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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen,
eine Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen sowie ein optisches Element.
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Nanoröhren
haben aufgrund ihrer vielseitigen elektrischen, optischen und mechanischen
Eigenschaften in den vergangenen Jahren attraktive Anwendungsmöglichkeiten
gefunden. Eine der Anwendungsmöglichkeiten besteht in der
Verwendung von Nanoröhren für transparente und
leitfähige Beschichtungen.
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Das
Aufbringen von Nanoröhren auf Oberflächen kann
dabei mit verschiedenen Techniken erfolgen. So können zum
Beispiel Nanoröhren direkt auf Oberflächen hergestellt
werden, d. h. direkt „aufgewachsen" werden, oder auch indirekt
durch verschiedene Methoden aufgebracht werden, wie zum Beispiel
durch Spin-Coating, Tip-Coating, verschiedene Sprühtechniken,
als auch verschiedene Printmethoden.
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Ein
weiteres Verfahren, um Nanoröhren auf Oberflächen
aufzubringen ist das elektrophoretische Abscheiden von Nanoröhren.
Beispielsweise beschreibt
DE
102 20 628 A1 ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren
und eine Nanoröhren-Abscheidevorrichtung.
DE 100 20 383 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Nanoröhren-Feldemitters
unter Verwendung von Elektrophorese. Weitere ähnliche Verfahren
zum elektrophoretischen Abscheiden von Nanoröhren finden
sich in
US 6,902,658 sowie
WO 03/052785 .
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Der
Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein
verbessertes Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen, eine verbesserte
Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, sowie ein verbessertes
optisches Element zu schaffen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen geschaffen, wobei
in einem ersten Schritt eine Lösung, bzw. Dispersion oder
Suspension von Nanoteilchen und eine Abscheidelektrode bereitgestellt
wird, wobei die Abscheidelektrode auf einem optisch transparenten Substrat
ausgebildet ist und wobei die Abscheidelektrode aus einem elektrisch
leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das elektrisch
leitfähige Material durch Elektrochemie zum einen elektrischen
Isolator umwandelbar ist. Gleichzeitig erfolgt das elektrophoretische
Abscheiden von Nanoteilchen der Lösung auf die Abscheidelektrode.
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Die
Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials, welches
durch Elektrochemie zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist,
hat den Vorteil, dass der Abscheidevorgang von Nanoteilchen auf
die Abscheidelektrode durch zum Beispiel die Dicke der Abscheidelektrode
selbststeuernd ist. Das elektrophoretische Abscheiden von Nanoteilchen
der Lösung auf die Abscheidelektrode erfolgt ausschließlich
so lange, bis das elektrisch leitfähige Material durch
die Elektrophorese vollständig zu einem elektrischen Isolator
umgewandelt ist. Das Abscheiden der Nanoteilchen auf der Abscheidelektrode
erfolgt dabei gleichmäßig, da die Nanoteilchen
ausschließlich auf solchen Gebieten der Abscheidelektrode
abgeschieden werden, welche ein entsprechendes attraktives elektrisches
Potential aufweisen. Ist ein Gebiet der Abscheidelektrode zu einem
elektrischen Isolator vollständig umgewandelt, weist dieses
Gebiet somit kein elektrisches Potential mehr auf, um Nanoteilchen
anzuziehen und auf diesem Gebiet abzuscheiden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Umwandeln
des elektrisch leitfähigen Materials unter Elektrophorese
durch Oxidation. Dabei ist vorzugsweise die Abscheidelektrode aus
Aluminium und/oder Titan ausgebildet. Eine Oxidation der Abscheidelektrode
hat den Vorteil, dass bei der Elektrophorese z. B. in wässriger
Lösung entstehender Sauerstoff zur Oxidation herangezogen
wird, wodurch die bei der Elektrophorese auftretende Sauerstoffblasenbildung
reduziert wird. Durch die verminderte Blasenbildung werden Nanoteilchen
durch die Sauerstoffblasen nur noch in verminderter Form von der
Oberfläche der Abscheidelektrode weggetragen, wodurch eine
gleichmäßigere und stabilere Netzwerkbildung von
Nanoteilchen gewährleistet ist.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung folgt in einem weiteren
Schritt das Ätzen des Substrats zur zumindest teilweisen
Entfernung oder Strukturierung der Abscheidelektrode. Durch die
zumindest teilweise Entfernung der Abscheidelektrode kann die Transparenz
des Substrats mit dem darauf abgeschiedenen Netzwerk von Nanoteilchen
weiter erhöht werden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei
den Nanoteilchen vorzugsweise um lang gestreckte Nanopartikel wie
Nanoröhren und/oder Nanofasern und/oder Nanostäbchen.
