Phone: 0915 777 555
Address: 15 Nguyễn Lương Bằng, Quận 7, HCM
blog img

Lớp phủ nhúng

Trong quá trình sơn nhúng, bề mặt được ngâm trong dung dịch sơn phủ. Khi nó được rút ra, một lớp chất lỏng bị cuốn theo trên bề mặt. Độ dày của dung dịch bị cuốn theo này được xác định bởi tốc độ rút.

Kỹ thuật sơn nhúng cho thấy ngâm và rút
Hình 1. Một chất nền được ngâm và rút khỏi dung dịch phủ.

Ưu điểm

 

  • Quá trình và thiết lập đơn giản. Bạn không cần phải đào tạo chuyên sâu để bắt đầu và có thể đạt được độ dày cụ thể bằng cách kiểm soát một vài thông số.
  • Tốt để phủ trên bề mặt phẳng. Cũng có thể được điều chỉnh để phủ lên các bề mặt khác (chẳng hạn như ống). Phủ cả hai mặt của một bề mặt phẳng cùng một lúc.
  • Có thể tạo ra các lớp phủ rất đồng đều, với độ nhám bề mặt cỡ nanomet.
  • Lớp phủ gradient có thể đạt được bằng cách thay đổi tốc độ rút.
  • Thích ứng giữa các quy trình hàng loạt có độ chính xác cao và các quy trình quy mô lớn.
  • Bằng cách giảm tốc độ rút, quy trình có thể được tối ưu hóa để sử dụng với các dung dịch có nồng độ thấp.
  • Thiết lập ít tốn kém hơn so với các kỹ thuật khác (ví dụ như lớp phủ khuôn rãnh).
  • Kích thước nhỏ của thiết bị – tổng diện tích băng ghế của Ossila Dip Coater là 10 cm x 30 cm – bạn có thể sử dụng kỹ thuật này trong các phòng thí nghiệm nhỏ.
  • Thời gian làm khô đáng kể. Tốt cho thời gian cần thiết để cho phép hình thành cấu trúc màng.

 

Nhược điểm

 

  • Trong giai đoạn làm khô, màng ướt dễ bị tác động bởi các yếu tố môi trường (ví dụ như luồng không khí hỗn loạn). Những yếu tố như vậy cần được kiểm soát tích cực, vì vậy giai đoạn làm khô lý tưởng sẽ được thực hiện trong phòng sạch.
  • Khó phủ lớp nền cong hoặc dẻo.
  • Tùy thuộc vào dung dịch, màng có thể yêu cầu xử lý nhiệt sau lắng đọng. Điều này có thể có nghĩa là ít chất nền hơn có thể được gửi vào, do đó làm tăng chi phí của quá trình. Điều này cũng làm cho việc mở rộng quy mô trở nên khó khăn hơn.
  • Sự co ngót của vật liệu (khi chuyển từ thể lỏng sang thể rắn) có thể dẫn đến nứt màng. Hiệu ứng này trở nên tồi tệ hơn đối với các màng dày hơn.
  • Lớp phủ nhúng yêu cầu một hồ chứa dung dịch cho bề mặt được nhúng vào. Để đạt được lớp phủ đồng nhất, điều quan trọng là thể tích của dung dịch lớn hơn nhiều so với thể tích của bề mặt. Điều này có thể dẫn đến lãng phí dung dịch nhiều.

Ứng dụng

Lớp phủ nhúng được phát triển để sử dụng trong sản xuất quy mô lớn và thích hợp để kết hợp vào chế biến cuộn sang cuộn. Tuy nhiên, nó cũng có thể được sử dụng trong các thí nghiệm hàng loạt nhỏ. Vì lớp phủ nhúng có giá cả phải chăng, dễ chế tạo và dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các nhu cầu khác nhau, nên quy trình này thường được sử dụng trong nghiên cứu cho các lớp phủ màng mỏng đơn giản. Lớp phủ nhúng là lý tưởng để phủ đồng thời cả hai mặt của bề mặt phẳng và có thể được sử dụng để tạo lớp phủ gradient theo tốc độ rút khác nhau. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong nghiên cứu về lớp phủ protein, lớp phủ bảo vệ và lớp phủ tribiological.

