Dip Coating
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DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN EQUIPO PARA DEPOSICIN DE PELICULAS
DELGADAS POR LA TCNICA DE DIP-COATING
(Pelculas delgadas, catalizadores, sensores pticos)
Yessy B. Guillen Baca*, Alberto Montoya Portugal, Ernesto Palo Tejada, Ronald Pastor Rodrguez
Universidad Nacional de San Agustn Arequipa-Per
RESMEN
Durante los ltimos aos, la preparacin de materiales en forma de pelculas delgadas ha sido objeto de un
gran nmero de investigaciones debido a su enorme inters tecnolgico. Los enormes avances de la ltima
dcada hacen cada vez ms complicado satisfacer las demandas que exige el diseo de nuevos
dispositivos. Existen procesos que finalmente determinarn la estructura, morfologa y los que, a su vez,
condicionan las propiedades de las capas. Asimismo, otros aspectos tales como la interaccin de la
pelcula con el sustrato, las modificaciones sufridas por la capa debido a su exposicin a la atmsfera, su
estabilidad trmica, el nivel de impurezas que incorporan o el coste del proceso de fabricacin, son
aspectos que determinarn las posibles aplicaciones del material. En este proyecto se propone una forma
de obtener pelculas delgadas de tamaos apreciables a un bajo costo mediante la tcnica de Dip Coating.
Mediante sta tcnica se pretende hacer deposiciones de pelculas delgadas para la fabricacin de
catalizadores purificadores de aire y aguas, filtros para la fabricacin de sensores, etc. El equipo de Di-
Coating construido tiene la caracterstica de tambin cambiar su posicin horizontal para ubicar el sustrato
en otro contenedor u horno para su secado o para deposicin de multicapas con materiales diferentes.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
Existen muchas aplicaciones, donde es necesario el uso de pelculas delgadas, para lo cual se necesita de
un sistema de bajo costo que nos permita hacer estudios de alto inters en nuestra regin como son: la
descontaminacin de aguas y aire mediante catalizadores UV, sensores de medicin de intensidad de
radiacin ultravioleta y de deteccin de contaminantes del aire, etc. En nuestro novel laboratorio de
Pelculas de la Escuela Profesional de Fsica de la UNSA no contamos con un sistema de deposicin de
pelculas delgadas lo cual se pretende solucionar mediante el presente trabajo.
2. DESCRIPCIONES DEL PROYECTO:
Las pelculas delgadas pueden ser depositadas a travs de una variedad de tcnicas, que pueden ser
clasificadas de acuerdo con la fase del medio con el soluto.
Figura 1: Tcnicas de deposicin
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Algunos estn relacionados con las tcnicas de deposicin de pelculas en forma slida, a travs de un
medio lquido o gaseoso. Las tcnicas de deposicin en fase lquida por lo general se hacen mediante la
disolucin del material a depositar en un disolvente adecuado, luego la deposicin en la superficie del
sustrato y la evaporacin controlada del solvente y / o tratamiento trmico.
La deposicin lquida tiene muchas ventajas sobre otras vas de deposicin como:
1. Cantidad de elementos o semiconductores disponibles
2. Las estructuras complejas (o partculas) se puede obtener en la solucin y se depositan sobre el
sustrato.
3. Los equipos necesario para el depsito son ms simples y ms baratos que los que son similares a la
deposicin de gas (como en un proceso CVD, por ejemplo)
Uno de los ms difundidos y utilizados para el desarrollos de pelculas delgadas en fase lquida es la
tcnica de Dip-coating ".
TECNICA DE DIP-COATING: Es un proceso con una precisin controlada de inmersin y extraccin
de cualquier sustrato en un depsito de lquido (solvente) con el fin de depositar una capa de material.
Figura.2 Etapas del proceso Dip-Coating:
a) Sumergiendo el sustrato.
b) Colocando la muestra en posicin vertical.
c) Levantando la muestra con una velocidad opcional.
d) Controlamos el espesor de la pelcula por velocidad y la viscosidad
Muchos productos qumicos y proyectos de investigacin de los nanomateriales de ingeniera hacen uso
de esta tcnica.
Dip-Coating se utiliza con el mtodo sol-gel ya que crea pelculas con mayor espesor, controlados con
precisin, determinada principalmente por la velocidad de deposicin y viscosidad de la solucin.