Dabei bilden die elektrophoretisch abgeschiedenen Nanoröhren
ein Netzwerk, wobei das Nanoröhren-Netzwerk im Wesentlichen
transparent und/oder elektrisch leitfähig ist. Eine Transparenz
und/oder elektrische Leitfähigkeit des Nanoröhren-Netzwerks
ermöglicht dabei die Verwendung des Substrats mit dem Nanoröhren-Netzwerk
für zum Beispiel berührungsempfindliche Oberflächen,
elektrisch beheizte Windschutzscheiben und vieles mehr.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Abscheidelektrode
eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. Dies hat den Vorteil, dass
zum Beispiel bei der Umwandlung von Aluminium zu Aluminiumoxid durch
die Oxidation unter Elektrophorese aufgrund der geringen Schichtdicke
der Aluminiumoxidschicht eine Transparenz dieser Schicht im Wesentlichen
gewährleistet ist. Dadurch ist es möglich, weitere
Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Ätzen des Substrats
zur zumindest teilweisen Entfernung der Abscheidelektrode zu vermeiden,
was eine kostengünstigere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Folge hat.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung wird die Abscheidelektrode
durch Aufdampfen auf das Substrat aufgebracht. Das etablierte Verfahren des
Aufdampfens von zum Beispiel Aluminium auf ein Substrat ermöglicht
es, kontrolliert die Schichtdicke der Abscheidelektrode, sowie eine
gewünschte Oberflächenmorphologie in einfacher
und kontrollierter Weise zu steuern.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Abscheidelektrode
außerdem eine strukturgebende Schicht auf. Dabei ist die
strukturgebende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet.
Vorzugsweise ist die strukturgebende Schicht zur Strukturierung
durch Lithographie ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel
eine räumliche Struktur der Abscheidelektrode durch Photolithographie
vorgegeben werden kann. Eine Abscheidung von Nanoteilchen findet
unter Elektrophorese zwar sowohl auf den Abscheidgebieten, als auch
auf der isolierenden Schicht statt. Allerdings können durch
Ablösen der isolierenden Schicht in einem weiteren Arbeitsschritt
auch gleichzeitig die auf der isolierenden Schicht unerwünscht
befindlichen Nanoteilchen mit entfernt werden. Durch die daraus resultierenden
nicht zusammenhängenden Abscheidgebiete der Abscheid-Elektrode
können Abscheidgebiete von Nanoteilchen gezielt vorgegeben werden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat durch
Glas und/oder einen Polymerkunststoff ausgebildet. Allgemein jedoch
eignet sich jedes transparente Substrat zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, da auf Ausheizvorgänge,
wie sie zum Teil im Stand der Technik verwendet werden müssen,
verzichtet werden kann. Damit können auch temperaturempfindliche
Substrate Verwendung finden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung wird die Dicke und/oder
Dichte des Netzwerkes aus Nanoröhren durch die Dicke der
Abscheidelektrode und/oder die Konzentration der Lösung
der Nanoröhren und/oder die Zeitdauer des elektrophoretischen Abscheidens
der Nanoröhren und/oder der Stärke des bei dem
elektrophoretischen Abscheidens verwendeten elektrischen Feldes
geregelt. Dadurch ist gewährleistet, dass in einfacher
Weise die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kontrolliert und gesteuert werden kann.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung sind die Nanoröhren
durch Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Kohlenstoff-Bor-Nanoröhren
und/oder Bornitrid-Nanoröhren und/oder Siliziumkarbid-Nanoröhren
und/oder Metalloxid-Nanoröhren ausgebildet. Außerdem
können die Nanoröhren zumindest eine funktionelle
Gruppe aufweisen. Die Nanoröhren können einwandige
und/oder mehrwandige Nanoröhren umfassen, wobei die Nanoröhren
metallisch und/oder elektrisch halbleitend sind. Dies ermöglicht eine
flexible Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Einsatz von transparenten Substraten mit transparenten Nanoröhren-Netzwerken,
welche dem jeweiligen Anwendungsgebiet angepasst sind.
