RU143116U1

RU143116U1 - PRINTER FOR SYNTHESIS OF FLEXIBLE TRANSPARENT ELECTROCHROMIC FILM

Info

Publication number: RU143116U1
Application number: RU2013154282/12U
Authority: RU
Inventors: Александр Леонидович Гусев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический Центр "ТАТА" - ООО НТЦ "ТАТА"
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-07-20

Abstract

1. Принтер для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, содержащий камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, отличающийся тем, что камера разделена на камеру нанесения покрытия, камеру ИК и УФ облучения, камеру форматирования периферийных электродов, камеру нанесения полимерного защитного слоя, первая камера снабжена емкостью с электрохромным составом, четвертая - ёмкостью с защитным составом, подача которого организована перпендикулярно поверхности ленты, принтер снабжен командным блоком и компьютером.2. Принтер по п.1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящего транспарентного слоя использован графен или графен, допированный серебром.3. Принтер по п.1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящего транспарентного слоя использованы наносеточки серебра.4. Принтер по п.1, отличающийся тем, что емкости снабжены вентилями.1. A printer for the synthesis of a flexible transparent electrochromic film, comprising a camera in which the tape is movably mounted, means for feeding components of the applied material perpendicular to the surface of the tape, characterized in that the camera is divided into a coating chamber, an IR and UV irradiation chamber, a formatting chamber peripheral electrodes, a chamber for applying a polymer protective layer, the first chamber is equipped with a capacitance with an electrochromic composition, the fourth is a container with a protective composition, the supply of which is organic lowered perpendicular to the surface of the ribbon, the printer is equipped with a command unit and a computer. 2. The printer according to claim 1, characterized in that graphene or graphene doped with silver is used as an electrically conductive transparent layer. The printer according to claim 1, characterized in that silver nanoscales are used as the electrically conductive transparent layer. The printer according to claim 1, characterized in that the containers are equipped with valves.

Description

Полезная модель относится к устройствам нанесения прозрачных электропроводящих покрытий и может найти применение в авиационной, оптической и других областях техники.The utility model relates to devices for applying transparent conductive coatings and can be used in aviation, optical and other fields of technology.

Известна установка для нанесения покрытий на ленту (п. РФ №2167955), включающей вакуумную камеру, по меньшей мере, один магнетронный распылитель, системы эвакуации, подачи и регулирования расхода газа, устройство для перемещения ленты с одного барабана на другой. Устройство для перемещения ленты выполнено в виде платформы, имеющей возможность вращения, с установленными на периферии пассивными направляющими роликами, на которой внутри пространства, ограниченного крышкой и лентой, огибающей снаружи пассивные ролики, установлены съемные барабаны с возможностью реверсивного вращения, автономными приводами и тормозными устройствами, причем поверхность ленты размещена оппозитно мишени, по меньшей мере, одного магнетронного распылителя, а разрыв ленточной образующей между пассивными роликами, изменяющими направление ее движения на барабаны, закрыт экраном. Магнетронные распылители размещены снаружи ленты, огибающей пассивные ролики, со смещением осевой линии магнетронных распылителей по ширине ленты относительно средней линии или без него на расстоянии друг от друга. Между объемом камеры, где размещены магнетронные распылители и платформа устройства для перемещения ленты, и окном для эвакуации газов установлен защитный экран.A known installation for coating a tape (p. RF No. 2167955), including a vacuum chamber, at least one magnetron atomizer, evacuation systems, supply and regulation of gas flow, a device for moving the tape from one drum to another. The device for moving the tape is made in the form of a platform that can be rotated, with passive guide rollers mounted on the periphery, on which inside the space bounded by a cover and a tape enveloping the passive rollers outside, removable drums are installed with the possibility of reverse rotation, self-contained drives and braking devices, moreover, the surface of the tape is placed opposite to the target of at least one magnetron atomizer, and the gap between the tape forming between the passive rollers, ISM sculpt the direction of its movement to the drums, screen closed. Magnetron sprays are placed outside the tape envelope of the passive rollers, with the offset of the center line of the magnetron sprays along the width of the tape relative to the midline or without it at a distance from each other. Between the volume of the chamber where the magnetron sprays are located and the platform of the device for moving the tape, and a window for evacuating gases, a protective screen is installed.

