DE102005001714A1 - Production of nanoparticle platelets by PVD involves impacting a low temperature gas onto a multilayered intermediate to cause embrittlement and break up - Google Patents
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Abstract
Description
Nanopartikel
in Plättchenform,
welche nach dem PVD- Verfahren aus verschiedenen Stoffen, wie Metallen,
Oxiden, Fluoriden und Mehrschicht-Kombinationen davon hergestellt werden
können,
zeichnen sich durch eine genau kontrollierbare Dicke aus und werden
in einem trockenen Vakuumverfahren durch Aufdampfung erzeugt. Der
Dickenbereich liegt zwischen 20 und 1000 Nanometer, je nach Anwendung.
Sie dienen als Sicherheitspigment auf Banknoten mit einem Schichtsystem
bestehend aus Chrom-Magnesiumfluorid-Aluminium-Magnesiumfluorid-Chrom nach
Zu
ihrer Herstellung sind zahlreiche PVD- Verfahren bekannt gemacht
worden, wie z.B.
Gemeinsam
ist den genannten Verfahren, daß entweder
als Träger
eine lackierte Kunststofffolie verwendet wird oder ein mit einem
löslichen
Trennmittel bedampfter Träger
aus Metall. Zur Ablösung
sind entweder organische Lösungsmittel,
wie Aceton, Toluol oder Ethylacetat im Einsatz, oder, sofern das
aufgedampfte Trennmittel wasserlöslich
ist, wie Salze und einige organische Stoffe, auch Wasser. Patentschriften,
die eine Reihe von organischen Trennmitteln zur Erzeugung von PVD-
Nanoplättchen
anführen,
beschreiben die Eigenschaften und deren Anwendung in WO 02/094945
(Weinert) und
Der gemeinsame Nachteil dieser bekannten Verfahren ist, daß bei der Ablösung vom Träger immer ein Naßverfahren benutzt werden muß. Solange es sich um einen Schichtverbund handelt, der aus nur einer einzigen Trennschicht und einer Produktschicht besteht, ist die Ablösung problemlos und schnell möglich. Solche Naßverfahren versagen, wenn Schichten die aus Hunderten übereinander aufgedampften Trennschichten und Produktschichten bestehen, freizulegen sind. Das Lösungsmittel muß nacheinander jeweils eine Trennmittel-schicht anlösen bevor die Flüssigkeit an die weiter unten liegenden gelangen kann. Solche Schichtpakete sind aber von großem wirtschaftlichen Interesse, da es hierdurch möglich ist, in einer kontinuierlichen Aufdampfung mehr als tausend Schichten auf einer rotierenden, gekühlten Oberfläche von wenigen Quadratmetern aufzutragen, bevor eine Ablösung durchgeführt wird.Of the common disadvantage of this known method is that in the replacement from the carrier always a wet process must be used. As long as it is a layer composite consisting of only a single layer Separation layer and a product layer, the replacement is easy and fast possible. Such wet process fail when layers of hundreds of layers of vapor deposited on one another and Product layers exist, are exposed. The solvent must be successively each dissolve a release agent layer before the liquid can get to the lower lying. Such layer packages but are of great economic interest, since this makes it possible, in a continuous Vapor deposition more than a thousand layers on a rotating, cooled surface of Apply a few square meters before a replacement is performed.
Das bekannte Verfahren des Strahlens von Oberflächen mit Kohlendioxid- Pellets, welches zur Entlackung von Flugzeugen und anderen empfindlichen Oberflächen benutzt wird, zeigte sich für diesen Anwendungsfall als unbrauchbar. Obwohl die abrasive Wirkung vorhanden ist, wie auch die hohe Geschwindigkeit des Abtrags, ist der Vorgang begleitet von einer lagenweisen Abtragung. Die zwischen Lagen von organischem Material eingebetteten Plättchen erfahren bei der Freilegung durch die festen Pellets eine unerwünschte Aufrauhung. Ein weiterer Grund ist, daß als Treibgas normalerweise komprimierte Luft verwendet wird von etwa 600 m3/h. Der dadurch entstehende Gefahr von Staubexplosionen durch ein Gemisch aus organischen Teilchen und Luftsauerstoff ist nicht auszuschließen. Diese große Menge an Treibgas durch Stickstoffgas zu ersetzen würde sich als unwirtschaftlich erweisen. Ebenso tritt bei CO2- Pellets keine ausreichende Versprödung der organischen Schichten ein. Der Temperaturunterschied ist mit ca. 100°C zum Träger ist zu gering, ebenso der Wärmeübergang zwischen zwei festen Phasen, den CO2- Pellets und dem Schichtenverbund.The known method of blasting surfaces with carbon dioxide pellets, which is used for paint stripping of aircraft and other sensitive surfaces, proved to be useless for this application. Although the abrasive action is present, as well as the high speed of the removal, the process is accompanied by a layered ablation. The platelets embedded between layers of organic material experience undesirable roughening when exposed by the solid pellets. Another reason is that normally compressed air is used as the propellant gas of about 600 m 3 / h. The resulting risk of dust explosions due to a mixture of organic particles and atmospheric oxygen can not be ruled out. Replacing this large amount of propellant gas with nitrogen gas would prove uneconomical. Likewise, CO2 pellets do not embrittle the organic layers sufficiently. The temperature difference is about 100 ° C to the carrier is too low, as is the heat transfer between two solid phases, the CO2 pellets and the layer composite.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Produkt zu schaffen die
- a) Lackierprozesse am Träger unnötig macht
- b) Auch bei Vielfachschichten von mehreren hundert Lagen eine rasche Ablösung und Vereinzelung der Nanoplättchen ermöglicht
- c) Die Schichten aus Trennmittel und Produkt sollen schon vor dem Auswaschen des Trennmittels soweit vereinzelt werden, daß das in der Weiterverarbeitung angewandte Lösungsmittel nur Wege von wenigen Zehntel Millimeter zurückzulegen hat.
