Báo cáo dự án chế tạo và khảo sát spin coating

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu đề tài Được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ 20, phương pháp spin coating phủ quay đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng trong việc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA VẬT LÝ KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ NANO

BÁO CÁO

DỰ ÁN: “CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT SPIN-COATING”

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Minh Hồng

HÀ NỘI 2022

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu đề tài 1

1.2 Mục đích chọn đề tài 1

PHẦN II: GIỚI THIỆU VI XỬ LÍ VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠCH 2

2.1 Arduino UNO R3 2

2.2 Module L298N 3

2.3 Hộp điện thoại cũ Error! Bookmark not defined 2.4 Quạt tản nhiệt máy tính cũ Error! Bookmark not defined 2.5.Breadboard 5

2.6 Jumper wires (generic) 5

2.7 Nguồn biến áp 12V 6

PHẦN III: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 6

3.1 Giải thuật: 6

3.2 Giải thuật module điều khiển tốc độ động cơ và chiều động cơ Error! Bookmark not defined 3.3 Code chương trình 7

3.4 sơ đồ mạch điện 9

PHẦN IV: Kết luận và hướng phát triển 10

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu đề tài

Được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ 20, phương pháp spin coating (phủ quay) đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng trong việc chế tạo các vật liệu, thiết bị hoặc linh kiện ở kích thước nhỏ (Micro-fabrication) từ ngưỡng micromet

và có thể thu nhỏ đến kích thước nanomet Spin Coating bao gồm các ưu điểm như: vật liệu có độ đồng đều và tinh khiết cao, có thể điều khiển tính chất lớp màng dễ dàng bằng tốc độ quay, thời gian quay, gia tốc và khắc phục nhược điểm của các phương pháp khác: thiết bị sử dụng đơn giản, thao tác dễ dàng, nhanh chóng Tuy nhiên, spin coating vẫn có nhược điểm: độ chọn lọc vật liệu phủ trên một khu vực nhất định khó thực hiện

và phức tạp, không thể phủ màng trên những bề mặt nền tinh vi, phức tạp, gồ gề, chỉ có thể sử dụng trong môi trường phòng thí nghiệm nhỏ lẻ phục vụ nghiên cứu, phương pháp không có tính tự động hoá cao

Spin coating là phương pháp sử dụng lực ly tâm của đĩa đặt vật thể khi quay ở tốc độ cao (300~10.000 rpm) để phủ đều dung dịch có độ nhớt xác định trên bề mặt vật thể cần phủ, được gọi là chất nền, như kính polymer, kính thủy tinh dẫn điện trong suốt

- ITO/FTO (indium tin oxide/fluorine doped tin oxide), tấm silicon, với độ dày mong muốn, kết hợp với quá trình bay hơi dung môi để hình thành film vật liệu bản mỏng Nguyên nhân là do trong quá trình phủ quay, sự tương tác giữa lực bám giữa bề mặt chung của dung dịch/chất nền và lực ly tâm tác động lên dung dịch, làm dung dịch có

xu hướng tỏa tròn tạo thành một lớp phủ có độ dày nhỏ và đồng đều

1.2 Mục đích chọn đề tài

Tuy quy trình thực hiện phương pháp đơn giản, đã có nhiều bài báo lý thuyết và thực nghiệm được thực hiện nhằm giải thích sự phục thuộc các tính chất điện, quang, hình thái học của vật liệu vào các thông số quy trình spin coating Vì vậy, việc kiểm soát chính xác tốc độ quay, gia tốc quay và thời gian ảnh hưởng quan trọng đến tính chất vật liệu cần đạt được

Vì thế nhóm chúng em đã nghiên cứu và tự chế tạo và khảo sát về hoạt động của máy spin – coating

PHẦN II: GIỚI THIỆU VI XỬ LÍ VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠCH

2.1 Arduino UNO R3

Arduino UNO R3 là một Board mạch vi điều khiển phổ biến được rất nhiều người sử dụng để học hoặc làm các ứng dụng dúng đơn giản

Hình 1: Mạch arduino UNO R3

➢ Ưu điểm Arduino UNO R3:

• Thư viện hỗ trợ đầy đủ

• Cộng đồng người sư dụng đông

• Rất nhiều ví dụ đề tài mẫu để tham khảo

➢ Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3:

2.2 Module L298N

Mô-đun trình điều khiển động cơ L298N này là một Mô-đun trình điều khiển động cơ công suất cao để lái động cơ DC và Stepper

Hình 4: Module L298N

➢ Thông số kỹ thuật Module L298N:

Chân đầu vào động cơ A Dùng để điều

khiển hướng quay của đông cơ A

IN1 và IN2 Chân đầu vào động cơ B Dùng để điều

khiển hướng quay của động cơ B

IN3 và IN4

Bật tín hiệu PWM cho động cơ A ENA

Bật tín hiệu PWm cho động cơ B ENB

Điện áp cung cấp động cơ (Tối đa) 46V

2.3 Hộp điện thoại làm đế sản phẩm

2.4 Quạt máy tính

Hình 9: Quạt máy tính 12V

2.5.Breadboard

Hình 10: breadboard

2.6 Jumper wires (generic)

Hình 11: Jumper wires (generic)

