Покрытие погружением

Нанесение покрытия погружением представляет собой промышленный процесс нанесения покрытия , который используется, например, для производства объемных продуктов, таких как ткани с покрытием и презервативы , а также специализированных покрытий, например, в биомедицинской области. Нанесение покрытия погружением также широко используется в академических исследованиях, где во многих исследовательских проектах в области химической инженерии и наноматериалов технология покрытия погружением используется для создания тонкопленочных покрытий.

Самыми ранними изделиями с покрытием, возможно, были свечи. Для гибких ламинарных подложек, таких как ткани, нанесение покрытия погружением может осуществляться в виде непрерывного процесса с рулона на рулон. Для нанесения покрытия на трехмерный объект его можно просто вставлять и вынимать из ванны с покрытием. Для изготовления презервативов в покрытие погружают форму. Для некоторых продуктов, таких как ранние методы изготовления свечей, процесс повторяется много раз, позволяя серии тонких пленок увеличиваться в объем до относительно толстого конечного объекта.

Конечный продукт может включать подложку и покрытие, или покрытие может быть снято с образованием объекта, состоящего исключительно из высушенного или затвердевшего покрытия, как в случае презерватива.

В качестве популярной альтернативы центрифугированию методы нанесения покрытия погружением часто используются для производства тонких пленок из золь-гель -прекурсоров в исследовательских целях, где они обычно используются для нанесения пленок на плоские или цилиндрические подложки . ^[1]

Процесс

Процесс нанесения покрытия погружением можно разделить на пять этапов: ^[2]

Погружение: Подложка погружается в раствор материала покрытия с постоянной скоростью (предпочтительно без дрожания).
Запуск: Субстрат некоторое время оставался внутри раствора и начинает вытягиваться.
Нанесение: тонкий слой осаждается на подложке при ее натяжении. Извлечение осуществляется с постоянной скоростью, чтобы избежать дрожания. Скорость определяет толщину покрытия (более быстрое удаление дает более толстый материал покрытия). ^[3]
Дренаж: Лишняя жидкость будет стекать с поверхности.
Испарение: Растворитель испаряется из жидкости, образуя тонкий слой. Для летучих растворителей , таких как спирты , испарение начинается уже на этапах осаждения и дренажа.

В непрерывном процессе этапы выполняются непосредственно друг за другом.

Многие факторы способствуют определению конечного состояния покрытия погружением в тонкую пленку. Большое разнообразие повторяемых структур и толщин пленок с покрытием погружением может быть изготовлено путем контроля многих факторов: функциональности исходной поверхности подложки, времени погружения, скорости извлечения, количества циклов погружения, состава раствора, концентрации и температуры, количества растворов при каждом погружении. последовательность и влажность окружающей среды. Метод нанесения покрытия погружением позволяет получить однородные пленки высокого качества даже на объемных и сложных формах.

Приложения в исследованиях

Метод покрытия погружением используется для изготовления тонких пленок методом самосборки и золь-гель методом. Самосборка может дать пленку толщиной ровно в один монослой. Золь-гель метод создает пленки увеличенной, точно контролируемой толщины, которая в основном определяется скоростью осаждения и вязкостью раствора. Это новая область применения. Наночастицы часто используются в качестве материала покрытия. Применение покрытий погружением включает в себя:

Многослойные сенсорные покрытия
Имплантационный функционалист
Гидрогели
Золь-гель покрытия из наночастиц
Самособранные монослои
Послойные сборки наночастиц.

Покрытия из наночастиц

Покрытие погружением использовалось, например, при изготовлении биокерамических наночастиц, биосенсоров, имплантатов и гибридных покрытий. Например, нанесение покрытия погружением было использовано для создания простого, но быстрого метода нетермического нанесения покрытия для иммобилизации гидроксиапатита и наночастиц TiO ₂ на полиметилметакрилате. ^[4]

В другом исследовании пористые нанокристаллы целлюлозы и нанокомпозитные пленки поливинилового спирта CNC/PVA толщиной 25–70 нм были нанесены на стеклянные подложки методом погружения. ^[5]

Золь-гель методика

Покрытие неорганических золей погружением (или так называемый золь-гель синтез ) — это способ создания тонких неорганических или полимерных покрытий. В золь-гель синтезе скорость осаждения является важным параметром, влияющим, например, на толщину слоя, плотность и пористость.

