DE102009048108B3 - Method for the treatment of a diamond electrode applying with crystals in a grain size in micrometer range, comprises fissuring the surface of the diamond crystals through an electrochemical etching process - Google Patents

Method for the treatment of a diamond electrode applying with crystals in a grain size in micrometer range, comprises fissuring the surface of the diamond crystals through an electrochemical etching process Download PDF

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    • C25F3/02—Etching

Abstract

The method for the treatment of a diamond electrode applying with crystals in a grain size in micrometer range, comprises fissuring the surface of the diamond crystals through an electrochemical etching process so that the effective surface of the diamond coating is enlarged to a factor of 2 or more. The etching of the diamond crystal is carried out with a layer thickness of greater than 0.1 A/cm 2>, a concentration of dissolved organic matter of greater than 20 g/l and with a flow density of greater than 1 A/cm 2>for greater than 12 hours. The method for the treatment of a diamond electrode applying with crystals in a grain size in micrometer range, comprises fissuring the surface of the diamond crystals through an electrochemical etching process so that the effective surface of the diamond coating is enlarged to a factor of 2 or more. The etching of the diamond crystal is carried out with a layer thickness of greater than 0.1 A/cm 2>, a concentration of dissolved organic matter of greater than 20 g/l and with a flow density of greater than 1 A/cm 2>for greater than 12 hours. The diamond crystals are applied on the substrate with a grain size of 1-20 mu m. An independent claim is included for a substrate with a diamond layer from crystals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer mit Kristallen in einer Korngröße im Mikrometerbereich aufgebrachten Diamantschicht, insbesondere einer Diamantelektrode.The invention relates to a method for treating a diamond layer applied with crystals in a particle size in the micrometer range, in particular a diamond electrode.

Es ist bekannt, Diamantschichten auf ein Substrat mit bekannten Methoden aufzubringen, um so beispielsweise Diamantelektroden herzustellen, die in einer elektrochemischen Behandlung von Fluiden besondere Vorteile aufweisen.It is known to apply diamond layers to a substrate by known methods, for example to produce diamond electrodes which have particular advantages in the electrochemical treatment of fluids.

Bei einer kristallinen Abscheidung einer Diamantschicht wachsen die Diamantkristalle isotrop oder anisotrop auf. Die typischen Korngrößen der Kristalle variieren vom Sub-μm-Bereich bis hin zu mehreren μm. Die Korngröße dieser Kristalle wird benötigt, um eine ausreichend starke Diamantschicht zu produzieren.In a crystalline deposition of a diamond layer, the diamond crystals grow up isotropically or anisotropically. The typical grain sizes of the crystals vary from the sub-micron range up to several microns. The grain size of these crystals is needed to produce a sufficiently strong diamond layer.

Die Wirksamkeit einer Diamantschicht, insbesondere einer Diamantelektrode, die beispielsweise auf eine Flüssigkeit einwirken soll, hängt von der wirksamen Oberfläche der Diamantschicht ab. Ein mikroskopisches Bild einer derartigen Diamantschicht ist in 1 dargestellt. Die Größe der Diamantkristalle bedingt die wirksame Oberfläche.The effectiveness of a diamond layer, in particular a diamond electrode, which is intended to act on a liquid, for example, depends on the effective surface of the diamond layer. A microscopic picture of such a diamond layer is shown in FIG 1 shown. The size of the diamond crystals determines the effective surface area.

Es ist untersucht worden, wie sich eine derartige Diamantfläche gegen chemisch aggressive Verfahren verhält. Bei einer Untersuchung im Sauerstoffplasma hat sich herausgestellt, dass die Diamantflächen gleichmäßig geätzt und gleichmäßig eingeebnet werden. Das Ätzen der Diamantoberfläche stellt sich daher eher als nachteilig heraus.It has been investigated how such a diamond surface behaves against chemically aggressive processes. In an investigation in the oxygen plasma, it has been found that the diamond surfaces are evenly etched and evenly leveled. The etching of the diamond surface is therefore rather disadvantageous.

Diamantelektroden haben vorteilhafte Eigenschaften, sind jedoch gegenüber sonstigen Elektroden teuer. Es besteht daher ein erhebliches Bedürfnis, die Diamantelektrodenoberfläche möglichst effektiv zu nutzen.Diamond electrodes have advantageous properties but are expensive over other electrodes. There is therefore a considerable need to use the diamond electrode surface as effectively as possible.

JP 2001-348296 A beschreibt ein Verfahren, bei dem durch eine Ätzung mit Wasserstoffplasma eine nadelähnliche Struktur der Diamantoberfläche hergestellt wird. Durch die Herstellung der nadelähnlichen Struktur soll die Diamantoberfläche beispielsweise um den Faktor 10 vergrößert werden. Bei dem Ätzverfahren wird eine deutliche Verringerung der Dicke der Diamantschicht hervorgerufen. JP 2001-348296 A describes a method in which a needle-like structure of the diamond surface is produced by etching with hydrogen plasma. By producing the needle-like structure, the diamond surface should be increased by a factor of 10, for example. In the etching process, a significant reduction in the thickness of the diamond layer is caused.

Bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird erfindungsgemäß die Oberfläche der Diamantkristalle durch einen elektrochemischen Ätzvorgang zerklüftet, sodass die wirksame Oberfläche der Diamantbeschichtung wenigstens um den Faktor 1,5, vorzugsweise um den Faktor 2 oder deutlich mehr (Faktor 10), vergrößert wird.In the method of the type mentioned above, according to the invention, the surface of the diamond crystals is rugged by an electrochemical etching process, so that the effective surface of the diamond coating is increased by at least a factor of 1.5, preferably by a factor of 2 or significantly more (a factor of 10).

Es hat sich herausgestellt, dass mit einem elektrochemischen Ätzverfahren mit geeigneten Verfahrensparametern die Oberfläche der Diamantkristalle zerklüftet werden kann, sodass ein anisotroper Ätzvorgang bezüglich der Diamantkristallrichtungen erfolgt. Dadurch erhöht sich die Rauheit der Diamantoberfläche und damit die aktive Fläche der Diamantschicht, was insbesondere für Diamantelektroden von hoher Bedeutung ist. Hierdurch lässt sich eine erhöhte Ausbeute eines elektrochemischen Prozesses mit einer elektrochemischen Zelle unter Verwendung der Diamantelektrode erreichen.It has been found that with an electrochemical etching process with suitable process parameters, the surface of the diamond crystals can be rugged so that an anisotropic etching process takes place with respect to the diamond crystal directions. This increases the roughness of the diamond surface and thus the active surface of the diamond layer, which is of great importance in particular for diamond electrodes. This can achieve an increased yield of an electrochemical process with an electrochemical cell using the diamond electrode.

Die anisotrope Ätzung der Diamantkristalle gelingt durch eine hohe Stromdichte, die jedenfalls größer als 0,1 A/cm2, bevorzugt größer 1 A/cm2 ist, und mit einem Elektrolyten, der eine hohe Konzentration an gelöster organischer Materie aufweist. Die Konzentration ist größer 5 g/l, bevorzugt größer 20 g/l, entsprechend einem CSB von größer 5 g/l bzw. 20 g/l.The anisotropic etching of the diamond crystals is achieved by a high current density, which in any case is greater than 0.1 A / cm 2 , preferably greater than 1 A / cm 2 , and with an electrolyte having a high concentration of dissolved organic matter. The concentration is greater than 5 g / l, preferably greater than 20 g / l, corresponding to a COD of greater than 5 g / l or 20 g / l.

Der elektrochemische Ätzvorgang erfolgt mit der Diamantschicht, vorzugsweise Diamantelektrode, die als Anode in dem elektrochemischen Ätzprozess eingesetzt ist. Eine abschließende Erklärung für den anisotropen Ätzprozess an der Oberfläche der Diamantkristalle liegt noch nicht vor. Eine Vermutung geht dahin, dass mit den organischen Materialien organische Radikale gebildet werden, die die Diamantschicht anisotrop bzgl. der Diamantkristallrichtung angreifen.The electrochemical etching takes place with the diamond layer, preferably diamond electrode, which is used as the anode in the electrochemical etching process. A final explanation for the anisotropic etching process on the surface of the diamond crystals is not yet available. One assumption is that organic radicals are formed with the organic materials, which attack the diamond layer anisotropically with respect to the diamond crystal direction.

Als Elektrolyt mit einem hohen Anteil organischer Materie, der in großer Reinheit und Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung erhältlich ist, ist Bier verwendet worden.As the electrolyte having a high content of organic matter, which is available in high purity and uniformity of the composition, beer has been used.

Besonders vorteilhaft ist eine hohe Leitfähigkeit des eingesetzten Elektrolyten. Hierfür kann der Lösung ein Salzanteil (beispielsweise Kochsalz) in einer Konzentration von 2 bis 50 g/l zugegeben werden. Die hohe Leitfähigkeit hat zur Folge, dass beispielsweise nur eine geringe Spannung notwendig ist und die Temperatur des Elektrolyten beim Ätzvorgang nicht stark ansteigt, wodurch ein Verdunsten des Wassers und der organisch gelösten Stoffe erfolgen könnte.Particularly advantageous is a high conductivity of the electrolyte used. For this purpose, a salt content (for example, sodium chloride) in a concentration of 2 to 50 g / l can be added to the solution. The consequence of the high conductivity is that, for example, only a low voltage is necessary and the temperature of the electrolyte does not rise sharply during the etching process, as a result of which the water and the organically dissolved substances could evaporate.

Als organische Bestandteile können insbesondere Alkohole und Zucker verwendet werden, wobei der CSB größer 5, bevorzugt größer 20 g/l betragen sollte.Alcohols and sugars, in particular, may be used as organic constituents, the COD should be greater than 5, preferably greater than 20 g / l.