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So
können zum Beispiel bei der Verwendung von transparenten
Substraten und transparenten Nanoröhren-Netzwerken für
Anwendungen, bei welchen eine hohe Transparenz im Vordergrund steht, nahezu
beliebige Gemische von metallischen und elektrisch halbleitenden
Nanoröhren verwendet werden, da hierbei die elektrischen
Eigenschaften nicht von entscheidender Bedeutung sind. In anderen
Anwendungsgebieten hingegen kann bevorzugt ausschließlich
die Verwendung von metallischen oder ausschließlich die
Verwendung von elektrisch halbleitenden Nanoröhren gewünscht
sein.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Abscheiden von Nanoröhren mit Mitteln zur Aufnahme einer
Lösung von Nanoröhren und einer Abscheidelektrode,
wobei die Abscheidelektrode auf einem optisch transparenten Substrat
ausgebildet ist, wobei die Abscheidelektrode aus einem elektrisch
leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das elektrisch
leitfähige Material durch Elektrophorese zu einem elektrischen
Isolator umwandelbar ist. Die Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren
weist ferner Mittel zum elektrophoretischen Abscheiden von Nanoröhren
der Lösung auf die Abscheidelektrode auf.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung
ferner Mittel zum Ätzen des Substrats zur Entfernung der
Abscheidelektrode auf.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung
zum Abscheiden von Nanoröhren ferner Mittel zum Aufbringen
einer strukturgebenden Schicht auf die Abscheidelektrode auf. Dabei
ist die strukturgebende Schicht aus einem elektrisch isolierenden
Material, sowie zur Strukturierung durch Lithographie ausgebildet.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein optisches Element
mit einem im Wesentlichen optisch transparenten Substrat, einer
Schicht eines im Wesentlichen optisch transparenten Isolators und
eines auf dem Isolator angeordneten im Wesentlichen optisch transparenten
Netzwerkes von Nanoteilchen.
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Anwendungen
können solche optischen Elemente z. B. in antielektrostatischen
Beschichtungen, Displays, berührungsempfindlichen Oberflächen, elektrochemisch
oder elektrisch beheizten Glasflächen wie Windschutzscheiben
oder Scheinwerferscheiben, optoelektronischen Elementen, sowie verschiedenen
Arten von Sensoren finden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist der optisch transparente
Isolator eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. Dabei ist der
optisch transparente Isolator vorzugsweise durch oxidiertes Aluminium
und/oder oxidiertes Titan ausgebildet.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung ist das Nanoteilchen-Netzwerk
im Wesentlichen elektrisch leitfähig.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat durch
Glas und/oder einen Polymerkunststoff ausgebildet.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei
den Nanoteilchen vorzugsweise um lang gestreckte Nanopartikel wie
Nanoröhren und/oder Nanofasern und/oder Nanostäbchen.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung sind die Nanoröhren
durch Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Kohlenstoff-Bor-Nanoröhren
und/oder Bornitrid-Nanoröhren und/oder Siliziumkarbid-Nanoröhren
und/oder Metalloxid-Nanoröhren ausgebildet.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Nanoröhren
zumindest eine funktionelle Gruppe auf.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Nanoröhren
einwandige und/oder mehrwandige Nanoröhren. Dabei können
die Nanoröhren metallisch und/oder elektrisch halbleitend sein.
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Im
Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1:
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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2:
ein weiteres Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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3:
eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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4:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren,
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5:
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren,
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6:
eine Messkurve betreffend den bei der Elektrophorese verwendeten
Stromfluss in Abhängigkeit von der Elektrophorese-Zeitdauer,
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7:
eine Messkurve betreffend den Zusammenhang zwischen optischer Durchlässigkeit und
elektrischem Widerstand eines erfindungsgemäßen
optischen Elements.
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Die 1 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen,
insbesondere Nanoröhren bzw. Nanofasern. In Schritt 100 erfolgt
das Bereitstellen einer Lösung von Nanoröhren
und einer Abscheidelektrode, wobei die Abscheidelektrode auf einem
optisch transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die Abscheidelektrode
aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist,
wobei das elektrisch leitfähige Material durch Elektrophorese
zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist. In Schritt 102 erfolgt
das elektrophoretische Abscheiden von Nanoröhren der Lösung
auf die Abscheidelektrode.
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In
Schritt 104 erfolgt das Ätzen des Substrats zur
zumindest teilweisen Entfernung oder Strukturierung der Abscheidelektrode.
