本文從係統結構(gòu)、參數控製和鍍膜方式等(děng)綜述了真空卷繞鍍膜技術研究進展。按(àn)結構可分為單室、雙室和(hé)多室真空卷繞係統,後兩者可解決開卷放氣問題並分別控製卷繞和鍍膜室各自真空度。卷繞張力控製分錐度、間接和直接控製模型,錐度控(kòng)製模(mó)型可解(jiě)決薄膜褶皺和徑向力分布(bù)不均(jun1)的問題;間(jiān)接(jiē)張力控製無(wú)需傳感器,可用內置張力控製模塊的矢量變(biàn)頻器代替(tì);直(zhí)接張力控製通過張力傳感器精確測量張力值,但需慣性矩(jǔ)和角速度等多(duō)種參數。真空卷繞鍍膜主要(yào)有真空蒸發、磁控濺射等方式,可(kě)用於製備新型高折射率薄膜、石墨烯等納米材料和柔性太陽能電池等半導體器件。針對真空卷繞鍍膜技術研究現狀及(jí)向產業化過渡存在(zài)的問題,最後作了(le)簡要分析與展望。
真空卷繞鍍膜(卷對卷)是(shì)在真空下應用不同(tóng)方法在柔性基體上實現連續鍍(dù)膜的一(yī)種技術。它涵(hán)蓋真空獲得、機電控製、高精傳(chuán)動和表麵分析等多方(fāng)麵內容。其重(chóng)點(diǎn)是,在保證鍍膜質量前提(tí)下提高卷繞速率、控製鍍膜穩定性及實施在線監控。卷對卷技術(shù)成本低、易操作(zuò)、與柔性基底相容、生產率高及可連續鍍多層膜(mó)等優點。第一台真空蒸發卷繞鍍膜(mó)機1935年製成,現可鍍幅寬由500 至2500mm。卷對卷技術應用由包裝(zhuāng)和裝飾用膜(mó),近年逐漸擴大(dà)至激光防偽膜、導電等功能薄膜方麵,是未來柔性電(diàn)子等行業(yè)的主(zhǔ)流技術之一。
目前,國際前沿是研究不同製備工藝下功能薄膜特性並完善複合膜層製備。卷繞鍍膜機有向大型工業化和(hé)小型科研化方向發展(zhǎn)的兩種趨勢,國內蘭(lán)州(zhōu)真空設備、廣東中環真空(kōng)設(shè)備(bèi)等公司多生產(chǎn)大型工業卷繞(rào)設備, 國外如TW Graphics 和Intellivation 公司等,主(zhǔ)要為科研機構提供小型或微(wēi)型卷繞鍍膜機。
真空卷繞鍍膜設備分類 真空卷對卷設備由抽真空、卷繞、鍍膜和電氣控製(zhì)等係統組成。據真空室有(yǒu)無擋板,可分單室(shì)、雙室和多室結構。單室的收放卷(juàn)輥和鍍膜輥在同(tóng)一室中,結構簡單但開卷時放(fàng)氣會汙染真空(kōng)環境。雙室結構將係統用(yòng)擋板隔成卷繞和鍍膜室,卷輥與擋板間隙約1.5mm,避免了類似(sì)開卷放氣問題。多室常用(yòng)於製備複合薄膜,在雙室基礎上將相(xiàng)鄰鍍膜區(qū)用擋板隔開(kāi)避(bì)免幹擾。如Krebs 等將Skultuna Flexibles AB 的開普頓擋板固定於兩磁控濺射靶間,板兩(liǎng)側塗覆50μm 的銅層(céng)。
分隔擋板與真空室壁狹縫越(yuè)小越好。據鍍膜時輥筒作用分為單主輥和多主輥卷繞鍍膜機。據電機個(gè)數,則可分為兩電機、三電機和四電機驅動係(xì)統。
總結與展望 真空卷繞鍍膜因其大麵積、低成本、連續性等特(tè)點,比間歇式鍍膜有很大優勢,廣受國內(nèi)外研(yán)究者和企業關注。當前卷繞鍍膜技術進(jìn)展較快,解決了(le)鏤空線、白條、褶皺等問題,開始用於製備石墨烯、有機太陽能電池(chí)和透明導(dǎo)電薄(báo)膜等新型功能介(jiè)質與器件。故對製膜過程和(hé)成膜質(zhì)量提出了更高要求(qiú),真空(kōng)機組主泵(bèng)選擇從大抽速擴散泵發展到無油超高真空(kōng)分子泵和低溫泵,開發出了大包角雙冷卻輥鍍膜機以減小薄膜(mó)拉(lā)伸變形(xíng)。張力控製多用考慮夾感應張力的收卷模型和單跨非線性動力學的放卷模型。
目前卷繞鍍膜的(de)精密控製有待提高,例如轉印石墨烯時,難以徹底去除基底和石墨烯間的熱解膠,且卷繞速度過快或基底較硬引發(fā)的(de)切應力會使石墨烯層形成裂(liè)縫或孔洞(dòng)。又如(rú),真(zhēn)空卷繞發製備的有機薄膜表麵缺陷多(duō),載流子遷移率較低(dī),進而嚴重影響其器(qì)件的光電(diàn)特性。未來應增設薄膜(mó)應力(lì)等測控單元,融合CVD、離子鍍(dù)、高壓(yā)靜電紡絲、真空噴(pēn)射和原位聚合等成膜技術,為開發新(xīn)型有機及其無機複合功能薄膜和器件提供保障。