2.7 Nguồn biến áp

Hình 12: Nguồn biến áp 12V – 1A

PHẦN III: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Giải thuật:

Module động cơ này được gắn liền với arduino và quạt (trục quay chính) làm thành một máy quay spin hoàn chỉnh Ta gắn code vào Arduino để chạy quạt với những tốc

độ nhất định và nút bấm nhất định Khi ta bấm số tương ứng với các tốc độ quay thì ta

sẽ được kết quả tương đương với tốc độ đặt ra Mỗi tốc độ sẽ cho ta kết quả thí

nghiệm khác nhau

3.2.1 Cơ bản về IC L298:

IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện

áp làm tăng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa…

Mình tóm tắt qua chức năng các chân của L298

– 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

– 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3,13,14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động

cơ

– Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic

“0” thì mạch cầu H không hoạt động

Với bài toán của mình ở trên, các bạn chỉ cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L298:

– Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

– Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận

INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì

Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4

3.3 Code chương trình

const int pinLED = 13;

const int pinLDR = A1;

const int pinDO = 2;

const int pinAO = A0;

int val_analog;

int val_digital;

int enA = 9;

int in1 = 8;

int in2 = 7;

int enB = 3;

int in3 = 5;

int in4 = 4;

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(pinLED, OUTPUT);

pinMode(pinLDR, INPUT);

pinMode(pinDO, INPUT);

pinMode(in3, OUTPUT);

pinMode(in4, OUTPUT);

digitalWrite(in1, LOW);

digitalWrite(in2, LOW);

digitalWrite(in3, LOW);

digitalWrite(in4, LOW);

}

void inside() {

digitalWrite (pinLED, HIGH);

analogWrite(enA,125);

digitalWrite(in1,LOW);

digitalWrite(in2,HIGH);

analogWrite(enB,125);

digitalWrite(in3,LOW);

digitalWrite(in4,HIGH);

Serial.println("go in");

}

void outside() {

digitalWrite (pinLED, LOW);

analogWrite(enA,125);

digitalWrite(in1,HIGH);

digitalWrite(in2,LOW);

analogWrite(enB,125);

digitalWrite(in3,HIGH);

digitalWrite(in4,LOW);

Serial.println("go out");

}

void off() {

analogWrite(enA,0);

digitalWrite(in1,LOW);

digitalWrite(in2,LOW);

analogWrite(enB,0);

digitalWrite(in3,LOW);

digitalWrite(in4,LOW);

Serial.println("off");

delay(2000);

}

void loop() {

int ldrStatus = analogRead(pinLDR);

Serial.print("ldr : ");

Serial.println(ldrStatus);

val_digital=digitalRead(pinDO);

val_analog=analogRead(pinAO);

Serial.println(val_analog);

delay(1000);

if (digitalRead(pinLED)==HIGH) {

if (ldrStatus <= 100){

if (val_digital == HIGH) {

outside(); delay(400);

off(); delay(1000);

}

}

}

else if (ldrStatus <= 100) {

if (val_digital == LOW){

inside(); delay(400);

off(); delay(1000);

}

}

else if (ldrStatus > 100) {

inside(); delay(400);

off(); delay(1000);

}

}

3.4 sơ đồ mạch điện

PHẦN IV: Kết luận và hướng phát triển

4.1 Kết quả

Đồ thị biểu diễn độ dày màng theo vận tốc quay Qua khảo sát độ dày màng theo vận tốc quay, đã tìm được sự tương ứng giữa độ dày màng với tốc độ quay, từ đó có thể điều khiển được độ dày mong muốn thông qua điều khiển vận tốc quay

Qua kết quả nghiên cứu, thiết bị spin coater được thiết kế và chế tạo thành công từ các vật liệu và phương pháp đơn giản, dùng phục vụ trong lĩnh vực tổng hợp vật liệu màng film mỏng với khả năng điều chỉnh được 2 pha tốc độ với độ sai số tốc độ thực tế 3%

và khoảng tốc độ điều chỉnh là 300-600 rpm Màng film bản mỏng thử nghiệm bằng dầu rửa bát được nghiên cứu tổng hợp với sự hỗ trợ của thiết bị spin coating tự chế trên

Độ ổn định và độ phủ khá tốt

4.2 Hướng phát triển

- Cải tiến mô hình dễ sử dụng rất, vẫn đảm bảo các tính năng yêu cầu

- Xây dựng giải thuật hoàn chỉnh hơn, chính xác hơn

- Có thể cải tiến động cơ để có thể tích hợp làm máy quay từ trường

➢ Hình ảnh thực tế

Hình 14: Sản phẩm

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 dientuvietnam.net

2 STM32F1 reference manual

3 https://deviot.vn/tutorials/stm32f1.23165131/gioi-thieu-ve

stm32f103c8t6.10428544 st.com

4 Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động – Nguyễn Thị Phương Hà(chủ biên), Huỳnh Thái Hoàng

5 K Norrman, Afshin Ghanbari-Siahkali, N B Larsen, Annu Rep Prog Chem.,

8 D Huh, H J Kim, J P Fraser, D E Shea, M Khan, A Bahinski, G A Hamilton

& D E Ingber, Nature Protocols, 8, 2135–2157, 2013

9 Annu Rep Prog Chem., Sect C, 101, 174-201, 2005