PL231088B1 - Urządzenie do elektrochemicznej delaminacji grafenu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do elektrochemicznej delaminacji grafenu.

Metoda delaminacji elektrochemicznej grafenu zakłada powolne wprowadzanie folii miedzianej z grafenem do zlewki z elektrolitem, gdzie następuje oddzielenie grafenu od podłoża. Ze względu na niezbędną precyzję ruchu, proces ten nie może być wykonywany ręcznie.

Dotychczasowe znane rozwiązania nie pozwalają na przeprowadzanie procesu elektrochemicznej delaminacji grafenu z zachowaniem niezbędnej precyzji.

W związku z powyższym istnieje potrzeba opracowania urządzenia pozwalającego na przeprowadzenie elektrochemicznej delaminacji grafenu z zachowaniem niezbędnej precyzji.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do elektrochemicznej delaminacji grafenu obejmujące podstawę nieruchomą i podstawę ruchomą, której dolna krawędź jest ruchomo połączona z bokiem podstawy nieruchomej, charakteryzujące się tym, że wyposażone jest w układ ruchomy, który przymocowany jest do zewnętrznej strony podstawy ruchomej i który obejmuje moduł liniowy wyposażony w sterownik oraz pasek zębaty napędzany silnikiem krokowym, który to moduł liniowy posiada napędzany elektrycznie wózek o możliwości przesuwu w jednej osi wzdłuż wysokości podstawy ruchomej oraz prowadnicę liniową z wózkiem, zaś do modułu liniowego i do prowadnicy liniowej przyłączone jest ramię ruchome, które przenosi napęd z modułu liniowego na wózek prowadnicy liniowej, zaś ramię ruchome posiada przytwierdzone do siebie ramię izolowane, na którego końcu umieszczony jest podłączony do źródła zasilania uchwyt, wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie z metalu i przeznaczony do przytrzymywania materiału poddawanego delaminacji, a ponadto urządzenie posiada mechanizm nożycowy zapewniający swobodną zmianę kąta między podstawą ruchomą a podstawą nieruchomą, obejmujący ramię krótkie i ramię długie, połączone ze sobą łożyskowe oraz połączony z nimi łożyskowo pręt, którego dolny koniec połączony jest łożyskowo z podstawą nieruchomą, zaś ramię krótkie połączone jest łożyskowo z wewnętrzną stroną podstawy ruchomej jak również ramię długie połączone jest łożyskowo z podstawą nieruchomą, w ten sposób że ułożenie ramienia krótkiego i ramienia długiego zależy od położenia pręta względem podstawy nieruchomej.

Korzystnie, podstawa nieruchoma połączona jest z podstawą ruchomą poprzez zawiasy.

Korzystnie, na górnym końcu pręta zamocowana jest korba z rękojeścią obrotową.

W korzystnym wykonaniu wynalazku zmiana kąta między podstawą ruchomą a podstawą nieruchomą odbywa się w zakresie od 90° do 60°.

W korzystnym wykonaniu wynalazku, ramię ruchome łączy się z prowadnicą liniową za pomocą dopasowanego połączenia wycięcia tego ramienia z bolcem wychodzącym z wózka prowadnicy liniowej.

Korzystnie, silnik krokowy modułu liniowego jest typu bipolarnego.

Korzystnie, do sterownika modułu liniowego podłączony jest panel kontrolny do sterowania m odułem liniowym.

W korzystnym wykonaniu wynalazku panel kontrolny wyposażony jest w przełączniki, korzystnie typu ON/OFF.

W korzystnym wykonaniu wynalazku panel kontrolny wyposażony jest w płytkę drukowaną umożliwiającą przesył sygnałów logicznych pomiędzy panelem kontrolnym a sterownikiem modułu liniowego.

Korzystnie, ramię izolowane jest z tworzywa sztucznego, korzystnie z plexi.

Korzystnie, uchwyt ramienia izolowanego jest typu krokodylkowego.

Korzystnie, moduł liniowy jest przymocowany do podstawy ruchomej za pomocą kamieni mocujących.

Korzystnie, moduł liniowy pozwala na przesuw ramienia ruchomego z modulowanymi prędkościami, korzystnie pięcioma modulowanymi prędkościami.

