Spin Coater V1 (peaaegu analoog): 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Kõik seadmed ei ole mõeldud kestma, olen tudeng/teadlane, kes uurib päikesetehnoloogia jaoks mõeldud õhukeste kilede materjale. Ühte seadmest, millest ma sõltun, nimetatakse tsentrifuugkatjaks. See on tööriist, mida kasutatakse õhukeste kilede valmistamiseks vedelast lahusest või lähteainest. Neid õhukesi kilesid saab kihistada sellisteks seadmeteks nagu päikesepaneelid või LED -id.

Minu ülikoolis on meil olnud palju probleeme taskukohasemate kaubanduslike toodetega, mis on saadaval mõne tuhande dollari eest. Need kaubanduslikud tsentrifuugikatted kasutavad proovide hoidmiseks vaakumpadrunit ja nende probleemide hulka kuulusid kinnijäänud mootorid, ummistunud vaakumpadrunid, suitsetamiskondensaatorid, mis mõjutasid muu hulgas tagasisidet, millele kiiruse reguleerimine tugines. Ma ei ole teadlik probleemidest, mis igal uurimisrühmal nendega on olnud, kuid tean, et üldiselt on vähemalt üks kord remonditud või ootab parandamist.

Kujundus, mida ma jagan, on lihtne, esialgu kasutati proovide hoidmiseks vaakumpadruni asemel kahepoolset teipi, hiljem uuendati seda lihtsamini kasutatavaks kujunduseks (vt 6. samm). See on olnud kasutusel üle aasta kerge kasutamise korral. Peale relee kulumise pole probleeme esinenud (see polnud paigaldamisel uus relee).

Projekt koosneb peamiselt leitud osadest, näiteks mootorist, mille voolutugevus on 1 "leer" (500 mA), betoonist, ehituspuidust ja mõnest päästetud elektroonikakomponendist.

Tarvikud

Ma eeldan, et igaüks, kes seda projekti proovib, teeb muudatusi, nii et see on mittetäielik nimekiri projekti jaoks vajalikest.

Tuum:

Alalisvoolumootor, mille pöörlemiskiirus on vähemalt 4000 p / min

Valitud mootori jaoks valmistatud padrun (arutatakse hiljem)

Koda:

Ümmargune plastvann (mina kasutasin jogurtivannit)

Paks plastik või alternatiiv vanni põhja vooderdamiseks

Majapidamispaber

Lint

Mount:

38x228 mm männi lõikamine (kasutatakse tavaliselt katusekatete sarikate jaoks)

30 mm pikk hinge

Kummi või kõva vaht (mootori kinnitus)

M6 polt kruvikeerajaga sobiva peaga

M6 mutter

6 mm seib

Alus ja vedrustus:

Raske alus (kasutasin suuruseks lõigatud betoonplokki)

M6 keermestatud riba

9x M6 mutrid keermestatud varda jaoks

3x pikad vedrud läbimõõduga 8 mm

12x 6 mm seibid

Juhtelementide põhitõed:

Projekti kast (kasutasin jäätisevanni, see on hea vabandus jäätist süüa)

12V toide (kasutasin 2, nii et mootor võiks olla eraldi allikas)

1x alaldi dioodid mootorile

2 -astmeline taimer:

2x n-kanaliga MOSFET (näiteks IRF540)

2x 47 uF kork alumiiniumist 35V

2x B500k potti kahekordne slaid

200K takisti

10K takisti

2x alaldi dioodid releedele

Vajutage hetkelist kontaktnuppu

Relee SPST (taimer start/stop)

Relee DPDT (taimeri kiirus 1/kiirus 2 üleminek)

PWM -ahel:

1x NE555 taimer

1x 1k takisti

2x 10 nC kondensaatorit

1x n-kanaliga MOSFET (näiteks IRF540)

1x jahutusradiaator MOSFETi jaoks

1x isoleeriv ränipesur radiaatori jaoks

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

2x 10 000 potti (töötsükkel)

1x alaldi dioodid releedele

Mootori kiiruse testimine:

Ideaalne:

optiline tahhomeeter.

Alternatiiv:

Lint

Õhuke traat nagu kõva ese (nt traat, hambaork, kirjaklamber)

Arvuti, kuhu on installitud "Audacity"

Samm: kas teil on sobiv mootor?