Eine Behandlung der Diamantoberfläche, wie sie in 1 dargestellt ist, mit dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren führt zu einer stark zerklüfteten Oberfläche der Diamantkristalle, bei der die zuvor erkennbar glatten Diamantflächen in viele zueinander parallele Scheiben zerlegt worden sind. 2 zeigt eine mikroskopische Aufnahme entsprechend der 1 nach 48 Stunden Ätzbehandlung. Die in viele Scheiben zerlegten Diamantkristalle sind gut erkennbar. Die wirksame Oberfläche der Diamantbeschichtung hat sich dadurch um ein vielfaches vergrößert, wodurch eine Erhöhung der Wirksamkeit der Diamantfläche, insbesondere als Diamantelektrode, erzielt wird.A treatment of the diamond surface, as in 1 is shown with the etching process according to the invention leads to a highly fissured surface of the diamond crystals, in which the previously recognizable smooth diamond surfaces have been broken down into many parallel slices. 2 shows a micrograph according to the 1 after 48 hours of etching. The broken into many slices diamond crystals are clearly visible. The effective surface of the diamond coating has thereby increased many times, whereby an increase in the effectiveness of the diamond surface, in particular as a diamond electrode, is achieved.

Claims (10)

Verfahren zur Behandlung einer mit Kristallen in einer Korngröße im Mikrometerbereich aufgebrachten Diamantschicht, insbesondere einer Diamantelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Diamantkristalle durch einen elektrochemischen Ätzvorgang zerklüftet wird, sodass die wirksame Oberfläche der Diamantbeschichtung um wenigstens den Faktor 1,5 vergrößert wird.A method for treating a diamond layer applied with crystals in a grain size in the micrometer range, in particular a diamond electrode, characterized in that the surface of the diamond crystals is rugged by an electrochemical etching, so that the effective surface of the diamond coating is increased by at least a factor of 1.5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Oberfläche um den Faktor 2 oder mehr vergrößert wird.A method according to claim 1, characterized in that the effective surface area is increased by a factor of 2 or more. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzung der Diamantkristalle mit einer Stromdichte größer 0,1 A/cm2 und einer Konzentration an gelöster organischer Materie größer 5 g/l erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the etching of the diamond crystals with a current density greater than 0.1 A / cm 2 and a concentration of dissolved organic matter greater than 5 g / l. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzung mit einer Stromdichte größer 1 A/cm2 erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that the etching is carried out with a current density greater than 1 A / cm 2 . Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration an gelöster organischer Materie größer 20 g/l beträgt.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the concentration of dissolved organic matter is greater than 20 g / l. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzbehandlung über 5 Stunden und länger, insbesondere über mehr als 12 Stunden, erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the etching treatment for 5 hours and longer, in particular for more than 12 hours, takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantkristalle mit einer Korngröße von kleiner 1 μm bis zu 20 μm auf das Substrat aufgebracht worden sind.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the diamond crystals have been applied with a particle size of less than 1 micron up to 20 microns on the substrate. Substrat mit einer Diamantschicht aus Kristallen mit einer Korngröße im Mikrometerbereich, insbesondere Diamantelektrode, wobei die Oberfläche der Diamantkristalle durch Aufspaltung der Diamantkristalle in zueinander parallele Scheiben zerklüftet ist, herstellbar mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Substrate with a diamond layer of crystals having a particle size in the micrometer range, in particular diamond electrode, wherein the surface of the diamond crystals is ragged by splitting the diamond crystals into parallel disks, which can be produced by the method according to one of claims 1 to 7. Substrat mit einer Diamantschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Oberfläche um den Faktor 2 oder mehr vergrößert ist.A substrate with a diamond layer according to claim 8, characterized in that the effective surface area is increased by a factor of 2 or more. Substrat mit einer Diamantschicht nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantkristalle mit einer Korngröße von kleiner 1 μm bis zu 20 μm auf das Substrat aufgebracht worden sind.Substrate with a diamond layer according to claim 8 or 9, characterized in that the diamond crystals have been applied with a particle size of less than 1 micron up to 20 microns on the substrate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3067324A1 (en) 2015-03-11 2016-09-14 Politechnika Gdanska Method for the preparation of electrodes of boron-doped nanocrystalline diamond, an electrode prepared by this method and a use thereof
US11008231B2 (en) 2016-10-07 2021-05-18 Condias Gmbh Apparatus for electrochemical treatment of wastewater

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001348296A (en) * 2000-04-05 2001-12-18 Kobe Steel Ltd Diamond having needle-shaped surface, carbon-based material having cilium-like surface, method of producing these materials and electrode and electronic device using these materials
DE602005003122T2 (en) * 2004-05-21 2008-08-28 Diaccon Gmbh DIAMOND-COATED ELECTRODE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001348296A (en) * 2000-04-05 2001-12-18 Kobe Steel Ltd Diamond having needle-shaped surface, carbon-based material having cilium-like surface, method of producing these materials and electrode and electronic device using these materials
DE602005003122T2 (en) * 2004-05-21 2008-08-28 Diaccon Gmbh DIAMOND-COATED ELECTRODE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3067324A1 (en) 2015-03-11 2016-09-14 Politechnika Gdanska Method for the preparation of electrodes of boron-doped nanocrystalline diamond, an electrode prepared by this method and a use thereof
US11008231B2 (en) 2016-10-07 2021-05-18 Condias Gmbh Apparatus for electrochemical treatment of wastewater

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