Korzystnie, moduł liniowy posiada funkcję pozycjonowania i powrotu do pozycji startowej.

Korzystnie, podstawa ruchoma jest w kształcie litery H.

Korzystnie, podstawa ruchoma wykonana jest z aluminium.

Korzystnie podstawa nieruchoma jest w kształcie prostokąta, korzystnie kwadratu.

Korzystnie podstawa nieruchoma wykonana jest z aluminium.

W jednym z preferowanych realizacji wynalazku urządzenie wyposażone jest w łożyska stojakowe.

Korzystnie, mocowanie ramienia krótkiego znajduje się w połowie wysokości podstawy ruchomej.

Korzystnie, mocowanie ramienia długiego znajduje się w połowie szerokości podstawy nieruchomej.

Urządzenie według wynalazku realizuje ruch liniowy w jednej osi z regulowaną prędkością i możliwością zmiany kąta, pod którym wprowadzana jest próbka.

PL 231 088 B1

Korzystne przykłady wykonania wynalazku

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:

Fig. 1 przedstawia widok poglądowy części mechanicznych urządzenia według wynalazku, Fig. 2 przedstawia widok poglądowy urządzenia według wynalazku widziany od strony mechanizmu nożycowego (22),

Fig. 3 przedstawia schemat płyty czołowej panelu kontrolnego urządzenia według wynalazku, Fig. 4 przedstawia projekt płytki drukowanej panelu kontrolnego urządzenia według wynalazku, Fig. 5 przedstawia widok poglądowy ramienia krótkiego (15) urządzenia według wynalazku, zaś

Fig. 6 przedstawia widok poglądowy ramienia długiego (20) urządzenia według wynalazku, Fig. 7 przedstawia schemat połączenia urządzenia z zasilaczem uchwytu krokodylkowego, zasilaczem silnika krokowego i sterownikiem silnika krokowego według wynalazku.

Na rysunkach użyto następujących oznaczeń:

- moduł liniowy; 2 - ramię izolowane; 3 - ramię ruchome; 4 - uchwyt krokodylkowy; 5 - silnik krokowy; 6 - wyjście silnika do zasilacza silnika krokowego; 7 - wyjście silnika do sterownika silnika krokowego; 8 - podstawa ruchoma; 9 - kamień mocujący; 10 - prowadnica liniowa; 11 - wózek prowadnicy liniowej; 12 - uszczelka gumowa; 13 - bolec wózka prowadnicy; 14 - podstawa nieruchoma; 15 - ramię krótkie; 16 - korba; 17 - pręt gwintowany; 18 - uchwyt gwintowany; 19 - uchwyt gładki; 20 - ramię długie; 21 - łożysko stojakowe; 22 - mechanizm nożycowy; 23 - zawias; 24 - wspornik; 25 - bolec; H - pozycjonowanie wstępne; ON/OFF - włączanie/wyłączanie; S - ustawienie wózka na pozycji początkowej; R - reset; V1-5 - prędkość 1-5.

P r z y k ł a d 1 - Opis urządzenia według wynalazku.

Zgodnie z Fig. 1 oraz Fig. 2 urządzenie według wynalazku, umożliwiające kontrolowane zanurzanie próbki w elektrolicie i delaminację grafenu, zbudowane jest z podstawy nieruchomej (14) i podstawy ruchomej (8). Podstawa ruchoma (8) jest w kształcie litery H i wykonana jest z aluminium. Wysokość podstawy ruchomej wynosi 360 mm a jej szerokość jest równa 240 mm. Podstawa nieruchoma (14) wykonana z aluminium i posiadająca kształt kwadratu zapewnia podtrzymanie całej konstrukcji urządzenia i wykonana jest z aluminium. Długość boku podstawy nieruchomej (14) wynosi 250 mm zaś jej grubość 10 mm. Dolna krawędź podstawy ruchomej (8) jest połączona za pomocą zawiasów z bokiem podstawy nieruchomej (14). Do zewnętrznej strony podstawy ruchomej (8) pełniącej rolę elementu trzymającego, przymocowany jest układ ruchomy, obejmujący moduł liniowy (1) z napędzanym elektrycznie wózkiem, który ma możliwość swobodnego ruchu w jednej osi wzdłuż wysokości podstawy ruchomej (8) oraz prowadnicę liniową (10) posiadającą wózek prowadnicy liniowej (11) firmy SKF z łożyskiem kulkowym. Do przymocowania modułu liniowego (1) do podstawy ruchomej (8) zostały użyte kamienie mocujące firmy Festo (9).