Enamik tsentrifuugkatteid peab töötama kiirusevahemikus 500 kuni 6000 p / min. Minu töö vajab kõige suuremat impordikiirust 2000 ja 4000 p / min, nii et saaksin hakkama saada alalisvoolumootoriga, mis töötas vahemikus 1100 kuni 4500 p / min, mu mootor võib töötada aeglasemalt, kuigi aeglasemad kiirused on vähem usaldusväärsed takistus mootoris.

Leidke sobiv mootor ja toiteallikas, kui teil on 12 V mootor. Vastake oma mootorile nõutavale pingele ja toiteallika vool peaks ideaaljuhul olema 20% suurem kui mootor nõuab. Kui teil on 24 V mootor, vajate elektroonika jaoks 12 V varustamiseks astmelist muundurit või eraldi toiteallikat.

Järgmisena tahame testida mootori minimaalseid ja maksimaalseid kiirusi. Kui teil on toiteallikas, millel on valitav/reguleeritav pinge, kasutage seda, kui mitte, siis ehitage juhtimisahelas näidatud PWM -ahel (või kogu juhtimisahel) edasi.

2. samm: kiiruskatse

Optiline tahhomeeter on suurepärane vahend mootori pöörlemiskiiruse testimiseks, kui saate oma käe külge panna, siin esitan alternatiivse meetodi.

A osa

1. Valmistage arvuti ette heli salvestamiseks "Audacity" abil, mis on tasuta heliredaktor.

2. Keerake lint oma mootori võlli ümber (elektri- või maalriteip töötab hästi).

3. Seadke mootor madalaimale kiirusele, mida see suudab hallata.

4. Alustage heli salvestamist.

5. Vastavalt selle osa videole tooge metallist tihvt, nael või kirjaklamber mõneks sekundiks kergelt lindiga kokku.

6. Lõpetage salvestamine.

7. Korrake maksimaalse kiiruse jaoks.

8. Vaadake heli ja tehke RPM.

Kui puutume lindiga metallnõelaga kokku, tahame, et see vaevu puudutaks. Mida lähemale viite tihvti mootori võllile, seda rohkem peab lint selle läbimiseks painutama ja seda enam aeglustame või võtame mootorilt hoogu. Kui lindi ja metallist tihvti kontakt on liiga hele, ei pruugi salvestus saada piisavalt helitugevust, mis ütleks meile, millal kontakt luuakse. RPM arvutamine Audacity heli abil (vt pilti ülaosas)

B osa

1. Suurendage heli, kuni näete tihvtiga kokku puutuvaid piike.

2. Vasak klõps piigil ja hoidke seda all, liigutades hiirt nii, et valitud ala katab vähemalt 5 piiki.

3. Loendage piikide arv.

4. Kasutage akna allosas asuvat ajakuvat "Jaotise algus ja lõpp", et saada aega, mis kulus nende tippude/pöörete tekkimiseks.

5. (tippude arv)/(aeg sekundites) = pööret sekundis

6. RPM = (pööret sekundis)*60

Enne selle mootori korpuse ehitamist on oluline veenduda, et teie mootor töötab vajalikul kiirusel. Kordame kiiruskatse lõpus kalibreerimiseks hiljem, lõpetades A osa 7. sammu ja asendades 3. sammu mis tahes testitava kiirusega.

3. samm: proovipadrun

Selle konstruktsiooni kõige olulisem osa on proovipadrun. Alumiiniumist padruni jaoks keeras mu sõber (Gerry) selle treipingile, seejärel koputati niiti, et see sobiks minu spetsiifilisse mootorisse (minu puhul keiserlik niit). Mootori puhul, mille võll on kruvikeermega, on padruni paigaldamine lihtsalt selle sisse keeramine (link). Ma leian, et see on lihtsam, kuigi on tõenäolisem, et padrun on kinnitatud. Kui kasutate sileda võlliga mootorit, pole teil keerme "mängimisega" probleeme. Siinkohal on väljakutse see, et võll tuleb kas liimida või veelgi parem omada võllile keeramiseks kruvikeeraja.

Kui teil on juurdepääs metallitööriistale ja keegi oskab seda kasutada, on parem padrunit keerata. Kui teie mootoril on niit, koputage padruni keskele niit alla. Sileda võlliga mootori puhul peate võlli küljele surumiseks ja paigal hoidmiseks kasutama kruvikruvi sarnast.

Ülaltoodud piltidel näidatud alternatiiv on augusae võtmine ja puuripressi abil ketta lõikamine. Seejärel kasutage lõime keskele puudutamiseks puudutust. Kui teil on pehme materjal, võite selle puurida noaga eemaldada, kõvema materjali jaoks sobib fail. Seejärel saab augu ülaosa täita epoksüvaikudega või metalllehest väljalõikega pinnale epoksida.

