راز اثر انگشت نامرئی: تحلیل عمیق فناوری سیاه فیلم ضد اثر انگشت PVD 

در زندگی روزمره، صفحه نمایش تلفن همراه که به تازگی تمیز شده است، بلافاصله با اثر انگشت پوشیده می شود، شیر آب استیل ضد زنگ که تازه خریداری شده است، مستعد لکه های آب و باقیمانده های روغن است، و لنز عینک اغلب توسط چربی تار می شود - این مشکلات همگی ناشی از جذب سطوح اشیاء توسط اثر انگشت و لکه های روغن است. ظهور فناوری فیلم ضد اثر انگشت رسوب فیزیکی خلاء (PVD) به "بدون اثر روی نوک انگشت" با یک فیلم فوق العاده نازک و در عین حال بسیار موثر دست یافته است. علاوه بر این، دارای مزایایی مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری با محیط زیست است و آن را به فناوری اصلی برای محافظت از سطح محصولات رده بالا تبدیل می کند. امروز، بیایید با هم رمز و راز فیلم ضد اثر انگشت PVD را کشف کنیم و بررسی کنیم که چگونه از فناوری برای تغییر شکل تجربیات زندگی ما استفاده می کند.

فیلم ضد اثر انگشت PVD یک فیلم کاربردی است که از طریق فناوری پوشش خلاء فیزیکی بر روی سطح بستر رسوب می کند. اجزای اصلی آن شامل ترکیبات حاوی فلوئور، کربن شبه الماس (DLC) و سایر مواد با انرژی سطح پایین است. ضخامت آن تنها 50 تا 200 نانومتر است (معادل یک هزارم قطر یک تار مو). بر خلاف فیلم های ضد اثر انگشت نوع پوشش سنتی، به سادگی سطح را "نمی پوشاند" بلکه از طریق رسوب فاز گازی، پیوند محکمی بین اتم های لایه فیلم و اتم های بستر ایجاد می کند و چسبندگی و دوام بیشتری دارد. این یکپارچگی کاملی از علم مواد و فناوری خلاء است.

"اثر انگشت" باقی مانده روی نوک انگشتان ما ترکیبی از ترشحات پوست مانند روغن، عرق و مقدار کمی گرد و غبار است. در میان آنها، روغن هسته اصلی باقیمانده سرسخت است. از منظر فیزیکی و شیمیایی، کلید باقیمانده اثر انگشت، "تفاوت در انرژی سطح" است - سطوح اشیاء رایج (شیشه، فلز، پلاستیک) انرژی سطح بالاتری دارند، در حالی که روغن اثر انگشت یک ماده با انرژی سطح پایین است. طبق اصل "مشابه، مشابه را حل می کند"، روغن به راحتی روی سطح انرژی بالا پخش و چسبیده می شود و یک لایه روغن تشکیل می دهد که پاک کردن آن دشوار است.

علاوه بر این، حتی سطوح به ظاهر صاف نیز در زیر میکروسکوپ دارای نوسانات نانومقیاس هستند. این "شیارها" به عنوان مکان هایی برای پنهان شدن روغن ها عمل می کنند و در نتیجه پاک کردن باقیمانده ها را دشوارتر می کنند. هسته اصلی پوشش ضد اثر انگشت PVD در پرداختن به این موضوع در ریشه آن با "کاهش انرژی سطح" و "بهینه سازی ریزساختار" نهفته است.

اثر ضد اثر انگشت فیلم ضد اثر انگشت PVD از طریق هم افزایی طراحی انرژی سطح پایین و ساختارهای میکروسکوپی آبگریز و چربی گریز آن به دست می آید که منجر به یک ویژگی سطحی مشابه با "اثر برگ نیلوفر آبی" می شود.

انرژی سطح روغن اثر انگشت تقریباً 30 تا 40 mN/m (میلی نیوتن بر متر) است. طراحی اصلی فیلم ضد اثر انگشت PVD کاهش انرژی سطح جسم به زیر 25 mN/m است. در این مرحله، روغن با انرژی سطح پایین توانایی پخش شدن خود را از دست می دهد و نمی تواند یک لایه روغن یکنواخت تشکیل دهد. فقط می تواند به قطرات ریز منقبض شود و به راحتی با پاک کردن ملایم پاک می شود.

برای دستیابی به این ویژگی، لایه های پوشش عمدتاً از ترکیبات حاوی فلوئور یا مواد کربن شبه الماس (DLC) استفاده می کنند. فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر در طبیعت است و ترکیبات حاوی فلوئور دارای ساختارهای مولکولی پایدار و فعالیت سطحی بسیار کمی هستند. پوشش DLC از اتم های کربن هیبریدی sp³ و sp² تشکیل شده است و ذاتاً انرژی سطح پایینی دارد. معرفی مقدار کمی از عناصر فلوئور منجر به اثرات حتی قابل توجه تری می شود.

