[发明专利]辊涂机

说明书

本申请是申请号为201180016577.6、申请日为2011年4月1日、发明名称为“辊涂机”的中国发明专利申请的分案申请。

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2010年4月2日提交的美国临时申请系列号61/320,634的权益，该临时申请的内容被明确地并入本文。

发明领域

本发明公开了用于将纳米复合材料膜及涂层沉积在多种基板上的方法及辊涂机系统，所述基板包括但不限于玻璃、金属、塑料片或箔。

发明背景

各种组成的二元及三元金属-非金属化合物被广泛地用作用于各种用途的薄膜。例如，已经沉积了二元及三元金属-非金属化合物，包括但不限于Y₂O₃、ZrO₂、YZO、HfO₂、YHO、Al₂O₃、AlO₂、ZnO、AZO、ITO、SiC、Si₃N₄、SixCyNz、SixOyNz、TiO₂、CdS、ZnS、Zn₂SnO₄、SiO₂、WO₃、CeO₃等等，作为用于各种用途的多层膜堆叠的薄膜涂层或层，如透明导电氧化物(TCO)电极、钝化膜、背面场层、上与下转换器、选择性发射极掩模、离子储存器、固体电解质、防湿层、抗磨层、热障、阻抗校正层、表面改性等。

已知许多方法可提供用于这些材料的沉积。这些方法可分成两类：真空技术(如PVD、CVD、ALD、MBE等)和非真空技术(如电镀、CBD、丝网印刷等)。真空技术具有高资本支出、操作成本及消耗成本。非真空技术具有高资本支出和废物处理成本，并且在多种方式上极为受限。

溶胶-凝胶的使用提供了对于上述方法的替代方案。溶胶-凝胶前体具有经历聚合以形成具有确切化学计量及掺杂的超纯连续膜的独特能力，从而提供用于微结构及界面工程的装置。目前溶胶-凝胶主要用于小规模的应用，如光学镜片或生物医学装置，如植入物和血管支架。通常通过浸涂、旋涂或喷涂将溶胶-凝胶前体溶液施加于镜片或生物医学装置。因为使用非牛顿流体形成和保持动态润湿线很困难，所以辊涂机尚未能成功地用于沉积基于大规模溶胶-凝胶的薄膜。

本领域中有许多已知的辊涂机设计。然而，在很大程度上来讲，这种设计无法使用溶胶-凝胶前体进行许多关键的薄膜工业化沉积。

因此，需要有可提供前述二元、三元及其它化合物作为大尺寸扁平基板上的单层或多层膜堆叠构件的系统和方法，所述基板，无论是刚性的还是柔性的，都不有失纳米复合材料膜的纯度、化学计量、形态及厚度均匀性。

另外需要提供可在材料损失最少的情况下有效地使用溶胶-凝胶前体的辊涂机。

还需要对辊涂机部件(如与溶胶-凝胶前体溶液一起使用的施涂辊)提供预防性维护的装置。

发明概要

本公开内容涉及使用辊涂机而基本上避免与用于薄膜沉积的常规方法相关的一种或多种上述及其它问题的方法和系统，所述辊涂机被设计成利用溶胶-凝胶前体且特别是利用非牛顿溶胶-凝胶前体。

在一方面，辊涂机包括：

(1)计量辊和施涂辊，其中辊的旋转轴彼此平行，并被布置成在计量辊与施涂辊之间产生间隙；

(2)与计量辊和施涂辊之间的间隙流体连通的储槽；

(3)被布置成接收在辊涂机的操作期间产生的废流体的容器；

(4)用于运输来自所述容器的废流体的导管；和

(5)一个或多个布置成向废流体里赋予超声波能量的超声波换能器。

在一些情况下，通过换能器以及任选的过滤单元和温度控制单元将废流体转变成经再处理的涂布溶液，例如经再处理的溶胶-凝胶前体溶液，其基本上不含颗粒物，并且能够在辊涂机或其它应用中重新使用。

在又一实施方案中，辊涂机含有预防性维护单元，所述预防性维护单元包括可逆地啮合施涂辊和/或计量辊的清洁单元。清洁单元的啮合表面具有允许其啮合施涂辊或计量辊表面的形状。该表面优选与圆筒的角度部分的内部适形，所述圆筒具有等于或稍大于施涂辊或计量辊外径的内径。啮合表面具有通过导管连接于溶剂源的一个或多个冲洗口，以及连接于低压源以从施涂辊表面移除溶剂和碎屑的至少一个抽吸口。也可使用刷(如固定刷和旋转刷)以便于从辊的表面移除碎屑。