OHUTUS: Liim/epoksü pole padrunis soovitatav, sest kui liim ebaõnnestub… kuhu padrun läheb. Padrun pöörleb kasutamise ajal suure kiirusega, muutes padruni õhukesest metallplaadist potentsiaalselt lõikekettaks. Soovitan kasutada vähemalt 5 mm paksust materjali.

Samm: ehitage mootorikinnitus - alus ja vedrud

Mootorikinnitus peaks teenima kahte eesmärki, hoidma mootorit paigal ja summutama vibratsiooni. Teie valmistatud kinnitus on teie mootori jaoks spetsiifiline. Kirjeldan, mida olen teinud, et anda teile idee, kuidas seda ise teha. Mõnel mootoril on ventilatsioon küljel, seega olge teadlik, kus see asub, ja hoidke see jahutamiseks puhtana.

Alus ja vedrud Leidke projekti jaoks piisavalt suur alus. Leidsin sobiva paksusega betoonilõike ja lõikasin selle teemantnurklihvija teraga parajaks. Sama hästi peaksid töötama betoonist sillutuskivid või paks metallplaat. Kui saate, proovige leida midagi, mida pole vaja lõigata.

Betooni kivid raskendavad puurimist ja mõnikord tähendavad augud küljele triivimist. Nii et ma puurisin keermestatud varda alusesse augud enne mootori korpuse aukude märgistamist (kui teil on mugavam materjal, pole tellimus oluline).

1. Puurige keermestatud varda augud müüritise puurvardaga, mille läbimõõt on keermestatud.

2. Kasutage palju suuremat müüritrelli, et astuda vastu aluse alla jäävat keermestatud varda, seibi ja mutri otsa.

3. Märkige augud puidust mootori korpuse plokile keermestatud riba jaoks või paberilehele, mida hiljem mallina kasutada.

4. Lõika keermestatud riba pikkuseks, viiluta lõigatud serv ja kontrolli, kas niit on ikka hea. Mutri asetamine vardale enne lõikamist. Kui see on eemaldatud, saab see niidi parandada/joondada, kui see pole pärast liiga kahjustatud.

5. Asetage vardad läbi betooni, millele järgneb seib ja mutter mõlemal küljel.

6a. Kui teil õnnestus leida piisavalt pikad ja jäigad vedrud, mis toetaksid mootorit ja korpust, võite need asetada, millele järgneb paks seib. Vaja on paksu seibi, kuna õhuke seib võib keermest kinni jääda. Seibide valmistamiseks võite puurida augu läbi sobiva metallitüki ja viimistleda augu viiliga.

6b. Kui te ei soovi vedrude asemel kasutada mutrit ja seibi, on puuduseks see, et see ei vähenda mootori vibratsiooni.

Samm: ehitage mootorikinnitus - mootorikorpus

Mootori korpus valmistati klambri moodi, männitükid ühendati hingedega, mille keskel oli õõnsus ning mutter ja polt, mis kinnitasid selle kindlalt. Minu eluaseme jaoks kasutatud puit oli 38x228 mm ristlõikega sarikast välja lõigatud.

1. Mõelge välja oma mootori jaoks vajaliku puidu suurus ja märkige see välja nagu ülaltoodud foto punktis a.

2. Märkige välja auk, mis ei ole väiksem kui teie mootori läbimõõt, vajame natuke ruumi kummiriba jaoks, mis jääb mootori ja korpuse vahele. Kokkupanek on ava suuruse suhtes andekas klambritaolise kinnituse (hing ja polt) tõttu.

3. Puurige prooviauk, seejärel puurige auk augusae abil välja. Kasutatud augusaag lõikab ainult umbes 22 mm sügavust, nii et puurisin mõlemalt poolt pooleldi.

4. Märkige ja puurige keermestatud varda augud, mis toetavad mootori korpust. Need peaksid olema vähemalt 1 mm paksemad kui keermestatud latid, et võimaldada vaba liikumist.

5. Keerake liigend ülaltoodud foto punkti b kohaselt sisse ja eemaldage see. Seda tehakse aukude tegemiseks.

6. Lõika kuju nagu ülaltoodud fotol (b), kasutasin tagumist saega.

7. Kuju võimaldab meil olla polt hinge vastas. Puurige poldi jaoks auk, nagu on näidatud ülaltoodud foto punktis c. Auk peaks olema poldist umbes 2 mm suurem, et võimaldada sõlme hõlpsat avamist ja sulgemist.

