入纳米多孔材料, 利用其中空部分进一步降低薄膜的折光指数以达到防反射的要求。

1.2 干涉型防反射薄膜的制备方法

干涉型防反射薄膜的制备方法主要有蚀刻法、溶胶-凝胶法、层层自组装法和粒子沉积法等。

1.2.1 蚀刻法

1817年弗朗和费 (Fraunhofer) 发现[8], 蚀刻法可用于制备多孔材料, 而后进一步发展成为制备防反射薄膜的常用方法之一。该方法首先将2种物质混合形成共混物, 然后将旋涂了共混物的基质浸至溶剂中, 利用溶剂对2种物质的溶解性差异, 溶解去除其中1种物质 (分散相) , 在基质上得到纳米多孔结构的薄膜。

用于制备无机膜的材料一般为单晶硅和多晶硅, 鉴于无机材料的特点, 无机膜具有化学稳定性好、温度适应范围广、耐污染能力强、机械强度高等特点。Schironea等[9]通过在HF/HNO3中蚀刻单晶和多晶硅得到了多孔硅材料, 该材料波长在400~800nm内, 能够将反射率从8%降低到3%以下, 并且已用于面积超过12.8×12.8cm2的多晶硅太阳能电池上以降低其表面反射。

Walheim等[1]利用环己烷蚀刻聚甲基丙烯酸甲酯 (PM-MA) 和聚苯乙烯 (PS) 的共混物以去除分散相 (PS) 得到了厚度和折光指数分别为106nm和1.225的纳米级多孔防反射薄膜。玻璃片双面涂有该薄膜后, 波长为400~680nm, 透射比从91%增加到99.3%, 在λ=534 nm处透光率达到99.95%。同时, 蒋浩等[10]研究表明:对于上述方法制备的薄膜, 在去除分散相之前, 将玻璃片在100℃预热30min, 可得到机械性能和粘附性较好的防反射薄膜, 该方法处理后, 将薄膜暴露在室外1周且100W超声清洗10min后, 其透光率不受影响。

Kim等[6]用蚀刻法得到了三层宽波长防反射薄膜。Kim等在玻璃上依次旋涂含PMMA体积分率分别为0.3%、0.46%、0.69%的PMMA/PS混合液, 然后将旋涂好的玻璃置于紫外光照射和醋酸中去除PMMA, 得到折光指数从上到下递增的三层防反射薄膜。玻璃表面旋涂该薄膜后, 波长在400~2000nm的可见-近红外区域内, 反射率均低于1%。

1.2.2 溶胶-凝胶法

该方法利用无机盐或金属氧化物作为预聚体, 将预聚体与水、催化剂和溶剂等混合均匀形成溶胶溶液, 在不同的基材上通过浸渍提拉法或旋涂法将溶胶溶液涂膜, 经过凝胶、固化和热处理后, 形成具有纳米级多孔结构的防反射薄膜。

19世纪早期, 用溶胶-凝胶法在实验室制备得到了第一张防反射薄膜, 以SiO2、TiO2为预聚体, 通过浸涂, 400~500℃热处理, 在硅酸盐玻璃基质上得到了TiO2/SiO2-TiO2-SiO2三层结构的薄膜[11,12], 通过改变TiO2/SiO2的比例, 薄膜的折光指数可在1.458到2.22 (550nm处) 之间变化。

硅类无机盐和钛类无机盐也可作为膜用预聚体。Chen等[13]分别以钛醇盐和硅醇盐为预聚体制备TiO2基的溶胶 (高折光指数, 1.96) 和SiO2基的溶胶 (低折光指数, 1.43) , 再通过浸渍提拉法在塑料基材上形成高/低折光指数交替的防反射薄膜, 该薄膜在400~700nm波长范围内可将反射率降低至0.1%以下。

溶胶-凝胶法可在大面积基材上制备防反射薄膜, 通过控制溶胶组分和涂膜工艺条件来调节薄膜的厚度和折光指数。但该过程受溶胶条件、环境温度、退火条件等众多因素的影响且工艺条件复杂, 难以实现对薄膜的厚度和折射指数的精确调控。此外, 该方法所采用的溶胶组分通常是TiO2和SiO2等无机粒子, 在成膜过程中与基材的附着力差, 且热处理也会损害一些基材 (如低玻璃化温度的热塑性材料) 的结构, 从而影响薄膜的稳定性。

1.2.3 层层自组装法

层层自组装法由Decher等[14]首次提出, 近年来被证明是一种制备纳米级涂层的有效方法。通过将基材交替浸入到聚阳离子和聚阴离子溶液中, 利用2种离子之间的静电吸附作用实现层-层吸附, 从而在基材上得到多层复合防反射薄膜。

Rubner等[15]首次将正/负聚电解质聚烯丙基胺盐酸盐 (PAH) /聚丙烯酸 (PAA) 交替自组装在塑料基材上, 再在一定的pH值条件下进行微相分离, 得到折光指数在1.15~1.55之间梯度变化的纳米多孔防反射薄膜, 该薄膜在波长400~700nm处, 透射比为99%, 在520nm处透光率达到99.99%。Shiratori等[16]通过减少浸涂时间和加入氯化镁缩短了上述工艺的操作时间, 当浸涂时间从900s减少到180s, 膜厚保持不变, 且经过盐酸处理后, 薄膜的折光指数也保持不变, 经过改进后, 硅片的反射率从0.7% (900s) 降低到0.2% (180s) 。

