dip coating

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO PARA DEPOSICIÓN DE PELICULAS DELGADAS POR LA TÉCNICA DE DIP-COATING (Películas delgadas, catalizadores, sensores ópticos) Yessy B. Guillen Baca*, Alberto Montoya Portugal, Ernesto Palo Tejada, Ronald Pastor Rodríguez Universidad Nacional de San Agustín Arequipa-Perú *[email protected] RESÚMEN Durante los últimos años, la preparación de materiales en forma de películas delgadas ha sido objeto de un gran número de investigaciones debido a su enorme interés tecnológico. Los enormes avances de la última década hacen cada vez más complicado satisfacer las demandas que exige el diseño de nuevos dispositivos. Existen procesos que finalmente determinarán la estructura, morfología y los que, a su vez, condicionan las propiedades de las capas. Asimismo, otros aspectos tales como la interacción de la película con el sustrato, las modificaciones sufridas por la capa debido a su exposición a la atmósfera, su estabilidad térmica, el nivel de impurezas que incorporan o el coste del proceso de fabricación, son aspectos que determinarán las posibles aplicaciones del material. En este proyecto se propone una forma de obtener películas delgadas de tamaños apreciables a un bajo costo mediante la técnica de Dip Coating. Mediante ésta técnica se pretende hacer deposiciones de películas delgadas para la fabricación de catalizadores purificadores de aire y aguas, filtros para la fabricación de sensores, etc. El equipo de Di- Coating construido tiene la característica de también cambiar su posición horizontal para ubicar el sustrato en otro contenedor u horno para su secado o para deposición de multicapas con materiales diferentes. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Existen muchas aplicaciones, donde es necesario el uso de películas delgadas, para lo cual se necesita de un sistema de bajo costo que nos permita hacer estudios de alto interés en nuestra región como son: la descontaminación de aguas y aire mediante catalizadores UV, sensores de medición de intensidad de radiación ultravioleta y de detección de contaminantes del aire, etc. En nuestro novel laboratorio de Películas de la Escuela Profesional de Física de la UNSA no contamos con un sistema de deposición de películas delgadas lo cual se pretende solucionar mediante el presente trabajo. 2. DESCRIPCIONES DEL PROYECTO: Las películas delgadas pueden ser depositadas a través de una variedad de técnicas, que pueden ser clasificadas de acuerdo con la fase del medio con el soluto. Figura 1: Técnicas de deposición

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equipo de recubrimiento por inmersion

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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

    *[email protected]

    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

  • 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

  • - 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