8. Lõika tükk pikkusega nagu ülaltoodud fotol (d), seejärel keera liigend tagasi.

9. Keerake mootor kummiribaga ja asetage korpusesse, sisetükk ja pingutage mutter, polt ja seib, et korpus oleks suletud, muutke see tugevaks, kuid mitte liiga pinguliseks. Kui teie mootoril on ventilatsioon küljel, veenduge, et te ei blokeeriks selle õhuvoolu.

10. Asetage mootori korpus alusele. Veenduge, et vedrud on paigas ja pesur peal. Mootori hoidmiseks asetage seib ja mutter kolmele keermestatud vardale. Vibratsiooni paremaks vähendamiseks võib mootori korpuse ja seibi vahele asetada täiendava kummipadja.

11. Pingutage 3 mutrit, kasutades suunamiseks vesiloodi.

6. samm: ehitage mootorikinnitus - kamber

Kambri valmistamiseks kasutasin läbipaistvat jogurtitünni ja paksu plastlehte.

1. Lõigake noaga anuma põhjast kuju, millest saate padruni läbi saada (padruni jaoks, mida ei eemaldata puhastamiseks). Lõikasin diagonaali üle anuma aluse, võimaldades mahutil rohkem ruumi manööverdamiseks padruni kohale, ilma et ava keskel suureneks.

2. Kinnitage anum oma kohale pisut teibiga. Ma eelistan seda püsivale kinnitusele, et seda oleks lihtsam puhastada.

3. Asetage paberrätik anuma põhja, et tsentrifuugimise ajal vedelikku imada, seejärel katke kamber alumiiniumfooliumiga. Vajadusel kasutage natuke teipi, et see ei puudutaks võlli ega padrunit. Seda "riietust" tuleks perioodiliselt muuta. Foolium võtab kinni suurema osa vedelikust ja paberrätik imab suurema osa fooliumist mööduvast.

Boonus: pärast kahepoolse teibi meetodi kasutamist proovide kinnitamiseks võtsin Ossilalt vihje (neil on kvaliteetsed laboriseadmed) ja tükeldasin vana krediitkaardi, et teha oma proovidele vaakumivaba/lindita kinnitus.

7. samm: juhtimisahela ehitamine

Vaadates ülaltoodud pilte, näete ilusaid skeeme ja leivaplaadi rakendust. Ma kasutasin mootori ja juhtimisahela jaoks eraldi 12 V 500 mA toiteallikaid, kuna mootori nimiväärtus on 500 mA, rusikareeglina on parem, kui teie toiteallikas on 20% lisavõimsusega. Kui teil on toiteallikas, mis suudab mõlemale piisavalt voolu anda, on see suurepärane.

Selle asemel, et teha samm-sammult juhiseid, vaadake, mida iga sektsioon teeb.

Aja juhtimisahel lülitab tsentrifuugimisseadme sisse ja välja ning kontrollib, millises kahest etapist/olekust PWM -ahel on ja millal lülituda.

Seda tehakse 2 relee toitega MOSFET -transistoride kaudu. SPST relee juhib sisse ja välja ning DPDT relee juhib, milline kahest potist määrab PWM -ahela töötsükli.

PWM -ahel on lihtsalt NE555 taimer, mis töötab stabiilselt. Töötsüklit juhitakse pottidega, kus seatud takistuse ja poti väärtuse suhe on töötsükkel (vt skemaatiliselt "kiirusevaliku plokk").

Tasu:

Kasutatakse MOSFETS -i, kuna need võimaldavad lülitada toitevõrgust hoolimatut voolu läbi oma värava terminali. See võimaldab meil salvestada laengu kondensaatoritesse, et toita MOSFETS -i, mis omakorda juhib releesid. Kondensaatorite laadimiseks kasutatakse hetkelist kontaktnuppu. Dioode kasutatakse hetkelise kontakti ja kondensaatorite vahel, et vältida voolu voolu ühest kondensaatorist teise.

Tühjendus:

Kahe astme aja juhtimise põhimõte on kondensaatorite tühjendamine takistuse kaudu. Selle takistuse määravad potid, mida suurem takistus, seda aeglasem tühjendus. Ideaalis järgneb see τ = RC, kus τ on periood või aeg, R on takistus ja C on mahtuvus.

