Recubrimiento por inmersión

El recubrimiento por inmersión es un proceso de recubrimiento industrial que se utiliza, por ejemplo, para fabricar productos a granel, como telas recubiertas y condones, y recubrimientos especializados, por ejemplo, en el campo biomédico. El recubrimiento por inmersión también se utiliza habitualmente en la investigación académica, donde muchos proyectos de investigación de ingeniería química y de nanomateriales utilizan la técnica de recubrimiento por inmersión para crear recubrimientos de película fina.

Los primeros productos recubiertos por inmersión pueden haber sido las velas. Para sustratos laminares flexibles, como telas, el recubrimiento por inmersión puede realizarse como un proceso continuo de rollo a rollo. Para recubrir un objeto 3D, simplemente se puede insertar y retirar del baño de recubrimiento. Para la fabricación de condones, se sumerge un molde en el recubrimiento. Para algunos productos, como los primeros métodos de fabricación de velas, el proceso se repite muchas veces, lo que permite que una serie de películas delgadas se agrupen hasta formar un objeto final relativamente grueso.

El producto final puede incorporar el sustrato y el recubrimiento, o bien el recubrimiento puede desprenderse para formar un objeto que consista únicamente en el recubrimiento seco o solidificado, como en el caso de un condón.

Como alternativa popular al recubrimiento por centrifugación, los métodos de recubrimiento por inmersión se emplean con frecuencia para producir películas delgadas a partir de precursores sol-gel con fines de investigación, donde generalmente se utilizan para aplicar películas sobre sustratos planos o cilíndricos.

El proceso de recubrimiento por inmersión se puede dividir en cinco etapas:

• Inmersión: El sustrato está inmerso en la solución del material de recubrimiento a una velocidad constante (preferiblemente libre de jitter).
• Inicio: El sustrato ha permanecido dentro de la solución por un tiempo y está empezando a ser tirado.
• Deposición: La capa delgada se deposita en el sustrato mientras se levanta. El retiro se lleva a cabo a una velocidad constante para evitar cualquier jitters. La velocidad determina el espesor del recubrimiento (retirado rápido da material de recubrimiento más grueso).
• Drenaje: Exceso líquido se drenará de la superficie.
• Evaporación: El solvente se evapora del líquido, formando la capa delgada. Para disolventes volátiles, como alcoholes, la evaporación comienza ya durante los pasos de deposición y drenaje.

En el proceso continuo, los pasos se llevan a cabo uno directamente después del otro.

Muchos factores contribuyen a determinar el estado final del recubrimiento por inmersión de una película delgada. Se puede fabricar una gran variedad de estructuras y espesores de películas recubiertas por inmersión repetibles controlando muchos factores: funcionalidad de la superficie del sustrato inicial, tiempo de inmersión, velocidad de extracción, número de ciclos de inmersión, composición de la solución, concentración y temperatura, número de soluciones en cada secuencia de inmersión y humedad ambiental. La técnica de recubrimiento por inmersión puede dar películas uniformes y de alta calidad incluso en formas voluminosas y complejas.

La técnica de recubrimiento por inmersión se utiliza para fabricar películas delgadas mediante autoensamblaje y con la técnica sol-gel. El autoensamblaje puede dar espesores de película de exactamente una monocapa. La técnica sol-gel crea películas de espesores aumentados y controlados con precisión que están determinados principalmente por la velocidad de deposición y la viscosidad de la solución. Como campo emergente, las nanopartículas se utilizan a menudo como material de recubrimiento. Las aplicaciones del recubrimiento por inmersión incluyen:

• Recubrimientos de sensores multicapa
• Funcionalista de implantes
• Gel de hidrógeno
• Recubrimientos de partículas nano Sol-Gel
• Capas mono montadas
• Juntas de nanopartículas de capa por capa.

El recubrimiento por inmersión se ha utilizado, por ejemplo, en la fabricación de nanopartículas biocerámicas, biosensores, implantes y recubrimientos híbridos. Por ejemplo, el recubrimiento por inmersión se ha utilizado para establecer un método de recubrimiento no térmico simple pero rápido para inmovilizar nanopartículas de hidroxiapatita y TiO₂ sobre polimetilmetacrilato.

En otro estudio, se depositaron nanocristales de celulosa porosos y películas nanocompuestas de poli(alcohol vinílico) CNC/PVA con un espesor de 25 a 70 nm sobre sustratos de vidrio mediante recubrimiento por inmersión.

El recubrimiento por inmersión de soles inorgánicos (o la denominada síntesis sol-gel) es una forma de crear recubrimientos inorgánicos o poliméricos delgados. En la síntesis sol-gel, la velocidad de deposición es un parámetro importante que afecta, por ejemplo, al espesor de la capa, la densidad y la porosidad.

La técnica sol-gel es un método de deposición que se utiliza ampliamente en la ciencia de los materiales para crear recubrimientos protectores, recubrimientos ópticos, recubrimientos cerámicos y superficies similares. Esta técnica comienza con la hidrólisis de un precursor líquido (sol), que sufre una policondensación para obtener gradualmente un gel. Este gel es un sistema bifásico que contiene tanto una fase líquida (disolvente) como una fase sólida (red integrada, típicamente red polimérica). La proporción de líquido se reduce gradualmente. El resto del líquido se puede eliminar mediante secado y se puede combinar con un tratamiento térmico para adaptar las propiedades del material del sólido.

• Nanoparticle deposition
• Sol-gel
• Coatings