- a) makes painting processes on the carrier unnecessary
- b) Even with multilayers of several hundred layers a rapid detachment and separation of the nanoplates allows
- c) The layers of release agent and product should be isolated before washing the release agent so far that the solvent used in further processing has only paths of a few tenths of a millimeter to cover.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17 und Nanopartikel nach den Ansprüchen 18 bis 21 gelöst. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a method according to claim 1, device according to the claims 13 to 17 and nanoparticles according to claims 18 to 21 solved. Inventive developments are the subject of the dependent claims.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wurde die Tatsache zunutze gemacht, daß bei Temperaturen
von –196°C alle organischen
Substanzen verspröden.
Unter Ausnutzen dieses Effekts auf die Herstellung von Nanoplättchen im
PVD-Verfahren bedeutet
dies, daß ein
Weg zu suchen war, der folgende Ausgangsbedingungen erfüllt:
mechanische
Ablösung
der Vielfachschichten aus organischen Trennmittel und Produkt durch
ein trockenes mechanisches Verfahren mit guter, rascher Wirkung,
ohne Erosion des Trägers
- 1. Ablösung der Schichten in der selben Anlage in welcher die Herstellung der Viefachschichten erfolgt und Zerkleinern der Schichten auf wenige Zehntel Millimeter am selben Ort
- 2. Durchführung der Ablöseprozesses unter Inertgas
- 3. Vermeidung von Flüssigkeiten als Lösungsmittel in der Vakuumkammer. Erfahrungsgemäß lassen sich Feuchtigkeitsspuren nur durch langwieriges Evakuieren beseitigen und führen auch dann noch zu beträchtlichen Ausgasungen der Kammerwände.
- 4. Schaffung einer spiegelglatten, leicht erneuerbaren Glanzfläche, die als Konden-sations- Unterlage dient
mechanical detachment of the multilayers of organic release agent and product by a dry mechanical process with good, rapid action, without erosion of the carrier
- 1. separation of the layers in the same plant in which the production of the multiple layers takes place and crushing of the layers to a few tenths of a millimeter in the same place
- 2. Carrying out the removal process under inert gas
- 3. Avoidance of liquids as solvents in the vacuum chamber. Experience has shown that traces of moisture can be removed only by protracted evacuation and then still lead to significant outgassing of the chamber walls.
- 4. Creation of a mirror-smooth, easily renewable glossy surface, which serves as a condensation pad
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Die gefundene Lösung beruht auf den in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren und Einzelschritten:The found solution is based on the methods described in Examples 1 and 2 and single steps:
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
In
einer Apparatur nach
Im
nächsten
Schritt wird flüssiger
Stickstoff über
eine oder mehrere Düsen
(
- m:
- Menge an flüssigem Stickstoff in kg
- η:
- Anteil des auf den Träger wirksamen flüssigen Stickstoffs
- r:
- Verdampfungswärme kJ/kg
- m:
- Amount of liquid nitrogen in kg
- η:
- Proportion of liquid nitrogen acting on the carrier
- r:
- Heat of evaporation kJ / kg
Hierdurch werden dem Stahlträger durch Wärmeleitung quer durch den Schichtverbund je nach Düsenanordnung 1500 bis 3000 kJ/s m2 entzogen.As a result, 1500 to 3000 kJ / sm 2 are extracted from the steel beam by heat conduction across the layer composite depending on the nozzle arrangement.