Kasutatavas ahelas on 2 x 500K topeltpotti, see tähendab, et iga poti jaoks on 2 klemmikomplekti. Me kasutame seda ära, ühendades teise poti järjestikku endaga ja järjestikku ühe esimese potti klemmikomplektiga. Nii lisame esimesele potile takistuse lisades teisele samaväärse takistuse. Esimene pott on piiratud 500K -ga, samal ajal kui teine on juhtmega ühendatud, on selle takistus kuni 1000K pluss esimese poti väärtus. Minimaalse takistuse lisamiseks lisasin igale reale vastavalt skeemile fikseeritud väärtusega takisti.

8. samm: kalibreerimine ja testimine

Pärast tsentrifuugimise lõpetamist jätkasin selle katsetamist. Ülaltoodud proovide pildil on proov (hübriid-perovskiit), mis on tehtud kallil tsentrifuugimiskattel vasakul ja käesolevas juhendis kirjeldatud tsentrifuugimiskate paremal. Need tsentrifuugimisseadmed seati samale kiirusele.

Tsentrifuugimiskatet saab kalibreerida kas pinge või kiirusepotide asukoha järgi. Algselt kalibreerisin pinget kasutades, millele järgnes kõige sagedamini kasutatavate kiiruste/asendite märkimine pottidele.

Pingega kalibreerimisel pole ma kindel, kas erinevad multimeetrid loevad PWM -signaali sama pingena, seetõttu kasutan alati sama multimeetrit, millega kalibreerisin, kui pean tsentrifuugimiskiiruse seadistama kiirusele, millega pole seotud märgistus. Pinge loeti mootorile etteantud väljundist. Multimeeter ei olnud kiiruse mõõtmise ajal ühendatud, et vältida võimalust, et multimeeter vähendab mootorile tarnitavat voolu.

1. Kiiruse testimist käsitlevas jaotises kirjeldati kiirustesti protsessi üksikasjalikult. Korrake seda protsessi kiiruse reguleerimispottide erinevates kohtades, proovige lisada kiirused, millega kavatsete tsentrifuugimist kasutada, ning minimaalsed ja maksimaalsed kiirused. Umbes 5 mõõtmist peaks olema piisav. Registreerige iga kiiruse jaoks asukoht ja/või pinge.

2. Pange kalibreerimiskiirused ja -pinged Microsoft Excelisse, seejärel joonistage graafik

3. Lisage oma andmetele trendijoon. Kasutage lihtsamat sobitust, mis selgitab andmete suundumust, ideaaljuhul lineaarset või teise järgu polünoomi.

3a. Selleks, et seda Excelis teha, valige joonistatud graafik, minge suvandite lindi vahekaardile Paigutus

3b. Klõpsake ikooni "Trendline".

3c. Valige "rohkem trendijoone valikuid"

3d. Valige oma valik ja märkige ruudud "Kuva võrrand diagrammil" ja "Kuva R-ruudu väärtus diagrammil"

Loodetavasti on teil hea sobivus, nüüd saate võrrandi abil arvutada pöörete arvu mootorile tarnitud pinge põhjal.

Kuna lugeja on tõenäoliselt teadlane …

Pipettitehnika: videos kasutasin mikropipetti viltu, see aitas mul hoida oma kätt videost eemal. Ideaalis peaks pipett olema vertikaalselt ja proovile/substraadile nii lähedal, ilma seda puudutamata, nagu saate usaldusväärselt korrata.

Kile kvaliteet: mõningaid pildil olevate õhukeste kilede funktsioone saab vältida, filtreerides eellaslahused enne kasutamist (näiteks kasutades 33 µm PTFE filtrit). Heledam kilevärv, mida näeb väljamõeldud tsentrifuugimaterjalist, võib tuleneda rambimiskiirusest ja atmosfäärist. "Uhke" tsentrifuugimiskattekiht valmistati töötama ainult suure inertgaasi vooluga, kuna sellised kiled tsentrifuugiti "väljamõeldud" tsentrifuugimisseadmel lämmastikuga ja õhk DIY tsentrifuugimasinas.

9. samm: tunnustused

See lühike jaotis annab ülevaate sellest, kus ma õpin, ja rühmadest, kes toetavad minu uurimistööd, mis keskendub hübriid-perovskite fotogalvaanikale.

• Witwatersrandi ülikool, Lõuna -Aafrika
• National Research Foundation (NRF), Lõuna -Aafrika
• GCRF-START. Ühendkuningriik
• Gerry (kes töötas alumiiniumist tsentrifuugimispadruni)