Filmele Langmuir-Blodgett Roll-to-Roll

PRODUCATOR: BIOLIN - SUEDIA

Filmele Langmuir-Blodgett Roll-to-roll

Depunere

Langmuir-Blodgett (LB) este o metodă excelentă pentru crearea de straturi puternic controlate de nanomateriale sau molecule cu densitatea controlată a ambalajului și grosimea stratului [1].
  Fig.1  Folia de substrat se acoperă cu particule sau molecule având  densitatea controlată a ambalajului.
 
Filmele LB au fost utilizate pe scară largă pentru depunere, de exemplu straturi de înaltă calitate de nanoparticule și grafen oxid pentru diverse aplicații, inclusiv fotovoltaică.
Structuri OLED și suprafețe funcționale.
Procesul tradițional de acoperire Langmuir-Blodgett implică plasarea materialului de acoperire pe o interfață aer-lichid, controlând densitatea de ambalare a particulelor sau moleculelor cu bariere de  motorizare în timp ce un senzor de presiune de suprafață monitorizează stratul și executa în sfârșit depunerea pe un substrat solid. In timp ce acest proces poate fi amplificat pentru a acoperi, de exemplu, siliconul de 8 inch, napolitane, este destul de restrâns în randament, scalabilitate și în capacitatea de utilizare a substraturilor flexibile, cum ar fi filmele polimerice, de exemplu, în aplicațiile fotovoltaice.
Pentru a depăși aceste restricții și pentru a putea avansa in capacitatea de utilizare a tehnologiei LB în aplicații care necesită o capacitate mai mare,am dezvoltat tehnologia  LB roll-to-roll (R2R)
 
Tehnologie
Figura 1 prezintă conceptul de bază al unui sistem L2 R2R. In contrast cu  un sistem tradițional LB, substratul este un film care este ghidat de la o rulare de început în subfaza. Când filmul se ridică din subfaza prin interfață, acesta este acoperit de particule sau moleculele utilizate. Substratul continuă până la o rolă colectoare care colectează substratul acoperit. O barieră mobilă automatizată asigură densitatea de ambalare a particulelor la valoarea dorită pentru a avea acoperire de înaltă calitate.
Un sistem complet este format dintr-un vârf de cuva cu un impinger de scufundare mare, un ansamblu de rulouri motorizate, o acționare a barierei pentru a controla mișcarea barierei și un senzor de presiune de suprafață pentru a monitoriza ambalarea particulelor de densitate.
 
 

Figura 2 prezintă sistemul Langmuir-Blodgett KSV NIMA Roll-to-roll . Filmul începe de la ruloul de început, care este detașabil capabil să pună filmul la loc. Ruloul are, de asemenea, o oprire reglabila pentru a preveni depunerea neintenționată a filmului. De acolo filmul se scufundă în subfază. De obicei, scufundarea se face din interfață pură, dar este posibil să fie efectuat și prin stratul de material format.


Fig.2 KSV NIMA Sistem Langmuir-Blodgett roll-to-roll
Figura 3 Învelișul LB cu două fețe rotunjite cu unghi reglabil.

Acoperirea de pe peliculă poate fi realizată fie cu o singură față, fie pe două fețe. În cazul acoperirii cu o singură față, a doua rolă este plasată la interfață cum a fost arătat în figura 1. În cazul acoperirii pe două fețe, a doua rolă este plasată în interiorul subfazei, așa cum se arată în figura 3. Filmul se învârte în jurul ruloului și se ridică prin interfață. Unghiul la care filmul se ridică, unghiul de depunere este reglabil de la 90 grade până la 30 de grade pentru a fi eficient pentru diferite tipuri de particule. Unghiul este reglat prin alegerea unei poziții adecvate pentru a treia ghidare a rolei. De la al treilea rol, filmul continuă până la colecția finală a  ruloului care este motorizat și controlat în software-ul KSV NIMA LB. Pentru a avea versatilitate pentru aplicații diferite, același sistem poate fi utilizat si in experimentele  pentru acoperirea standard LB sau Langmuir-Schaeffer (LS). De asemenea, este posibil să utilizați alte tehnologii tipice LB suplimentare, cum ar fi microscopul unghiular Brewster MicroBAM pentru monitorizare calitatea filmului sau depunerea automată a eșantionului cu pompă de seringă.