Die
organischen Trennmittelschichten, insbesondere die darunter befindliche
Glanzschicht, welche flüssig
aufgetragen wurde und auf den Träger
(
Die
Glanzschicht und deren Dicke hat mehrere Funktionen: Sie bildet
nach dem Erstarren eine sehr glatte Oberfläche, da sie aus der Schmelzphase
erstarrte. Ferner deckt sie die Oberflächenrauhigkeiten des Trägers (
Materialien, die sich als Glanzschicht eignen, müssen folgende Eigenschaften erfüllen:
- a) Schmelzpunkte zwischen 120° und 240°C
- b) Ausreichende Versprödung und Verlust der Adhäsion am metallischen Unterlagen bei Temperaturen von weniger als –100°C, zu prüfen durch einen vergleichenden Kugelfalltest einer 20 mm Stahlkugel aus 0,2 Meter Höhe auf eine beschichtete metallische Unterlage. Im Auftreffpunkt soll mindestens eine Zone mit 4 mm Durchmesser zersplittert sein und sich von der metallischen Unterlage abgelöst haben.
- c) Nachweis des Oberflächenglanzes durch bekannte Meßmethoden der Glanzmessung
- d) Dampfdruck von kleiner 10–5 mbar bei 25°C
- a) Melting points between 120 ° and 240 ° C
- b) Sufficient embrittlement and loss of adhesion to metallic substrates at temperatures less than -100 ° C, to be tested by a comparative falling ball test of a 20 mm steel ball from a height of 0.2 meters onto a coated metallic substrate. At the point of impact, at least one zone of 4 mm diameter should be fragmented and detached from the metallic base.
- c) Verification of the surface gloss by known measuring methods of gloss measurement
- d) vapor pressure of less than 10 -5 mbar at 25 ° C
Nachdem
der Träger
(
Zur Erhöhung der Wirkung des flüssigen Stickstoff-Strahl läßt sich Stickstoffgas der Flüssigkeit zugeben in variabler Menge von 10 bis 50 Molprozent. Noch wirksamer ist es, in den Strahl Pellets aus Trockeneis einzubringen, allerdings unter einer gewissen Qualitätsminderung der Oberfläche der Nanoplättchen. Die Oberfläche des Trägers wird hingegen nicht beeinflußt. Als metallische Oberfläche des Trägers eignet sich eine handelsübliche Polierung von rostfreiem Stahl oder eine Hartverchromung mit einer Rauhtiefe Rz < 0.3 μ.to increase the effect of the liquid Nitrogen jet settles Nitrogen gas of the liquid add in variable amount of 10 to 50 mole percent. Even more effective is to introduce dry ice pellets into the jet, however with a certain reduction in quality the surface the nanoplates. The surface of the carrier is not affected. As a metallic surface of the carrier is a commercially available Polishing of stainless steel or a hard chrome plating with a Roughness Rz <0.3 μ.
Eine
weitere Erhöhung
der Strahlwirkung läßt sich
erzielen, indem die Düsen
(
Der
Prozeß des
trockenen Ablösens
unter Kälte-
und Strahleinwirkung wird bereits begonnen, kurz nachdem die Aufdampfung
beendet worden ist und alle Vakuumventile geschlossen worden sind.
Das durch Verdampfung des flüssigen
Stickstoffs entstehende Gas expandiert bei 1 mbar zu 560.000 Liter
pro Liter eingebrachtem flüssigen
Stickstoff. Die Strömungsgeschwindigkeit
entlang der Trägeroberfläche ist
entsprechend hoch. In einer typischen industriellen Anlage mit einem
3-Meter Teller und einem Kammervolumen von 14.000 Litern stellt
sich bei einer Zufuhr von 6 Litern pro Minute schon nach 3.6 Minuten
Strahlzeit 1 bar Innendruck in der Vakuumkammer ein. Der über 1,2
bar hinausgehende Druck wird über
das Überströmventil
(
Durch diesen trockenen Prozeß lassen sich zahlreiche Produkte als Nanoplättchen herstellen und auch im weiteren Verlauf der Verarbeitung lösungsmittelfrei erzeugen. Es ist möglich, die noch mit organischem Trennmittel durchsetzten Partikel in einem trockenen Verfahren, ohne Anwendung eines Lösungsmittels zu reinigen nach WO 02/094945. Hierbei werden die gesammelten Partikel in einer weiteren Vakuumkammer durch Heizstrahler erhitzt auf bis zu 350°C bei gleichzeitiger Bewegung. Das in den Partikeln enthaltene Trennmittel verdampft vollständig und wird an einem gekühlten Kondensator niedergeschlagen und entsorgt. Eine Entfernung des Trennmittels aus den Partikeln ist aber auch möglich durch Herauslösen in einem Lösungsmittel, welches in einigen Fällen auch Wasser sein kann. Teilchen, die aus dem Material der Glanzschicht stammen, können durch bekannte Verfahren der Flotation abgetrennt werden oder gemeinsam mit dem Trennmittel aufgelöst werden. Die von Lösungsmittel zurückzulegenden Wege betragen nur etwa die halbe Partikelgröße, etwa 0.1 bis 0.3 Millimeter. Keine übereinanderliegenden Produktschichten, die als Barrieren wirken, behindern die Auflösung der Zwischenlagen