MC方案|四种热门涂覆方式大对比!快速找到适合你的涂层方法

2022-05-17

在沉积高度均匀的湿薄膜时,有许多不同的溶液处理技术能够以低成本生产高质量的薄膜。每种加工技术都有其独特的优点和缺点,以及必须仔细监控以获得所需涂层的关键参数。这些参数决定了所得薄膜的质量。

我们比较了几种流行的解决方案处理技术,并探讨了它们的优缺点。通过了解这些技术之间的差异,您将知道如何为您的实验需求选择合适的涂层方法。




01

浸涂

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在浸涂过程中,基材浸入涂料溶液中。当它被撤回时,液体层被夹带在基板上。这种夹带溶液的厚度由提取速度决定。



好处


1

简单的过程和设置。无需大量培训即可开始,通过控制几个参数即可获得具体的厚度。

2

适用于平面基材上的涂层。也可适用于涂敷其他表面(如管子)。一次在平面基材的两面涂上涂层。

3

可以产生非常均匀的涂层,表面粗糙度为纳米。

4

梯度涂层可以通过改变拉出速度来实现。

5

可在高精度批处理过程和大规模过程之间适应。

6

通过降低提取速度,可以优化该过程以用于低浓度溶液。

7

比其他技术(例如缝模涂层)更便宜的设置。

8

设备尺寸小 - 浸涂机的总工作台面积为 10 厘米 x 30 厘米 - 您可以在小型实验室中使用这种技术。

9

显着的干燥时间。适用于需要时间来形成薄膜结构的情况。


缺点


· 在干燥阶段,湿膜易受环境因素(例如湍流气流)的影响。需要积极控制这些因素,因此理想情况下,干燥阶段应在洁净室中进行。

· 难以涂覆弯曲或柔性基材。

· 根据解决方案,薄膜可能需要沉积后热处理。这可能意味着可以沉积更少的基板,从而增加工艺成本。这也使得缩放更加困难。

· 材料收缩(当从液体层变为固体层时)会导致薄膜开裂。对于较厚的薄膜,这种效果会恶化。

· 浸涂需要一个用于浸入基材的溶液容器。为了获得均匀的涂层,溶液的体积远大于基材的体积是很重要的。这会导致大量的溶液浪费。

理想用途


浸涂是为大规模制造而开发的,适用于卷对卷加工。但是,它也可以用于小批量实验。由于浸涂价格实惠、易于掌握且易于适应不同的需求,因此该工艺通常用于研究简单的薄膜涂层。浸涂非常适合同时在平面基材的两面进行涂层,并可用于通过改变拉出速度来创建梯度涂层。该技术常用于蛋白质涂层、保护涂层和摩擦涂层的研究。

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02

旋涂

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在旋涂中,溶液被分配到已经旋转或随后开始旋转的平坦基底上。向心力剪切溶液,使其作为薄膜均匀分布在整个表面上。沉积膜的厚度由所施加的剪切力决定,该剪切力与旋转速率成正比。


好处

· 这是一个简单而有效的过程,只需很少的培训即可掌握。

· 非常好地涂覆小而平坦的基材。

· 可以实现厚度范围很广(从纳米到微米)的均匀薄膜。

· 快速干燥时间(由于基材旋转)意味着可以非常快速地创建薄膜。

· 沉积后热处理并不总是必要的,因为旋转产生的气流足以干燥薄膜。

· 薄膜旋转过程中产生的气流有助于均匀干燥。

· 所有这些用于制作单个薄膜的方法中最具成本效益的一种,因为它不需要任何高能过程。


缺点

· 旋涂的主要局限性在于它仅对小基材的涂层有效,并且仅限于批量处理。旋涂完全不适合大规模生产,因此这限制了其在研发上的应用。

· 在旋涂过程中,大量油墨脱落。该过程具有高水平的溶液浪费。此外,这会使低浓度溶液难以涂覆。

· 不能在曲面上形成薄膜,并且在涂覆柔性表面时难以使用。

· 不能在薄膜上产生梯度厚度——产生均匀厚度的薄膜。

· 旋涂中涉及的干燥时间通常很短,因此不适用于需要延长干燥时间的工艺。

理想用途


旋涂快速可靠地在小表面积上产生均匀的薄膜。它非常适合用于研究和开发各种薄膜技术的实验室。此外,旋涂具有成本效益且易于设置和使用,使其在广泛的研究领域中广受欢迎。旋涂通常用于处理晶片上的光刻胶和薄膜电子器件(例如光伏和发光二极管)。

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03

狭缝涂覆

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狭缝涂覆是一种通过涂布“头”将溶液直接涂布到基材上的技术。溶液以确定的速率流过打印头,基板在其下方移动。



