Установка нанесения дисперсии редуцированного оксида графена на полимерную пленку для создания электропроводящего светопрозрачного слоя
Использование: полезная модель относится к устройствам нанесения прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники. Сущность полезной модели: установка нанесения дисперсии редуцированного оксида графена на полимерную пленку электропроводящего светопрозрачного слоя содержит камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, над лентой размещено средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты. Лентопротяжный механизм имеет возможность дискретного вращения вокруг свой оси и выполнен в виде съемных барабанов, зона от периферии ленты к стенкам камеры закрыта экраном, имеющим отверстия, средство для подачи компонентов наносимого материала выполнено в виде капельницы, а камера снабжена клапанами для возможности продувки камеры инертным газом. Технический результат: создание совершенного электрохромного устройства, в котором применение графена или графена, допированного серебром в качестве электпроводящего светопрозрачного слоя обеспечивает расширение выбора применяемых полимерных подложек, т.к. графен химически нейтрален по отношению к подложке, что исключает процессы коррозии электропрозрачного светопрозрачного покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства. Чрезвычайно низкое сопротивление графена обеспечивает значительное улучшение процесса токоотвода, снижает вероятность возникновения эффекта радужной оболочки, уменьшает время переключения функциональных состояний. Использование наночернил на основе графена обеспечивает переход от магнетронных технологий к менее затратным. Технический результат также обеспечивает повышение надежности, увеличение срока гарантийного ресурса работы электрохромного устройства, высокую равномерность окрашивания и отсутствие видимых дефектов, способность длительное время устойчиво работать при длительной экспозиции управляющего напряжения на электрохромный состав. 1 н.п. ф-лы, 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к устройствам нанесения прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники.
Известна установка для нанесения покрытий на ленту (п. РФ 
2167955), включающей вакуумную камеру, по меньшей мере один магнетронный распылитель, системы эвакуации, подачи и регулирования расхода газа, устройство для перемещения ленты с одного барабана на другой. Устройство для перемещения ленты выполнено в виде платформы, имеющей возможность вращения, с установленными на периферии пассивными направляющими роликами, на которой внутри пространства, ограниченного крышкой и лентой, огибающей снаружи пассивные ролики, установлены съемные барабаны с возможностью реверсивного вращения, автономными приводами и тормозными устройствами, причем поверхность ленты размещена оппозитно мишени, по меньшей мере, одного магнетронного распылителя, а разрыв ленточной образующей между пассивными роликами, изменяющими направление ее движения на барабаны, закрыт экраном. Магнетронные распылители размещены снаружи ленты, огибающей пассивные ролики, со смещением осевой линии магнетронных распылителей по ширине ленты относительно средней линии или без него на расстоянии друг от друга. Между объемом камеры, где размещены магнетронные распылители и платформа устройства для перемещения ленты, и окном для эвакуации газов установлен защитный экран.
Недостатком данного устройства является использование магнетронных распылителей, с помощью которых возможно распыление металлических материалов. Дальнейшее же совершенствование электрохромных покрытий и улучшение их свойств связано с переходом от металлических пленок, корродирующих в электрохромной системе и взаимодействующих с лавсановой пленкой, к неметаллическим, в частности к углеродным покрытиям, например на основе графена, для создания электропроводящего светопрозрачного слоя, который может наноситься на любую полимерную пленку и графен химически инертен по отношению к подложке.
В качестве прототипа выбрано устройство для нанесения на движущуюся ленту неорганических покрытий в вакууме методом химического осаждения (п. РФ 69520), содержащее корпус реактора, в котором с возможность перемещения установлена лента, с одной стороны которой установлено средство нагрева в виде лампы, например, галогеновой, обеспечивающей бесконтактный нагрев ленты, а с другой стороны ленты - средство для подачи паров, выполненное с возможностью подачи потока паров компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты.
Как и в предыдущем патенте, данная установка предназначена для нанесения неорганических покрытий на металлическую ленту.
Задачей данного решения состоит в создании установки для нанесения покрытия на полимерную пленку наноструктурированного электропроводящего и оптически прозрачного материала на основе редуцированного оксида графена, т.к. соотношение прозрачности к сопротивлению и коррозионная стойкость и химическая нейтральность определяет преимущества графеновых пленочных электропроводящих светопрозрачных покрытий.
Техническим результатом является создание совершенного электрохромного устройства, в котором применение графена или графена, допированного серебром в качестве электропроводящего светопрозрачного слоя обеспечивает расширение выбора применяемых полимерных подложек, т.к. графен химически нейтрален по отношению к подложке, что исключает процессы коррозии электропрозрачного светопрозрачного покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства. Чрезвычайно низкое сопротивление графена обеспечивает значительное улучшение процесса токоотвода, снижает вероятность возникновения эффекта радужной оболочки, уменьшает время переключения функциональных состояний. Использование наночернил на основе графена обеспечивает переход от магнетронных технологий к менее затратным.
Технический результат также обеспечивает повышение надежности, увеличение срока гарантийного ресурса работы электрохромного устройства, высокую равномерность окрашивания и отсутствие видимых дефектов, способность длительное время устойчиво работать при длительной экспозиции управляющего напряжения на электрохромный состав.