aus Trennmittel. Die Partikel können bis zur weiteren Verarbeitung trocken gelagert werden, und sie können danach mit einem ausgesuchten Lösungsmittel behandelt werden, welches in dem herzustellenden Produkt, z.B. ein Lack, ohnehin vorhanden ist. Dieses Lösungsmittel kann von Produkt zu Produkt variieren, während die Verfahren nach den zitierten Stand der Technik an gewisse Lösungsmittel gebunden sind.By leave this dry process Many products are produced as nanoplates and also produce solvent-free in the course of processing. It is possible, the interspersed with organic release agent particles in one dry method, without using a solvent after cleaning WO 02/094945. Here are the collected particles in another Vacuum chamber heated by radiant heater up to 350 ° C at the same time Move. The release agent contained in the particles evaporates Completely and is chilled on a Condenser precipitated and disposed of. A removal of the release agent from the particles is also possible by dissolving in one Solvent, which in some cases can also be water. Particles derived from the material of the gloss layer, can be separated by known methods of flotation or together dissolved with the release agent become. The solvent to be covered Paths are only about half the particle size, about 0.1 to 0.3 millimeters. No superimposed Product layers that act as barriers hinder the dissolution of the Liners made of release agent. The particles can dry until further processing be stored, and they can then with a selected solvent which can be treated in the product to be produced, e.g. one Lack, in any case exists. This solvent may be from product to vary while product the methods according to the cited prior art to certain solvents are bound.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Weitere
Varianten des Verfahrens sind mit einer Vorrichtung nach
Um
Totzeiten, die durch das Abkühlen
der Verdampferquellen, Ablösen
des Schichtverbundes, nachfolgende neue Evakuierung und erneutes
Aufheizen der Verdampfer-quellen bedingt sind, zu vermeiden, bietet
es sich an, daß der
Träger
90° quer
zur Aufdampfrichtung unter Vakuum in eine Seitenkammer (
In order to avoid dead times, which are due to the cooling of the evaporator sources, detachment of the layer composite, subsequent new evacuation and reheating the evaporator sources, it is advisable that the carrier 90 ° transversely to the evaporation under vacuum in a side chamber (
Die bauliche Anordnung des scheibenförmigen Trägers kann mit horizontaler Achse oder mit vertikaler Achse oder beliebiger Drehachse ausgeführt sein, ebenso wenn der Träger eine Walze ein anderer Körper ist. Die Bedampfungsrichtung kann deshalb sowohl nach oben gerichtet wie auch seitlich gerichtet erfolgen.The Structural arrangement of the disc-shaped carrier can be with horizontal axis or with vertical axis or any Rotary axis executed be just as the carrier a roller another body is. The evaporation direction can therefore be directed upwards as also done laterally.
Beispiel I: (Laborversuch
mit einer Vorrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
nach
In
einer Hochvakuum-Aufdampfanlage von 900 mm Kammerdurchmesser, die
mit einem wassergekühlten
Träger
(
Die
Abdampffläche
pro Quelle beträgt
je 120 cm2. Nach Erzeugung eines Vakuums
von 3 × 10–4 mbar werden
die noch von einer Blende abgedeckten Verdampfungsquellen I und
II hochgeheizt auf 250°C
bzw. 1450°C.
Die Temperaturmessung erfolgt durch ein elektrisch isoliert angebrachten
Wolfram-Rhenium
Thermoelement (W5Re-W26Re) an der Magnesiumfluorid-Verdampfungsquelle
und durch ein NiCr-Ni Element an der Phenolphthaleinquelle, während der
rotierende Träger
(
Nach
Aufheizen beider Verdampferquellen I und II (
Bis zu diesem Punkt entspricht der Prozeß dem Stand der Technik, z.B. der Simultan-Aufdampfung aus zwei Quellen.To at this point, the process corresponds to the prior art, e.g. simultaneous vapor deposition from two sources.
Nach
Theoretisch
wurden auf dem Träger
(
Der gesamte Auflösevorgang des Trennmittels fand in weniger als einer Minute statt. Da Phenolphthalein ein sehr genauer Indikator für basische pH-Werte ist, konnte nach einer 6-Stufen- Kaskadenspülung keine Verfärbung bei Eintropfen einer Natriumcarbonat-Lösung mehr gesehen werden.Of the entire dissolution process of the release agent took place in less than a minute. Because phenolphthalein a very accurate indicator of basic pH values, no discoloration was observed after 6-step cascade rinsing Dropping a sodium carbonate solution can be seen more.
