Spin Coating
Páginas: 7 (1669 palabras)
Publicado: 16 de enero de 2014
1. Introducción
El Spin Coating es una técnica utilizada para el proceso sol-gel, que se transforma una solución de un ión metálico (sol) en un precipitado (gel) sobre una superficie determinada.
Mediante el Spin Coating, se consigue aplicar una película fina del gel sobre una superficie recubriéndola y evaporando el disolvente gracias a la fuerza centrífuga que aparece en la rotación a altasvelocidades de la muestra.
2. Objetivos
Se pretende recubrir una superficie de cristal con dióxido de titanio utilizando la técnica del Spin Coating y estudiar cómo influye en el recubrimiento la velocidad y el tiempo de rotación y el uso de dos precursores de titanio (butóxido e isopropóxido) como fuente del Ti.
3. Fundamento teórico y aplicación tecnológica
El método del Spin Coating sebasa en el proceso sol-gel. Este proceso consiste en la transición de un sistema líquido llamado “sol” (normalmente un sistema coloidal) hacia una fase sólida llamada “gel”. Suele emplearse para recubrimientos de materiales cerámicos. Normalmente, la producción de estos materiales requiere condiciones de trabajo de presión y temperatura elevadas, pero mediante el proceso sol-gel es posible laconformación del material a presiones y temperaturas mucho más suaves (incluso a temperatura ambiente y presión atmosférica).
En esta práctica se utilizará isopropóxido de titanio Ti(i-OPr)4 y butóxido de titanio Ti(OBu)4 como alcóxidos precursores del proceso. Esta mezcla híbrida (contiene una parte orgánica y una parte inorgánica) se somete a reacciones de hidrólisis para formar una red poliméricaorgánica entrelazada con una red polimérica.
Por ejemplo, la reacción de condensación del isopropóxido de titanio Ti(i-OPr)4 para formar la red es la siguiente:
Ti(i-OPr)4+ H2O →Ti(i-OPr)3OH + HO-Pr
Ti(i-OPr)3OH + Ti(i-OPr)4→(i-PrO)3Ti-O-Ti(i-PrO)3+ HO-Pr
Ti(i-OPr)3OH + Ti(i-OPr)3OH →(i-PrO)3Ti-O-Ti(i-PrO)3+ H2O
Para recubrir la superficie deseada con en “sol”, es necesarioaplicar el método del Spin Coating. Consta de dos etapas diferenciadas: la de aplicación y la de evaporación del disolvente.
Ilustración 1: Etapas del Spin Coating
- Etapa de aplicación: consiste en la deposición del “sol” sobre la superficie que se desea recubrir. Puede realizarse sobre la superficie estática, pero para conseguir un recubrimiento mejor suele aplicarse el “sol” sobre lasuperficie en rotación a velocidades bajas.
- Etapa de evaporación del disolvente: una vez aplicado el “sol” sobre la superficie, se aumenta la velocidad de rotación gran medida. La fuerza centrífuga generada empuja el “sol” hacia el exterior de la superficie, consiguiendo aumentar la superficie recubierta y reduciendo el espesor de la capa de “sol”. Además, debido a la elevada velocidad seproduce la evaporación del disolvente, quedando la película depositada bien seca.
Los Spin Coaters son programables y, por lo tanto, pueden regularse las rampas de aceleración, las velocidades y el tiempo de cada etapa. Estos parámetros afectan en gran medida al recubrimiento de la superficie y a las condiciones finales de la película (grosor y uniformidad).
Esta rampa muestra como el grosor de lapelícula es inversamente proporcional a la velocidad de giro. Cuanto mayor sea la velocidad de rotación, mayor será la fuerza centrífuga y mayor será la cantidad de “sol” que será empujada al exterior de la superficie.
Esta rampa muestra como el grosor de la película es inversamente proporcional al tiempo de giro. Un tiempo de giro mayor permite un recubrimiento mayor y más homogéneo,favoreciendo la formación de capas más finas.
Si la cantidad de disolvente evaporado es muy grande, debido a turbulencias causadas por el mismo flujo de disolvente al girar, el secado de la película no será uniforme y ésta será más gruesa y menos homogénea.
Un ejemplo real de la aplicación del Spin Coating a la industria actual es la producción de discos Blu-Ray. TDK utiliza...