Spin Coating

Trong lớp phủ quay, dung dịch được phân phối trên một chất nền phẳng đang quay, hoặc sau đó bắt đầu quay. Lực hướng tâm cắt dung dịch, làm cho dung dịch phân bố đều trên bề mặt như một màng mỏng. Độ dày của màng lắng được xác định bởi lực cắt tác dụng, tỷ lệ với tốc độ quay.

Spin Coating Solution Quá trình lắng đọng
Hình 2. Chế tạo màng mỏng sử dụng lớp phủ spin. Dung dịch được lắng đọng trên một đế quay, và sau đó được phân phối đều trên bề mặt.

Ưu điểm

 

  • Đây là một quá trình đơn giản và hiệu quả có thể được thành thạo với ít đào tạo.
  • Phủ lớp nền phẳng, nhỏ cực kỳ tốt.
  • Có thể đạt được màng mỏng đồng nhất với nhiều độ dày (từ nm đến micromet).
  • Thời gian khô nhanh (do bề mặt quay) có nghĩa là màng có thể được tạo ra rất nhanh.
  • Xử lý nhiệt sau lắng đọng không phải lúc nào cũng cần thiết, vì luồng không khí được tạo ra bởi quá trình quay có thể đủ để làm khô phim.
  • Việc sấy khô đồng phục được hỗ trợ bởi luồng không khí được tạo ra trong quá trình quay của phim.
  • Hiệu quả về chi phí nhất trong số các phương pháp này để tạo các màng riêng lẻ, vì nó không yêu cầu bất kỳ quy trình năng lượng cao nào.

 

Nhược điểm

  • Những hạn chế chính của lớp phủ kéo sợi là nó chỉ hiệu quả để phủ lớp nền nhỏ và bị giới hạn trong quá trình xử lý hàng loạt. Lớp phủ kéo sợi hoàn toàn không thích hợp cho sản xuất quy mô lớn, vì vậy điều này hạn chế các ứng dụng của nó vào nghiên cứu và phát triển.
  • Trong quá trình tráng phủ quay, rất nhiều mực bị trôi đi. Quá trình này có mức độ lãng phí dung dịch cao. Ngoài ra, điều này có thể gây khó khăn cho việc sơn phủ bằng dung dịch có nồng độ thấp.
  • Không thể tạo màng trên bề mặt cong, và khó sử dụng khi phủ các bề mặt dẻo.
  • Không thể tạo độ dày gradient trên các màng – tạo ra một màng có độ dày đồng nhất.
  • Thời gian sấy liên quan đến lớp phủ quay thường ngắn, vì vậy nó không thích hợp cho các quy trình đòi hỏi thời gian sấy kéo dài.

 

Ứng dụng

Spin lớp phủ một cách nhanh chóng và đáng tin cậy tạo ra các màng đồng nhất trên một diện tích bề mặt nhỏ. Nó hoàn hảo để sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển làm việc trên một loạt các công nghệ màng mỏng. Ngoài ra, lớp phủ kéo sợi tiết kiệm chi phí và dễ dàng thiết lập và sử dụng, làm cho nó trở nên phổ biến trên nhiều lĩnh vực nghiên cứu. Lớp phủ spin thường được sử dụng để xử lý các chất cản quang trên tấm wafer và cho các thiết bị điện tử màng mỏng (chẳng hạn như quang điện và điốt phát quang).

Slot-Die Coating

Lớp phủ khuôn rãnh là một kỹ thuật trong đó dung dịch được phủ trực tiếp lên bề mặt thông qua một “đầu” lớp phủ. Dung dịch chảy qua đầu với tốc độ xác định và chất nền được di chuyển bên dưới nó.

Đầu lắng đọng giải pháp sơn rãnh khe-Die
Hình 3. Chế tạo màng mỏng với lớp phủ khuôn rãnh. Giải pháp chảy qua “đầu” một cách có kiểm soát. Lớp này được phủ trực tiếp lên bề mặt.