Do modułu liniowego (1) i do prowadnicy liniowej (10) przyłączone jest ramię ruchome (3) wykonane z aluminium. Ramię ruchome (3) z jednej strony zakończone jest podkładką pozwalającą na przyłączenie do modułu liniowego (1), a z drugiej strony ramię ruchome (3) posiada wycięcie na bolec wózka prowadnicy (13) wychodzący z wózka prowadnicy liniowej (11). Dzięki temu ramię ruchome (3) przenosi napęd z modułu liniowego (1) na bolec wózka prowadnicy (13), w wyniku czego wózek prowadnicy liniowej (11) może przesuwać się wzdłuż prowadnicy liniowej (10). Do wózka prowadnicy liniowej (11) przyłączony jest aluminiowy bolec wózka prowadnicy (13) z nałożoną uszczelką gumową (12), dzięki któremu niweluje się drgania związane z przesuwem ramienia ruchomego (3).

Do ramienia ruchomego (3) przytwierdzone jest ramię izolowane (2) wykonane z polimetakrylanu metylu (plexi), na którego końcu umieszczony jest uchwyt krokodylkowy (4), wykonany z metalu, podłączony do źródła zasilania (jak na Fig. 7) i przytrzymujący próbkę. Próbkę stanowi folia miedziana pokrytą grafenem, którą poddaje się delaminacji. Uchwyt krokodylkowy (4) pozwala na rozprowadzenie prądu elektrycznego na próbce, co jest niezbędne do przeprowadzenia procesu delaminacji. Materiał izolacyjny plexi użyty do wykonania ramienia izolowanego (2) izoluje podłączony do napięcia uchwyt od pozostałych elementów urządzenia według wynalazku.

W trakcie procesu próbka zanurzana jest powoli w naczyniu zawierającym elektrolit oraz elektrodę grafitową, które ustawione jest tuż przy zewnętrznej stronie podstawy ruchomej (8), pod uchwytem krokodylkowym trzymającym próbkę.

PL 231 088 B1

Moduł liniowy (1) został wyposażony w sterownik firmy Festo oraz pasek zębaty napędzany silnikiem krokowym (5) bipolarnym firmy Festo, znajdującym się przy dolnej osi obrotu paska zębatego będącego częścią modułu liniowego (1). Elementy elektroniczne urządzenia według wynalazku tj. sterownik i panel kontrolny znajdują się poza tym urządzeniem, a połączone są, jak na Fig. 7. Silnik połączony jest ze sterownikiem za pomocą dwóch kabli dedykowanych - kabla enkodera i silnika. Sterownik kontroluje pracę silnika krokowego (5), a do sterownika podłączony został za pomocą przewodu żyłowego panel kontrolny (Fig. 3) z dedykowaną płytką drukowaną (Fig. 4). Dzięki temu możliwe jest efektywne sterowanie urządzeniem według wynalazku. Moduł liniowy (1) pozwala na przesuw ramienia ruchomego (3) z pięcioma modulowanymi prędkościami, a także posiada funkcję pozycjonowania i powrotu do pozycji startowej. Panel kontrolny, zgodnie z Fig. 3, składa się z dziewięciu przełączników typu ON/OFF oraz z dedykowanej płytki drukowanej (Fig. 4), zamkniętych w plastikowym pudełku.

Poszczególne przełączniki (przedstawione poniżej) pozwalają na sterowanie modułem i realizację jednego z siedmiu różnych programów ruchu, pozycjonowania oraz na włączanie i wyłączanie modułu:

• H - Pozycjonowanie wstępne;

• ON/OFF - Włączanie/wyłączanie;

• S - Ustawienie wózka na pozycji początkowej;

• R - Reset;

• V1-5 - Prędkość 1-5.