سطح پوشش ضد اثر انگشت PVD کاملاً صاف نیست. با تنظیم پارامترهای رسوب، ساختارهای مقعر و محدب در مقیاس نانو از چند ده تا چند صد نانومتر می توانند تشکیل شوند. این ساختارها به هوا اجازه می دهند تا شکاف ها را پر کند. هنگامی که قطرات روغن یا آب با آن تماس پیدا می کنند، آنچه در واقع در تماس است، ساختار ترکیبی "لایه فیلم + هوا" است که سطح تماس را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و اثر دفع روغن و آب را افزایش می دهد. در این زمان، زاویه تماس بین قطرات آب و قطرات روغن روی سطح بیشتر از 110 درجه است و باعث می شود کمتر به هم بچسبند و راحت تر از بین بروند. واقعاً به "تمیز کردن آسان و بدون باقیمانده" دست یافتن.

عملکرد پوشش ضد اثر انگشت PVD به دقت فرآیند آماده سازی بستگی دارد. فرآیندهای اصلی عبارتند از پاشش مگنترون و آبکاری یونی قوس. محصولات رده بالا ممکن است رسوب کامپوزیت چند لایه را برای انطباق با بسترهای مختلف و سناریوها اتخاذ کنند.

1. فرآیند پاشش مگنترون: انتخاب اصلی، متعادل کردن یکنواختی و چسبندگی

   پاشش مگنترون متداول ترین فرآیند مورد استفاده است. هسته اصلی آن "در یک محیط خلاء، میدان مغناطیسی بمباران الکترون ها از مواد هدف را کنترل می کند تا رسوب ذرات در سطح اتمی ایجاد شود و یک فیلم تشکیل شود". این فرآیند در چهار مرحله انجام می شود: ابتدا، آماده سازی خلاء، قرار دادن بستر تمیز شده در محفظه و تخلیه به خلاء بالا از 10⁻³ تا 10⁻⁴ Pa برای کاهش تداخل هوا؛ دوم، معرفی گاز آرگون، که یونیزه شده و به عنوان "ذرات بمباران" استفاده می شود. سوم، پاشش هدف، منبع تغذیه یک میدان الکتریکی قوی تشکیل می دهد و میدان مغناطیسی الکترون ها را برای بمباران هدف حاوی فلوئور یا فلز کنترل می کند و یک جریان ذرات پرانرژی ایجاد می کند. چهارم، رسوب فیلم، جریان ذرات به طور یکنواخت تحت هدایت میدان الکتریکی رسوب می کند، با ضخامت فیلم کنترل شده در 50 تا 200 نانومتر.

   این فرآیند دارای مزایای قابل توجهی است: لایه فیلم از یکنواختی بالایی برخوردار است، قادر به پوشش مناطق بزرگ یا بسترهای منحنی است، با انحراف ضخامت بیش از ±5٪؛ چسبندگی قوی دارد و پس از آزمایش با استفاده از شبکه و نوار، هیچ پوسته پوسته شدن مشاهده نشد؛ سازگاری قوی دارد، برای بسترهای مختلف مناسب است و برای تولید انبوه مناسب است.

2. فرآیند آبکاری یونی قوس: یک گزینه درجه یک که مقاومت در برابر اثر انگشت و سختی بالا را ترکیب می کند

   برای محصولاتی مانند بدنه تلفن های همراه و قاب ساعت ها که نیاز به جلوگیری از اثر انگشت و در عین حال مقاومت در برابر سایش بالا دارند، اغلب از آبکاری یونی قوس برای تهیه فیلم های ضد اثر انگشت DLC استفاده می شود. اصل اصلی این است که "تخلیه قوس دمای بالا ایجاد می کند، ماده هدف را به یون های پرانرژی یونیزه می کند و به یک لایه فیلم متراکم رسوب می کند". میزان یونیزاسیون ماده هدف به 60٪ تا 80٪ می رسد و لایه فیلم سختی بالاتری (HV1500 تا 3000) دارد. در طول فرآیند آماده سازی، از اهداف گرافیتی یا اهداف کربن حاوی هیدروژن استفاده می شود و مقدار کمی گاز فلوئور می تواند اثر ضد اثر انگشت را افزایش دهد. با این حال، عیب این است که هزینه تجهیزات بالا است و برای بهبود صافی به پولیش بعدی نیاز است.

3. فرآیند رسوب کامپوزیت چند لایه: هم افزایی چند منظوره

   محصولات رده بالا اغلب ساختارهای کامپوزیت چند لایه را اتخاذ می کنند، مانند "فیلم ضد انعکاس + فیلم سرامیکی مقاوم در برابر سایش + فیلم فلوروکربن مقاوم در برابر اثر انگشت" برای صفحه نمایش تلفن های همراه، که شفافیت نور بالا، مقاومت در برابر خراش و خواص ضد اثر انگشت را ترکیب می کند. "فیلم پایه کروم + فیلم عملکردی کروم فلوئورینه" برای سخت افزار استیل ضد زنگ، که چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. این فرآیند به کنترل دقیق ضخامت و ترکیب هر لایه نیاز دارد و الزامات فنی بسیار بالایی دارد.