Ưu điểm

  • Một ưu điểm chính của lớp phủ khe rãnh là nó có thể mở rộng. Điều này có nghĩa là quy trình sẽ hoạt động trên quy mô công nghiệp. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong chế biến cuộn sang cuộn. Những yếu tố này làm cho nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong sản xuất.
  • Có thể sản xuất các màng có độ đồng nhất tuyệt vời.
  • Phương pháp có thể thích ứng. Nó có thể hoạt động với các dung dịch có độ nhớt cao hoặc thấp và có thể được sử dụng để lắng một loạt các độ dày.
  • Đây là kỹ thuật đo lường trước nên dòng dung dịch được kiểm soát rất tốt. Có rất ít chất thải giải pháp.
  • Có thể phủ lên bề mặt linh hoạt.
  • Có thể đạt được tốc độ phủ cao.

 

Nhược điểm

  • Lớp phủ khe rãnh là một quá trình phức tạp hơn đáng kể, với nhiều thông số cần được tối ưu hóa. Để tạo ra các màng mỏng chất lượng cao, cần có sự hiểu biết sâu sắc về vật lý đằng sau mỗi biến số. Kỹ thuật này yêu cầu đào tạo ban đầu nhiều hơn các kỹ thuật khác.
  • Chi phí thiết lập ban đầu rất cao so với các kỹ thuật khác. Đó là một khoản đầu tư tốt nếu sản xuất phim số lượng lớn chi phí thấp, nhưng thường quá đắt cho nghiên cứu và phát triển ban đầu.
  • Vì hầu hết các máy ép rãnh thương mại phục vụ nhiều hơn cho nhu cầu sản xuất, nên cơ sở hạ tầng hỗ trợ lớn thường cần thiết để chứa thiết bị.
  • Do sự phức tạp của hệ thống, có nhiều nguồn lỗi hơn làm cho vấn đề chẩn đoán trở nên khó khăn.

Ứng dụng

Lớp phủ khe rãnh là một quá trình tuyệt vời để sử dụng khi mở rộng quy mô từ phát triển đến sản xuất. Điều này là do sự lãng phí dung dịch thấp, độ nhớt của lớp phủ rộng và tốc độ thông lượng cao có thể đạt được. Nó rất tốt để phủ một mặt của chất nền cứng hoặc linh hoạt, và được sử dụng trong nghiên cứu điện tử màng mỏng – đặc biệt là trong quang điện và đèn LED.

Doctor Blading

Doctor blading – còn được gọi là phủ dao hoặc phủ lưỡi – là một kỹ thuật chế tạo màng mỏng phổ biến. Nó liên quan đến việc chạy một lưỡi dao trên bề mặt hoặc di chuyển một bề mặt bên dưới lưỡi dao. Có một khoảng trống nhỏ quyết định lượng dung dịch có thể đi qua được. Tại đây, dung dịch được trải đều trên bề mặt một cách hiệu quả.

Độ dày cuối cùng là một phần nhỏ của khoảng cách giữa chất nền và lưỡi cắt. Độ dày cuối cùng của màng ướt sẽ bị ảnh hưởng bởi đặc tính đàn hồi của dung dịch và tốc độ phủ ..

chuyển động của lưỡi và chất nền trong quá trình phủ
Hình 4. Chuyển động của lưỡi cắt hoặc chất nền trong quá trình phủ lưỡi.
Doctor Blading thiết lập
Hình 5. Dung dịch được rải trên bề mặt bằng cách sử dụng một lưỡi dao có khe hở nhỏ giữa hai bề mặt.

Ưu điểm

  • Quy trình này có thể mở rộng, vì vậy quy trình này có thể được sử dụng để tạo ra các màng mỏng ở quy mô công nghiệp. Điều này cực kỳ quan trọng khi phát triển bất kỳ thiết bị hoặc sản phẩm nào cuối cùng sẽ đưa ra thị trường.
  • Có thể tạo màng mỏng đồng nhất trên diện tích bề mặt lớn. Nhiều kỹ thuật mất tính đồng nhất với việc chia tỷ lệ, nhưng phương pháp này vẫn giữ được quyền kiểm soát.
  • Quy trình nhanh chóng, tạo màng mỏng nhanh chóng và hiệu quả.
  • Dung dịch được lắng đọng từ bể chứa một cách có kiểm soát. Do đó, ít hao phí dung dịch hơn trong quá trình lắng đọng (so với lớp phủ nhúng và lớp phủ quay).
  • Đây là một kỹ thuật đơn giản nhưng linh hoạt. Các yếu tố khác nhau (ví dụ tốc độ bề mặt hoặc kích thước khe hở) có thể được tối ưu hóa để tạo ra các màng có độ dày khác nhau hoặc ở các tốc độ khác nhau. Nó cũng có thể tạo màng từ các dung dịch có độ nhớt đa dạng.
  • Không tốn kém để thiết lập và tạo ra thông lượng cao.
  • Có thể phủ bề mặt cứng hoặc mềm.

