本文從係統結構、參數控製和鍍膜方式等綜述了真空卷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)繞係統,後(hòu)兩者可解決開卷放氣問題並(bìng)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(jiān)接和直接控製模型,錐度控製模型可解決薄(báo)膜褶皺和徑向力分布(bù)不均的問題;間接張力控製無需傳感器,可用內置(zhì)張力控製模塊的矢量變(biàn)頻器代替;直接張力(lì)控製通過張力傳感器精確測量張(zhāng)力值,但需慣性(xìng)矩和角(jiǎo)速度等多種參數(shù)。真空卷繞鍍膜主要有真空蒸發、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(nà)米材料和柔性(xìng)太陽能電池等半導體器件。針對真(zhēn)空卷繞鍍(dù)膜技術研究現狀(zhuàng)及向產業化過渡存在的問題,最後作了簡要分(fèn)析與展望。
真空卷(juàn)繞鍍(dù)膜(卷對卷)是在真空下(xià)應用不同方法在柔性基體上實(shí)現連續鍍(dù)膜的一種技術。它涵蓋真空獲得、機電控製、高精傳動和表麵分析等多方麵內容(róng)。其重點是,在保證鍍膜質量前提下提高卷繞速率、控製鍍膜穩定性及實施在線監控。卷對卷技術成本低、易操作、與柔性基底相容、生產率高及(jí)可連續鍍多層膜等優點。第一台真空蒸發卷繞鍍膜機1935年製成,現可鍍幅寬由500 至2500mm。卷對卷(juàn)技術應用由包裝和裝飾用膜,近(jìn)年逐漸擴大至(zhì)激光防偽膜、導電等功能薄(báo)膜方麵,是未來(lái)柔性電子等行業的主流技術之一。
目前(qián),國際前沿是(shì)研究不同製備工(gōng)藝下(xià)功能薄膜特性並完善(shàn)複合膜層製備。卷繞鍍膜機有向大型工業化和小型科研化方向發展的兩種趨勢,國內蘭州真空設備、廣東中環真空設備等公司多生產大型工業卷繞設備, 國外如TW Graphics 和Intellivation 公司等,主要為科研機構提供小型或微型(xíng)卷(juàn)繞鍍膜(mó)機(jī)。
真空卷繞鍍膜設備分類 真空卷對卷設備(bèi)由抽真空、卷繞、鍍膜和電氣(qì)控製等係統組成。據真空室有無(wú)擋板,可分(fèn)單室、雙室和多室結構。單室的收放卷輥和鍍膜輥在同一室中,結構簡單但開卷時放氣會汙染真空環境。雙室結構將係統用擋板隔成卷繞和鍍膜室,卷輥與擋板間(jiān)隙約(yuē)1.5mm,避免了類似開卷放氣(qì)問題。多室常用於製備複合薄膜(mó),在雙室基礎上(shàng)將相鄰鍍膜區(qū)用擋板隔開避(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,板兩側塗覆50μm 的銅層。
分隔擋板與真空室壁狹縫越小越好。據鍍膜時輥筒作用分為單主輥和多主輥卷繞鍍膜機。據電機個數(shù),則可分為兩電機、三電機和四電機驅動係統。
總結與(yǔ)展望 真空卷繞鍍膜因其大麵積、低成本(běn)、連續性等特點(diǎn),比間歇式(shì)鍍膜有很大優勢,廣受國內外研究者和(hé)企(qǐ)業關注。當前(qián)卷繞鍍膜技術(shù)進展較快,解(jiě)決了(le)鏤空線(xiàn)、白(bái)條、褶皺等問題,開始用於製備石墨(mò)烯、有機太陽能電池(chí)和(hé)透明(míng)導電薄膜等新型功能介質與器件。故對製膜過程和成(chéng)膜質量提出了更高要求,真空機組主泵(bèng)選擇從大(dà)抽速擴散泵發展到無油超高真空分子泵和低溫泵,開發出了大包角雙冷卻(què)輥鍍膜機以減小薄膜拉伸變形。張力控(kòng)製多(duō)用考慮夾感應張(zhāng)力的收卷模型和單跨非線性動力學的放卷模型。
目(mù)前卷繞鍍膜的精密控製有待提高,例如轉印石墨烯時,難以徹底去除基底和石墨烯(xī)間的熱解膠,且卷繞速度過快(kuài)或(huò)基底較硬引發的切應力會使石墨烯層形成裂縫或孔洞。又如,真空卷繞發製備(bèi)的有機薄膜表(biǎo)麵缺陷多,載流子遷移(yí)率較低,進而嚴重影響其器件的光電特性。未來應(yīng)增設薄(báo)膜應力等測控單元,融合(hé)CVD、離子鍍、高(gāo)壓靜電紡絲、真空噴射和原位聚合等成膜技術,為開發(fā)新型有機及其無機複合功能薄膜和器件提供保障。