[发明专利]一种薄膜渗透仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程技术领域，涉及到一种薄膜渗透仪及其测量方法。

背景技术

真空薄膜技术已广泛应用于现代化的工业生产和日常生活中，如显示、半导体、太阳能、航空航天等领域。而随着薄膜应用的日益广泛,薄膜对气体渗透率测量的要求愈显重要,例如在航空航天，薄膜对气体的渗透性能影响着飞行器的安全与使用；未来的照明和显示技术将采用OLED作为功能材料，其薄膜对气体的渗透性是影响该类器件使用寿命的最关键因素；在医学、生物、化学等方面的应用,很大程度上也都是基于它们对各种气体渗透特性的运用。

目前国内外测量薄膜对气体渗透率的主要方法是气体累积法和质谱法。1、气体累积法测量结果较为准确，但是由于测量时间较长，因此测量过程中漏放气和环境温度的波动是影响测量结果的重要因素。因此普通的气体累积法需要测量测量室的漏放气率和环境温度。其测量过程复杂，额外设备较多。2、质谱法测量薄膜对气体渗透率的测量时间较短，但是测量结果有一定的不确定度，且此方法需要的四极质谱仪价格昂贵。因此，急需设计一种能精确测量薄膜对气体的渗透率且测量过程简单、设备成本低的测量仪器及方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中尚无消除薄膜对气体渗透率测量过程中出现的漏放气和环境温度波动的影响，导致测量过程复杂，测量结果精度低等问题，而提供一种薄膜渗透仪及其测量方法来解决上述问题。

一种薄膜渗透仪包括机械泵、分子泵、第一阀门、气源、第二阀门、高压腔、真空计、气体渗透单元、测量室、差压变送器、第三阀门、加热带、基准室、第四阀门；

所述的机械泵与分子泵为真空抽气机组；分子泵通过第一阀门与高压腔连通；分子泵通过第四阀门与基准室连通；气源通过第二阀门与高压腔连通；测量室通过第三阀门与基准室连通；气体渗透单元将高压腔与测量室分隔；真空计与高压腔相连接；差压变送器与测量室和基准室相连接；加热带设置在测量室和基准室的外部；

所述的测量室与基准室的体积和材质一样，从而保证测量室与基准室的放气率一样，可消除漏放气和环境温度波动影响；

使用一种薄膜渗透仪测量薄膜对气体的渗透率，具体是按以下步骤完成的：

一、关闭第二阀门和第一阀门，开启第三阀门和第四阀门；使用机械泵和分子泵对测量室和基准室抽真空；开启加热带对测量室和基准室进行烘烤除气；关闭第四阀门和加热带，开启第一阀门；使用机械泵和分子泵对高压腔抽真空；关闭第一阀门、机械泵和分子泵，开启第二阀门，气源提供的气体进入到高压腔；观察真空计的示数，当示数为101325Pa时，关闭第二阀门；关闭第三阀门，高压腔中的气体经过气体渗透单元中的薄膜渗透到测量室；差压变送器记录测量室与基准室之间的压差随时间t的变化规律p(t)；

二、薄膜的整体漏率Q可以用下式表示：

Q=Vdpdt---(1)]]>

其中V是测量室(9)的体积，是测量室(9)与基准室(13)之间的压差变化率；

三、扩散通量J可以用下式表示：

J=QART---(2)]]>

其中Q是薄膜的整体漏率，A是有效渗透面积，T是环境温度，R为实验气体的气体常数；

四、根据菲克第一定律，薄膜对气体的渗透率K可以用下式推论得出：