Das so gewonnene Material zeigte unter dem Mikroskop eine Plättchengröße in x,y-Richtung zwischen 20 und 80 μ. Weitere Verkleinerungen sind nach bekannten Mahlverfahren, z.B. durch Ultraschall in einer Flüssigkeit möglich. Die Verwendung vieler anderer organischer Trennmittel ist im gleichen Verfahren durchführbar. Hinweise hierzu gibt die Patent-Offenlegung WO 02094945 A1.The The material thus obtained showed a platelet size in the x, y direction under the microscope between 20 and 80 μ. Further reductions are made by known milling techniques, e.g. by ultrasound in a liquid possible. The use of many other organic release agents is the same Procedure feasible. Information on this can be found in the patent disclosure WO 02094945 A1.
Eine
Wiederholung des Versuchs ohne Einsatz des flüssig aufgebrachten Glanzmittels
zeigt eine nur unvollständige
Ablösung
des Schichtenverbundes vom Träger
(
Beispiel II: (Laborversuch
mit einer Vorrichtung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
nach
Es wurde die selbe Anordnung verwendet wie bei Beispiel I. Die Quelle II wurde diesmal mit 500 g Silbergranulat gefüllt.It the same arrangement was used as in Example I. The source II was this time filled with 500 g of silver granules.
Die für Silber gewählte Aufdampfdicke wurde in Vorversuchen festgelegt auf 200 Nanometer.The for silver elected Vapor thickness was determined in preliminary tests to 200 nanometers.
Die Ablösung erfolgte mit der gleichen Kryotechnik.The replacement was done with the same cryotechnology.
Das Ergebnis waren 62 g Silberplättchen der Größe von 0.2 bis 0.5 mm als Suspension in Ethanol. Die gewonnenen Plättchen waren etwa 10-mal größer als die des Beispiels I. Der Grund ist wahrscheinlich darin zu suchen, daß Silber bei Tieftemperatur noch eine gute Duktilität aufweist und die Zerkleinerung durch Verspröden weniger wirksam ist.The The result was 62 g of silver plates the size of 0.2 to 0.5 mm as a suspension in ethanol. The won platelets were about 10 times bigger than that of example I. The reason is probably to look into it that silver at low temperature still has a good ductility and comminution by embrittlement less effective.
Produkte, die nach dieser Erfindung in einer besonders hergerichteten Aufdampfanlage mit Mehrfachverdampfern und rotierendem Träger in einer großen Zahl an abwechselnden Trennmittel- und Produktschichten erzeugt werden können sind:
- – Nanoplättchen aus Aluminium, Aluminium mit beidseitigem transparenten Schutzschichten aus Siliziumoxid, Magnesiumfluorid zur Herstellung von Lacken und Druckfarben
- – Nanoplättchen aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumfluorid als Träger-plättchen für die Weiterverarbeitung zu Effektpigmenten durch chemische Beschichtung mit Titanoxiden.
- – Plättchenförmige Nanopartikel aus Gold, Silber, Kupfer, Zinn zur Herstellung von elektrische leitenden Lacken oder Pasten
- – Plättchenförmige Nanopartikel aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid mit nachfolgender chemischen Behandlung zur Verwendung in Lacken mit erhöhter Oberflächenhärte, z.B. nach WO 02/094945. Solche Plättchen können zur Steigerung ihrer Härte einer Wärmebehandlung an Luft bei 400 bis 1000°C unterworfen werden, danach mit oberflächen- aktiven Substanzen im CVD- Verfahren gasförmig oder in chemischen Naßverfahren weiter behandelt werden.
- – Plättchenförmige Produkte aus Siliziumoxid, Magnesiumfluoprid, Kupfer, Silber und anderen Metallen, welche hergestellt werden durch Aufdampfen einer sich wiederholenden Schichtfolge von organischem Trennmittel, gefolgt vom einem sich im Dampfstrahl überdeckenden Gemisch aus Trennmitteldampf und dem Dampf des Produktes. In einem Folgeprozeß unter Vakuum wird das Trennmittel der Zwischen-schichten und das im Gemisch mit der Produktschicht kondensierte Trennmittel ausgedampft. Die notwendigen Temperaturen hierfür liegen im Bereich von 200°C bis 300°C. Die Ergebnis sind rückstandsfreie Hohlräume in den Plättchen mit extrem großer inneren spezifischen Oberfläche. Solche Plättchen können durch van der Waalsche Kräfte große Mengen an anderen organischen Substanzen an den Oberflächen der Hohlräume anlagern.
- – Es ist möglich, Wechselschichten aus zwei organischen Materialien aufzudampfen, wobei ein Material, welches das Trennmittel darstellt, in einem nachfolgenden Schritt außerhalb der Aufdampfanlage ausgewaschen wird und das andere als plättchenförmiges, unlösliches Nanopartikel erhalten bleibt. Mit dieser Methode ist es möglich, organische Plättchen im Bereich ab 40 Nanometer Dicke herzustellen. Solche Plättchen, zum Beispiel aus der Familie der Perylene, Benzimidazolone, Diketopyrrolopyrrole, Phthalocyanine, Quinacridone, Isoindolinone, Thiazine und Phenoxazine sind thermisch stabil, nicht oder nur wenig löslich. Sie sind von Interesse als Träger weiterer, auf ihnen angelagerten Substanzen.
