Spin Coater V1 (byna analoog): 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Nie alle toerusting is gemaak om te hou nie; ek is 'n student/navorser wat dun filmmateriaal bestudeer vir sontegnologie. Een van die toerusting waarop ek staatmaak, word 'n draaibak genoem. Dit is 'n instrument om dun films van 'n materiaal uit 'n vloeibare oplossing of voorloper te maak. Hierdie dun film kan in toestelle soos sonpanele of LED's verdeel word.

Op my universiteit het ons baie probleme ondervind met die meer bekostigbare kommersiële produkte wat teen 'n paar duisend dollar beskikbaar is. Hierdie kommersiële draaibedekkers maak gebruik van 'n vakuumhouer om monsters vas te hou en die probleme wat hulle ondervind het, is motors wat in beslag geneem is, verstopte vakuumhouers, rookkondensators, onder andere wat die terugvoer beïnvloed waarop die snelheidsbeheer staatgemaak het. Ek is nie bewus van die probleme wat elke navorsingsgroep daarmee ondervind het nie, maar ek weet dat daar ten minste een op die gegewe tydstip herstel of gewag het om herstel te word.

Die ontwerp wat ek deel, is eenvoudig; dit het aanvanklik dubbelzijdige band gebruik in plaas van 'n vakuumhouer om monsters te hou; dit is later opgedateer na 'n makliker ontwerp (sien stap 6). Dit is al meer as 'n jaar in gebruik onder ligte gebruik. Daar was geen probleme nie, behalwe dat 'n relais uitgeput was (dit was nie 'n nuwe relais wanneer dit geïnstalleer is nie).

Die projek bestaan meestal uit gevind dele soos 'n motor met 'n stroom van 1 "leer" (500 mA), beton, konstruksiehout en 'n paar elektroniese komponente wat gered is.

Voorrade

Ek verwag dat almal wat hierdie projek probeer, variasies maak, so dit is 'n nie -volledige lys van wat nodig is vir die projek.

Kern:

Gelykstroom -motor met nie minder nie as 4000 rpm

Chuck gemaak vir die gekose motor (later bespreek)

Kamer:

Ronde plastiekbak (ek het 'n jogurtbottel gebruik)

Dik plastiek of alternatief om die bodem van die bad te voer

Papierhanddoek

Band

Mount:

afgesnyde 38x228 mm denne (tipies gebruik vir daksparre)

30 mm lang skarnier

Rubber of harde skuim (motorbevestiging)

M6 bout met skroewedraaier geskikte kop

M6 moer

6 mm wasser

Basis en vering:

Swaar basis (ek het 'n betonblok op maat gebruik)

M6 Skroefdraadstaaf

9x M6 moere vir die skroefdraadstaaf

3x Lang vere 8 mm in deursnee

12x 6 mm ringe

Beheer die basiese beginsels:

Projekboks (ek het 'n roomysbak gebruik, dit is 'n goeie verskoning, eet roomys)

12V kragtoevoer (ek het 2 gebruik sodat die motor op 'n aparte bron kan wees)

1x gelykrigter diodes vir die motor

2 -fase timer:

2x n-kanaal MOSFET (soos IRF540)

2x 47 uF -kap aluminium 35V

2x B500k pot dubbele skyf

200K weerstand

10K weerstand

2x gelykrigter diodes vir die aflosse

Drukknoppie kort kontak

Relay SPST (timer begin/stop)

Relay DPDT (timer spoed 1/spoed 2 oorgang)

PWM kring:

1x NE555 timer

1x 1k weerstand

2x 10nC kapasitors

1x n-kanaal MOSFET (soos IRF540)

1x heatsink vir MOSFET

1x isolerende silikon wasser vir die koellichaam

www.mantech.co.za/ProductInfo.aspx?Item=14…

2x 10k potte (dienssiklus)

1x gelykrigter diodes vir die aflosse

Toets vir motorsnelheid:

Ideale:

optiese toerenteller.

Alternatief:

Band

Dun draad soos harde voorwerp (bv. Draad, tandestokkie, skuifspeld)

Rekenaar met 'Audacity' geïnstalleer

Stap 1: Het u 'n geskikte motor?

Die meeste draaibedekkers moet in 'n spoedbereik van 500 tot 6000 rpm werk. My werk benodig 2000 en 4000 rpm as die meeste invoersnelhede, sodat ek kan klaarkom met 'n gelykstroommotor wat ek in die omgewing van 1100 tot 4500 rpm werk, maar my motor kan stadiger loop, alhoewel die stadiger snelhede minder betroubaar is die weerstand in die motor.