Dabei ist Schritt 104 optional und kann zum Beispiel dann
angewendet werden, wenn besonders hohe Anforderungen an die Transparenz
des Substrats mit dem abgeschiedenen Netzwerk von Nanoröhren
gestellt wird. Vorzugsweise sollte jedoch die Dicke der Abscheidelektrode
zwischen 1 nm und 100 nm betragen, vorzugsweise 10 nm. Wird dabei
als Abscheidelektrode Aluminium verwendet, welches durch das Durchführen
der Elektrophorese zu Aluminiumoxid oxidiert wird, so ist auch bei
einer Dicke der Abscheidelektrode von z. B. 10 nm eine ausreichend
hohe Transparenz von Substrat, Aluminiumoxidschicht und Nanoröhren-Netzwerk
gewährleistet.
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Die 2 zeigt
ein weiteres Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere
Nanoröhren. Das Verfahren der 2 ermöglicht
dabei, Abscheidestrukturen von Nanoröhren fest vorzugeben.
Dies kann zum Beispiel von Vorteil sein, wenn berührungsempfindliche
Oberflächen wie zum Beispiel Touchscreens hergestellt werden sollen.
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In
Schritt 200 erfolgt das Aufdampfen von Aluminium auf ein
optisch transparentes Substrat. In Schritt 202 erfolgt
das Aufbringen von zum Beispiel einem Photolack auf die Aluminiumschicht.
Unter Verwendung gängiger Photolithographietechniken wird über
eine Photomaske in Schritt 204, sowie mit in der Praxis üblichen
entsprechenden Lithographie-Verfahrensschritten die bei dem Elektrophoresevorgang
aktive Strukturierung der Aluminium-Abscheideelektrode vorgegeben.
In Schritt 206 erfolgt außerdem das Bereitstellen
eines Gemischs von Nanoteilchen in einer Flüssigkeit. Im
Falle der Verwendung von Nanoröhren bietet sich als Flüssigkeit
jedwedes Lösungsmittel an, in welchem sich Nanoröhren
vollständig lösen oder dispergieren lassen. Um die
Löslichkeit von Nanoröhren in verschiedenen Lösungsmitteln
zu ermöglichen, können die Nanoröhren
entsprechende funktionelle Gruppen aufweisen. Ein bekanntes Verfahren
zur Dispergierung von zum Beispiel Kohlenstoff-Nanoröhren
ist die schallgestützte Dispergierung in einer wässrigen
Lösung von Natriumdodecylsulfat (1 Gewichtsprozent Lösung) mit
zum Beispiel einer Nanoröhren-Konzentration von 0,1 mg/ml.
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In
Schritt 208 erfolgt das Abscheiden von Nanoröhren
auf der mit Hilfe von Lithographie freigelegten Aluminiumstruktur
der Abscheidelektrode. Dies setzt allerdings voraus, dass der in
Schritt 202 auf das Aluminium aufgebrachte Photolack elektrisch isolierend
ist.
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In
Schritt 210 erfolgt das Entfernen des Photolacks. Dadurch
ist eine optische Transparenz von Substrat, dem durch die Elektrophorese
erzeugten Aluminiumoxid, sowie dem Nanoröhren-Netzwerk gewährleistet.
In Schritt 212 erfolgt wiederum optional das Ätzen
des Substrats zur Entfernung von Aluminiumoxid.
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Die 3 zeigt
eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren.
In Schritt 300 erfolgt das Bereitstellen eines optisch transparenten
Substrats 302, wobei das optisch transparente Substrat 302 eine
Abscheidelektrode 304 aufweist, wobei die Abscheidelektrode 304 aus einem
elektrisch leitfähigen Material wie Aluminium oder Titan
ausgebildet ist. In Schritt 310 werden Nanoröhren 306 aus
einer Lösung auf die Abscheidelektrode 304 abgeschieden.
Dabei ist die Dicke und/oder Dichte des Netzwerks aus Nanoröhren durch
die Dicke der Abscheidelektrode und/oder die Konzentration der verwendeten
Lösung von Nanoröhren und/oder die Zeitdauer des
elektrophoretischen Abscheidens der Nanoröhren und/oder
die Stärke des bei dem elektrophoretischen Abscheiden verwendeten
elektrischen Feldes vorgegeben. Außerdem kann durch das erfindungsgemäße
Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren eine hohe Homogenität
der Abdeckung der Abscheidelektrode 304 durch die Nanoröhren 306 erreicht
werden.
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Nach
dem Ätzen des Substrats in Schritt 320 ist die
durch die Elektrophorese oxidierte Abscheidelektrode 304 entfernt.