پوشش های ضد اثر انگشت اسپری و غوطه وری سنتی دارای معایبی مانند چسبندگی ضعیف، جدا شدن آسان و آلودگی محیط زیست هستند. با این حال، پوشش های ضد اثر انگشت PVD به دلیل پنج مزیت اصلی خود به جریان اصلی تبدیل شده اند:

1. چسبندگی قوی و عمر طولانی
2. مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر خوردگی، ارائه حفاظت جامع
3. سازگار با محیط زیست و بدون آلودگی
4. کاربرد گسترده و سازگاری قوی
5. انتقال نور بالا بدون تأثیر بر عملکرد

با عملکرد جامع خود، پوشش ضد اثر انگشت PVD به طور گسترده در چندین زمینه رده بالا استفاده می شود:

1. صنعت الکترونیک مصرفی: برنامه های کاربردی اصلی

   این فناوری برای قاب، پوشش پشتی، ماژول دوربین، صفحه نمایش تلفن های همراه، پوسته لپ تاپ، ساعت های هوشمند و غیره اعمال می شود. به عنوان مثال، تلفن های همراه رده بالا از فیلم های ضد اثر انگشت PVD برای تمیز نگه داشتن بدنه، کاهش خراش ها و افزایش بافت استفاده می کنند.

2. صنعت عینک: افزایش تجربه پوشیدن

   پوشش ضد اثر انگشت روی لنزها، چسبندگی چربی را کاهش می دهد و وضوح دید را افزایش می دهد. پوشش ضد اثر انگشت روی قاب های فلزی از خوردگی ناشی از عرق جلوگیری می کند و درخشندگی را حفظ می کند و نیازهای سبک وزن افراد با نزدیک بینی بالا را برآورده می کند.

3. صنعت ساعت: حفظ کیفیت بالا

   قاب ساعت های مکانیکی رده بالا ابتدا با فیلم های تزئینی پوشانده می شوند و سپس فیلم های ضد اثر انگشت اضافی برای متعادل کردن زیبایی شناسی و محافظت اضافه می شوند. پس از پوشش برای ساعت های غواصی، مقاومت آنها در برابر خوردگی آب دریا افزایش می یابد.

4. صنعت سخت افزار آشپزخانه و حمام: تمیز کردن آسان و مقاوم در برابر رطوبت

   پس از پوشش، شیرآلات، سردوش ها، قفل درها و غیره می توانند به طور خودکار لکه های آب و باقیمانده های روغن را از بین ببرند. آنها در برابر خوردگی مواد شوینده مقاوم هستند و برای مدت طولانی براق و تمیز باقی می مانند. آنها انتخاب ارجح برای برندهای رده بالا مانند Kohler و TOTO هستند.

5. صنایع خودرو و دستگاه های پزشکی

   پس از نصب دکمه های داخلی خودرو، پانل کنترل مرکزی و پوشش شیشه پنجره، ظاهر بهبود یافته و ایمنی رانندگی بهبود می یابد. ابزارهای جراحی پوشش داده شده با یک فیلم، چسبندگی خون را کاهش می دهند و ضدعفونی را آسان تر می کنند. مفاصل مصنوعی پوشش داده شده با یک فیلم، زیست سازگاری و مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهند.

پوشش ضد اثر انگشت PVD آینده در سه جهت اصلی توسعه خواهد یافت: اول، ادغام عملکردی، دستیابی به ادغام عملکردهای متعدد مانند "ضد اثر انگشت، ضد باکتری و ضد مه". دوم، پردازش دقیق، بهبود یکنواختی لایه پوشش و کاهش هزینه های تولید. سوم، مواد سبز، توسعه مواد سازگار با محیط زیست غیر فلوئور برای پاسخگویی به الزامات توسعه پایدار.

در طول استفاده روزانه، لازم است از خراشیدگی توسط اشیاء تیز خودداری شود، به آرامی تمیز شود، از محیط های با دمای بالا دور بمانید و به طور منظم پاک شود تا طول عمر لایه فیلم افزایش یابد.

از صفحه نمایش تلفن همراه گرفته تا سخت افزار آشپزخانه و حمام، فیلم ضد اثر انگشت PVD، با فیلم در سطح نانومتر خود، تجربه زندگی را تغییر می دهد. در پشت این، ادغام و نوآوری رشته های متعدد قرار دارد. با تکرارهای فناوری، به ادغام عملکردی بیشتری دست خواهد یافت و طیف وسیع تری از کاربردها خواهد داشت و "بدون اثر روی نوک انگشتان و بدون نگرانی در مورد تمیز کردن" را به یک اتفاق رایج تبدیل می کند و ارزش اصلی فناوری را در خدمت زندگی - افزایش شادی و راحتی زندگی در جزئیات برجسته می کند.