Soek 'n geskikte motor en kragbron as u 'n 12 V -motor het. Pas die spanning wat u motor benodig, en die stroom van die kragtoevoer moet ideaal 20% meer wees as wat die motor benodig. As u 'n 24 V -motor het, benodig u 'n afwaartse omskakelaar of 'n aparte kragtoevoer om 12V vir die elektronika te voorsien.

Vervolgens wil ons die minimum en maksimum snelhede wat u motor kan bereik, toets. As u 'n kragtoevoer het met 'n kiesbare/verstelbare spanning, gebruik dan die PWM -stroombaan wat in die beheerkring aangedui word (of die volledige beheerkring), indien nie.

Stap 2: Spoedtoets

'N Optiese toerenteller is 'n uitstekende hulpmiddel om die snelheid van 'n motor te toets as u een in die hande kan kry; hier bied ek 'n alternatiewe metode aan.

Deel A

1. Berei 'n rekenaar voor om klank op te neem met 'Audacity', 'n gratis klankredakteur.

2. Draai band om die as van u motor (elektriese of maskeerband werk goed).

3. Stel die motor op die laagste snelheid wat hy kan bestuur.

4. Begin met die opname van klank.

5. Volgens die video vir hierdie afdeling, bring 'n metaalpen, spyker of skuifspeldjie vir 'n paar sekondes liggies met die band in aanraking.

6. Stop die opname.

7. Herhaal vir die maksimum spoed.

8. Kyk na die klank en werk die RPM uit.

As ons die band met die metaalpen kontak, wil ons hê dat dit skaars raak. Hoe nader jy die pen aan die as van die motor bring, hoe meer moet die band buig om dit te verbygaan, en hoe meer ons stadiger neem of momentum uit die motor neem. As die kontak tussen die band en die metaalpen te lig is, kry ons moontlik nie genoeg volume in die opname om ons te vertel wanneer daar kontak gemaak word nie. Om RPM uit die klank in Audacity te bereken (sien foto bo)

Deel B

1. Zoom in op die klank totdat u duidelike pieke kan sien van waar die pen in aanraking kom.

2. Klik met die linkermuisknop op 'n piek en hou die muis in, sodat die geselekteerde gebied ten minste 5 pieke dek.

3. Tel die aantal pieke.

4. Gebruik die tydsaanwyser "Begin en einde van die gedeelte" onderaan die venster om die tyd te kry wat nodig was voordat die pieke/rotasies plaasgevind het.

5. (aantal pieke)/(tyd in sekondes) = omwentelinge per sekonde

6. RPM = (omwentelinge per sekonde)*60

Dit is belangrik om seker te maak dat u motor kan werk teen die snelhede wat u benodig voordat u die omhulsel vir die motor bou. Ons sal die spoedtoets aan die einde herhaal vir kalibrasie, later sal stap 7 van deel A weggelaat word en stap 3 vervang word met die snelheid wat ons toets.

Stap 3: Voorbeeld Chuck

Die belangrikste deel van hierdie konstruksie is die monsterhouer. Vir die aluminiumhouer het 'n vriend van my (Gerry) dit op 'n draaibank gedraai, dan is 'n draad getik om in my spesifieke motor te pas (imperiale draad in my geval). Vir 'n motor met 'n skroefdraad op die as, is die montering van die boorhouer eenvoudig ingeskroef sodra dit gemaak is (skakel). Ek vind dit makliker, alhoewel die kans groter is dat die chuck gemonteer is. As u 'n motor met 'n gladde as gebruik, het u geen probleme met 'speel' in die draad nie. Die uitdaging hier is dat die as óf moet vasgeplak word, óf nog beter 'n skroef moet hê om dit op die as vas te trek.

As u toegang het tot 'n metaaldraaibank en iemand wat dit bekwaam het om te gebruik, is dit die beste om die span te draai. As u motor 'n draad het, tik 'n draad in die middel van die boorhouer. Vir 'n motor met 'n gladde as moet u iets soos 'n steekskroef gebruik om teen die kant van die as te druk en dit vas te hou.

'N Alternatief op die foto's hierbo is om 'n gatsaag te neem en 'n skyf met 'n boorpers te sny. Gebruik daarna 'n kraan om 'n draad in die middel te tik. As u 'n sagte materiaal het, kan u dit met 'n mes verwyder, maar vir 'n harder materiaal is 'n lêer geskik. Die bokant van die gat kan dan met epoxy gevul word, of 'n sny uit 'n metaalplaat kan op die oppervlak ge -epoksied word.