Недостатком данного устройства является использование магнетронных распылителей, с помощью которых возможно распыление металлических материалов. Дальнейшее же совершенствование электрохромных покрытий и улучшение их свойств связано с переходом от металлических пленок, корродирующих в электрохромной системе и взаимодействующих с лавсановой пленкой, к неметаллическим, в частности к углеродным покрытиям, например на основе графена, для создания электропроводящего светопрозрачного слоя, который может наноситься на любую полимерную пленку и графен химически инертен по отношению к подложке.The disadvantage of this device is the use of magnetron sprays, with which it is possible to spray metal materials. Further improvement of electrochromic coatings and improvement of their properties is associated with the transition from metal films that corrode in the electrochromic system and interact with the lavsan film to non-metallic, in particular to carbon coatings, for example, based on graphene, to create an electrically conductive translucent layer that can be deposited on any polymer film and graphene are chemically inert with respect to the substrate.

В качестве прототипа выбрано устройство для нанесения на движущуюся ленту неорганических покрытий в вакууме методом химического осаждения (п. РФ №69520), содержащее корпус реактора, в котором с возможность перемещения установлена лента, с одной стороны которой установлено средство нагрева в виде лампы, например, галогеновой, обеспечивающей бесконтактный нагрев ленты, а с другой стороны ленты - средство для подачи паров, выполненное с возможностью подачи потока паров компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты.As a prototype, a device was selected for applying inorganic coatings to a moving belt in a vacuum by chemical deposition (Cl. RF No. 69520), containing a reactor vessel in which a tape was installed with the possibility of movement, on one side of which a heating means in the form of a lamp was installed, for example, halogen, providing non-contact heating of the tape, and on the other side of the tape is a means for supplying vapor, configured to supply a vapor stream of components of the applied material perpendicular to the surface of the tape.

Данная установка предназначена для нанесения неорганических покрытий на металлическую ленту, тогда как перед разработчиками стоит задача нанесения покрытия электрохромного состава наноструктурированного электропроводящего и оптически прозрачного материала на основе редуцированного оксида графена на полимерную пленку.This installation is intended for applying inorganic coatings to a metal strip, while the developers are faced with the task of coating the electrochromic composition of a nanostructured electrically conductive and optically transparent material based on reduced graphene oxide on a polymer film.

Задачей данного решения состоит в создании установки для комплексного выполнения всех основных операций изготовления в одном агрегате, который формирует готовые изделия с учетом потребностей потребителя по контуру, габаритам, условиям применения электрохромных устройств, в том числе принтерный агрегат обеспечивает в компьютеризированном режиме процессы нанесения покрытия на полимерную пленку электрохромного состава наноструктурированного электропроводящего и оптически прозрачного материала на основе редуцированного оксида графена, восстановления слоя оксида графена до графена при ультрафиолетовом и инфракрасном облучении, форматировании электрохромных устройств с автоматизированным созданием периферийных слоев, нанесением защитных слоев на готовое электрохромное устройство.The objective of this solution is to create an installation for the complex execution of all basic manufacturing operations in one unit, which forms finished products taking into account the needs of the consumer according to the contour, dimensions, conditions of use of electrochromic devices, including the printer unit provides computerized processes for coating polymer a film of the electrochromic composition of a nanostructured electrically conductive and optically transparent material based on reduced gra ene recovery layer graphene oxide to graphene ultraviolet and infrared irradiation, formatting electrochromic devices with automatic creation of the peripheral layers, application of protective layers of the finished electrochromic device.

Техническим результатом является создание совершенного электрохромного устройства, в котором применение графена или графена, допированного серебром, в качестве электропроводящего светопрозрачного слоя, что обеспечивает расширение выбора применяемых полимерных подложек, т.к. графен химически нейтрален по отношению к подложке, таким образом исключается процесс коррозии электропрозрачного светопрозрачного покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства. Чрезвычайно низкое сопротивление графена обеспечивает значительное улучшение процесса токоотвода, снижает вероятность возникновения эффекта радужной оболочки, уменьшает время переключения функциональных состояний. Использование наночернил на основе графена обеспечивает переход от магнетронных технологий к менее затратным - принтерным технологиям.The technical result is the creation of a perfect electrochromic device, in which the use of graphene or graphene doped with silver as an electrically conductive translucent layer, which provides an extension of the choice of used polymer substrates, because graphene is chemically neutral with respect to the substrate, thus eliminating the process of corrosion of the translucent translucent coating and defect formation in the electrochromic device, leading to a partial or complete loss of operability of the electrochromic device. The extremely low resistance of graphene provides a significant improvement in the process of down conduction, reduces the likelihood of an iris effect, and reduces the switching time of functional states. The use of graphene-based nano-ink provides a transition from magnetron technologies to less expensive printer technologies.

