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微粒子成膜装置
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概要・特徴

凝集の無い微粒子成膜(塗布)が可能!

微粒子成膜装置

凝集の無い微粒子成膜(塗布)が可能!
静電スプレーを利用した微粒子の成膜装置

PDS-01

微粒子成膜装置(クリックして拡大/縮小)ナノ粒子の特性を有する機能性基板の製造には、ナノ粒子同士を凝集させない成膜(塗布)技術が不可欠です。従来法ではナノ粒子分散液の塗布が最も簡単な成膜法ですが、溶媒の乾燥過程で凝集が生じ、ナノ粒子の特性が損なわれる問題がありました。

微粒子成膜装置 PDSシリーズ
静電スプレーの原理に基づき、ナノ粒子分散液を微液滴化して基板へ静電付着させることにより、凝集の無いナノ粒子の成膜(塗布)を実現しました。本装置は、基板への付着場所を電動ステージで制御できるため、局所もしくは全面への成膜が可能です。


本装置はマスクを用いることにより、パターニングも可能です。
また、ナノ粒子のみならず液体材料の成膜にも利用することができます。

本装置には、高電圧電源ユニット、電動ステージユニット、信号制御ユニット、コンピュータが含まれます。

応用例

連続型の静電スプレー

連続型の静電スプレー(1)『微粒子成膜装置PDSシリーズ』

静電スプレーを応用することにより、凝集のないナノ材料の成膜を実現しました。

電動ステージで基板の移動制御ができるため、局所あるいは全面への成膜が可能です。 





マスクによるパターニング

マスクによるパターニング(クリックして拡大/縮小)(2)メッシュマスク(紫外線硬化樹脂製)の例とVOPcナノ粒子のパターン

基板表面にマスクを置き、本装置を用いてナノ材料をスプレーすると、左の写真のようなパターニングが可能です。




特徴

特徴(1)
凝集のない単一ナノ材料の基板固定
静電スプレーを応用することにより、凝集のないナノ材料の成膜を実現しました。本装置は、電動ステージで基板の移動制御ができるため、局所あるいは全面への成膜が可能です。
特徴(2)
マスクによるパターニングが可能
基板表面にマスクを置き、本装置を用いてナノ材料をスプレーすることで、パターニングが可能です。

凝集のないナノ材料成膜の原理

凝集のないナノ材料成膜の原理

SEM用試料作製の原理(1)
ナノ材料を応用して製品を作る、あるいは研究のためSEM/TEM等で観察する場合、基板等の表面に均一にナノ材料を固定する必要があります。しかし、ナノ材料分散液を塗布・乾燥する過程で凝集してしまうという問題がありました。

微粒子成膜技術は、静電スプレーの原理を応用し、このような問題を解決しました。 

原理 
1.ノズル内のナノ材料分散液と基板の間に電圧をかけると、クーロン力によりノズル先端の液体表面が円錐状に変形し、その先端から液体の表面張力にうちかって微細な液柱(ジェット流)が射出されます。 
2.ジェット流表面で、同極電荷同士の斥力が働くため、微液滴に分裂します。 
3.微液滴は蒸発し、帯電したナノ材料が空間を進んでいくようになります。 
4.ナノ材料は、先に基板に到達した帯電ナノ粒子を避けるように、基板に吸着します。そのため、ナノ材料は基板上で凝集することなく、均一に固定されます。


スプレー直後の液滴形成の様子

スプレー直後の液滴形成の様子

スプレー直後の液滴形成の様子(2)
5nsで撮影
液滴の直径:1〜2μm
溶媒:水

ノズルから噴霧されたジェット流が、電荷を持った液滴となり、互いに反発しながらスプレー状に拡がっています。




サンプル液の誘電率

サンプル液の誘電率

(3)
良好なスプレーを実現するには、誘電率の高いサンプル液が好ましいです。サンプル液の誘電率は、分散媒や含有ナノ材料の誘電率、およびその比率によって決まります。


【ご参考】サンプル液の誘電率
水(80) ジメチルスルホキシド(47.0) トルエン(2.4)
エタノール(20.7) 酢酸(6.2) 四塩化炭素(2.2)
メタノール(32.6) 1-ブタノール(18.0) シリコーン油(2.2)
イソプロパノール(18) 1-プロパノール(20.0) ヘキサン(2.3)
アセトン(24.3) 酢酸エチル(6.0)  
ジメチルホルムアミド(38) テトラヒドロフラン(7.5)  
ニトロベンゼン(34.8) ジエチルエーテル(4.3)  

ノズルから噴霧されたジェット流が、電荷を持った液滴となり、互いに反発しながらスプレー上に拡がっています。

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スプレー直後の液滴形成の様子
ノズルから噴霧されたジェット流が、電荷を持った液滴となり、互いに反発しながらスプレー状に拡がっています。