VEILIGHEID: Dit word nie aanbeveel om gom/epoxy op die boorhouer te gebruik nie, want as die gom misluk … waar gaan die boorgat heen? Die spanspan draai tydens 'n hoë spoed tydens gebruik, wat beteken dat die spanspan uit 'n dun metaalplaat dit in 'n snyskyf kan verander. Ek beveel aan dat u 'n materiaal van minstens 5 mm dik gebruik.

Stap 4: Bou die motorhouer - basis en vere

Die motorhouer moet twee doeleindes dien, die motor op sy plek hou en trillings demp. Die houer wat u maak, is spesifiek vir u motor. Ek sal beskryf wat ek gedoen het om u 'n idee te gee van hoe u dit self kan maak. Sommige motors het ventilasie aan die kant, dus let op waar dit is en hou dit duidelik om af te koel.

Soek 'n swaar basis wat groot genoeg is vir die projek. Ek het 'n betongedeelte met 'n gepaste dikte gevind en dit op maat gesny met 'n diamantsnyer. Betonpaadjies of 'n dik metaalplaat behoort net so goed te werk. As u kan, probeer om iets te vind wat u nie hoef te sny nie.

Die klippe in beton maak dit moeilik om deur te boor en dit beteken soms dat gate na die kant toe sal dryf. Ek het dus gate in die basis vir die draadbout geboor voordat ek die gate op die motorhuis gemerk het (as u 'n meer aangename materiaal het, maak die bestelling nie saak nie).

1. Boor die gate vir die skroefdraad met 'n messelboor met die deursnee van die skroefdraad.

2. Gebruik 'n veel groter messelboor om die uiteinde van die draadstang, wasser en moer wat onder die basis is, te sink.

3. Merk die gate op die motorhuisblok van hout vir skroefdraadstaaf of op 'n stuk papier om later as sjabloon te gebruik.

4. Sny die draadstang in lengte, lê die snykant vas en kyk of die draad nog goed is. Plaas 'n moer op die staaf voor jy dit sny. As dit verwyder word, kan dit die draad herstel/in lyn bring, as dit nie te beskadig is nie.

5. Plaas die tralies deur die beton, gevolg deur 'n wasser en moer aan elke kant.

6a. As u daarin slaag om vere lank en styf genoeg te vind om die motor en behuising te ondersteun, kan u dit plaas, gevolg deur 'n dik wasser. 'N Dik wasmasjien is nodig, aangesien 'n dun wasser in die draad kan val. U kan u eie wassers maak deur 'n gat deur 'n geskikte stuk metaal te boor en die gat met 'n vyl af te werk.

6b. As u verkies om nie vere te gebruik nie, kan u 'n moer en 'n wasser gebruik, maar die nadeel is dat dit nie die vibrasie van die motor sal demp nie.

Stap 5: Bou die motorhouer - motorhuis

Die motorhuis is gemaak soos 'n klem, stukke denne is vasgemaak met 'n holte in die middel en 'n moer en bout om dit stewig vas te maak. Die hout wat vir my behuising gebruik is, was 'n afsny van 'n balke met 'n deursnit van 38 x 228 mm.

1. Bepaal die grootte van die hout wat u vir u motor benodig en merk die stuk uit soos in (a) op die foto hierbo.

2. Merk 'n gaatjie wat nie kleiner is as die deursnee van u motor nie; ons benodig 'n bietjie spasie vir die rubberstrook wat tussen die motor en die behuising sal wees. Die samestelling vergewe die grootte van die gat as gevolg van die klem (soos skarnier en bout).

3. Boor 'n loodsgat en boor die gat met 'n gatsaag. Die gatsaag wat ek gebruik het, het slegs 22 mm diep sny, sodat ek halfpad van elke kant geboor het.

4. Merk en boor die gate vir die skroefdraadstaaf wat die motorhuis ondersteun. Dit moet minstens 1 mm dikker wees as die skroefdraadstaaf om vrye beweging moontlik te maak.

5. Skroef die skarnier vas (b) op die foto hierbo en verwyder dit. Dit is om die gate te maak.

6. Sny die vorm soos in (b) van die foto hierbo, ek het 'n agterkant gebruik.

7. Met die vorm kan ons 'n bout teenoor die skarnier hê. Boor die gat vir die bout soos getoon in (c) van die foto hierbo. Die gat moet ongeveer 2 mm groter as die bout wees om die samestelling maklik oop en toe te maak.