Технический результат также обеспечивает полную автономность процесса производства электрохромных устройств в соответствии с заданным оператором контуром с различной конфигурацией поверхности (выпуклости, впадины, сферы и т.д., т.е. работать в режиме 3-D), размерами, и условиями эксплуатации изделия и создает условия для персонализации процесса производства гибких транспартентных электрохромных пленок и устройств совместно с персональным компьютером в офисе, дома и по месту применения ЭХУ.The technical result also provides complete autonomy of the production process of electrochromic devices in accordance with the contour specified by the operator with various surface configurations (bulges, depressions, spheres, etc., i.e., operate in 3-D mode), dimensions, and product operating conditions and creates the conditions for personalizing the production process of flexible transparent electrochromic films and devices together with a personal computer in the office, at home and at the place of application of ECM.

Технический результат также обеспечивает повышение надежности, увеличение срока гарантийного ресурса работы электрохромного устройства, высокую равномерность окрашивания и отсутствие видимых дефектов, способность длительное время устойчиво работать при длительной экспозиции управляющего напряжения на электрохромный состав.The technical result also provides increased reliability, extended warranty period for the operation of the electrochromic device, high uniformity of coloring and the absence of visible defects, the ability to work stably for a long time during prolonged exposure of the control voltage to the electrochromic composition.

Технический результат достигается тем, что в принтере для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, содержащем камеру, в которой с возможностью перемещения установлена лента, средство для подачи компонентов наносимого материала перпендикулярно поверхности ленты, камера разделена на камеру нанесения покрытия, камеру ИК и УФ облучения, камеру форматирования периферийных электродов, камеру нанесения полимерного защитного слоя, первая камера снабжена емкостью с электрохромным составом, четвертая - емкостью с защитным составом, подача которого организована перпендикулярно поверхности ленты. Принтер снабжен командным блоком и компьютером. В качестве электрохромного состава использован графен или графен, допированный серебром. Емкости снабжены вентилями.The technical result is achieved in that in the printer for the synthesis of a flexible transparent electrochromic film containing a chamber in which the tape is movably mounted, means for feeding the components of the applied material perpendicular to the surface of the tape, the camera is divided into a coating chamber, an IR and UV camera, a camera formatting of peripheral electrodes, a chamber for applying a polymer protective layer, the first chamber is equipped with a capacitance with an electrochromic composition, the fourth is equipped with a capacitance with a protective composition m, the supply of which is organized perpendicular to the surface of the tape. The printer is equipped with a command unit and a computer. Graphene or graphene doped with silver was used as the electrochromic composition. Tanks are equipped with valves.

Новым является то, что установка обеспечивает в полностью автоматизированном режиме весь процесс создания электрохромных устройств в соответствии с индивидуальными требованиями потребителя и на месте их применения.What is new is that the installation provides in a fully automated mode the entire process of creating electrochromic devices in accordance with the individual requirements of the consumer and at the place of their application.

Данная установка обеспечивает все технологические режимы последовательного формирования основных функциональных слоев на осевую пленочную конструкцию электрохромного устройства, а также дальнейшего форматирования электрохмроных устройств в соответствии с запросами потребителя.This installation provides all technological modes of the sequential formation of the main functional layers on the axial film structure of the electrochromic device, as well as further formatting of the electrochronic devices in accordance with the needs of the consumer.

Среди перспективных электропроводящих светопрозрачных материалов для электрохромных устройств и других электрохимических систем в последнее время широко исследуется графен и графен, допированный металлами, в частности серебром (РГО).Among the promising electrically conductive translucent materials for electrochromic devices and other electrochemical systems, graphene and graphene doped with metals, in particular silver (RGO), have been widely studied recently.

