Принтер для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки

Авторы патента:


 

Использование: полезная модель относится к устройствам нанесения прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники. Сущность полезной модели: принтере для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки содержит камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты. Камера разделена на камеру нанесения покрытия, камеру ИК и УФ облучения, камеру форматирования периферийных электродов, камеру нанесения полимерного защитного слоя, первая камера снабжена емкостью с электрохромным составом, четвертая - емкостью с защитным составом, подача которого организована перпендикулярно поверхности ленты. Принтер снабжен командным блоком и компьютером. В качестве электрохромного состава использован графен или графен, допированный серебром. Технический результат: обеспечение полной автономности процесса производства электрохромных устройств в соответствии с заданным оператором контуром с различной конфигурацией поверхности (выпуклости, впадины, сферы и т.д., т.е. работать в режиме 3-D), размерами, и условиями эксплуатации изделия, а также обеспечение повышения надежности, увеличения срока гарантийного ресурса работы электрохромного устройства, высокой равномерности окрашивания и отсутствия видимых дефектов, способности длительного времени 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.

Данная установка предназначена для нанесения неорганических покрытий на металлическую ленту, тогда как перед разработчиками стоит задача нанесения покрытия электрохромного состава наноструктурированного электропроводящего и оптически прозрачного материала на основе редуцированного оксида графена на полимерную пленку.

Задачей данного решения состоит в создании установки для комплексного выполнения всех основных операций изготовления в одном агрегате, который формирует готовые изделия с учетом потребностей потребителя по контуру, габаритам, условиям применения электрохромных устройств, в том числе принтерный агрегат обеспечивает в компьютеризированном режиме процессы нанесения покрытия на полимерную пленку электрохромного состава наноструктурированного электропроводящего и оптически прозрачного материала на основе редуцированного оксида графена, восстановления слоя оксида графена до графена при ультрафиолетовом и инфракрасном облучении, форматировании электрохромных устройств с автоматизированным созданием периферийных слоев, нанесением защитных слоев на готовое электрохромное устройство.

Техническим результатом является создание совершенного электрохромного устройства, в котором применение графена или графена, допированного серебром, в качестве электропроводящего светопрозрачного слоя, что обеспечивает расширение выбора применяемых полимерных подложек, т.к. графен химически нейтрален по отношению к подложке, таким образом исключается процесс 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 - принтерным технологиям.

Технический результат также обеспечивает полную автономность процесса производства электрохромных устройств в соответствии с заданным оператором контуром с различной конфигурацией поверхности (выпуклости, впадины, сферы и т.д., т.е. работать в режиме 3-D), размерами, и условиями эксплуатации изделия и создает условия для персонализации процесса производства гибких транспартентных электрохромных пленок и устройств совместно с персональным компьютером в офисе, дома и по месту применения ЭХУ.

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 принтере для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, содержащем камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, камера разделена на камеру нанесения покрытия, камеру ИК и УФ облучения, камеру форматирования периферийных электродов, камеру нанесения полимерного защитного слоя, первая камера снабжена емкостью с электрохромным составом, четвертая - емкостью с защитным составом, подача которого организована перпендикулярно поверхности ленты. Принтер снабжен командным блоком и компьютером. В качестве электрохромного состава использован графен или графен, допированный серебром. Емкости снабжены вентилями.

Новым является то, что установка обеспечивает в полностью автоматизированном режиме весь процесс создания электрохромных устройств в соответствии с индивидуальными требованиями потребителя и на месте их применения.

Данная установка обеспечивает все технологические режимы последовательного формирования основных функциональных слоев на осевую пленочную конструкцию электрохромного устройства, а также дальнейшего форматирования электрохмроных устройств в соответствии с запросами потребителя.

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 (РГО).

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.А., 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 наноструктурированный, электропроводящий и оптически прозрачный графеновый слой в процессе распыления электрохромного состава через форсунки на слой полимера, протягивающийся в камере распыления лентопротяжным механизмом.

На фиг. изображена схема принтера для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, где 1 - камера нанесения электрохромного покрытия (РГО), 2 - камера ИК и УФ облучения, 3 - камера форматирования периферийных электродов, 4 - камера нанесения полимерного защитного слоя, 5 - емкость с РГО, 6 - емкость с защитным составом, 7 - магазин с полимерной пленкой, 8 - приемный магазин электрохромной пленки, 9 - командный блок, 10 - компьютер.

Работа установки заключается в том, что в принтере для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки из магазина с полимерной пленкой 7 в камеру нанесения РГО покрытия 1 подается прозрачная полимерная пленка. В камере 1 выполняется форсуночное нанесение наночернил на основе редуцированного оксида графена РГО, поступающих из емкости 5 и подающихся через распылительные форсунки; далее полимерная пленка с нанесенным слоем оксида графена протягивается в камеру ИК и УФ облучения 2, где происходит восстановление нанесенного слоя редуцированного оксида графена до графена при облучении графенового слоя ИК и УФ излучением, далее полимерная пленка с нанесенным слоем графена подается в камеру форматирования периферийных электродов 3, где осуществляется нанесение электропроводящего слоя периферийных электродов по заданной программой конфигурации и габаритным размерам и контурное продавливание для быстрого отделения сформированных электрохромных устройств, размещенных в единой ленте, далее отформатированная полимерная пленка электрохромного состава с нанесенным слоем графена и сформированными по контуру и габаритам изделиями - электрохромными устройствами перемещается камеру нанесения полимерного защитного слоя 4, где осуществляется нанесение защитного слоя через форсунки, поступающего из емкости 6; далее отформатированная полимерная пленка электрохромного состава с готовыми электрохромными устройствами поступает в приемный магазин электрохромной пленки 8. Управление процессом осуществляется при помощи командного блока 9 и персонального компьютера 10.

Полученные пленки обладают максимальной прозрачностью 96% в случае одно- и двухслойных слоев графена. Наименьшее поверхностное сопротивление 600 Ом/ед2 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. Принтер для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, содержащий камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, отличающийся тем, что камера разделена на камеру нанесения покрытия, камеру ИК и УФ облучения, камеру форматирования периферийных электродов, камеру нанесения полимерного защитного слоя, первая камера снабжена емкостью с электрохромным составом, четвертая - ёмкостью с защитным составом, подача которого организована перпендикулярно поверхности ленты, принтер снабжен командным блоком и компьютером.

2. Принтер по п.1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящего транспарентного слоя использован графен или графен, допированный серебром.

3. Принтер по п.1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящего транспарентного слоя использованы наносеточки серебра.

4. Принтер по п.1, отличающийся тем, что емкости снабжены вентилями.



 

Похожие патенты:
Наверх