一种微凹辊及微凹涂布装置

本实用新型涉及微凹辊技术领域，尤其涉及一种微凹辊及微凹涂布装置。

背景技术：

近些年来，可穿戴设备的飞速发展对可穿戴传感器提出了更高的要求，包括柔性、传感器精度、低功耗等等。柔性可穿戴传感器使用的材料以高分子材料为主，在大批量制备的过程中涉及到涂膜、图案化、加工等方面。然而，在工业生产中涂布往往是在基材上进行全覆盖涂布，这种方式不适合制作小面积、多层结构的传感器。这是因为小面积多层膜是通过将大面积膜层进行剪裁得到的，但这样的工艺方式使得器件引线变得尤为困难。因此，开发出一种在基材上制作出小面积、多层、便于引线的传感器件的工艺手段具有重要的实际应用价值。

微凹辊涂布是一种精密涂布方式，它采用逆向蹭涂技术，通过微凹辊表面的微结构将涂布液均匀的转移到基材表面。这种涂布方式结构简单，工艺重复性好，可靠性高，被广泛应用于光学膜、太阳膜、保护膜、汽车膜、离型膜、硬化膜等领域。但是，目前微凹涂布技术存在以下问题：1.当前微凹辊涂布适用于大面积，全覆盖形式的涂布，它无法在基材表面进行特定形状、阵列的选择性涂布。2.微凹辊的辊径较大，在涂布过程中它与基材的接触线大，很容易产生涂布缺陷。3.传统微凹辊运行速度较小，带料量小，不利于上料。上述问题的存在限制了微凹涂布工艺在柔性传感器领域的应用。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有的问题，提供一种微凹辊及微凹涂布装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下所述：

一种微凹辊，包括：轴承轴，所述轴承轴的外侧套有主轴，所述主轴外侧套有钢制管套，陶瓷层套在所述钢制管套外侧；所述陶瓷层上包括呈阵列分布的图案化区域和平滑的非图案化区域。

优选地，所述图案化区域中单个图案的形状是矩形或圆形。

优选地，所述图案化区域包括网穴和网墙；所述网穴用于承载浆料在基材表面形成涂布层；所述网墙用于间隔所述网穴。

优选地，所述网穴是规则形状，所述规则形状是六边形或菱形。

优选地，所述网穴的开口角度是45°～60°，开口面积为5000～20000μm²，深度为30～150μm。

优选地，所述网穴的开口角度是60°，开口面积为10000μm²，开口长度为100μm，网穴深度为70μm。

优选地，所述网墙的宽度为8～10μm。

优选地，辊径为50～300mm。

优选地，所述辊径是200mm。

本实用新型还提供一种微凹涂布装置，包括如上任一所述的微凹辊。

本实用新型的有益效果为：提供一种微凹辊及微凹涂布装置，通过陶瓷层上设置图案化区域和非图案化区域，实现在基材上选择性涂布；在微观上对网穴的形状和参数进行优化，提高了网穴的载墨量以及转移效果；通过降低辊径提高了涂布膜层的均匀性，减少了膜层缺陷的形成；大批量制备小面积膜层，减少了用料损耗。并且还可以利用申请中的微凹辊制备具有多层结构的传感器件，具有高度产业应用价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例中第一种微凹辊的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中第二种微凹辊的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中第一种图形化区域的结构示意图。

图4是本实用新型实施例中第二种图形化区域的结构示意图。

图5是本实用新型实施例中网穴的示意图。

图6是本实用新型实施例中微凹涂布装置的结构示意图。

图7是本实用新型实施例中第一种传感器件阵列的示意图。

图8是本实用新型实施例中第二种传感器件阵列的示意图。

其中，1-主轴，2基材辊，3-基材，4-刮刀，5-浆料槽，11-轴承轴，12-钢制管套，13-陶瓷层，14-图形化区域，15-非图形化区域，141-六边形网穴，142-网墙，143-菱形网穴，144-网墙，16-基材，17-矩形传感器阵列，18-圆形传感器阵列。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行详细的介绍，以使更好的理解本实用新型，但下述实施例并不限制本实用新型范围。另外，需要说明的是，下述实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构思，附图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种微凹辊，其特征在于，包括：轴承轴11，所述轴承轴11的外侧套有主轴1，所述主轴1外侧套有钢制管套12，陶瓷层套13在钢制管套12外侧；