- - Nanoplates of aluminum, aluminum with double-sided transparent protective layers of silicon oxide, magnesium fluoride for the production of paints and printing inks
- - Nanoplates of silicon oxide, aluminum oxide, magnesium fluoride as carrier platelets for further processing into effect pigments by chemical coating with titanium oxides.
- - Platelet-shaped nanoparticles of gold, silver, copper, tin for the production of electrical conductive paints or pastes
- - Platelet-shaped nanoparticles of silica or alumina with subsequent chemical treatment for use in paints with increased surface hardness, for example according to WO 02/094945. Such platelets can be subjected to a heat treatment in air at 400 to 1000 ° C to increase their hardness, then further treated with surface-active substances in the CVD process in gaseous or chemical wet process.
- - Platelet products of silicon oxide, magnesium fluoride, copper, silver and other metals, which are prepared by vapor deposition of a repetitive layer sequence of organic release agent, followed by a vapor jet covering mixture of release agent vapor and the vapor of the product. In a subsequent process under vacuum, the release agent of the intermediate layers and the release agent condensed in a mixture with the product layer are evaporated. The necessary temperatures for this are in the range of 200 ° C to 300 ° C. The result is residue-free cavities in the platelets with an extremely large internal surface area. Such platelets can accumulate large amounts of other organic substances on the surfaces of the cavities by van der Waals forces.
- - It is possible to evaporate alternating layers of two organic materials, wherein a material which is the release agent is washed out in a subsequent step outside the vapor deposition and the other is retained as platelet-shaped, insoluble nanoparticles. With this method, it is possible to produce organic platelets in the range from 40 nanometers thick. Such platelets, for example from the family of perylenes, benzimidazolones, diketopyrrolopyrroles, phthalocyanines, quinacridones, isoindolinones, thiazines and phenoxazines are thermally stable, not or only slightly soluble. They are of interest as carriers of other substances deposited on them.
Die physikalische Grenze der möglichen Anzahl solcher abwechselnden Schichten ist gegeben durch die begrenzte Wärmeabfuhr durch das Schichtpaket. Als Folge steigt die Oberflächentemperatur an und unterdrückt ab einem maximalen Wert, der bei organischen Trennmitteln zwischen 80–120°C liegt, die Kondensation. Diese Temperatur ist stark stoffabhängig und ist empirisch zu bestimmen. Zur Erzeugung von Nanopartikeln in Plättchenform können in besonderen Fällen auch inorganische Trennmittel verwendet werden. Aus der Patentliteratur sind zahlreiche hierzu geeignete Stoffe bekannt, wie z.B. Nacl, NaF, Borax, Diese reagieren nicht mit Magnesiumfluorid oder Siliziumoxid als Produktschicht und können mit Wasser ausgewaschen werden. Ebenso ist es möglich, als Trennmittel Stoffe mit hohem Dampfdruck zu verdampfen. Diese lassen sich in einem weiteren Arbeitsgang in einer geeigneten Vakuum- Destillationsanlage rückstandsfrei entfernen. Zurück bleiben plättchenförmige Nanopartikel, welche in weiteren Arbeitsgängen durch Mahlen und Klassieren auf die gewünschte Größe gebracht werden können. Vorteilhaft bei dieser Methode ist, daß auch die Weiterverarbeitung nur in trockenen Prozessen erfolgt.The physical limit of the possible number of such alternating layers is given by the limited heat dissipation through the layer package. As a result, the surface temperature increases and suppressed from a maximum value, which is between 80-120 ° C in organic release agents, the condensation. This temperature is strongly dependent on material and must be determined empirically. For the production of nanoparticles in platelet form, inorganic release agents can also be used in special cases. Numerous substances suitable for this purpose are known from the patent literature, such as Nacl, NaF, borax, for example, which do not react with magnesium fluoride or silicon oxide as the product layer and can be washed out with water. It is also possible to evaporate as a release agent substances with high vapor pressure. These can be removed residue-free in a further operation in a suitable vacuum distillation plant. This leaves platelet-shaped nanoparticles, which can be brought to the desired size in further operations by grinding and classifying. An advantage of this method is that the Next Processing only in dry processes.