8. Sny die stuk in lengte op dieselfde manier as in (d) van die foto hierbo en skroef die skarnier weer vas.

9. Draai die motor toe met 'n rubberstrook en plaas dit in die omhulsel, die insetsel en draai 'n moer, bout en wasser vas om die behuizing toe te hou; maak dit stewig, maar nie te styf nie. As u motor aan die kant ventilasie het, moet u nie die lugvloei blokkeer nie.

10. Plaas die motorhuis op die voetstuk. Maak seker dat die vere op hul plek is met 'n wasser bo -op. Plaas 'n wasser en moer op die 3 skroefdraadstawe om die motor vas te hou. 'N Bykomende rubberkussing kan bo -op die motorhuis en wasser geplaas word om vibrasies beter te verminder.

11. Draai die 3 moere vas met 'n waterpas vir leiding.

Stap 6: Bou die motorhouer - kamer

Om die kamer te maak, het ek 'n deursigtige jogurtbottel en dik plastiekvel gebruik.

1. Gebruik 'n mes om 'n vorm in die basis van die houer te sny waardeur u die boorhouer kan kry (vir 'n boorhouer wat nie verwyder sal word vir skoonmaak nie). Ek sny 'n diagonaal oor die basis van die houer sodat daar meer ruimte is om die houer oor die spanspan te pas sonder om die gat in die middel te vergroot.

2. Maak die houer vas met 'n bietjie band aan die buitekant van die houer. Ek verkies dit bo 'n permanente bevestiging vir makliker skoonmaak.

3. Plaas 'n stuk papierhanddoek aan die onderkant van die houer om vloeistof tydens die spinlaag te absorbeer. Vervolgens bedek die kamer met aluminiumfoelie. Gebruik 'n bietjie band waar nodig om te verhoed dat dit aan die as of die klem raak. Hierdie "aantrek" moet gereeld verander word. Die foelie vang die meeste vloeistof op en die papierhanddoek absorbeer die meeste wat by die foelie kom.

Bonus: Nadat ek die dubbelzijdige bandmetode gebruik het om monsters aan te heg, het ek 'n wenk van Ossila geneem (hulle het laboratoriumtoerusting van hoë gehalte) en 'n ou kredietkaart gesny om 'n vakuumlose/bandlose houer vir my monsters te maak.

Stap 7: Bou die beheerkring

As u na die foto's hierbo kyk, sien u 'n netjiese stroombaan en 'n implementering van 'n broodbord. Ek het afsonderlike 12V 500mA -kragtoevoer vir die motor en die bestuurskring gebruik, aangesien die motor vir 500mA gegradeer is. As u 'n kragtoevoer het wat voldoende stroom vir beide kan lewer, is dit wonderlik.

Kom ons kyk eerder na wat elke afdeling doen, eerder as 'n stap-vir-stap handleiding.

Die tydsbesturingsbaan skakel die draai -omhulsel aan en uit, en bepaal watter van die twee fases/state die PWM -stroombaan is en wanneer om oor te skakel.

Dit word gedoen deur 2 relais via MOSFET -transistors aan te skakel. 'N SPST -relais beheer aan en af, en 'n DPDT -relais beheer watter van twee potte die werksiklus van die PWM -stroombaan stel.

Die PWM -stroombaan is eenvoudig 'n NE555 -timer in 'n verstommende werking. Die dienssiklus word beheer deur potte, waar die verhouding van die ingestelde weerstand tot die waarde van die pot die werksiklus is (sien "snelheidskeurderblok" in die skematiese weergawe).

Aanklag:

MOSFETS word gebruik, aangesien dit moontlik is om 'n weglaatbare stroom deur hul hekterminaal te skakel. Dit stel ons in staat om lading in kondensators op te slaan om die MOSFETS aan te dryf, wat weer die relais dryf. 'N Kort drukknop word gebruik om die kapasitors te laai. Diodes word tussen die kortstondige kontak en die kapasitors gebruik om stroomvloei van die een kapasitor na die ander te voorkom.

Ontslag:

Die beginsel vir die beheer van die tyd van die 2 fases is die ontlading van kondensators deur 'n weerstand. Hierdie weerstand word deur potte bepaal, hoe hoër die weerstand, hoe stadiger word die afvoer. Dit volg ideaal τ = RC, waar τ tydperk of tyd is, R weerstand en C kapasitansie is.

