El recubrimiento por inmersión es un proceso de recubrimiento industrial que se utiliza, por ejemplo, para fabricar productos a granel como telas recubiertas y condones y recubrimientos especializados, por ejemplo, en el campo biomédico. El recubrimiento por inmersión también se usa comúnmente en la investigación académica, donde muchos proyectos de investigación de ingeniería química y de nanomateriales utilizan la técnica de recubrimiento por inmersión para crear recubrimientos de película delgada.
Los primeros productos recubiertos por inmersión pueden haber sido velas. Para sustratos laminares flexibles tales como telas, el revestimiento por inmersión se puede realizar como un proceso continuo de rollo a rollo. Para recubrir un objeto 3D, simplemente se puede insertar y quitar del baño de recubrimiento. Para la fabricación de condones, se sumerge un formador en el revestimiento. Para algunos productos, como los primeros métodos de fabricación de velas, el proceso se repite muchas veces, lo que permite que una serie de películas delgadas aumenten hasta un objeto final relativamente grueso.
El producto final puede incorporar el sustrato y el revestimiento, o el revestimiento puede desprenderse para formar un objeto que consiste únicamente en el revestimiento seco o solidificado, como en el caso de un condón.
Como alternativa popular al recubrimiento Spin , los métodos de recubrimiento por inmersión se emplean con frecuencia para producir películas delgadas a partir de precursores de sol-gel con fines de investigación, donde generalmente se usa para aplicar películas sobre sustratos planos o cilíndricos . [1]
Proceso
El proceso de recubrimiento por inmersión se puede dividir en cinco etapas: [2]
- Inmersión: El sustrato se sumerge en la solución del material de revestimiento a una velocidad constante (preferiblemente sin fluctuaciones).
- Arranque: El sustrato ha permanecido dentro de la solución por un tiempo y comienza a levantarse.
- Deposición: La capa fina se deposita sobre el sustrato mientras se levanta. La retirada se realiza a una velocidad constante para evitar temblores. La velocidad determina el grosor del recubrimiento (una retirada más rápida da un material de recubrimiento más grueso). [3]
- Drenaje: El exceso de líquido se drenará de la superficie.
- Evaporación: El solvente se evapora del líquido, formando una capa delgada. Para los disolventes volátiles , como los alcoholes , la evaporación comienza ya durante las etapas de deposición y drenaje.
En el proceso continuo, los pasos se llevan a cabo directamente uno después del otro.
Muchos factores contribuyen a determinar el estado final del recubrimiento por inmersión de una película delgada. Se puede fabricar una gran variedad de espesores y estructuras repetibles de película recubierta por inmersión controlando muchos factores: funcionalidad de la superficie del sustrato inicial, tiempo de inmersión, velocidad de extracción, número de ciclos de inmersión, composición de la solución, concentración y temperatura, cantidad de soluciones en cada inmersión secuencia y humedad ambiental. La técnica de recubrimiento por inmersión puede producir películas uniformes y de alta calidad incluso en formas complejas y voluminosas.
Aplicaciones en investigación
La técnica de recubrimiento por inmersión se utiliza para realizar películas delgadas mediante autoensamblaje y con la técnica sol-gel. El autoensamblaje puede dar espesores de película de exactamente una monocapa. La técnica sol-gel crea películas de mayor espesor controlado con precisión que están determinadas principalmente por la velocidad de deposición y la viscosidad de la solución. Como campo emergente, las nanopartículas se utilizan a menudo como material de revestimiento. Las aplicaciones de recubrimiento por inmersión incluyen:
- Recubrimientos de sensores multicapa
- Funcionalista de implantes
- Hidro geles
- Recubrimientos de nanopartículas Sol-Gel
- Capas mono autoensambladas
- Conjuntos de nanopartículas capa por capa.
Recubrimientos de nanopartículas
Los recubrimientos por inmersión se han utilizado, por ejemplo, en la fabricación de nanopartículas biocerámicas, biosensores, implantes y recubrimientos híbridos. Por ejemplo, el recubrimiento por inmersión se ha utilizado para establecer un método de recubrimiento no térmico simple pero rápido para inmovilizar nanopartículas de hidroxiapatita y TiO2 en metacrilato de polimetilo. [4]
En otro estudio, se depositaron nanocristales de celulosa porosa y películas de nanocompuestos de poli (alcohol vinílico) CNC / PVA con un espesor de 25-70 nm sobre sustratos de vidrio utilizando un revestimiento por inmersión. [5]
Técnica sol-gel
El recubrimiento por inmersión de soles inorgánicos (o la llamada síntesis sol-gel ) es una forma de crear recubrimientos finos inorgánicos o poliméricos. En la síntesis de sol-gel, la velocidad de deposición es un parámetro importante que afecta, por ejemplo, el espesor de la capa, la densidad y la porosidad.
La técnica sol-gel es un método de deposición que se utiliza ampliamente en la ciencia de los materiales para crear revestimientos protectores, revestimientos ópticos, revestimientos cerámicos y superficies similares. Esta técnica comienza con la hidrólisis de un precursor líquido (sol), que sufre una policondensación para obtener gradualmente un gel. Este gel es un sistema bifásico que contiene tanto una fase líquida (disolvente) como una fase sólida (red integrada, normalmente red polimérica). La proporción de líquido se reduce gradualmente. El resto del líquido se puede eliminar secando y se puede combinar con un tratamiento térmico para adaptar las propiedades del material del sólido.
Ver también
Referencias
- ^ Scriven, LE (1988). "Física y aplicaciones del recubrimiento por inmersión y recubrimiento por rotación". Mejores cerámicas a través de la química III . págs. 717–729.
- ^ Rahaman, MN (2007). Procesamiento de cerámica . Boca Ratón: CRC Press. págs. 242–244. ISBN 978-0-8493-7285-8.
- ^ Quéré, David (1999). "REVESTIMIENTO FLUIDO SOBRE FIBRA". Revisión anual de mecánica de fluidos . 31 (1): 347–384. doi : 10.1146 / annurev.fluid.31.1.347 . ISSN 0066-4189 .
- ^ Riau, Andri K .; Mondal, Debasish; Setiawan, Melina; Palaniappan, Alagappan; Yam, Gary HF; Liedberg, Bo; Venkatraman, Subbu S .; Mehta, Jodhbir S. (28 de diciembre de 2016). "Funcionalización de la superficie polimérica con nanopartículas biocerámicas a través de un nuevo método de recubrimiento por inmersión no térmica" . Materiales e interfaces aplicados ACS . 8 (51): 35565–35577. doi : 10.1021 / acsami.6b12371 . ISSN 1944-8244 .
- ^ Schyrr, Bastien; Pasche, Stéphanie; Voirin, Guy; Weder, Christoph; Simon, Yoan C .; Foster, E. Johan (13 de agosto de 2014). "Biosensores basados en andamios de nanocristales de celulosa porosa y alcohol polivinílico". Materiales e interfaces aplicados ACS . 6 (15): 12674–12683. doi : 10.1021 / am502670u . ISSN 1944-8244 .