El Spin Coating es una técnica utilizada para el proceso sol-gel, que se transforma una solución de un ión metálico (sol) en un precipitado (gel) sobre una superficie determinada.
Mediante el Spin Coating, se consigue aplicar una película fina del gel sobre una superficie recubriéndola y evaporando el disolvente gracias a la fuerza centrífuga que aparece en la rotación a altasvelocidades de la muestra.
2. Objetivos
Se pretende recubrir una superficie de cristal con dióxido de titanio utilizando la técnica del Spin Coating y estudiar cómo influye en el recubrimiento la velocidad y el tiempo de rotación y el uso de dos precursores de titanio (butóxido e isopropóxido) como fuente del Ti.
3. Fundamento teórico y aplicación tecnológica
El método del Spin Coating sebasa en el proceso sol-gel. Este proceso consiste en la transición de un sistema líquido llamado “sol” (normalmente un sistema coloidal) hacia una fase sólida llamada “gel”. Suele emplearse para recubrimientos de materiales cerámicos. Normalmente, la producción de estos materiales requiere condiciones de trabajo de presión y temperatura elevadas, pero mediante el proceso sol-gel es posible laconformación del material a presiones y temperaturas mucho más suaves (incluso a temperatura ambiente y presión atmosférica).
En esta práctica se utilizará isopropóxido de titanio Ti(i-OPr)4 y butóxido de titanio Ti(OBu)4 como alcóxidos precursores del proceso. Esta mezcla híbrida (contiene una parte orgánica y una parte inorgánica) se somete a reacciones de hidrólisis para formar una red poliméricaorgánica entrelazada con una red polimérica.
Por ejemplo, la reacción de condensación del isopropóxido de titanio Ti(i-OPr)4 para formar la red es la siguiente:
Ti(i-OPr)4+ H2O →Ti(i-OPr)3OH + HO-Pr
Ti(i-OPr)3OH + Ti(i-OPr)4→(i-PrO)3Ti-O-Ti(i-PrO)3+ HO-Pr
Ti(i-OPr)3OH + Ti(i-OPr)3OH →(i-PrO)3Ti-O-Ti(i-PrO)3+ H2O
Para recubrir la superficie deseada con en “sol”, es necesarioaplicar el método del Spin Coating. Consta de dos etapas diferenciadas: la de aplicación y la de evaporación del disolvente.
Ilustración 1: Etapas del Spin Coating
- Etapa de aplicación: consiste en la deposición del “sol” sobre la superficie que se desea recubrir. Puede realizarse sobre la superficie estática, pero para conseguir un recubrimiento mejor suele aplicarse el “sol” sobre lasuperficie en rotación a velocidades bajas.
- Etapa de evaporación del disolvente: una vez aplicado el “sol” sobre la superficie, se aumenta la velocidad de rotación gran medida. La fuerza centrífuga generada empuja el “sol” hacia el exterior de la superficie, consiguiendo aumentar la superficie recubierta y reduciendo el espesor de la capa de “sol”. Además, debido a la elevada velocidad seproduce la evaporación del disolvente, quedando la película depositada bien seca.
Los Spin Coaters son programables y, por lo tanto, pueden regularse las rampas de aceleración, las velocidades y el tiempo de cada etapa. Estos parámetros afectan en gran medida al recubrimiento de la superficie y a las condiciones finales de la película (grosor y uniformidad).
Esta rampa muestra como el grosor de lapelícula es inversamente proporcional a la velocidad de giro. Cuanto mayor sea la velocidad de rotación, mayor será la fuerza centrífuga y mayor será la cantidad de “sol” que será empujada al exterior de la superficie.
Esta rampa muestra como el grosor de la película es inversamente proporcional al tiempo de giro. Un tiempo de giro mayor permite un recubrimiento mayor y más homogéneo,favoreciendo la formación de capas más finas.
Si la cantidad de disolvente evaporado es muy grande, debido a turbulencias causadas por el mismo flujo de disolvente al girar, el secado de la película no será uniforme y ésta será más gruesa y menos homogénea.
Un ejemplo real de la aplicación del Spin Coating a la industria actual es la producción de discos Blu-Ray. TDK utiliza...
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