Es wird somit eine Vorrichtung zur Erzeugung von Nanopartikeln in Plättchenform durch Aufdampfung einer Anzahl von mehr als 10 abwechselnden organischen Trennmittelschichten und Produktschichten im PVD- Verfahren bei einem Vakuum von besser als 1 Pa vorgestellt, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) ein sich um eine Achse kontinuierlich drehender Träger mit einem in flüssiger Form auf den Träger aufgebrachten schmelzbaren, organischen Glanzschicht aufgetragen wird mit einer Dicke von 5 bis 250 Mikrometer im Schritt b) abwechselnde Trennmittel- und Produktschichten aufgedampft werden im Schritt c) die Verdampferquellen vom Träger räumlich getrennt werden und im Schritt d) flüssiges Gas von weniger als –25°C über eine oder mehrere Düsen unter Druck auf den Träger strömt, dadurch die im Schritt a) aufgebrachte Glanzschicht unter Rißbildung versprödet und das Schichtpaket sich vom Träger ablöst, in kleine Partikel vereinzelt und vom Träger weggeblasen wird, wobei die im Gasstrom mitgeführten, vereinzelten Teilchen in einem Filter oder in einem Zyklon abgeschieden und gesammelt werden und nachfolgend der Schritt a) wiederholt wird im Schritt e) die Abtrennung zwischen den Verdampferquellen und dem Träger wieder rückgängig gemacht wird, das Aufdampfvakuum wieder erzeugt und wieder abwechselnde Trennmittel- und Produktschichten aufgedampft werden.It Thus, a device for the production of nanoparticles in platelet form by vapor deposition of a number of more than 10 alternating organic Release agent layers and product layers in the PVD process at a vacuum of better than 1 Pa, characterized in that that in the Step a) with a continuously rotating about an axis carrier one in liquid Shape on the carrier applied applied meltable, organic gloss layer becomes alternate with a thickness of 5 to 250 microns in step b) Release agent and Product layers are vapor-deposited in step c) the evaporation sources from carrier spatial are separated and in step d) liquid gas of less than -25 ° C over one or several nozzles under pressure on the wearer flows, thereby the applied in step a) gloss layer under cracking brittle and the layer package itself from the carrier replaces, is separated into small particles and blown away from the carrier, wherein the entrained in the gas stream, separated particles in a filter or in a cyclone deposited and are collected and subsequently step a) is repeated in step e) the separation between the evaporator sources and the carrier Undone is generated, the Aufdampfvakuum again and again alternating Release agent and product layers are evaporated.
Eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt ist entsprechend dem zweiten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung nach, Schritt c als je eine vakuumdichte Schleuse ausgebildet ist, welche je eine Seitenkammer absperrt, wobei der Schritt d jeweils in einer der Seitenkammern erfolgt und zeitgleich in der Aufdampfkammer die Bedampfung eines zweiten Trägers gemäß Schritt b erfolgt.A Device according to the first aspect is according to the second Aspect characterized in that the separation according to, step c is formed as a respective vacuum-tight lock, which each one Side chamber locks, wherein the step d each in one of Side chambers take place and at the same time in the evaporation chamber the evaporation a second carrier according to step b takes place.
Eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt ist entsprechend einem dritten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung als Teil der Aufdampfkammer ausgebildet ist und die Prozesse der Bedampfung und der Ablösung zeitlich nacheinander erfolgen.A Device according to the first aspect is corresponding to a third Aspect characterized in that the separation as part of the Evaporating chamber is formed and the processes of vapor deposition and the replacement in chronological order.
Eine Vorrichtung entsprechend dem ersten bis dritten Aspekt ist entsprechend einem vierten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Gas zur Erhöhung der Ablösewirkung das selbe oder ein anderes Gas oder Pellets aus festem Kohlendioxid zugeführt werden.A Apparatus according to the first to third aspects is accordingly A fourth aspect, characterized in that the liquid gas to increase the Separating action the same or another gas or pellets of solid carbon dioxide supplied become.
Eine Vorrichtung nach entsprechend dem ersten bis vierten Aspekt ist entsprechend einem fünften Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Gas eine Temperatur von weniger als –25°C aufweist bzw. weder mit dem Trennmittel noch mit dem Produkt chemisch reaktionsfähig ist A Device according to the first to fourth aspects according to a fifth Aspect, characterized in that the liquid gas has a temperature of less than -25 ° C or is chemically reactive neither with the release agent nor with the product
Eine Vorrichtung entsprechend dem ersten bis fünften Aspekt ist entsprechend dem sechsten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Gas flüssiger Stickstoff verwendet wirdA Apparatus according to the first to fifth aspects is accordingly the sixth aspect, characterized in that liquid nitrogen as liquid gas is used
Eine Vorrichtung entsprechend dem ersten bis sechsten Aspekt ist entsprechend dem siebten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß der Filter oder Zyklon des Schrittes 1 d über eine Entleervorrichtung verfügt, welche abgeschiedene Teilchen kontinuierlich oder diskontinuierlich austrägt.A Device according to the first to sixth aspects is accordingly the seventh aspect, characterized in that the filter or cyclone of the Step 1 d over has an emptying device, which deposited particles are continuous or discontinuous discharges.