Płytka drukowana panelu kontrolnego, której projekt przedstawiono na Fig. 4, została zaprojektowana w taki sposób, że sygnał logiczny z przełączników jest dostarczany do sterownika i na odwrót.

Mechanizm nożycowy (22) zapewnia swobodną zmianę kąta między podstawą ruchomą (8) a podstawą nieruchomą (14) w zakresie 90° do 60° i składa się z dwóch ramion, ramienia krótkiego (15) i ramienia długiego (20), każde z nich zaopatrzone w bolce (25) oraz wsporniki (24), przedstawionych na Fig. 5 i 6, pręta gwintowanego (17), oraz dwóch uchwytów, uchwytu gwintowanego (18), pozwalającego na połączenie pręta gwintowanego (17) z ramieniem krótkim (15) i ramieniem długim (20) oraz uchwytu gładkiego (19), połączonego za pomocą łożyska stojakowego (21) z podstawą nieruchomą (14). W uchwycie gładkim (19) mocuje się dolny koniec pręta gwintowanego (17) poprzez jego wkręcenie. Ramię krótkie (15) połączone jest za pomocą łożysk stojakowych (21) z wewnętrzną stroną podstawy ruchomej (8), zaś ramię długie (20) połączone jest ruchomo za pomocą łożysk stojakowych (21) z podstawą nieruchomą (14). Ramię krótkie (15) i ramię długie (20) połączone są ze sobą za pomocą przymocowanych do nich łożysk stojakowych (21), które umożliwiają swobodny obrót obu ramion. Pręt gwintowany (17) połączony jest za pomocą łożysk stojakowych (21) z ramieniem krótkim (15) i ramieniem długim (20) i jego położenie względem podstawy nieruchomej (14) decyduje o ułożeniu obu ramion. Dla ułatwienia obsługi mechanizmu nożycowego (22), na górnym końcu pręta gwintowanego (17) zamocowana została korba (16) z rękojeścią obrotową firmy Elesa - Ganter. W urządzeniu zastosowano łożyska stojakowe (21) firmy Igus i generyczne zawiasy (23).

P r z y k ł a d 2 - Przeprowadzenie procesu delaminacji z zastosowaniem urządzenia według wynalazku.

Do przeprowadzenia procesu delaminacji grafenu użyto urządzenia opisanego w przykładzie 1 z użyciem układu elektrochemicznego składającego się z próbki i naczynia zawierającego elektrolit i elektrodę. Naczynie usytuowano względem urządzenia według wynalazku zgodnie z przykładem 1. Próbkę stanowiła folia miedziana pokryta grafenem. Zastosowano elektrodę grafitową, zaś elektrolitem był wodny roztwór KCI o stężeniu 0,5 mol/dm³.

Początkowo próbka umieszczona była w uchwycie krokodylkowym i pozycjonowana tak, by jej dolna krawędź znajdowała się tuż nad powierzchnią elektrolitu. Prędkość przesuwu ram ienia ruchomego (3) wyniosła 25 mm/s przy pozycjonowaniu oraz 1 mm/s przy właściwym ruchu podczas procesu delaminacji. Po rozpoczęciu procesu delaminacji średnia prędkość przesuwu ramienia ruchomego (3) (będąca średnią prędkością przesuwu folii miedzianej wprowadzanej do zlewki) wyniosła 1 mm/s. Podczas zanurzania próbki warstwa grafenu była stopniowo odrywana od folii. Po całkowitym odłączeniu się warstwy grafenu od foli miedzianej, wycofano ramię ruchome (3) wraz z przytwierdzonym do niego ramieniem izolowanym (2) - na pozycję startową.

Mechanizm nożycowy (22) zapewnił swobodną zmianę kąta między podstawą ruchomą (8) a podstawą nieruchomą (14), od 90° do 60°. Wynikiem procesu delaminacji była warstwa grafenu swobodnie pływająca na powierzchni elektrolitu.