Muchos factores contribuyen para determinar el estado final del bao de pelcula delgada como:
- La superficie del sustrato inicial
- Tiempo de inmersin
-
- La velocidad de retiro
- El nmero de ciclos de inmersin
- Composicin de la solucin
- La concentracin y la temperatura
- El nmero de soluciones en cada secuencia de inmersin
- La humedad ambiente
Las pelculas con la tcnica Dip-Coating pueden ser muy uniformes, de alta calidad y formas complejas.
Existe una gran variedad de equipos de Dip-Coating de acuerdo a longitudes de recorrido vertical, la
inmersin, velocidades y tipos de sustrato inicial (grandes o pequeos) para ampliar la escala de
produccin. Si se desea ms de un depsito de solucin, tambin hay mquinas con carruseles de rotacin
que puede albergar a muchas soluciones.
Estos equipos deben ser controlados por un software en la velocidad de inmersin, el perodo de
inmersin, la velocidad de la retirada, el perodo de secado, el nmero de ciclos de inmersin y de la
secuencia de rotacin de los depsitos con solucin mltiple. El control del motor de corriente continua
para el brazo de inmersin debe proporcionar un movimiento lineal liso del sustrato en varias velocidades
de inmersin. La velocidad ms lenta posible debera ser de 0,1 mm/min. El modelo ms rpido cae a una
velocidad de hasta 500 mm/min.
Para el secado y/o modificacin de la estructura del material depositado se cuenta con un horno tubular
Leybold con temperatura de hasta 600 C.
3. DISEO:
En la siguiente figura se muestra el diseo
del equipo de Dip Coating el cual tiene las
siguientes caractersticas:
- Tiene un motor de pasos, engranajes y un
tornillo para el movimiento vertical.
- Tiene un cilindro en el medio (cilindro A)
que servir para el movimiento vertical
del portador del sustrato, para la
deposicin de pelculas.
- Se puede aadir otro motor de pasos y
engranajes para el movimiento horizontal
y hacer diferentes deposiciones.
- Tiene una altura de 56.5 cm y de ancho 70.0 cm
Fig. 3: Diseo del Equipo en 3-D
-
FOTOS:
Fig. 4 : Nos muestra el
acabado del equipo, que
consta de ejes guas para las
diferentes direcciones
(movimientos vertical y
horizontal), unos engranajes,
un motor de pasos y soportes
Fig.5: Vista frontal del
equipo, donde el cilindro A
tendr el porta sustrato y
estar encargado de la
deposicin de la Pelcula
Delgada con el movimiento
vertical
-
Fig.6: Nos muestra la parte
principal del movimiento
vertical, motor de pasos,
engranajes, ejes gua y
tornillos. Cilindro C,
encargado de portar el eje y
tornillo horizontal. Cilindro D,
encargado de portar el eje y
tornillo vertical
4. CONCLUSIONES:
- Se pudo identificar el tipo de equipo que vamos ha utilizar con las caractersticas que necesitamos
para la deposicin de pelculas delgadas del 2TiO principalmente.
- Dentro de las caractersticas de nuestro equipo se ha identificado el rango de velocidades y
temperatura del horno que necesitaremos para el secado del sustrato luego de la extraccin.
- Se hizo los diseos de cada componente del equipo en 3D lo cual permiti una mejor visualizacin y
comprensin de su funcionamiento.
- Se logr el ensamblado del equipo para la animacin correspondiente para poder observar el
funcionamiento.
- El equipo Dip-Coating esta en la fase de evaluacin y conexin a un sistema de control
automatizado mediante computadora.
5. BIBLIOGRAFA:
- DEPOSICIN DE UNA PELCULA DELGADA DE TIO2 POR EL MTODO DE DIP-
COATING Mansor Abdul Hamid and Ismail Ab. Rahman, School of chemical Sciences, Universiti
Saints Malaysia.
- UM PROCEDIMENTO SIMPLES E BARATO PARA A CONSTRUO DE UM
EQUIPAMENTO DIP-COATING PARA DEPOSIO DE FILMES EM LABORATRIO
Alfredo R. M. Oliveira e Aldo J. G. Zarbin -Departamento de Qumica, Universidade Federal do
Paran
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- PREPARATION OF TITANIUM(IV) OXIDE THIN FILM PHOTOCATALYST BY SOLGEL
DIP COATING R.S. Sonawane, S.G. Hegde M.K. Dongare, a Center for Materials for Electronics
Technology (C-MET), Panchwati, Pashan Road, Pune 411 008, India
- DESARROLLO DE SISTEMAS FOTOACTIVOS TIO2/FIBRA PTICA
Scientia et Technica Ao XIII, No 36, Septiembre 2007. Universidad Tecnolgica de Pereira. ISSN
0122-1701