Применение графеноподобных веществ или наноуглеродных материалов обеспечивает расширение диапазона применяемых полимерных подложек в электрохромных устройствах, т.к. они химически нейтральны по отношению к подложке, что исключает процессы коррозии электропроводящего светопрозрачного покрытия и дефектообразования в электрохромном устройстве, приводящим к частичной или полной потере работоспособности электрохромного устройства. Чрезвычайно низкое сопротивление графеноподобных материалов обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик электрохромного устройства [Баскаков С.А., Шульга Ю.М., Баскакова Ю.В., Золотаренко А.Д., Кузнецов И.Е., Ефимов О.Н., Гусев А.Л. «Новые композитные материалы на основе восстановленного оксида графена и полианилина для электродов суперконденсаторов высокой емкости» // Альтернативная энергетика и экология. 2012, №12. С. 66-76].The use of graphene-like substances or nanocarbon materials provides an extension of the range of used polymer substrates in electrochromic devices, because they are chemically neutral with respect to the substrate, which eliminates the processes of corrosion of an electrically conductive translucent coating and defect formation in an electrochromic device, leading to a partial or complete loss of operability of the electrochromic device. The extremely low resistance of graphene-like materials provides an increase in the operational characteristics of the electrochromic device [Baskakov SA, Shulga Yu.M., Baskakova Yu.V., Zolotarenko AD, Kuznetsov IE, Efimov ON, Gusev A .L. “New composite materials based on reduced graphene and polyaniline oxide for electrodes of high-capacity supercapacitors” // Alternative Energy and Ecology. 2012, No. 12. S. 66-76].

Как известно, существует два подхода к синтезу пленок графена большой площади [http://www.nanometer.ru/2010/01/16/grafen_162882.html].As you know, there are two approaches to the synthesis of graphene films of large area [http://www.nanometer.ru/2010/01/16/grafen_162882.html].

Первый подход заключается в химическом осаждении из газовой фазы, для которого необходимы высокая температура осаждения и специальная подложка (в ряде случаев монокристаллическая).The first approach is chemical vapor deposition, which requires a high deposition temperature and a special substrate (in some cases, single-crystal).

Второй подход заключается в нанесении графена из жидкой фазы.The second approach is to apply graphene from the liquid phase.

Первый подход позволяет получить наноэлектронные устройства с необычайно высокой подвижностью носителей заряда, однако этот метод слишком дорог для промышленного производства.The first approach allows one to obtain nanoelectronic devices with an unusually high mobility of charge carriers, but this method is too expensive for industrial production.

Второй же подход, несмотря на более низкую подвижность зарядов, значительно дешев, а значит, именно он с большей долей вероятности найдет применение в промышленном производстве.The second approach, despite the lower mobility of the charges, is much cheaper, which means that it is he who is more likely to find application in industrial production.

Предложенное устройство довольно простым способом позволяет получить наноструктурированный, электропроводящий и оптически прозрачный графеновый слой в процессе распыления электрохромного состава через форсунки на слой полимера, протягивающийся в камере распыления лентопротяжным механизмом.The proposed device in a fairly simple way allows you to get a nanostructured, electrically conductive and optically transparent graphene layer in the process of sputtering the electrochromic composition through nozzles onto a polymer layer, stretched in the spray chamber by a tape drive mechanism.

На фиг. изображена схема принтера для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки, где 1 - камера нанесения электрохромного покрытия (РГО), 2 - камера ИК и УФ облучения, 3 - камера форматирования периферийных электродов, 4 - камера нанесения полимерного защитного слоя, 5 - емкость с РГО, 6 - емкость с защитным составом, 7 - магазин с полимерной пленкой, 8 - приемный магазин электрохромной пленки, 9 - командный блок, 10 - компьютер.In FIG. shows a diagram of a printer for the synthesis of a flexible transparent electrochromic film, where 1 is an electrochromic coating (RGO) coating chamber, 2 is an IR and UV irradiation chamber, 3 is a peripheral electrode formatting chamber, 4 is a polymer protective layer deposition chamber, 5 is a RGO coating chamber, 6 - a container with a protective composition, 7 - a store with a polymer film, 8 - a receiving store of electrochromic film, 9 - a command unit, 10 - a computer.