Claims (21)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do elektrochemicznej delaminacji grafenu obejmujące podstawę nieruchomą (14) i podstawę ruchomą (8), której dolna krawędź jest ruchomo połączona z bokiem podstawy nieruchomej (14), znamienne tym, że wyposażone jest w układ ruchomy, który przymocowany jest do zewnętrznej strony podstawy ruchomej (8) i który obejmuje moduł liniowy (1) wyposażony w sterownik oraz pasek zębaty napędzany silnikiem krokowym (5), który to moduł liniowy (1) posiada napędzany elektrycznie wózek o możliwości przesuwu w jednej osi wzdłuż wysokości podstawy ruchomej (8) oraz prowadnicę liniową (10) z wózkiem, zaś do modułu liniowego (1) i do prowadnicy liniowej (10) przyłączone jest ramię ruchome (3), które przenosi napęd z modułu liniowego (1) na wózek prowadnicy liniowej (11), zaś ramię ruchome (3) posiada przytwierdzone do siebie ramię izolowane (2), na którego końcu umieszczony jest podłączony do źródła zasilania uchwyt krokodylkowy (4), wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie z metalu i przeznaczony do przytrzymywania materiału poddawanego delaminacji, a ponadto urządzenie posiada mechanizm nożycowy (22) zapewniający swobodną zmianę kąta między podstawą ruchomą (8) a podstawą nieruchomą (14), obejmujący ramię krótkie (15) i ramię długie (20), połączone ze sobą łożyskowo oraz połączony z nimi łożyskowo pręt gwintowany (17), którego dolny koniec połączony jest łożyskowo z podstawą nieruchomą (14), zaś ramię krótkie (15) połączone jest łożyskowo z wewnętrzną stroną podstawy ruchomej (8) jak również ramię długie (20) połączone jest łożyskowo z podstawą nieruchomą (14), w ten sposób że ułożenie ramienia krótkiego (15) i ramienia długiego (20) zależy od położenia pręta gwintowanego (17) względem podstawy nieruchomej (14).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa nieruchoma (14) połączona jest z podstawą ruchomą (8) poprzez zawiasy.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na górnym końcu pręta gwintowanego (17) zamocowana jest korba (16) z rękojeścią obrotową.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 , znamienne tym, że zmiana kąta między podstawą ruchomą (8) a podstawą nieruchomą (14) odbywa się w zakresie od 90° do 60°.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ramię ruchome (3) łączy się z prowadnicą liniową (10) za pomocą dopasowanego połączenia wycięcia tego ramienia z bolcem wózka prowadnicy (13) wychodzącym z wózka prowadnicy liniowej (11).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1 , znamienne tym, że silnik krokowy (5) napędzający moduł liniowy (1) jest typu bipolarnego.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że do sterownika sterującego modułem liniowym (1) podłączony jest panel kontrolny do sterowania modułem liniowym (1).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że panel kontrolny wyposażony jest w przełączniki, korzystnie typu ON/OFF.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że panel kontrolny wyposażony jest w płytkę drukowaną umożliwiającą przesył sygnałów logicznych pomiędzy panelem kontrolnym a sterownikiem służącym do sterowania modułem liniowym (1).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ramię izolowane (2) jest z tworzywa sztucznego, korzystnie z polimetakrylanu metylu.
11. 11. Urządzenie dowolnego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że uchwyt (4) ramienia izolowanego jest typu krokodylkowego.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że moduł liniowy (1) jest przymocowany do podstawy ruchomej (8) za pomocą kamieni mocujących (9).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że moduł liniowy (1) pozwala na przesuw ramienia ruchomego (3) z modulowanymi prędkościami, korzystnie pięcioma modulowanymi prędkościami.
14. 14. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że moduł liniowy (1) posiada funkcję pozycjonowania i powrotu do pozycji startowej.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa ruchoma (8) jest w kształcie litery H.
16. 16. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa ruchoma (8) wykonana jest z aluminium.

    PL 231 088 Β1
17. 17. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa nieruchoma (14) jest w kształcie prostokąta, korzystnie kwadratu.
18. 18. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podstawa nieruchoma (14) wykonana jest z aluminium.
19. 19. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyposażone jest w łożyska stojakowe (21).
20. 20. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mocowanie ramienia krótkiego (15) znajduje się w połowie wysokości podstawy ruchomej (8).
21. 21. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mocowanie ramienia długiego (20) znajduje się w połowie szerokości podstawy nieruchomej (14).