In die tydsbaan wat gebruik word, is daar 2 x 500K dubbele potte, dit beteken dat daar vir elke pot 2 stelle terminale is. Ons trek voordeel hieruit deur die tweede pot in serie met homself en in serie met een van die eerste potte se eindstelle te koppel. Op hierdie manier, as ons weerstand op die eerste pot stel, sal dit die ekwivalente weerstand by die tweede voeg. Die eerste pot is beperk tot 500K, terwyl die tweede manier bedraad is, het dit 'n weerstand van tot 1000K plus die waarde van die eerste pot. Om 'n minimum weerstand in te sluit, het ek 'n weerstand met 'n vaste waarde by elke lyn bygevoeg volgens die stroombaan -diagram.

Stap 8: Kalibrasie en toetsing

Nadat ek die draaibedekking voltooi het, het ek dit gaan toets. Die prentjie van die voorbeelde hierbo het 'n monster (baster-perovskiet) gemaak op 'n duur draaihaak aan die linkerkant en die spinbedekking wat in hierdie instruksies aan die regterkant beskryf word. Die spin -coaters was op dieselfde snelheid ingestel.

Die draaibedekking kan gekalibreer word teen spanning of teen die posisie van u spoedpotte. Ek het aanvanklik gekalibreer met behulp van spanning, gevolg deur die merk van die snelhede/posisies wat ek die meeste op die potte gebruik.

As ek met spanning kalibreer, is ek nie seker of verskillende multimeters die PWM -sein as dieselfde spanning sal lees nie, daarom gebruik ek altyd dieselfde multimeter waarmee ek gekalibreer het as ek die draaibediener moet instel op 'n snelheid wat nie 'n nasien. Die spanning is gelees by die uitgang wat aan die motor gevoer is. Die multimeter was nie gekoppel terwyl die snelheid gemeet is nie, om die moontlikheid te vermy dat die multimeter die stroom wat aan die motor verskaf word, verminder.

1. In die afdeling oor spoedtoetsing is die proses tot spoedtoets gedetailleer. Herhaal hierdie proses op verskillende posisies in die spoedbeheerpotte, probeer die snelhede waarmee u die draaibedekking wil gebruik, insluitend die minimum en maksimum snelhede. Ongeveer 5 metings behoort genoeg te wees. Teken die posisie en/of spanning vir elke snelheid aan.

2. Plaas die kalibrasiesnelhede en spannings in Microsoft Excel, en teken dan 'n grafiek

3. Voeg 'n tendenslyn by u data. Gebruik die eenvoudigste pasvorm wat die datatendens verduidelik, verkieslik 'n lineêre of tweede orde polinoom.

3a. Om dit in Excel te doen, kies u grafiek, gaan na die uitleg -oortjie in die opsie -lint

3b. Klik op die ikoon "Trendline".

3c. Kies 'meer neiginglynopsies'

3d. Kies u opsie en merk 'Vertoon vergelyking op grafiek' en 'Wys R-kwadraatwaarde op grafiek'

Hopelik pas u goed, nou kan u die vergelyking gebruik om die RPM te bereken van die spanning wat aan die motor verskaf word.

Aangesien die leser waarskynlik 'n wetenskaplike is …

Pipettegniek: In die video het ek die mikropipet skuins gebruik, dit het my gehelp om my arm uit die video te hou. Ideaal gesproke moet die pipet vertikaal en so naby aan die monster/substraat wees sonder om daaraan te raak as wat u betroubaar kan herhaal.

Filmkwaliteit: 'n Paar van die kenmerke van die dun film in die prentjie kan vermy word deur die voorloperoplossings voor gebruik te filter (soos die gebruik van 'n 33 um PTFE -filter). Die ligter filmkleur wat gesien kan word deur die "spoggerige" draaibedekking, kan die gevolg wees van die stygende tempo en atmosfeer. Die 'fancy' spinverf is vervaardig om slegs met 'n hoë vloei van 'n inerte gas te werk, aangesien die films met stikstof op die 'fancy' spinverf bedek is en lug in die DIY -spinverf.

Stap 9: Erkennings

Hierdie kort gedeelte gee 'n konteks van waar ek studeer en die groepe wat my navorsing ondersteun, wat gefokus is op baster-perovskiet fotovoltaïese.

• Universiteit van die Witwatersrand, Suid -Afrika
• National Research Foundation (NRF), Suid -Afrika
• GCRF-START. Verenigde Koninkryk
• Gerry (wat die aluminium draaibakhouer vervaardig het)