2.1 Các phương pháp chế tạo màng mỏng
2.1.3. Phương pháp quay phủ ly tâm
a. Cơ sở lý thuyết
Yếu tố quan trọng và quyết định của phương pháp này là lực ly tâm sinh ra trong q trình quay để có phủ dung dịch chứa chất tạo màng. Trong suốt quá trình quay phủ li tâm, lực li tâm và lưu lượng xun tâm của dung mơi có tác dụng kéo căng, dàn trải và tán mỏng dung dịch chống lại lực kết dính của dung dịch và tạo thành màng mỏng.
b. Các phương pháp chế tạo màng mỏng bằng quay phủ ly tâm
- Giai đoạn 1 (lắng đọng): Trong giai đoạn đầu tiên này, chất lỏng được nhỏ bằng
ống nhỏ giọt dung dịch hoặc phun sương lên trên bề mặt đế. Vấn đề quan trọng đặt ra là dung dịch phải duy trì được độ ẩm cần thiết trên bề mặt đế trong suốt giai đoạn này. Có hai phương pháp chung để nhỏ chất lỏng là phân phối tĩnh và động. Phân phối tĩnh là sự lắng đọng đơn giản một “vùng” nhỏ chất lỏng ở tâm hoặc gần tâm của đế. Lượng thể tích có thể thay đổi từ 1cc đến 10cc phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng và kích thước của đế. Độ nhớt cao hoặc đế rộng đòi hỏi lượng chất lỏng lớn hơn để chắc chắn có thể bao phủ được bề mặt đế trong suốt giai đoạn quay với tốc độ cao. Sự phân phối động là quá trình nhỏ chất lỏng trong khi đế quay với tốc độ thấp. Tốc độ quay khoảng 500 vòng/phút thường được sử dụng trong giai đoạn này. Giai đoạn này có lợi cho việc kéo giãn mỏng chất lỏng bên trên đế và có thể dẫn đến sự dư thừa vật liệu, phần này thường không cần thiết cho việc nhỏ mà là để làm ẩm bề mặt toàn bộ đế.
- Giai đoạn 2 (spin-up): Giai đoạn thứ hai là giai đoạn đế nhanh chóng có tốc độ quay đạt được giá trị tối đa theo yêu cầu. Giai đoạn này thường được mô tả bởi sự kéo giãn, dàn trải và tán mỏng chất lỏng trên bề mặt đế bằng chuyển động quay tròn. Điều này sẽ tạo ra chuyển động xốy ở đầu dịng chảy do quán tính, bất cứ phần nào của màng mà có chiều dày khác thì sẽ bị văng đi, khi đế đạt được tốc độ quay mong muốn thì chất lưu sẽ trở nên đủ mỏng để cho chuyển động kéo theo biến dạng nhớt cân bằng với gia tốc quay.
31
- Giai đoạn 3 (spin-off): Giai đoạn này là giai đoạn mà đế được quay với tốc độ ổn
định và lực nhớt của chất lỏng chi phối sự tán mỏng chiều dày màng. Giai đoạn này được mô tả bởi sự tán mỏng dần dần độ dày của chất lỏng, dẫn đến lớp phù cuối cùng đ ng đều.
- Giai đoạn 4 (bay hơi): Giai đoạn thứ tư là giai đoạn đế được quay với tốc độ không
đổi và sự bay hơi của dung mơi trở thành q trình chủ yếu chi phối sự tán mỏng chiều dày của màng trong quá trình phủ. Trong giai đoạn này, chiều dày màng phụ thuộc vào tốc độ quay, độ nhớt và có mối quan hệ với tốc độ bay hơi. Sau khi kết thúc quá trình quay, nhiều ứng dụng đòi hỏi sự xử lý nhiệt đối với lớp màng tạo được.