Aplicații
Tehnologia R2R LB este deosebit de potrivită pentru extinderea capabilităților de depunere tipică de LB în substraturi mai flexibile și în un proces modernizat. Mai ales nanomateriale precum nanoparticulele sunt materiale promițătoare care vor fi utilizate în procesul de acoperire R2R.
Într-un studiu, tehnologia a fost utilizată pentru depunere nanosfere de silicon pe folie flexibilă de polietilen tereftalat (PET). [2] Zona de PET acoperită a fost de 340 cm2, arătând potențialul tehnologiei de acoperire a suprafețelor mai mari comparativ cu LB tradițional de depunere. Suprafața depusă este prezentată în figura 4. Transferul raportului, raportul dintre aria depusă împărțită la interfață suprafața redusă în timpul măsurării s-a dovedit a fi 100%. Aceasta indică un proces de acoperire foarte reușit, cu o aderență bună între substrat și particule. De asemenea, s-a remarcat că microscopia unghiului Brewster (BAM) poate fi utilizată în timpul procesului de acoperire LB pentru a monitoriza calitatea suprafeței și, astfel, pentru a îmbunătăți calitatea filmului [3].

Figura 4.  Imagini SEM ale monostratului de sfere de silicon D1 = 250 nm (a, b) și D2 = 550 nm (c-f) depuse pe filmul PET folosind metoda LB roll-to-roll. Reimprimat cu permisiunea de la ACS. [2]

Aria suprafetei(cm^2)	Mic	Mediu	Lichid-Lichid Madiu	Mare	Lichid-Lichid Compresie inalta	Compresie inalta	Alternanta	Roll-to-Roll
Partea superioara(dimensiuni interioare)L x W x H mm	98	273	269(197*)	841	580(423*)	587	586(x2**)	2330
Rata maxima a compresiei	195 x 50 x 4	364 x 75 x 4	364 x 74 x 7(364 x 54 x 10*)	580 x 145 x 4	784 x 74 x 7 (784 x 54 x 10*)	782 x 75 x 5	785 x 75 x 5(x2**)	685 x 34 0 x 4
Viteza barierei (mm/min)	5.2	10.8	10.8	18	24.7	24.7	3.9	-
Intervalul de masurare a balantei(Mn/m)	0.1 270	0.1 270	0.1 270	0.1 270	0.1 270	0.1 2700	0.1 270
Toleranta maxima a greutatii(g)	1	1	1	1	1	1	1
Rezolutia balantei (µN/m)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Partea superioara Langmuir	*	*	-	*	*	*	-	-
Volumul total al subfazei(mL)	39	109	-	336	406(212*)	293	-	-
Partea superioara Langmuir-Blodgett	*	*	*	*	-	-	*	*
Volumul total al subfazei (mL)	57	176	450	578	-	-	1400	5430
Dimensiunea godeului (L x W x H mm)	20 x 30 x 30	20 x 56 x 60	20 x 54 x 60	20 x 110 x 110	-	-	O jumatate de cerc: raza 75 ; adancime 74	300 x 300 x 50
Dimensiunea maxima a probei (T x  W x H mm)	3 x 26 x 26 (1 inch)	3 x 52 x 56 (2 inci)	3 x 50 x 56	3 x 106 x 106 (4 inci)	-	-	3 x 30 x 50 (Inaltimea minima 30 mm)	Latime substrat 200
Viteza godeului (mm/min)	01.. 108	01.. 108	01.. 108	01.. 108	-	-	01.. 108	1..100 Viteza rola substrat
Unghiul de extractie	-	-	-	-	-	-	-	Ajustabila 30-90 grade cu increment
Microscopie verticala prin varf	*	-	-	-	-	-	-	-
Microscopie inversata prin varf	-	*	-	-	-	-	-	-
Bariera prin varf	-	*	-	-	-	-	-	-
Compatibil cu
KSV NIMA ISR	-	-	-	-	*	*	-	-
KSV NIMA MicroBAM	-	*	-	*	-	*	*	*
KSV NIMA SPOT	-	*	*	*	-	*	-	*