Золь-гель метод — это метод осаждения, который широко используется в материаловедении для создания защитных покрытий, оптических покрытий, керамических покрытий и подобных поверхностей. Этот метод начинается с гидролиза жидкого предшественника (золя), который подвергается поликонденсации с постепенным получением геля. Этот гель представляет собой двухфазную систему, содержащую как жидкую фазу (растворитель), так и твердую фазу (интегрированную сетку, обычно полимерную сетку). Доля жидкости ступенчато уменьшается. Остальная часть жидкости может быть удалена путем сушки и может быть объединена с термической обработкой для адаптации свойств материала твердого тела.

См. также

Ссылки

^ Скривен, Л.Е. (1988). «Физика и применение нанесения покрытий погружением и центрифугирования». Улучшение керамики с помощью химии III . стр. 717–729.
^ Рахаман, Миннесота (2007). Керамическая обработка . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 242–244. ISBN 978-0-8493-7285-8 .
^ Кере, Дэвид (1999). «ЖИДКОЕ ПОКРЫТИЕ НА ВОЛОКНЕ». Ежегодный обзор механики жидкости . 31 (1): 347–384. дои : 10.1146/annurev.fluid.31.1.347 . ISSN 0066-4189 .
^ Риау, Андри К.; Мондал, Дебашиш; Сетиаван, Мелина; Паланиаппан, Алагаппан; Ям, Гэри Х.Ф.; Лидберг, Бо; Венкатраман, Суббу С.; Мехта, Джодбир С. (28 декабря 2016 г.). «Функционализация полимерной поверхности с помощью биокерамических наночастиц с помощью нового метода нетермического покрытия погружением» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 8 (51): 35565–35577. дои : 10.1021/acsami.6b12371 . hdl : 10356/80680 . ISSN 1944-8244 .
^ Ширр, Бастьен; Паше, Стефани; Вуарен, Гай; Ведер, Кристоф; Саймон, Йоан К.; Фостер, Э. Йохан (13 августа 2014 г.). «Биосенсоры нанокристалл целлюлозы – каркасы из поливинилового спирта». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 6 (15): 12674–12683. дои : 10.1021/am502670u . ISSN 1944-8244 .

[1] Скривен, Л.Е. (1988). «Физика и применение нанесения покрытий погружением и центрифугирования». Улучшение керамики с помощью химии III . стр. 717–729.

[2] Рахаман, Миннесота (2007). Керамическая обработка . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 242–244. ISBN 978-0-8493-7285-8 .

[Quéré1999-3] Кере, Дэвид (1999). «ЖИДКОЕ ПОКРЫТИЕ НА ВОЛОКНЕ». Ежегодный обзор механики жидкости . 31 (1): 347–384. дои : 10.1146/annurev.fluid.31.1.347 . ISSN 0066-4189 .

[4] Риау, Андри К.; Мондал, Дебашиш; Сетиаван, Мелина; Паланиаппан, Алагаппан; Ям, Гэри Х.Ф.; Лидберг, Бо; Венкатраман, Суббу С.; Мехта, Джодбир С. (28 декабря 2016 г.). «Функционализация полимерной поверхности с помощью биокерамических наночастиц с помощью нового метода нетермического покрытия погружением» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 8 (51): 35565–35577. дои : 10.1021/acsami.6b12371 . hdl : 10356/80680 . ISSN 1944-8244 .

[5] Ширр, Бастьен; Паше, Стефани; Вуарен, Гай; Ведер, Кристоф; Саймон, Йоан К.; Фостер, Э. Йохан (13 августа 2014 г.). «Биосенсоры нанокристалл целлюлозы – каркасы из поливинилового спирта». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 6 (15): 12674–12683. дои : 10.1021/am502670u . ISSN 1944-8244 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]