卷对卷涂布技术及其应用

适当的涂布操作条件被称为涂布窗，可以通过选择数学和试验方法获得涂层的目标厚度。涂布流动基于管理方程的数学预测进行分析，使用计算流体动力学进行可视化。由于涂布流的复杂性和涂布液的多样性，没有对涂布工艺真正的预测建模进行研究。使用计算方法可以在小区域内提供准确的流体动力学，但是当延伸到像R2R这样大面积的工艺时，就需要大量的时间进行分析以及会遇到意外的问题。因此，选择*有效的涂布参数来达到期望的涂布结果是基于知识和技能而不是分析模型。

涂布工艺被分为自计量和预计量类型。自计量涂布通过涂布参数（液体特性、卷料速度和涂布机几何形状）的综合影响准确计算涂布厚度。另一方面，预计量涂布涉及独立影响涂布厚度的参数，因此更加灵敏。在这部分，我们结合并总结下图所示的R2R可行涂布技术，包括自计量的浸渍涂布和刮刀涂布技术，预计量的狭缝涂布、直接凹版涂布、微凹版涂布和喷雾涂布技术以及主要的涂布参数，从而为工业提供指南和思考方法。

 图1 R2R涂布技术：（a）浸渍涂布；（b）刮刀涂布；(c) 狭缝涂布；(d) 直接凹版涂布；(e) 微凹版涂布；(f)喷雾涂布

浸渍涂布是*简单的薄膜制造方法，在扩大规模前是*常被用于在实验室规模制造先进的TCF结构。它也适用于R2R工艺，在涂布液槽中浸没辊模块。裸膜从上游跨度驱动首先浸泡在液体中，当卷料迁出到液体池外面时涂布工艺完成。通过收料相关的、V、和g的多种参数制定卷料的涂层厚度，用公式（1）表示

0.8的系数是牛顿流体的常数，而对于低于0.01的低毛细管数则不然。在浸渍涂布中，液体特性和涂布速度取决于液体的配方。为了在浸渍涂布中获得更好的涂布产品，高表面张力的高粘度液体是合适的为了基底上溶液的阻力*大化。

R2R刮刀涂布被用于制造OPVs、电池、电子纸和燃料电池的层。刮刀涂布被大致分为刮涂方法之一。刀垂直位置置于辊上，距离为，当基底以特定速度移动时可以抹去过量的溶液并形成特定涂层。涂层的数学估计用公式（2）表示

随着和溶液浓度（如通过改变和）的变化而变化。密度状态属于材料和溶液性质，但是在溶液固定的情况下，的工艺条件可以控制涂层厚度。如公式（2）所示，由于辊的偏心度和圆度原因，变得不稳定，所以为获得均匀的涂层刀，应该被准确的固定在涂布区域。此外，刀必须平行于卷料的移动方向。涂布速度与涂布厚度控制无关，但是与涂布液的泄漏量（leakage）密切相关。在刮刀涂布中，溶液的泄漏量和溢出量是一个关键问题。这个问题已经通过改变刀的长度和形状以及安装一个高粘度的液体池来处理。

如图1（c）所示，狭缝涂布是典型的R2R适应性方法，被广泛使用于生产各种涂布产品，如OPV、TCF、压敏胶（PSA）尤其是在多层和条纹涂层中使用。相比于自计量涂布，它是一种预计量涂布技术，通过调整涂布条件和溶液特性（如）对进行估计和控制。不考虑溶液浓度，通过结合工艺参数来确定，用公式（3）表示

这个方程被称为粘性****模型，是从Carvalho和Kheshgi衍生得来的，

此方程仅在0.02以下的低****数有效。从公式（3）清楚的看出，在刮刀涂布中涂布性能影响涂布厚度。此外𝑉和也是R2R工艺的影响因素。𝑉在R2R工艺中很容易设定，并在R2R刮刀涂布工艺中被确定为*重要的参数。

在高****数的情况下，涂布窗口会发生变化，不适合粘性****模型使用。除了公式（3），涂层厚度也可以衍生为公式（4），这更适高毛细管数涂布。

已经被证实在使用高粘度溶液时，根据公式（4）预测真实的涂布厚度。此外，公式（3）中没有考虑涂布工艺中一个重要的参数，因为下游的弯月面被认为是圆柱形。因此，应该随着𝑉变化；这些因素在稳定的弯月面比例关系中互相依赖。总之，狭缝涂布是一个灵敏的过程，取决于适合生产高精度涂层的各种参数。

凹版涂布是将涂布机本身用作背辊的**方法。对于辊上雕刻形式的使用，网纹辊是复杂的线图案工具而不仅仅是涂层。凹版印刷方法和其他印刷工艺（喷墨印刷、胶版印刷、丝网印刷和转移印刷）相比，是一种具有高分辨率印刷线条的快速工艺。在制版过程中，网纹辊和张力辊以不同的方式旋转，以特定的速度传送基底。

相反，使用网纹辊作为涂布工艺，图案被雕刻在整个表面，网纹辊的旋转方向变化和卷料的行进方向成对比。直接涂布和胶版涂布分别是网纹辊直接接触卷料和由胶印辊转移涂层。除了正向涂布与卷料行进方向相同外，反向涂布也可以与卷料运动的相反方向进行。这是按动力辊类型进行划分的。

图1(d)和(e)分别说明前面的凹版涂布动力辊和微凹版涂布。微凹版涂布被定义涂布辊的直径与宽度相比非常小。微凹版涂布可以获得像狭缝涂布一样的薄的涂层。Benkreira等人从理论上已经证实反向凹版涂布的薄膜厚度，如公式（5）所示

凹版涂布中是由速度比和决定。在涂布工艺中与辊的制造和修正压力深度和压力固定有关。

速度比是凹版涂布中的主要实验参数。它是辊对基材阻力的来源。这意味着在辊和基材相同速度状态下为*低值。的增加和速度比成正比，也可以用于流速的增加（收回）。

凹版涂布是一种预计量技术，但是液体和基材的表面能方面有局限性。液体本身的聚集和液体与基材之间的相互作用可以决定液体传递速率，因此这些也必须考虑。

图1（f）描述了在运输的R2R卷料基材上的喷雾涂布。在液体被气流强制并通过喷嘴排出的情况下，已经进行了喷涂。喷雾涂布与R2R工艺布兼容是众所周知的，因为处理液滴很复杂。R2R喷雾涂布已经被引入SC设备的制造。喷涂层的喷涂和蒸发已经有很多的研究。首先，雾化在喷雾涂布中是关键问题，用公式（6）表示

通过改变，雾化的液滴破裂被分为三种状态：装袋、剥离和灾难性解体。在这个过程中，我们可以看到液体的性能和气流可以确定为均匀层。尽管如此，在R2R工艺中，没有与涂布条件有关的喷雾涂层厚度数学模型。此外，要获得一个均匀的涂层还必须考虑液滴的飞行和在基材上的落地与飞溅。然而，在下一节中的LFS涂布是值得注意的，因为它具有快速和厚膜涂布能力。