孙俊奇等[17]将多孔二甲基二烯丙基氯化铵 (PDDA) /粒径为220nm的SiO2粒子层层自组装在石英玻璃上, 得到在近红外区域 (900~2500nm) 有良好透光率的超憎水有机/无机结构的防反射薄膜。当薄膜结构为 (PDDA/SiO2) 8时, 薄膜在近红外区域内的最高透光率达到98.5%, 相比于原石英基质提高了5%以上。

Robert等[18]用层层自组装法, 在PMMA基质上得到了纳米多孔双层防反射薄膜, 基质交替吸附SiO2/ZnO2做为第一层高折光指数的防反射薄膜, 在此基础上, 进一步交替吸附SiO2/PAH做为第二层低折光指数的防反射薄膜, 从而得到波长为200~800nm的反射率低于2%的双层防反射膜, 在320~450nm处, 薄膜表面反射率接近于零。

基于静电相互作用的层层自组装法, 可在微米/纳米尺寸上对材料的结构和性能进行调控, 选材范围广, 即便在不平整的基材表面上也能附着防反射薄膜, 操作条件为常温常压, 生产成本较低。但该法操作时间长, 生产效率低, 过程极为繁琐, 因此目前该法仅在实验室使用。

1.2.4 粒子沉积法

Hattori等[19]首先在玻璃表面上涂覆多层聚电介质, 再利用静电力作用吸附带反电荷的SiO2粒子, 从而形成由SiO2粒子组成的单层防反射薄膜, 其折光指数为1.25。玻璃双面涂有该薄膜后, 在波长500nm处的透光率达到98.8%。

蒋浩等[20]将PMMA纳米粒子旋涂在玻璃表面, 通过调节旋涂速度和PMMA粒子的粒径来制备具有低折光指数的防反射薄膜。当玻璃单面和双面涂有该薄膜后, 在λ=550nm处的透光率分别为95.7%和99.5%。

粒子沉积法通过控制涂膜液中粒子的粒径和分散液浓度、旋涂速度以调节防反射薄膜的厚度和折光指数。该方法操作过程简单, 影响因素较少。但是在此方法中, 为降低材料的折光指数必须使粒子间保持一定的空隙, 折光指数越低, 所需空隙越大, 当空隙较大时又会引起光的散射, 从而降低薄膜的光学性能, 故此方法对薄膜的折光指数调控范围有限。

2 仿生型防反射薄膜

1967年, Bernhard[21]首次发现飞蛾的眼角膜天生具有防反射的功能, 这是因为“蛾眼”角膜的突出部分 (鼓包) 使其折光指数逐渐改变, 从而可降低或消除多方向的反射光。近年来, 根据“蛾眼”结构的特点制备仿生型防反射薄膜已经成为防反射薄膜研究的热点。

通常制备仿生型防反射薄膜的方法有光刻法、电子束印刷术、纳米印刷术和干涉光刻法等。

Ting[22]用光刻法得到“蛾眼”结构的防反射薄膜, 该薄膜在可见光范围内有良好的防反射效果, 在550nm处的透光率达到95.1%。

Kanamori[23]用电子束印刷术在PMMA基材上得到了周期为200nm, 深度为90nm的“蛾眼”结构的亚波长防反射薄膜, 该薄膜在500~800nm的波长范围内能够有效降低基材的反射, 在600nm处, 透光率从96.1%增加到99.5%。

Zhaoning[24]用纳米印刷术在硅片上得到了折光指数梯度变化的纳米级锥形SiO2防反射薄膜, 二维结构的上述亚波长防反射薄膜在可见光范围内可有效降低基材的反射率, 尤其是在632.8nm处的反射率为0.3%。

Heon Lee[25]用干涉光刻术在太阳能保护层上制备了纳米级“蛾眼”结构PVC防反射薄膜, 该薄膜在400~1000nm的波长范围内有良好的防反射效果, 基材单面和双面涂覆该薄膜后, 透光率分别增加了3%和7%。

目前仿生型防反射薄膜生产设备昂贵, 工艺复杂, 操作条件苛刻, 结构尺寸很难调控, 难以进行大规模生产, 难以实现对薄膜的厚度和折光指数的精确调控等问题;此外“蛾眼”结构的防反射薄膜机械性能差, 光学性能的长期稳定性差, 这些都是制备仿生型防反射薄膜所需要克服的难题。

3 结论

综上所述, 目前防反射薄膜在涂膜材料的应用、工艺条件的改进、适用基材的选择等方面都取得了较快发展, 薄膜的光学性能和机械强度也得到较大提高。目前制备防反射薄膜还存在着以下问题。

(1) 现有的制备方法存在着工艺复杂, 影响因素多, 操作条件苛刻等问题, 难以实现对防反射薄膜的厚度和折光指数的精确调控。

(2) 目前防反射薄膜, 仍然面临着光学性能不稳定, 机械强度差等亟待解决的问题。

针对上述问题, 有采用聚合物中空纳米粒子技术进一步降低材料折光指数的趋势, 通过紫外光照, 加热或臭氧处理等方法对薄膜进行固化, 加入胶黏剂等提高薄膜的机械强度等改进方法。随着防反射薄膜在光学仪器、光电转化器、太阳能电池等领域中应用的日趋广泛, 对其性能提出了更高的要求, 如何改进防反射薄膜的制备方法, 提高其光学性能和机械稳定性已成为防反射薄膜研究的热点。

摘要：综述了干涉型防反射薄膜和仿生型防反射薄膜的制备原理和方法, 重点阐述了上述2种防反射薄膜及其制备方法的研究背景、研究进展及所面临的挑战, 展望了防反射薄膜的发展趋势及应用前景。