Nhược điểm

  • Không thể tạo màng có độ dày dưới 10 micron.
  • Không chính xác như các kỹ thuật khác (ví dụ như lớp phủ quay). Cũng rất khó để đạt được các mức độ đồng nhất như nhau.
  • Bất kỳ sự nhiễm bẩn nào đối với hệ thống đều có thể dẫn đến hình thành các vệt trong màng ướt khi lưỡi dao được kéo đến gần bề mặt.
  • Không thể tạo mẫu bằng kỹ thuật này. Chỉ có thể tạo ra các màng đồng nhất trên bề mặt.
  • Độ dày lớp màng ướt có khả năng tái tạo kém. Điều này là do tốc độ cắt của dung dịch ảnh hưởng đến độ dày màng cuối cùng.

Ứng dụng

Doctor blading là một kỹ thuật rất thích hợp cho các lớp phủ quy mô lớn. Kỹ thuật này cũng rất thích hợp để tạo màng dày hơn từ dung dịch nhớt. Nó không thể mang lại sự đồng nhất ở kích thước nano hoặc các màng cực mỏng mà lớp phủ quay có thể làm được. Tuy nhiên, khả năng mở rộng, tính linh hoạt và tính đơn giản của kỹ thuật này làm cho nó hoàn hảo để sử dụng trong công nghiệp. Nó cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm điện tử màng mỏng, công nghệ pin, gốm sứ và sơn.

Lớp phủ thanh

Lớp phủ thanh – còn được gọi là lớp phủ thanh Meyer – rất giống với lớp phủ bác sĩ. Một lượng dư dung dịch được đặt trên đế và nó được lan truyền qua một thanh. Thanh này là một dụng cụ bôi phim xoắn ốc, và về cơ bản là một thanh hình trụ dài với dây xoắn xung quanh nó.

Các khoảng trống được tạo ra giữa dây và đế xác định lượng dung dịch được phép đi qua. Điều này sau đó xác định độ dày của màng.

Khoảng trống dây phủ thanh cho phép dung dịch đi qua
Hình 6. Trong quá trình phủ thanh, độ dày được xác định bằng lượng dung dịch cho phép qua các khe hở, xem ở đây.
Thiết lập lớp phủ thanh
Hình 7. Dung dịch được trải trên bề mặt bằng một thanh có dây bao quanh.

Ưu điểm

  • Quy trình này không tốn kém và sử dụng đơn giản, đồng thời tạo ra các màng đồng nhất nhất quán.
  • Thiết kế nhiều dây và dây đặc biệt cho phép bạn thay đổi đặc tính của màng (ví dụ như độ dày) mà không làm thay đổi tính chất hóa học của vật liệu phủ hoặc đại tu hoàn toàn hệ thống.
  • Thời gian sấy có thể kiểm soát. Tốt cho thời gian cần thiết để cho phép hình thành cấu trúc màng.
  • Quá trình này có thể dễ dàng mở rộng.
  • Có thể tạo màng đồng nhất trên bề mặt cứng hoặc linh hoạt trên diện tích lớn.

