سیستم های لایهنشانی در گلاوباکس
بعضی فرآیندها و مواد خاص نیاز به کنترل دقیق شرایط محیطی در حین تولید، نگهداری و آنالیز دارند تا کیفیت محصول، ایمنی و دقت تحقیق تضمین شود. سیستم های یکپارچه با گلاوباکس محیطی کنترلشده با سطوح کم اکسیژن و رطوبت را برای جلوگیری از آلودگی و اکسیدشدن نمونهها و محصولات، به ویژه در فرآیندهای لایهنشانی لایههای نازک حساس به هوا از طریق تکنیکهای لایهنشانی پیشرفته مانند کندوپاش و تبخیر حرارتی که در تولید سلولهای خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار میگیرند، فراهم میکنند.
اجزای سیستم گلاوباکس
یک سیستم گلاوباکس عمدتاً از بخش های زیر تشکیل شده است:
- یک محفظه هوابند مجهز به دستکش داخلی برای کار با مواد در حین کنترل و حفظ جو داخل محفظه.
- یک سیستم خلاء که هوا و رطوبت را از محفظه خارج و محیطی کم فشار ایجاد میکند.
- ورودی گاز که اجازه میدهد یک گاز بیاثر مانند نیتروژن یا آرگون برای جایگزینی هوای خارج شده وارد شود و در نتیجه یک اتمسفر کنترل شده مناسب برای عملیات حساس ایجاد شود.
- یک پیش محفظه با دهانه های قابل آببندی که به عنوان یک ورودی برای انتقال مواد و اقلام به داخل/خارج از محفظه اصلی کار میکند. همچنین، یک پیش محفظه رابطی با سیستمهای رسوبگذاری خلاء فوقالعاده بالا مانند اپیتاکسی پرتو مولکولی و ابزارهای تجزیه و تحلیل مانند میکروسکوپ تونل روبشی فراهم میکند.
مزایای استفاده از سیستم های یکپارچه با گلاوباکس
- محافظت از نمونه: گلاوباکس خلاء برای حفظ پایداری و عملکرد مواد، آنها را از هوا و رطوبت جدا میکند تا از واکنشهای نامطلوب مانند اکسید شدن جلوگیری نماید.
- کنترل آلودگی: محیط کاملاً کنترل شده داخل گلاوباکس مانع رسیدن گرد و غبار، آلاینده ها و سایر آلودگیها به نمونه ها میشود.
- افزایش بهرهوری: محصولات جانبی و ضایعات ناخواسته با کاهش واکنشهای نامطلوب و حفظ کیفیت مواد کاهش مییابد.
- دقت بالا: جو کنترل شده در گلاوباکس دقت نتایج تحقیق و تجزیه و تحلیل را بهبود میبخشد.
مزایای استفاده از سیستمهای یکپارچه گلاوباکس
۵. تجزیه و تحلیل درجا: سیستمهای مشخصهیابی مانند میکروسکوپهای الکترونی (SEM یا TEM) را میتوان در گلاوباکس دیگری که با یک پیش محفظه به محفظه اصلی متصل است نصب کرد تا تجزیه و تحلیل دقیق را پس از فرآیند تولید انجام دهد. همچنین، مراحل آمادهسازی نمونه که معمولاً قبل از آنالیز مورد نیاز است، مانند لایهنشانی یک لایه رسانای نازک روی نمونه قبل از تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی توسط فرآیند اسپاترینگ (کندوپاش) یا لایهنشانی تبخیر حرارتی، میتواند در سیستم گلاوباکس انجام شود.
۶. ایمنی: استفاده از گلاوباکس با دربهای آببندی شده امکان محافظت از کاربران در برابر مواد سمی و فرار را فراهم میکند.
سیستم های لایهنشانی در گلاوباکس
با انجام فرآیندهای لایهنشانی در محیط کنترلشده یک گلاوباکس، خواص لایههای ایجاد شده افزایش مییابد و به دستیابی به ویژگیهای خاص کمک میکند. پس از ایجاد لایههای نازک در یک سیستم پوششدهی خلاء در گلاوباکس، امکان نگهداری، آمادهسازی و آزمون نمونهها در یک فضای گاز خنثی با خلوص بالا در گلاوباکس وجود دارد.