好处


1

缝模涂层的一个主要优点是它是可扩展的。这意味着该过程将在工业规模上发挥作用。此外,它还可用于卷对卷加工。这些因素使其非常适合用于制造。

2

可以生产出均匀性极佳的薄膜。

3

方法适应性强。它可以与高粘度或低粘度溶液一起使用,并可用于沉积各种厚度。

4

这是一种预先计量的技术,因此溶液的流量得到了很好的控制。溶液浪费很少。

5

可以涂在柔性基材上。

6

可以实现高涂布速度。


缺点


· 狭缝涂覆是一个复杂得多的过程,需要优化多个参数。要创建高质量的薄膜,需要深入了解每个变量背后的物理原理。这种技术比其他技术需要更多的初始训练。

· 与其他技术相比,初始设置成本非常高。如果生产大批量低成本薄膜,这是一项很好的投资,但对于初始研发而言通常过于昂贵。

· 由于大多数商用狭缝涂布机更多地满足制造需求,因此通常需要大型支持基础设施来容纳设备。

· 由于系统的复杂性,存在更多缺陷来源,使得诊断问题变得困难。

理想用途


当从开发扩大到制造时,狭缝涂覆是一种极好的工艺。这是由于其低溶液浪费、宽范围的涂层粘度以及可以实现的高生产速度。它有利于涂覆刚性或柔性基板的一侧,并用于薄膜电子研究——尤其是在光伏和 LED 中。

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04

刮涂

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刮涂 - 也称为刮刀涂层或刀片涂层 - 是一种流行的薄膜制造技术。它包括在基板上运行刀片或在刀片下方移动基板。有一个小的差距决定了解决方案可以通过多少。在这里,溶液有效地分布在基板上。


好处

· 这个过程是可扩展的,所以这个过程可以用来制造工业规模的薄膜。在开发任何最终将上市的设备或产品时,这一点极为重要。

· 可以在大表面积上形成均匀的薄膜。许多技术随着缩放而失去一致性,但这种方法保留了控制。

· 快速工艺,快速高效地制作薄膜。

· 溶液以受控方式从储存器中沉积。因此,沉积过程中的溶液浪费较少(与浸涂和旋涂相比)。

· 这是一种简单但用途广泛的技术。可以优化不同的因素(例如基板速度或间隙尺寸)以生产不同厚度或不同速度的薄膜。它还可以用各种粘度的溶液生产薄膜。

· 设置成本低,产量高。

· 可以涂覆刚性或柔性基材。


缺点

· 无法制造厚度低于 10 微米的薄膜。

· 不如其他技术(例如旋涂)精确。达到相同水平的均匀性也非常困难。

· 当刀片被拖到靠近基材时,系统的任何污染都可能导致在湿膜中形成条纹。

· 无法使用这种技术进行图案化。只能在基材上形成均匀的薄膜。

· 湿层膜厚的再现性差。这是由于溶液的剪切速率影响最终的薄膜厚度。

理想用途


刮涂是一种非常适合大规模涂层的技术。该技术也非常适合从粘性溶液中制造更厚的薄膜。它无法提供旋涂可以提供的纳米级均匀性或极薄的薄膜。然而,这种技术的可扩展性、多功能性和简单性使其非常适合工业用途。它还用于广泛的研究领域,包括薄膜电子、电池技术、陶瓷和油漆。

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各种涂层技术的对比


浸涂旋涂狭缝涂覆刮涂
成本

低的

系统价格从 1,800 英镑到 4,000 英镑不等

中等的

系统价格从 2,000 英镑到 10,000 英镑不等

高的

较小的 R+D 型号范围为 5,000 至 50,000 英镑

低的

系统价格从 1,800 英镑到 4,000 英镑不等

可扩展性有限的不可能可扩展可扩展
复杂中等的低的高的中等的
生产均匀薄膜是的是的是的是的——虽然不像其他技术那样统一
原位图案化仅厚度厚度和简单的 2D 图案仅厚度
可涂层表面

复杂、刚性的形状。

可卷对卷加工

仅限小型、平坦的基材

柔性或刚性基板。

可卷对卷加工

柔性或刚性基板。

可卷对卷加工

解决方案浪费高的高的低的缓和
干燥时间慢的

可增加固化室

快速地慢的

可以通过加热增加

慢的

可以通过加热增加

涂布速度慢的非常慢快速地快速地
影响涂层的参数

提现速度

溶液性质

旋转速度

旋转时间

溶液性质

溶液流速

基板速度

间隙高度

涂层宽度

出口厚度

上游压差

攻角

头部设计

溶液性质

间隙高度

基板速度

溶液性质



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