 

Nhược điểm

  • Độ dày của màng được giới hạn theo đường kính của dây dẫn đến độ dày tối thiểu là ~ 10 micron.
  • Không thể tạo mẫu bằng kỹ thuật này. Chỉ có thể tạo ra các màng đồng nhất trên bề mặt.
  • Bất kỳ sự nhiễm bẩn nào đối với hệ thống đều có thể dẫn đến hình thành các vệt trong màng ẩm khi thanh bị kéo đến gần bề mặt
  • Gradients không thể được tạo ra trong suốt bộ phim. Độ dày phụ thuộc vào cấu trúc thanh và tính chất dung dịch.
  • Tốc độ phủ chậm. Tốc độ tối đa được xác định bằng tốc độ lấp đầy các khoảng trống thông qua lực mao dẫn.

 

Ứng dụng

Khả năng mở rộng và tính đơn giản của kỹ thuật này làm cho nó rất hấp dẫn đối với cả lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất. Ngoài ra, kỹ thuật này có thể dễ dàng thích ứng, lý tưởng để thử nghiệm. Kỹ thuật này có nhiều điểm tương đồng với phương pháp đánh bóng bác sĩ trong khi vẫn giữ được sự đơn giản hơn – khả năng tái tạo được thực hiện dễ dàng nhờ các thanh có độ dày lớp phủ cố định. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong các lĩnh vực tương tự như phủ lưỡi vì sự tương đồng giữa các phương pháp phủ.

Tóm tắt

Trong hướng dẫn trên, những ưu điểm, nhược điểm và cách sử dụng lý tưởng của các kỹ thuật phủ khác nhau đã được thảo luận. Các phẩm chất của mỗi kỹ thuật đã được tóm tắt trong bảng dưới đây.

Lớp phủ nhúng Spin Coating Slot-Die Coating Bác sĩ Blading Lớp phủ thanh
Giá cả Thấp

Hệ thống dao động từ £ 1.800 đến £ 4.000

Trung bình

Hệ thống từ £ 2.000 đến £ 10.000

Cao

Các mẫu R + D nhỏ hơn có giá từ £ 5.000 đến £ 50.000

Thấp

Hệ thống có thể dao động từ £ 1.800 đến £ 4.000

Thấp

Hệ thống có thể dao động từ £ 1.800 đến £ 4.000

Khả năng mở rộng Có hạn Không thể Có thể mở rộng Có thể mở rộng Có hạn
Sự phức tạp Trung bình Thấp Cao Trung bình Thấp
Đồng phục Màng mỏng được sản xuất? Đúng Đúng Đúng Có – mặc dù không đồng đều như các kỹ thuật khác Có – mặc dù không đồng đều như các kỹ thuật khác
Tạo mẫu trong trang web Độ dày chỉ Không Độ dày & các mẫu 2D đơn giản Độ dày chỉ Không
Bề mặt có thể co giãn Hình dạng phức tạp, cứng nhắc.

Có thể xử lý cuộn để cuộn

Chỉ nền phẳng, nhỏ Chất nền dẻo hoặc cứng.

Có thể xử lý cuộn để cuộn

Chất nền dẻo hoặc cứng.

Có thể xử lý cuộn để cuộn

Chất nền dẻo hoặc cứng.

Có thể xử lý cuộn để cuộn

Giải pháp lãng phí Cao Cao Thấp Vừa phải Vừa phải
Thời gian làm khô Chậm rãi.Có thể được tăng lên với buồng đóng rắn Nhanh Chậm rãi.Có thể được tăng lên khi sưởi ấm Chậm rãi.Có thể được tăng lên khi sưởi ấm Chậm rãi.Có thể được tăng lên khi sưởi ấm
Tốc độ sơn Chậm Rất chậm Nhanh Nhanh Chậm
Các thông số ảnh hưởng đến lớp phủ Tốc độ rút tiền

Thuộc tính giải pháp

Tốc độ quay

Thời gian luân phiên

Thuộc tính giải pháp

Tốc độ dòng giải pháp

Tốc độ bề mặt

Khoảng cách chiều cao

Chiều rộng lớp phủ

Độ dày đầu ra

Chênh lệch áp suất ngược dòng

Góc tấn công

Thiết kế đầu

Thuộc tính giải pháp

Khoảng cách chiều cao

Tốc độ bề mặt

Thuộc tính giải pháp

Đường kính dây

Thuộc tính giải pháp

Chi tiết hơn về kỹ thuật “Die Coater”: Xem bài viết

 

Leave a Reply