Development of an automated equipment for thin film deposition based on blade coating method

• Grant number: 20/11152-0
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: September 01, 2020
• End date: May 31, 2021
• Field of knowledge: Interdisciplinary Subjects
• Principal Investigator: Viviane Nogueira Hamanaka
• Grantee: Viviane Nogueira Hamanaka
• Company: Autocoat Equipamentos e Processos de Deposição Ltda
• CNAE: Fabricação de equipamentos e aparelhos elétricos não especificados anteriormente ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 19/23019-5 - Development of an automated thin film deposition equipment based on blade coating, AP.PIPE

Abstract

Filmes finos de materiais semicondutores orgânicos como polímeros conjugados e pequenas moléculas tem sido amplamente investigados para aplicação em dispositivos eletrônicos orgânicos tais como, diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), células solares orgânicas (OSCs) e transistores de filme fino orgânicos (OTFTs). Uma das grandes vantagens destes materiais consiste na possibilidade de deposição através de métodos de deposição de materiais em solução com potencial baixo custo e alto rendimento devido a utilização de equipamentos simples que não necessitam alto vácuo, a possibilidade de processamento a baixas temperaturas e o potencial escalonamento para produção em larga escala ou compatibilidade com o processo de fabricação rolo-a-rolo (R2R, roll-to-roll). O processamento a baixas temperaturas possibilita a obtenção de dispositivos flexíveis nos quais os materiais semicondutores orgânicos são depositados sobre substratos plásticos. Um método de deposição de semicondutores orgânicos em solução bastante simples é o método de blade coating (ou deposição por lâmina), que faz parte de um grupo de métodos de deposição nos quais o filme fino é depositado a partir do arraste de um menisco formado entre a solução e a lâmina (ou a cabeça de deposição). Estes métodos de deposição têm sido denominados de deposição guiada por menisco (Meniscus-Guided Coating, MGC). Em virtude da direcionalidade intrínseca dos métodos de MGC, estes podem conferir alinhamento molecular aos filmes de semicondutores orgânicos e também são altamente escalonáveis para processos contínuos de deposição R2R. Além disso, o método de blade coating apresenta outras vantagens como o baixo custo devido a utilização de equipamento simples e o baixo desperdício de material, a possibilidade de gravação de padrões, a deposição de múltiplas camadas de materiais em solução com solventes similares sem necessidade de qualquer abordagem para evitar a dissolução de camadas sucessivas e a possibilidade de obtenção de dispositivos de grande área e flexíveis. Além da deposição de materiais semicondutores orgânicos em solução há diversas outras potenciais aplicações para o método de blade coating tais como, filmes finos de peroviskitas de haletos orgânico-inorgânicos, filmes finos de nanotubos de carbono e grafeno, filmes finos de compósitos poliméricos para aplicações ópticas e eletrônicas e, filmes de óxidos para aplicação como eletrodos para baterias e foto-catálise da água (produção de hidrogênio). Deste modo, o objetivo desta proposta consiste no desenvolvimento de um equipamento automatizado de deposição de filmes finos baseado no método de blade coating. O equipamento deverá operar em uma ampla faixa de velocidade permitindo tanto a deposição de materiais onde o controle da morfologia é desejável (baixas velocidades) como a deposição de materiais que podem ser depositados em velocidades mais altas. Além disso, o emprego de duas fontes de energia térmica deverá resultar na otimização da uniformidade dos filmes em grande área e possibilitar a deposição de múltiplas camadas de materiais em solução com solventes similares. O desenvolvimento do equipamento e sua futura produção e comercialização permitirá o desenvolvimento nacional de tecnologias de dispositivos eletrônicos muito promissoras, mas que ainda estão em fase inicial de investigação como por exemplo, filmes finos de peroviskitas para aplicação em células solares e diodos emissores de luz, inserindo assim o Brasil na vanguarda da tecnologia. Além disso, como não há equipamento de blade coating comercialmente disponível com as funcionalidades propostas, há grande potencial de alcance do mercado internacional. (AU)