Vorhanden sind jetzt lediglich das Substrat 302 und die
Nanoröhren 306, welche in einem regelmäßigen
Netzwerk auf der Oberfläche des Substrats 302 angeordnet
sind. Ein Ätzen des Substrats bietet sich insbesondere
dann an, wenn zwar die verwendete Abscheidelektrode durch Elektrophorese
zu einem elektrischen Isolator zumindest teilweise umwandelbar ist,
jedoch dadurch nicht die gewünschte Transparenz von Abscheidelektrode 304,
Substrat 302 und Nanoröhren 306 erzielt
werden kann.
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Die 4 zeigt
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. Dabei
sind entsprechende Elemente der 3 im Folgenden
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
einem Behältnis 400 befindet sich eine bereitgestellte
Lösung 402 von Nanoröhren 306.
Ebenfalls in der Lösung befindet sich das Substrat 302,
auf welches die Abscheidelektrode 304 aufgebracht ist. Die
Abscheidelektrode ist dabei auf einem positiven Potential, wohingegen
eine in der Lösung 402 sich befindliche Gegenelektrode 404 auf
einem negativen Potential ist. Aufgrund des Potentialgefälles
werden die Nanoröhren, welche zum Beispiel bei der Verwendung
von Natriumdodecylsulfat von elektrisch negativen geladenen Tensiden
umlagert sind, von der Abscheidelektrode angezogen und lagern sich dort
an. Gleichzeitig bildet sich aufgrund des Elektrophoreseprozesses
Sauerstoff an der Abscheidelektrode, welcher zur Umwandlung der
Abscheidelektrode von zum Beispiel Aluminium zu Aluminiumoxid zumindest
teilweise herangezogen wird.
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Um
die zur Bewegung der Nanoröhren auf die Abscheidelektrode
hin wirkende Kraft weiter zu erhöhen, bietet sich zum einen
die Möglichkeit, das Potentialgefälle zwischen
Abscheidelektrode 304 und Gegenelektrode 404 weiter
zu erhöhen. Dies hat jedoch den Nachteil einer verstärkten
Sauerstoffbildung an der Abscheidelektrode 304, wodurch
durch die Sauerstoffblasenbildung die Gefahr besteht, dass ein nicht
unerheblicher Teil von Nanoröhren von der Abscheidelektrode
weggetragen wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Nanoröhren
außerdem mit elektrisch geladenen chemischen Gruppen zu versehen,
so dass die effektiv aufgrund des Potentialgefälles auf
die Nanoröhren wirkende Kraft weiter erhöht wird.
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Die 5 zeigt
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. Die
Vorrichtung der 5 ist dabei insbesondere zur kontinuierlichen
Durchführung von Elektrophorese zum Abscheiden von Nanoröhren
auf einem Substrat geeignet.
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Ein
Band 502, welches aus einem Substrat und einer Abscheidelektrode
besteht, ist auf einer Substratrolle 500 aufgerollt. In
einem kontinuierlichen Prozess erfolgt das Abrollen der Substratrolle 500, wobei
das Band 502 auf eine Umlenkrolle 504 geleitet
wird. Die Umlenkrolle 504 dient dabei als Anode. Zumindest
ein Teil der Umlenkrolle 504 befindet sich in der Lösung 402,
welche Nanoröhren 306 in dispergierter oder gelöster
Form beinhaltet. Durch die Verwendung einer Kathode 404 findet
nun ein kontinuierlicher Elektrophoreseprozess statt, dessen Dauer durch
die Laufgeschwindigkeit der Umlenkrolle 504 und damit des
Bandes 502 vorgegeben ist. Über eine weitere Umlenkrolle 506 wird
das Band 502 optional in ein Bad 508 geleitet.
Das Bad 508 kann dabei lediglich als Waschbad zur Entfernung
von überschüssiger Lösung 402 dienen,
als auch zum ätzenden Entfernen der durch die Elektrophorese
zu einem elektrischen Isolator umgewandelten Abscheidelektrode.
Das so behandelte Band 502 wird schließlich auf
eine weitere Substratrolle 510 aufgewickelt.
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Die 6 zeigt
eine Messkurve betreffend den bei der Elektrophorese verwendeten
Stromfluss in Abhängigkeit von der Elektrophoresedauer.
