本文從係統結構、參數控製和鍍膜方式等(děng)綜述了真空(kōng)卷(juàn)繞鍍膜技術研究進展。按結構可分為單室、雙室和多室真空卷(juàn)繞係(xì)統,後兩者可解決開卷放氣問題(tí)並分別控製卷繞和(hé)鍍膜室各自真空度。卷繞張力控製分(fèn)錐度、間接和直接控製模型,錐度(dù)控製模型可解決(jué)薄膜(mó)褶皺和徑向力分布不均的問題;間接張力控製無需傳感器,可用內置張力控製模(mó)塊的矢量變頻器代替(tì);直接(jiē)張力控製通過張力傳感器精確測(cè)量張力值,但需(xū)慣性矩和角速度等多(duō)種參數。真空卷繞(rào)鍍膜主要有真空蒸發、磁控濺射等方(fāng)式,可用於製備新型高折射率(lǜ)薄膜、石墨烯等納米材料和柔性太陽能電池等半(bàn)導體器件。針對真空卷繞鍍膜技術研(yán)究現狀及向產業化過渡存在的問題,最(zuì)後作了簡要分析與展望。
真空卷繞鍍(dù)膜(卷對卷)是在真空下應用不同方法在柔性基體上實(shí)現連(lián)續鍍膜的一種技術。它涵蓋真空獲(huò)得、機電控製、高精傳動和表麵分析等多方麵內容。其重點(diǎn)是,在保證鍍膜質量前提下(xià)提高卷繞速率、控製鍍膜穩定性及(jí)實施在線監控。卷對(duì)卷技術成本低、易操作、與柔性基底相(xiàng)容、生產率高及可連續鍍多層膜等優點。第一台真空(kōng)蒸發卷繞鍍膜機(jī)1935年製(zhì)成,現可鍍幅(fú)寬(kuān)由500 至2500mm。卷對卷技術應用由包裝和裝飾(shì)用膜,近年逐漸擴大至激(jī)光防(fáng)偽(wěi)膜、導(dǎo)電等功能薄膜方麵,是未來柔性電子等行(háng)業的主流技術之一。
目前,國際前沿是研究(jiū)不同製備工藝下功能薄(báo)膜特性並完善複合膜層製備。卷繞鍍膜機有(yǒu)向大(dà)型工業化和小(xiǎo)型科研化方向(xiàng)發展的兩種趨勢,國內(nèi)蘭州真空設備、廣東中環真空(kōng)設備等公司(sī)多生產大(dà)型工業卷繞設備, 國(guó)外如TW Graphics 和Intellivation 公司等(děng),主要為科研機構提供小型或微型(xíng)卷繞鍍膜機。
真空卷(juàn)繞鍍膜設備分類 真空(kōng)卷對卷設備由抽真空、卷繞、鍍膜和電氣控製等係統組成。據(jù)真空室(shì)有無擋板,可分單室、雙(shuāng)室和多室結構。單室的收(shōu)放(fàng)卷輥和鍍膜輥在同(tóng)一室中(zhōng),結構簡單但開卷時放氣會汙染真空環境(jìng)。雙室結構將(jiāng)係統用擋板隔成卷繞和鍍膜室,卷輥與擋板間隙約1.5mm,避(bì)免了類似開卷(juàn)放氣問題。多室常用於製備複合薄膜,在雙室基礎上將相鄰鍍膜(mó)區用擋板隔開避免幹擾。如Krebs 等將Skultuna Flexibles AB 的開普頓擋板固定於兩磁控濺射(shè)靶間,板兩側塗覆50μm 的銅層。
分隔擋板與真空室壁狹縫越小越(yuè)好。據鍍膜時輥筒(tǒng)作用分為單主輥和(hé)多主輥卷繞鍍膜(mó)機。據電(diàn)機個數,則可分為兩電機(jī)、三電(diàn)機(jī)和四電機驅動係(xì)統。
總結與展(zhǎn)望 真空卷繞鍍(dù)膜因其大麵積、低成本、連續(xù)性等特點,比間歇式鍍(dù)膜有很大(dà)優勢,廣受(shòu)國內外研究者和(hé)企業關(guān)注。當前卷繞鍍(dù)膜技術進展較(jiào)快,解決了鏤空(kōng)線、白條、褶皺等(děng)問題(tí),開始用於製備石墨烯、有機(jī)太陽能電(diàn)池(chí)和透(tòu)明導電薄膜等新型功能介質與器件。故對製膜過程(chéng)和成膜質量提出了更高要求,真空機組主泵選擇從大抽(chōu)速擴散泵發展到無油超高真空分子泵和低溫泵,開發(fā)出了大包(bāo)角雙冷卻輥鍍膜機(jī)以減小薄膜拉伸(shēn)變形。張力控製多用考慮夾感應張力(lì)的收卷模型(xíng)和單跨非線性動力學的放卷模型。
目前卷繞(rào)鍍膜的精密控製有待提高,例(lì)如(rú)轉印石墨烯時(shí),難以徹底去除基底和石墨烯間的熱解膠,且卷繞速度(dù)過快或基(jī)底較硬(yìng)引發的切應力會(huì)使(shǐ)石(shí)墨烯層形成(chéng)裂縫或孔洞。又如,真空卷繞發製備的有機(jī)薄膜(mó)表麵(miàn)缺(quē)陷多,載流子遷移率較低,進而嚴重影響其器件的光電特性。未來應增設薄膜應力等測控單元,融合CVD、離(lí)子鍍(dù)、高壓靜電紡絲、真空噴射和(hé)原位聚(jù)合等成膜技術,為開發新型有機及其無機複合功能薄(báo)膜和器件提供保障。