真空卷繞鍍膜技術(shù)研究進(jìn)展

　　本文從系統結構、參數控制和鍍膜方式等綜述了真空卷繞鍍膜技術(shù)研究進(jìn)展。按結構可分為單室、雙室和多室真空卷繞系統，后兩者可解決開(kāi)卷放氣問(wèn)題并分別控制卷繞和鍍膜室各自真空度。卷繞張力控制分錐度、間接和直接控制模型，錐度控制模型可解決薄膜褶皺和徑向力分布不均的問(wèn)題；間接張力控制無(wú)需傳感器，可用內置張力控制模塊的矢量變頻器代替；直接張力控制通過(guò)張力傳感器精確測量張力值，但需慣性矩和角速度等多種參數。真空卷繞鍍膜主要有真空蒸發(fā)、磁控濺射等方式，可用于制備新型高折射率薄膜、石墨烯等納米材料和柔性太陽(yáng)能電池等半導體器件。針對真空卷繞鍍膜技術(shù)研究現狀及向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡存在的問(wèn)題，最后作了簡(jiǎn)要分析與展望。

　　真空卷繞鍍膜(卷對卷)是在真空下應用不同方法在柔性基體上實(shí)現連續鍍膜的一種技術(shù)。它涵蓋真空獲得、機電控制、高精傳動(dòng)和表面分析等多方面內容。其重點(diǎn)是，在保證鍍膜質(zhì)量前提下提高卷繞速率、控制鍍膜穩定性及實(shí)施在線(xiàn)監控。卷對卷技術(shù)成本低、易操作、與柔性基底相容、生產(chǎn)率高及可連續鍍多層膜等優(yōu)點(diǎn)。第一臺真空蒸發(fā)卷繞鍍膜機1935年制成，現可鍍幅寬由500 至2500mm。卷對卷技術(shù)應用由包裝和裝飾用膜，近年逐漸擴大至激光防偽膜、導電等功能薄膜方面，是未來(lái)柔性電子等行業(yè)的主流技術(shù)之一。

　　目前，國際前沿是研究不同制備工藝下功能薄膜特性并完善復合膜層制備。卷繞鍍膜機有向大型工業(yè)化和小型科研化方向發(fā)展的兩種趨勢，國內蘭州真空設備、廣東中環(huán)真空設備等公司多生產(chǎn)大型工業(yè)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卷繞鍍膜機。

1、真空卷繞鍍膜設備分類(lèi)

　　真空卷對卷設備由抽真空、卷繞、鍍膜和電氣控制等系統組成。據真空室有無(wú)擋板，可分單室、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(jiǎn)單但開(kāi)卷時(shí)放氣會(huì )污染真空環(huán)境。雙室結構將系統用擋板隔成卷繞和鍍膜室，卷輥與擋板間隙約1.5mm，避免了類(lèi)似開(kāi)卷放氣問(wèn)題。多室常用于制備復合薄膜，在雙室基礎上將相鄰鍍膜區用擋板隔開(kāi)避免干擾。如Krebs 等將Skultuna Flexibles AB 的開(kāi)普頓擋板固定于兩磁控濺射靶間，板兩側涂覆50μm 的銅層。

　　分隔擋板與真空室壁狹縫越小越好。據鍍膜時(shí)輥筒作用分為單主輥和多主輥卷繞鍍膜機。據電機個(gè)數，則可分為兩電機、三電機和四電機驅動(dòng)系統。

圖1 單室、雙室和多室卷繞系統結構示意圖

4、總結與展望

　　真空卷繞鍍膜因其大面積、低成本、連續性等特點(diǎn)，比間歇式鍍膜有很大優(yōu)勢，廣受?chē)鴥韧庋芯空吆推髽I(yè)關(guān)注。當前卷繞鍍膜技術(shù)進(jìn)展較快，解決了鏤空線(xiàn)、白條、褶皺等問(wèn)題，開(kāi)始用于制備石墨烯、有機太陽(yáng)能電池和透明導電薄膜等新型功能介質(zhì)與器件。故對制膜過(guò)程和成膜質(zhì)量提出了更高要求，真空機組主泵選擇從大抽速擴散泵發(fā)展到無(wú)油超高真空分子泵和低溫泵，開(kāi)發(fā)出了大包角雙冷卻輥鍍膜機以減小薄膜拉伸變形。張力控制多用考慮夾感應張力的收卷模型和單跨非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的放卷模型。

　　目前卷繞鍍膜的精密控制有待提高，例如轉印石墨烯時(shí)，難以徹底去除基底和石墨烯間的熱解膠，且卷繞速度過(guò)快或基底較硬引發(fā)的切應力會(huì )使石墨烯層形成裂縫或孔洞。又如，真空卷繞發(fā)制備的有機薄膜表面缺陷多，載流子遷移率較低，進(jìn)而嚴重影響其器件的光電特性。未來(lái)應增設薄膜應力等測控單元，融合CVD、離子鍍、高壓靜電紡絲、真空噴射和原位聚合等成膜技術(shù)，為開(kāi)發(fā)新型有機及其無(wú)機復合功能薄膜和器件提供保障。