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匀胶机是一种常见用于材料薄膜制备工艺的实验室设备

发布时间:2021-03-16      点击次数:62
  匀胶机顾名思义是一种可以“让胶液均匀涂敷的机器”。匀胶机是一种常见用于材料薄膜制备工艺的实验室设备,它的原理相对比较简单,利用电机高速旋转时所产生的离心力使得试液或者胶液均匀地涂敷在基底材料的表面。
  匀胶机有很多称谓如:匀胶台、旋转涂膜机、旋转涂层机或者旋转涂敷机等等,它的英文是SpinCoater旋转涂膜的意思。
  匀胶机既然是科研开发上制备薄膜材料*的方法之一。使用者对于该设备大的期待就在于其能够“均匀”地涂敷试液或者胶液。通常我们会用均一性和可重复性来衡量薄膜材料制备的好坏。
  匀胶旋涂过程按基片旋转速度及胶质的变化,分几个阶段:滴胶,加速旋转摊胶,匀速旋转匀胶以及去边,其中第3阶段匀速旋转阶段是胶质涂层厚度和均匀性控制的重要阶段。
  1.滴胶
  在滴胶前,胶质需经过亚微米级别的过滤处理,否则薄膜有可能形成彗星图,星状图,戒产生气泡。滴胶阶段是将胶质溶剂沉积在基片上中心位置的过程。可以手动滴加,或用配备的自动滴胶器滴加。一般而言,自动滴胶方式由亍是自动机械化操作,终薄膜的厚度,均匀性,及可重复性都很好,也可以减少易挥发的毒性气体不身体接触。而手动滴胶是人工操作,适合实验研究要求较高的薄膜制备。滴胶过程可采用静态滴胶或者动态滴胶两种方式,静态滴胶是在基片旋转之前就将胶质滴加沉积在基片中心,动态滴胶则是基片一边以一定的速度旋转(一般是500RPM),一边滴胶。如果胶质或基片是疏水性的,可以选择动态滴胶法,另外动态滴胶法所需的滴胶量也可以略少。
  2.摊胶-加速旋转
  有些胶质中的溶剂挥发性很强,如果基片没有在短时间内稳定快速的加速到设定的速度,胶质中的溶剂就会快速挥发,从而导致胶质的粘性迅速增强,从而影响对涂层厚度的控制。加速旋转阶段中基片以一定的加速度旋转,胶质溶剂开始向基片边缘扩散,会有部分胶质开始被甩出基片,在加速初始阶段,胶质是以一定的高度堆积在基片表面,胶质的底部与基片表面粘在一起,一起旋转。而胶质的上层由于惯性作用,其转速无法与基片同速,因此胶质形成螺旋状。随着胶质在离心力作用下持续向基片边缘扩散,螺旋状逐渐消失,胶质变薄为涂层,并覆盖基片表面,涂层基片旋转速度完全同步。在基片的加速旋转阶段,旋转速度高精度的控制,以及旋转时间的准确设置非常重要。其实,无论胶质具有怎样的性质,匀胶机都需具备高精度,稳定的马达旋转速度控制系统,这样才可以制作厚度均匀可控的薄膜。
  3.旋涂去边
  在匀速旋转阶段中,胶质的粘性力和挥发作用是影响薄膜厚度不均匀性的重要因素。胶质溶剂在加速旋转至设定速度时,已经形成一定厚度的涂层。在接下来的匀速旋转过程中,由于胶体的粘性力仍然小于所受到的离心力,涂层持续向基片边缘扩散,基片边缘的胶质也不断地被甩出,涂层厚度逐渐减小。同时,由于涂层已覆盖整个基片表面,受基片上方快速流动的气流影响,溶剂的挥发速度加快,导致胶体的粘性力也不断增加,开始形成难以流动的胶状物。此时,胶质涂层所受到的各个方向的力达到平衡,涂层的厚度也达到终状态。后,在涂层薄膜的边缘部位,胶质表面张力的作用,薄膜边缘部分的胶质难以被甩出基片,会形成厚度不均匀的薄层,甚至会扩张至基片的背面,因此基片边缘需要经过去边处理。去边处理包括基片正面和背面的化学去边处理,以及基片正面的光学去边处理。
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