سیستم های یکپارچه گلاوباکس را میتوان در طیف گسترده ای از کاربردها، از تحقیقات پایه تا فرآیندهای تولید پیچیده، مورد استفاده قرار داد. برجستهترین روشهای پوشش دهی در سیستمهای سازگار با گلاوباکس به شرح زیر است:
- لایهنشانی بخار فیزیکی (PVD)
- لایهنشانی کندوپاش
- لایهنشانی تبخیر حرارتی
- لایهنشانی بخار شیمیایی (CVD)
- لایهنشانی لایه اتمی (ALD)
- اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE)
- آبکاری
- پوششدهی به روش سل-ژل
شرکت پوششهای نانوساختار سیستمهای لایهنشانی در گلاوباکس مختلفی را برای لایهنشانی دقیق لایههای نازک برای اهداف تحقیقاتی تولید میکند. دستگاه تبخیر حرارتی رومیزی، مدل DTT، و لایهنشان اسپاترینگ و تبخیر حرارتی مناسب برای نصب در گلاوباکس، مدل DST2-TG، دو سیستم سازگار با گلاوباکس شرکت پوششهای نانوساختار هستند.
کاربردهای سیستمهای پوششدهی در خلاء گلاوباکس
سیستمهای یکپارچه با گلاوباکس در کاربردهای مختلف مورد استفاده هستند. ادغام گلاوباکس با سیستمهای لایهنشانی امکان کنترل دقیق محیط محفظه را فراهم میکند که منجر به یک پوشش لایه نازک تمیز، بدون حضور واکنشها و آلودگیهای ناخواسته، میشود و عملکرد و دوام محصولات لایهنشانیشده را افزایش میدهد. این ویژگی حیاتی در بسیاری از کاربردها مفید است، از جمله:
- علم مواد: گلاوباکسهای خلاء در آزمایشگاهها برای کار با مواد حساس به هوا یا رطوبت و به حداقل رساندن واکنشهای غیر ضروری که امکان ایجاد پوشش هایی با ویژگی های منحصر به فرد را فراهم می کند، استفاده می شود.
- نیمههادیها و الکترونیک: گلاوباکسهای خلاء را میتوان در صنعت الکترونیک برای جلوگیری از اکسیداسیون و آلودگی در فرآیند ساخت قطعات الکتریکی دقیق، مانند ترانزیستورهای لایه نازک، دستگاه های MEMS، آمادهسازی مدارهای ارگانیک با مساحت بزرگ، و دستگاه ها و مدارهای اپتوالکترونیک آلی استفاده کرد.
- ساخت باتری: فرآیند ساخت لایههای نازک و باتریهای لیتیوم یون با استفاده از گلاوباکسهای خلاء برای کاهش رطوبت و اکسیژن در محیط و افزایش عملکرد باتری بهبود می یابد.
- ساخت سلولهای خورشیدی: سنتز سلولهای خورشیدی، به ویژه سلولهای خورشیدی پروسکایت را میتوان به طور کامل کنترل کرد و در یک محیط گلاوباکس محصور کرد، زیرا فرآیند تولید حاوی مواد سمی و حساس به هوای محیط (اکسیژن/رطوبت) است که می تواند در ترکیب با رطوبت خورنده باشد.
- بررسی مواد با ابعاد کم: سنتز نانوساختارهایی مانند نانوذرات، نانوسیم ها و مواد کوانتومی را میتوان با استفاده از گلاوباکس خلاء بهبود بخشید. این ساختارهای حساس به هوا به دلیل تعداد لایههای کم و حساسیت کریستالها به کرنش، در برابر آلودگیها در طول فرآیندهای سنتز، جابهجایی یا مشخصهیابی بسیار آسیبپذیر هستند. به عنوان مثال، سطح دو بعدی لایه MnBi۲Te۴ هنگامی که در معرض هوا از طریق واکنش با مولکولهای اکسیژن و آب قرار میگیرد، با شروع واکنشهای اکسیداسیون سطحی یا هیدرولیز، تخریب میشود.
- کاربرد زیست-پزشکی: گلاوباکسهای خلاء می توانند خلوص مواد فعال مواد دارویی را بهبود داده و دقت در جابهجایی ترکیبات حساس را افزایش دهند.