Работа установки заключается в том, что в принтере для синтеза гибкой транспарентной электрохромной пленки из магазина с полимерной пленкой 7 в камеру нанесения РГО покрытия 1 подается прозрачная полимерная пленка. В камере 1 выполняется форсуночное нанесение наночернил на основе редуцированного оксида графена РГО, поступающих из емкости 5 и подающихся через распылительные форсунки; далее полимерная пленка с нанесенным слоем оксида графена протягивается в камеру ИК и УФ облучения 2, где происходит восстановление нанесенного слоя редуцированного оксида графена до графена при облучении графенового слоя ИК и УФ излучением, далее полимерная пленка с нанесенным слоем графена подается в камеру форматирования периферийных электродов 3, где осуществляется нанесение электропроводящего слоя периферийных электродов по заданной программой конфигурации и габаритным размерам и контурное продавливание для быстрого отделения сформированных электрохромных устройств, размещенных в единой ленте, далее отформатированная полимерная пленка электрохромного состава с нанесенным слоем графена и сформированными по контуру и габаритам изделиями - электрохромными устройствами перемещается камеру нанесения полимерного защитного слоя 4, где осуществляется нанесение защитного слоя через форсунки, поступающего из емкости 6; далее отформатированная полимерная пленка электрохромного состава с готовыми электрохромными устройствами поступает в приемный магазин электрохромной пленки 8. Управление процессом осуществляется при помощи командного блока 9 и персонального компьютера 10.The operation of the installation is that in the printer for the synthesis of a flexible transparent electrochromic film from a store with a polymer film 7, a transparent polymer film is fed into the application chamber of the RGO coating 1. In the chamber 1, the atomization deposition of nanoblack based on the reduced graphene oxide of the RGO coming from the tank 5 and fed through the spray nozzles is performed; then a polymer film with a deposited layer of graphene oxide is drawn into the IR and UV irradiation chamber 2, where the applied layer of the reduced graphene oxide is restored to graphene by irradiating the graphene layer with IR and UV radiation, then a polymer film with a deposited layer of graphene is fed into the formatting chamber of the peripheral electrodes 3 where the deposition of the electrically conductive layer of peripheral electrodes is carried out according to the specified configuration program and overall dimensions and contour punching for quick separation formed electrochromic devices placed in a single tape, then a formatted polymer film of an electrochromic composition with a graphene layer deposited and products formed along the contour and dimensions — electrochromic devices moves the polymer coating layer 4 application chamber, where the protective layer is applied through nozzles from container 6; Further, a formatted polymer film of an electrochromic composition with ready-made electrochromic devices arrives at the receiving store of the electrochromic film 8. The process is controlled using a command unit 9 and a personal computer 10.

Полученные пленки обладают максимальной прозрачностью 96% в случае одно- и двухслойных слоев графена. Наименьшее поверхностное сопротивление 600 Ом/ед² было достигнуто в случае пленки, прозрачностью 40% и толщиной 30 нм. Наилучшие оптоэлектронные свойства были обнаружены в случае пленок толщиной 5 мм (поверхностное сопротивление 2.4 кОм/ед2, прозрачность 81%) и 15 мм (поверхностное сопротивление 1 кОм/ед2, прозрачность 70%), что значительно меньше, чем в случае пленок графена, полученных методом химического осаждения из газовой фазы.The resulting films have a maximum transparency of 96% in the case of single and double layer graphene layers. The smallest surface resistance of 600 Ohm / u ² was achieved in the case of a film with a transparency of 40% and a thickness of 30 nm. The best optoelectronic properties were found in the case of films with a thickness of 5 mm (surface resistance 2.4 kOhm / unit 2, transparency 81%) and 15 mm (surface resistance 1 kOhm / unit 2, transparency 70%), which is significantly less than in the case of graphene films obtained chemical vapor deposition.

Claims

1. A printer for the synthesis of a flexible transparent electrochromic film, comprising a camera in which the tape is movably mounted, means for feeding components of the applied material perpendicular to the surface of the tape, characterized in that the camera is divided into a coating chamber, an IR and UV irradiation chamber, a formatting chamber peripheral electrodes, a chamber for applying a polymer protective layer, the first chamber is equipped with a capacitance with an electrochromic composition, the fourth is a container with a protective composition, the supply of which is organic lowered perpendicular to the surface of the ribbon, the printer is equipped with a command unit and a computer.

2. The printer according to claim 1, characterized in that graphene or graphene doped with silver is used as an electrically conductive transparent layer.

3. The printer according to claim 1, characterized in that silver nanosites are used as the electrically conductive transparent layer.

4. The printer according to claim 1, characterized in that the containers are equipped with valves.