Co jsou tenkovrstvé povlaky?
Tenkovrstvé povlaky jsou extrémně tenké vrstvy materiálu umístěné na povrchu substrátu. Tloušťka se může lišit od několika mikrometrů, nebo miliontiny metru, do méně než 1 nanometr nebo miliardtinu metru. Tenkovrstvé povlaky mohou být vyrobeny z různých látek, včetně křemíku, keramiky a arsenidu galia. Obvykle se používají v optických zařízeních, jako jsou fotovoltaické články používané pro výrobu solární energie, pro součásti pro elektroniku a pro nástroje a další zařízení, která vyžadují odolnost vůči poškození povrchu.
Složení tenkovrstvého povlaku závisí na jeho účelu. Tenkovrstvé povlaky používané ve fotovoltaických článcích k výrobě sluneční energie jsou vyrobeny z polovodivých materiálů, jako je arzenid křemíku a gallia. Tyto materiály mohou přeměnit energii ze světla na elektrický proud, když přicházející fotony světla excitují elektrony polovodičového materiálu na vyšší energetické hladiny. Tyto povlaky se také používají v elektronice, jako jsou integrované obvody.
Polovodičové tenké filmy se často aplikují v řadě vrstev s různým chemickým složením, aby se ovlivnily vlastnosti filmu. Tyto vrstvy mohou být neuvěřitelně tenké a některé tenkovrstvé povlaky mají vrstvy, které mají tloušťku pouze jednoho atomu. Tenkovrstvý povlak tak může obsahovat složitou vnitřní strukturu měnících se vrstev v extrémně malém prostoru.
Tenkovrstvá keramika se používá v aplikacích, které vyžadují materiály odolné vůči opotřebení nebo korozi. Řezné nástroje, například, mohou mít značně prodlouženou pracovní životnost, pokud jsou vyrobeny s tenkou keramickou vnější vrstvou na řezné hraně, která chrání zbytek čepele před opotřebením. Zařízení, která používají reaktivní chemikálie, jako jsou palivové články, by je mohla použít z důvodu relativní chemické inertnosti keramického filmu pomocí tenkovrstvé keramiky.
Další použití tenkovrstvých povlaků zahrnují dobíjecí lithiové baterie, které mohou být vyrobeny s katodou složenou z tenkého filmu oxidů lithia a kovů k výrobě baterií, které jsou mnohem méně objemné a flexibilnější než běžné baterie. Zrcátka obsahují tenký kovový film, obvykle vyrobený z hliníku v moderních zrcadlech, za sklem pro vytvoření reflexního povrchu. Tenké hliníkové filmové povlaky se také používají při balení mnoha moderního spotřebního zboží, zejména potravin, ke zvýšení trvanlivosti zboží podléhajícího rychlé zkáze a díky tomu je obal lesklejší a znatelnější. Hliníkové fólie se také používají jako izolace, zejména pro aplikace, které vyžadují flexibilitu a přenosnost, a jsou začleněny do věcí, jako jsou vesmírné obleky, ochranné prostředky hasičů a nouzové izolační pokrývky pro oběti šoků.
Tenkovrstvé povlaky se nanášejí na povrch pomocí jedné z několika technik společně označovaných jako nanášení tenkých vrstev. Většina z těchto metod je klasifikována jako chemická depozice, ve které je tenký film aplikován chemickou reakcí mezi povrchem a tekutinou nazývanou prekurzor, nebo fyzikální depozice, ve které je film aplikován mechanickými, tepelnými nebo elektrickými prostředky. . Způsoby chemické depozice zahrnují pokovování, které používá kapalný prekurzorový roztok obsahující rozpuštěné kovové ionty a chemické depozice par, ve kterých povrch reaguje s plynnými sloučeninami.
Fyzikální metody nanášení se provádějí ve vakuové komoře obsahující substrát a látku. Částice posledně jmenovaného jsou sraženy různými prostředky, jako je zahřívání, laserové pulzy nebo elektrické oblouky, čímž se vytváří pára, která tvoří film na substrátu. Existují také metody, které využívají jak fyzikální, tak chemické procesy a nezapadají úhledně do žádné kategorie, jako je reaktivní rozprašování a epitaxie molekulárního paprsku.