Wat zijn dunne-filmcoatings?
Dunne-filmcoatings zijn extreem dunne materiaallagen die op het oppervlak van het substraat worden geplaatst. Ze kunnen in dikte variëren van verschillende micrometers, of miljoensten van een meter, tot minder dan 1 nanometer, of een miljardste van een meter. Dunne-filmcoatings kunnen worden gemaakt van verschillende stoffen, waaronder silicium, keramiek en galliumarsenide. Ze worden vaak gebruikt in optische apparaten zoals fotovoltaïsche cellen die worden gebruikt voor de opwekking van zonne-energie, voor componenten voor elektronica en in gereedschappen en andere apparatuur die weerstand vereist tegen oppervlakteschade.
De samenstelling van een dunne filmcoating hangt af van het doel. Dunne-filmcoatings die in fotovoltaïsche cellen worden gebruikt om zonne-energie te genereren, zijn gemaakt van halfgeleidende materialen zoals silicium en galliumarsenide. Deze materialen kunnen energie uit licht omzetten in elektrische stroom wanneer inkomende fotonen van licht de elektronen van het halfgeleidermateriaal opwekken naar hogere energieniveaus. Deze coatings worden ook gebruikt in elektronica, zoals geïntegreerde schakelingen.
Halfgeleidende dunne films worden vaak aangebracht in een reeks lagen met verschillende chemische samenstellingen om de eigenschappen van de film te beïnvloeden. Deze lagen kunnen ongelooflijk dun zijn en sommige dunne-filmcoatings hebben lagen die slechts één atoom dik zijn. Zo kan een dunne-filmcoating een complexe interne structuur van verschillende lagen in een extreem kleine ruimte bevatten.
Dunne-filmkeramiek wordt gebruikt in toepassingen die materialen vereisen die bestand zijn tegen slijtage of corrosie. Snijgereedschap kan bijvoorbeeld een aanzienlijk langere levensduur hebben als ze zijn gemaakt met een dunne keramische buitenlaag op de snijkant om de rest van het mes tegen slijtage te beschermen. Apparaten die reactieve chemicaliën gebruiken, zoals brandstofcellen, kunnen dunne-filmkeramiek gebruiken om ze te bevatten vanwege de relatieve chemische inertie van de keramische film.
Andere toepassingen van dunne-film coatings omvatten oplaadbare lithiumbatterijen, die kunnen worden gemaakt met een kathode die bestaat uit een dunne film van lithium en metaaloxiden om batterijen te produceren die veel minder omvangrijk en flexibeler zijn dan conventionele batterijen. Spiegels bevatten een dunne metaalfilm, meestal gemaakt van aluminium in moderne spiegels, achter glas om een reflecterend oppervlak te creëren. Dunne aluminiumfoliecoatings worden ook gebruikt in de verpakking van veel moderne consumptiegoederen, met name voedingsmiddelen, om de houdbaarheid van bederfelijke items te vergroten en het pakket glanzender en beter zichtbaar te maken. Aluminiumfolie wordt ook gebruikt als isolatie, met name voor toepassingen die flexibiliteit en draagbaarheid vereisen, en ze zijn opgenomen in zaken als ruimtepakken, brandweeruitrusting en isolatiedekens voor noodslachtoffers.
Dunne-filmcoatings worden op een oppervlak aangebracht via een van verschillende technieken die gezamenlijk worden aangeduid als dunne filmafzetting. De meeste van deze methoden zijn gecategoriseerd als ofwel chemische depositie, waarbij de dunne film wordt aangebracht via een chemische reactie tussen het oppervlak en een vloeistof die een voorloper wordt genoemd, of fysische depositie, waarbij de film wordt aangebracht via mechanische, thermische of elektrische middelen . Methoden voor chemische afzetting omvatten plateren, waarbij een vloeibare precursoroplossing wordt gebruikt die opgeloste metaalionen bevat, en chemische dampafzetting, waarbij het oppervlak reageert met gasvormige verbindingen.
Fysieke afzettingsmethoden worden uitgevoerd in een vacuümkamer die het substraat en de stof bevat. De deeltjes van deze laatste worden op verschillende manieren afgestoten, zoals verwarming, laserpulsen of elektrische bogen, waardoor een damp ontstaat die een film op het substraat vormt. Er zijn ook methoden die zowel fysische als chemische processen gebruiken en niet netjes in beide categorieën passen, zoals reactief sputteren en epitaxie met moleculaire stralen.