Технический результат достигается тем, что в установке нанесения дисперсии редуцированного оксида графена (РГО) на полимерную пленку электропроводящего светопрозрачного слоя, содержащей камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, над лентой размещено средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, новым является то, что лентопротяжный механизм имеет возможность дискретного вращения вокруг свой оси и выполнен в виде съемных барабанов, зона от периферии ленты к стенкам камеры закрыта экраном, имеющим отверстия, средство для подачи компонентов наносимого материала выполнено в виде капельницы, камера снабжена клапанами для возможности продувки камеры инертным газом. Установка может быть полностью автоматизированной и иметь программное обеспечение. Съемные барабаны могут быть установлены с возможностью реверсивного вращения. В качестве инертного газа может быть использован азот.
Среди перспективных электропроводящих светопрозрачных материалов для электрохромных устройств и других электрохимических систем в последнее время широко исследуется графен и графен, допированный металлами, в частности серебром.
Применение графеноподобных веществ или наноуглеродных материалов обеспечивает расширение диапазона применяемых полимерных подложек в электрохромных устройствах, т.к. они химически нейтральны по отношению к подложке, что исключает процессы коррозии электропроводящего светопрозрачного покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства. Чрезвычайно низкое сопротивление графеноподобных материалов обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик электрохромного устройства [Баскаков С.
., Шульга Ю.М., Баскакова Ю.В., Золотаренко А.Д., Кузнецов И.Е., Ефимов О.Н., Гусев А.Л. «Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина для электродов суперконденсаторов высокой емкости» // Альтернативная энергетика и экология. 2012, 12. С. 66-76].
Как известно, существует два подхода к синтезу пленок графена большой площади [http://www.nanometer.ru/2010/01/16/grafen_162882.html].
Первый подход заключается в химическом осаждении из газовой фазы, для которого необходимы высокая температура осаждения и специальная подложка (в ряде случаев монокристаллическая).
Второй подход заключается в нанесении графена из жидкой фазы.
Первый подход позволяет получить наноэлектронные устройства с необычайно высокой подвижностью носителей заряда, однако этот метод слишком дорог для промышленного производства.
Второй же подход, несмотря на более низкую подвижность зарядов, значительно дешев, а значит, именно он с большей долей вероятности найдет применение в промышленном производстве.
Предложенное устройство довольно простым способом позволяет получить многослойный, наноструктурированный, электропроводящий и оптически прозрачный графеновый слой в процессе распыления РГО через форсунки в защитной инертной газовой среде (азот) на слой полимера, протягивающийся в камере распыления лентопротяжным механизмом.
На фиг. изображена схема установки нанесения дисперсии редуцированного оксида графена на полимерную пленку электропроводящего светопрозрачного слоя, где 1 - камера, 2 - лентопротяжный механизм, 3 - лента из полимерной пленки (полиметилметакрилат), 4 - устройство подачи дисперсии РГО, например, выполненное в виде капельницы, 5 - центрифуга, 6 - экран с отверстиями, 7, 8 - клапаны системы продувки камеры 1 инертным газом.
Работа установки заключается в том, что на вращающемся диске с регулируемой частотой вращения, размещенном в продуваемой азотом или другим инертным газом камере 1 установлены два съемных барабана с лентопротяжным механизмом 2, а над диском по оси вращения закреплено устройство подачи дисперсии РГО 4, выполненное в виде капельницы. Капля дисперсии РГО под действием центробежных сил разносится от центра к периферийным слоям, полученный наноструктурированный слой сушится. Имеется возможность нанесения нескольких слоев, и при этом образуется слой оксида графена с управляемой толщиной нанесения. Варьируя скоростью вращения подложки и временем дискретной подачи полимерной пленки 3, удается получить пленку оксида графена, состоящую из различного числа слоев. При помощи клапанов 7, 8 камера 1 продувается азотом. После того как пленка оксида графена была нанесена, она восстанавливается до графена с помощью ультрафиолетового облучения. Для этого пленка перематывается в обратную сторону при помощи реверса.
Экран 6 является защитным по отношению к центрифуге 5, отверстия в экране 6 необходимы для возможности продувки камеры 1.
Полученные пленки обладают максимальной прозрачностью 96% в случае одно- и двухслойных слоев графена. Наименьшее поверхностное сопротивление 600 Ом/ед 2 было достигнуто в случае пленки, прозрачностью 40% и толщиной 30 нм. Наилучшие оптоэлектронные свойства были обнаружены в случае пленок толщиной 5 мм (поверхностное сопротивление 2.4 кОм/ед2, прозрачность 81%) и 15 мм (поверхностное сопротивление 1 кОм/ед2, прозрачность 70%), что значительно меньше, чем в случае пленок графена, полученных методом химического осаждения из газовой фазы.
1. Установка нанесения дисперсии редуцированного оксида графена на полимерную пленку электропроводящего светопрозрачного слоя, содержащая камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, над лентой размещено средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, отличающаяся тем, что лентопротяжный механизм имеет возможность дискретного вращения вокруг своей оси и выполнен в виде съемных барабанов, зона от периферии ленты к стенкам камеры закрыта экраном, имеющим отверстия, средство для подачи компонентов наносимого материала выполнено в виде капельницы, а камера снабжена клапанами для возможности продувки камеры инертным газом.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она полностью автоматизирована и имеет программное обеспечение.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что съемные барабаны установлены с возможностью реверсивного вращения.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инертного газа использован азот.