- رسوب فیلم آلی و ساخت دیودهای نورتاب ارگانیک (OLED)
نکاتی در مورد استفاده از سیستمهای یکپارچه با گلاوباکس
استفاده از گلاوباکس نیازمند رعایت پروتکلهای اضافهای، از جمله بازرسی منظم عملکرد گلاوباکس و توانایی اپراتور است. برخی از نکات مهم در ادامه آورده شده است.
- اتصالات گاز: بازرسی اتصالات گاز بیاثر و جابهجایی و مدیریت ایمن سیلندرهای گاز برای حفظ محیط کنترل شده مطلوب در گلاوباکس بسیار مهم است.
- تشخیص نشت خلاء: نشت خلاء در سیستمهای خلاء مانند سیستم های لایهنشانی در خلاء در گلاوباکس میتواند باعث نقص شدید سیستم شود و ایمنی اپراتور را تهدید کند. منابع اصلی نشتی در گلاوباکس میتواند واشرها، آببندی و دستکش باشد که برای جلوگیری از نشتی خلاء باید مرتباً بازرسی شوند.
- سازگاری مواد: محیط خاص انتخاب شده در گلاوباکس باید به خوبی با مواد کار مطابقت داشته باشد تا با ایمنی کار حفظ شود. در برخی موارد، مواد مورد استفاده در گلاوباکس میتوانند باعث خروج گاز (پدیده outgassing) شوند و به طور مستقیم بر کیفیت اتمسفر گلاوباکس و توانایی سیستم برای حفظ محیط مورد نظر تأثیر بگذارند.
سیستم های سازگار با گلاوباکس شرکت پوششهای نانوساختار
شرکت پوششهای نانوساختار انواع سیستمهای لایهنشانی بخار فیزیکی را ارائه میدهد، از جمله اسپاترکوترها، کربن کوترها، تبخیرکنندههای حرارتی و سیستمهای لایهنشانی لیزر پالسی که نیازهای پروژههای تحقیقاتی پیشرفته را بهطور کامل برآورده میکنند. شرکت پوششهای نانوساختار همچنین سیستمهای پوششدهی را تولید میکند که مخصوص استفاده در گلاوباکس طراحی شدهاند، مانند سیستمهای تبخیر حرارتی رومیزی (DTT) با نگهدارندههای منبع سهگانه، انجام فرآیندهای لایهنشانی چندگانه و همزمان را امکانپذیر میسازد.
همچنین لایهنشان ترکیبی اسپاترینگ دو کاتده و سیستم تبخیر حرارتی (DST2-TG) که میتواند بدون نیاز به شکستن خلاء، بین فرآیند اسپاترینگ و تبخیر حرارتی سوییچ کند. مدل DST2-TG به طور ویژه برای نصب گلاوباکس در دو پیکربندی متفاوت برای نصب داخل کف گلاوباکس (In-Deck) و یا روی کف گلاوباکس (On-Deck) طراحی شده است.
جمعبندی
سیستم های یکپارچه با گلاوباکس، از جمله سیستم های لایهنشانی یکپارچه با گلاوباکس، میتوانند یک محیط کنترل شده برای ساخت مواد حساس به هوا، دارای ابعاد کم و مواد سمی برای استفاده در تحقیقات و صنعت فراهم کنند. ادغام گلاوباکس با سیستمهای پوششدهی خلاء و ابزارهای آنالیز میتواند امکان تولید مواد پیشرفته را برای کاربردهای مختلف در الکترونیک، ساخت سلولهای خورشیدی، باتریها و غیره فراهم آورد.
برخی سیستمهای خلاء پوششهای نانوساختار
منابع
- https://www.ossila.com/
- Gray, Mason J., et al. “A cleanroom in a glovebox.” Review of Scientific Instruments 91.7 (2020).
- https://www.inertcorp.com/thin-film-deposition-techniques-in-glovebox/
- https://www.mbraun.com/en/applications/perovskite.html
- https://www.innovabiomed.com/vacuum-coating-glove-box.html
- Yang, Qishuo, et al. “Unified transmission electron microscopy with the glovebox integrated system for investigating air-sensitive two-dimensional quantum materials.” The Innovation 6.1 (2025).