所述陶瓷层13上包括呈阵列分布的图案化区域14和平滑的非图案化区域15。

本实用新型通过在微凹辊表面设置阵列式分布的网穴区域，用于填料，实现基材表面的选择性涂布。现有技术中的微凹辊只能实现全覆盖的涂布，无法制备出多层相互独立的传感器。

在本实用新型的一种实施例中，图案化区域14中单个图案的形状是矩形或圆形，图案化区域14中包括网穴和网墙；网穴用于承载浆料在基材表面形成涂布层；网墙用于间隔所述网穴。

如图3所示，本实用新型一种实施例中图案化区域14包括六边形网穴141和网墙142。

如图4所示，本实用新型另一种实施例中的图案化区域14包括菱形网穴143和网墙144。

网穴141与网穴143用于控制转移的涂料量，刮刀将多余的涂料刮去，剩余在网穴中的涂料以一定比例转移到基材上。最终图案化区域14上所有浆料都转移到基材上形成具有图案化区域形状的膜层。非图案化区域15是光滑的陶瓷表面，在经过刮刀后不会粘有任何涂料，不会再基材上形成涂布膜层。

如图5所示，是网穴141与网穴143的剖面图，网穴的开口角度是45°～60°，开口面积为5000～20000μm²，深度为30～150μm。

在一种优选的实施例中，网穴的开口角度是60°，开口面积为10000μm²，开口长度为100μm，网穴深度为70μm。

可以理解的是，六边形网穴与菱形网穴可以存放更多的浆料，其他形状的网穴也可以适用于本实用新型。开口角度为60°时最优，当开口角度过大时，网穴的载墨量将会减少；当开口角度过小时，网穴中的浆料不易转移到基材上。

微凹辊的网墙142和网墙144的宽度为8～10μm，优选为8μm；辊径为50～300mm，优选为200mm。现有技术中，微凹辊的直径通常为400～500mm，其与基材的接触线大，出现涂布缺陷的概率很大。当降低微凹辊直径后，微凹辊的转速更快，与基材接触线小，涂布缺陷出现的概率也就很小，最终实现了良好的涂布效果。

如图6所示，微凹涂布装置一般由微凹辊、浆料槽5、刮刀4组成，图中还包括基材辊2用于带动基材3运动，以及微凹辊的主轴1。工作原理为：将微凹辊部分浸入到浆料槽5中，微凹辊发生旋转通过网穴将浆料带出；刮刀4位于浆料槽的一侧负责将凹槽外的浆料刮去，网穴内的浆料以一定比例转移到基材上。

本实用新型的微凹辊，它可以大大提高涂布质量，在基材上大批量制备出柔性多层传感器阵列，在柔性可穿戴传感器领域具有重大的实用价值。

采用本实用新型的微凹涂布装置制备柔性多层传感器阵列包括如下步骤：

步骤s1：调整基材的运行方向，使其与微凹辊的运行方向相反；

如果二者的运行方向相同，那么基材在与微凹辊分离的过程中使已经涂布的膜层产生裂纹，最终得不到均匀的膜层。

步骤s2：调节基材与微凹辊的运行速度比例，所述微凹辊的运动速度应大于基材的运动速度。

如果基材运行速度过大，基材上会有部分区域涂不上浆料；如果微凹辊运动速度过大会造成涂布厚度不均匀。基材与微凹辊的运行速度比为1:1～1:2，优选地，当运行速度比为1:1.5时可以在基材上涂布出厚度均匀，无缺陷的膜层。

如图7所示，使用上述微凹辊及涂布方式可以得到传感器阵列膜层，通过反复的涂布可以得到三明治结构的传感器件，包括电极、活性材料、保护层的涂布等。其中，16为基材，17为矩形传感器阵列膜层，通过裁剪就可以得到成品的传感器件。

图8展示一种利用上述微凹辊及涂布方式得到的圆形传感器件阵列，16为基材，18为圆形传感器阵列膜层。

通过本实用新型的微凹辊可以实现在基材上选择性涂布；在微观上对网穴的形状和参数进行优化，提高了网穴的载墨量以及转移效果；通过降低辊径提高了涂布膜层的均匀性，减少了膜层缺陷的形成；大批量制备小面积膜层，减少了用料损耗。并且还可以利用申请中的微凹辊制备具有多层结构的传感器件，具有高度产业应用价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。