Wie in der 6 deutlich ersichtlich ist,
nimmt der bei der Elektrophorese fließende Strom mit der
Zeitdauer des Elektrophoreseprozesses kontinuierlich ab. Im vorliegenden
Beispiel erreicht der Strom ein Minimum von 0,1 mA bereits nach
10 Sekunden. Aufgrund des geringen Stromes findet nach der Zeit
von 10 Sekunden kein weiterer wesentlicher Transport von Nanoröhren
in der Lösung mit Nanoröhren hin zur Abscheidelektrode
statt. Damit ist das Elektrophoreseverfahren selbst kontrollierend,
d. h. die Dicke bzw. die Dichte des durch die Elektrophorese auf die
Abscheidelektrode aufgebrachten Nanoröhren-Netzwerkes kann
durch einfaches Festlegen diverser Parameter vor Durchführung
des Elektrophoresevorgangs bestimmt werden. Diese Parameter umfassen
dabei die Dicke der Abscheidelektrode, die Konzentration der Lösung
der Nanoröhren, als auch die Stärke des bei dem
elektrophoretischen Abscheiden verwendeten elektrischen Feldes.
Typisch verwendete elektrische Felder liegen dabei vorzugsweise
im Bereich zwischen 2 und 250 V/cm. Vorzugsweise jedoch werden elektrische
Felder im Bereich von 25 V/cm verwendet.
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Die 7 zeigt
eine Messkurve betreffend den Zusammenhang zwischen optischer Durchlässigkeit
und elektrischem Widerstand eines erfindungsgemäßen
optischen Elements. Wie aus der 7 deutlich
ersichtbar, hängen optische Durchlässigkeit und
elektrischer Widerstand stark voneinander ab. Je nach Anwendungsgebiet
kann dabei entweder eine hohe optische Durchlässigkeit
oder ein geringer elektrischer Widerstand gewählt werden.
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So
bietet sich zum Beispiel bei der Verwendung von elektrisch beheizten
Windschutzscheiben eine hohe optische Durchlässigkeit bei
einem hohen elektrischen Widerstand an. Das Anlegen einer Spannung
an das erfindungsgemäße optische Element bewirkt
in dem Fall ein rasches Aufwärmen der Windschutzscheibe,
wodurch zum Beispiel durch Frost und Feuchtigkeit bedingte Beschlagungen
der Windschutzscheibe effektiv und schnell entfernt werden können.
Dennoch ist die Sicht durch die Windschutzscheibe aufgrund der hohen
Transparenz nicht wesentlich beeinträchtigt.
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In
anderen Fällen, wo eine hohe optische Durchlässigkeit
nicht notwendig ist, kann hingegen der Widerstand des erfindungsgemäßen
optischen Elements entsprechend geringer gewählt werden. Ein
Anwendungsgebiet für ein solches optisches Element bietet
sich zum Beispiel bei der elektromagnetischen Abschirmung von Kernspintomographen,
welche typischerweise in Räumen untergebracht sind, welche
durch eine Scheibe von einem den Kernspintomographen bedienenden
Arzt abgeschirmt ist. Da ein solcher Kernspintomograph sehr empfindlich
gegen elektromagnetische Wellen ist, hingegen der besagte Arzt keine
absolut 100% klare Sicht auf den Kernspintomographen benötigt,
bietet sich die Verwendung des besagten optischen Elementes in Form einer
großflächigen Glasscheibe mit Nanoröhren-Netzwerkbeschichtung
an. Dabei sollte ein möglichst geringer elektrischer Widerstand
der Scheibenbeschichtung gewählt werden, was allerdings
auch eine verminderte Transparenz der Scheibe zur Folge hat. Dies
sollte dennoch einen Vorteil gegenüber entsprechenden nach
dem Stand der Technik verwendeten beschichteten Glasscheiben darstellen,
welche gewöhnlicherweise nur eine sehr geringe optische
Transparenz aufweisen.
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- 300
- Verfahrensschritt
- 302
- Substrat
- 304
- Abscheid-Elektrode
- 306
- Nanoröhren
- 310
- Verfahrensschritt
- 320
- Verfahrensschritt
- 400
- Behältnis
- 402
- Lösung
- 404
- Gegenelektrode
- 500
- Substrat-Rolle
- 502
- Substrat
mit Abscheid-Elektrode
- 504
- Anode
- 506
- Umlenkrolle
- 508
- Bad
- 510
- Substrat-Rolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10220628
A1 [0004]
- - DE 10020383 A1 [0004]
- - US 6902658 [0004]
- - WO 03/052785 [0004]