Eine Vorrichtung entsprechend dem ersten bis siebten Aspekt ist entsprechend einem achten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine gekühlte, um ihre Symmetrieachse rotierende Walze, Scheibe oder Konus istA Apparatus according to the first to seventh aspects is accordingly an eighth aspect, characterized in that the carrier is a cooled to its axis of symmetry is rotating roller, disc or cone
Eine Vorrichtung entsprechend dem ersten bis achten Aspekt ist entsprechend einem neunten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen den Träger im einem Zeit/Wege- Raster bestreichen, ihren Anstellwinkel zum Träger verändern und pulsierenden betrieben werden können.A Apparatus according to the first to eighth aspects is accordingly a ninth aspect, characterized in that the nozzles support the carrier in a time / space grid brush, change their angle of attack to the carrier and operated pulsating can be.
Ein Produkte hergestellt nach einem oder mehreren des ersten bis neuten Aspekts zur Verwendung als plättchenförmige Nanopartikel aus Aluminium, Aluminium mit beidseitigem transparenten Schichten aus Siliziumoxid, Magnesiumfluorid zur Herstellung von Lacken, Druckfarben und zur Einbringung in thermoplastische KunststoffeOne Products made after one or more of the first to the next Aspect for use as platelet-shaped nanoparticles made of aluminum, aluminum with transparent layers on both sides of silicon oxide, magnesium fluoride for the production of paints, printing inks and for incorporation in thermoplastics
Ein Produkte hergestellt nach einem oder mehreren des ersten bis neunten Aspekts zur Verwendung als plättchenförmige Nanopartikel aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumfluorid als Trägerplättchen für die Weiterverarbeitung zu Effektpigmenten durch nachfolge chemische Beschichtung oder durch ein CVD-Verfahren mit Titan-tetrachlorid mit Titanoxiden.One Products made after one or more of the first to ninth Aspect for use as platelet-shaped nanoparticles made of silicon oxide, aluminum oxide, magnesium fluoride as carrier platelets for further processing to effect pigments by subsequent chemical coating or by a CVD method with titanium tetrachloride with titanium oxides.
Ein Produkt hergestellt nach einem oder mehreren des ersten bis neunten Aspekts zur Verwendung als plättchenförmige Nanopartikel enthaltend Gold, Silber, Kupfer, Zinn oder Indium zur Herstellung von elektrische leitenden Lacken oder Pasten A product prepared according to one or more of the first to ninth aspects for use as platelet-shaped nanoparticles containing gold, silver, copper, tin or indium for the production of electrical conductive paints or pastes
Ein Produkte hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zur Verwendung als plättchenförmige Nanopartikel aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid mit nachfolgender chemischen Behandlung mit Oberflächen- aktiven organischen Stoffen zur Verwendung in Lacken mit erhöhter OberflächenhärteOne Products prepared according to one or more of claims 1 to 9 for use as platelet-shaped nanoparticles of silica or alumina followed by chemical Treatment with surface active organic substances for use in paints with increased surface hardness
Produkt hergestellt nach einem oder mehreren des ersten bis neunten Aspekts zur Verwendung als Plättchen mit großer inneren Oberfläche durch Simultanverdampfen der Produktschicht und des selben Trennmittels in einem sich überlappenden Dampfstrahl, gefolgt von einem Erhitzen und Bewegen unter Vakuum des abgelösten Schichtpaketes auf mehr als 200°C, wobei das Trennmittel ausdampft und Plättchen mit Hohlräumen als Produkt zurückläßtproduct manufactured according to one or more of the first to ninth aspects for use as platelets with big ones inner surface by simultaneous evaporation of the product layer and the same release agent in an overlapping Steam jet, followed by heating and moving under vacuum of the detached one Layer package to more than 200 ° C, wherein the release agent evaporates and platelets with cavities as Product leaves behind
Produkt hergestellt nach einem oder mehreren des ersten bis neunten Aspekts zur Verwendung als Plättchen aus organischem Material, durch Verdampfung eines im Gegensatz zum Trennmittel unlöslichen, im Vakuum unzersetzt verdampfbaren Stoffes aus der Gruppe der Perylene, Benzimidazolone, Diketopyrrolorpyrrole, Phthalocyanine, Quinacridone, Isoindolinone, Thiazine und der Phenoxazine, wobei in einem nachfolgenden Verfahren das Trennmittel ausgewaschen wirdproduct manufactured according to one or more of the first to ninth aspects for use as platelets made of organic material, by evaporation of a contrary to Release agent insoluble, in a vacuum of an undiminished vaporizable substance from the group of perylenes, Benzimidazolones, diketopyrrolopyrroles, phthalocyanines, quinacridones, Isoindolinones, thiazines and the phenoxazines, wherein in a subsequent Procedure the release agent is washed out
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Claims (21)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |