DE102013017109A1 - Method and device for producing particles in an atmospheric pressure plasma - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln (30) unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, bei dem das Plasma durch eine Entladung (15, 15') zwischen Elektroden (16, 16', 16''; 5, 32) in einem Prozessgas (18) erzeugt wird, und mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode (16, 16', 16'') ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, wobei es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen. Ein Abschnitt der Opferelektrode wird aktiv so gekühlt, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs (17, 17', 17'') der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln (30) unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, die umfasst: ein Gehäuse (5) mit einem Kanal (7, 7', 7''), mindestens zwei Elektroden (16, 16', 16''; 5, 32), die zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind, und eine Spannungsquelle (22), die dafür eingerichtet ist, eine Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden anzulegen. Die mindestens zwei Elektroden sind dafür eingerichtet, das Plasma durch eine Entladung (15, 15') zwischen den Elektroden in einem Prozessgas (18) in dem Kanal zu erzeugen, und mindestens eine der Elektroden ist eine Opferelektrode (16, 16', 16''), von der durch die Entladung Material abgetragen wird, wobei es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Kühleinrichtung (2), die dafür eingerichtet ist, einen Abschnitt der Opferelektrode aktiv so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs (17, 17', 17'') der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.The invention relates to a method for the production of particles (30) using an atmospheric pressure plasma, in which the plasma by a discharge (15, 15 ') between electrodes (16, 16', 16 '', 5, 32) in a process gas ( 18), and at least one of the electrodes is a sacrificial electrode (16, 16 ', 16' ') from which material is removed by the discharge, wherein the abraded material is particulate matter and / or the abraded material Particles are created. A portion of the sacrificial electrode is actively cooled so that the average temperature of the sacrificial electrode in a region of the sacrificial electrode outside the discharge region (17, 17 ', 17' ') of the sacrificial electrode is lower than within the discharge region of the sacrificial electrode. The invention further relates to an apparatus for producing particles (30) using an atmospheric pressure plasma, comprising: a housing (5) having a channel (7, 7 ', 7' '), at least two electrodes (16, 16', 16 5, 32) disposed at least partially in the channel and a voltage source (22) arranged to apply a voltage between the at least two electrodes. The at least two electrodes are configured to generate the plasma by a discharge (15, 15 ') between the electrodes in a process gas (18) in the channel, and at least one of the electrodes is a sacrificial electrode (16, 16', 16 '). '), is removed from the material through the discharge, wherein the removed material is particles and / or arise from the removed material particles. The apparatus further comprises cooling means (2) adapted to actively cool a portion of the sacrificial electrode such that the mean temperature of the sacrificial electrode in an area of the sacrificial electrode is outside the discharge region (17, 17 ', 17' ') of the sacrificial electrode is lower than within the discharge area of the sacrificial electrode.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas. Mit dem Verfahren können auf effiziente Weise Partikel, insbesondere Mikro- und Nanopartikel gebildet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, insbesondere Mikro- und Nanopartikeln, unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas.The present invention according to a first aspect relates to a method of producing particles using an atmospheric pressure plasma. The method can be used to efficiently form particles, in particular microparticles and nanoparticles. According to a further aspect, the invention relates to an apparatus for producing particles, in particular microparticles and nanoparticles, using an atmospheric pressure plasma.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Mikro- und Nanopartikel finden seit einigen Jahren Einsatz in verschiedensten Gebieten der Technik, um die Eigenschaften von Produkten zu modifizieren. Beispielsweise können durch den Einbau solcher Partikel optische, elektrische (z. B. Leitfähigkeit), thermische (z. B. Wärmeleitfähigkeit), elektro-magnetische und mechanische Eigenschaften (wie z. B. Stabilität oder Abriebfestigkeit) verbessert werden.Micro- and nanoparticles have been used for several years in various fields of technology to modify the properties of products. For example, incorporation of such particles can improve optical, electrical (eg, conductivity), thermal (eg, thermal conductivity), electro-magnetic, and mechanical properties (such as stability or abrasion resistance).
Um die Nachfrage nach solchen Partikeln zu befriedigen, wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen.In order to meet the demand for such particles, numerous methods have been proposed.
Hier sind zunächst einmal die Niederdruckverfahren zu nennen.First of all, the low-pressure procedures should be mentioned here.
Die
Die
Die
Alle Niederdruckverfahren stellen hohe apparative Anforderungen, da Vakuumkammern benötigt werden, ermöglichen üblicherweise nur geringe Abscheideraten (im Bereich von wenigen nm/s) und machen Masken erforderlich, um lokal zu beschichten. Ferner gibt es aufgrund des begrenzten Fassungsvermögens von Vakuumkammern Grenzen im Hinblick auf die Größe von Substraten bzw. Bauteilen, die beschichtet werden können.All low-pressure processes place high demands on the apparatus, since vacuum chambers are required, usually allow only low deposition rates (in the range of a few nm / s) and make masks necessary to coat locally. Further, due to the limited capacity of vacuum chambers, there are limits to the size of substrates that can be coated.
Um diese Nachteile der Niederdruckverfahren zu vermeiden, wurden Atmosphärendruck-Plasmaverfahren vorgeschlagen.To avoid these disadvantages of the low pressure processes, atmospheric pressure plasma processes have been proposed.
Beispielsweise wird in der
Die
Auch in der
Sämtlichen zuvor beschriebenen Atmosphärendruck-Plasmaverfahren zur Erzeugung von Schichten mit darin dispergierten Partikeln ist gemeinsam, dass die Partikel, beispielsweise in Form von Pulvern, von außen in den Plasmastrahl eingespeist werden. Dieses Vorgehen bringt beträchtliche Probleme mit sich, wenn Mikropartikel und erst recht wenn Nanopartikel in Schichten eingebaut werden sollen. Der Grund liegt darin, dass Mikropartikel und ganz besonders Nanopartikel, wenn sie in Form von Pulvern vorliegen, stark zur Agglomeration neigen.All the atmospheric pressure plasma processes described above for producing layers with particles dispersed therein have in common that the particles, for example in the form of powders, are fed from outside into the plasma jet. This approach poses considerable problems when microparticles are involved and even more so when nanoparticles are to be incorporated in layers. The reason is that microparticles, and especially nanoparticles, when present in the form of powders, are highly prone to agglomeration.
Die
Ausweislich der
Die
Die
Die
Diese Beschränkung des Leistungseintrags auf die Sputterelektrode führt jedoch zu einer Verringerung der Sputterausbeute, also der Herstellrate der Partikel, so dass beispielsweise lange Beschichtungszeiten notwendig sind, um die Partikel an einer Oberfläche eines Substrats abzuscheiden. Daher sind die realisierbaren Beschichtungsgeschwindigkeiten klein bzw. die Zyklenzahlen groß, so dass ein prozessbedingter Wärmefluss zu Substratschädigungen führen kann oder die zu behandelnden Substrate aufgrund der zulässigen Temperaturgrenze eingeschränkt werden. Überdies ist die erzielbare Konzentration separierter Partikel auf einer zu beschichtenden Oberfläche limitiert, da die Partikel bei hohen Konzentrationen, insbesondere bei höheren Temperaturen, sich zu größeren Clustern verbinden oder agglomerieren können.However, this limitation of the power input to the sputtering electrode leads to a reduction in the sputtering yield, ie the production rate of the particles, so that, for example, long coating times are necessary in order to deposit the particles on a surface of a substrate. Therefore, the achievable coating speeds are small or the number of cycles is large, so that a process-dependent heat flow can lead to substrate damage or the substrates to be treated are limited due to the permissible temperature limit. Moreover, the achievable concentration of separated particles on a surface to be coated is limited, since at high concentrations, in particular at higher temperatures, the particles can combine or agglomerate into larger clusters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas bereitzustellen, die eine effiziente Herstellung von Partikeln, insbesondere von Mikro- und Nanopartikeln, mit hoher Herstellrate und kontrollierter Partikelgrößenverteilung ermöglichen.The invention has for its object to provide a method and apparatus for the production of particles using an atmospheric pressure plasma, which allow efficient production of particles, in particular of microparticles and nanoparticles, with high production rate and controlled particle size distribution.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the method according to independent claim 1 and the device according to
Gemäß dem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas bereit, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode oder Targetelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, es sich (i) bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder (ii) aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt wird, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.According to the first aspect, the present invention provides a method of producing particles using an atmospheric pressure plasma, wherein the plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode or target electrode, by the discharge Material is abraded or detached, (i) the abraded material is particulate, and / or (ii) particles are formed from the abraded material, and a portion of the sacrificial electrode is actively cooled such that the average temperature of the sacrificial electrode is in a range the sacrificial electrode is lower outside the discharge area of the sacrificial electrode than inside the discharge area of the sacrificial electrode.
Der Ausdruck „Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode” bezeichnet den gesamten Bereich der Opferelektrode, der außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode liegt.The term "area of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode" means the entire area of the sacrificial electrode which is outside the discharge area of the sacrificial electrode.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt.According to the method of the invention, at least a portion of the sacrificial electrode is actively cooled.
Die Begriffe „Opferelektrode” und „Targetelektrode” werden hierin synonym verwendet.The terms "sacrificial electrode" and "target electrode" are used interchangeably herein.
Partikel können durch Agglomerationsprozesse des abgetragenen Materials, insbesondere in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, entstehen oder gebildet werden. Im Einzelnen kann es im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und einer etwaigen Abscheidung der Partikel auf der Oberfläche eines Substrats zur Entstehung bzw. Bildung von Partikeln kommen. Wie sich zeigte, erfolgt die Entstehung bzw. Bildung von Partikeln vor allem in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausbeute an Partikeln, insbesondere Nanopartikeln, durch Kontrolle der Verweildauer des Materials in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, weiter steigern lässt. Die Verweildauer in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas kann durch Vergrößern der Weglänge in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas erhöht werden.Particles can be formed by agglomeration processes of the removed material, in particular in a relaxing region of the atmospheric pressure plasma, to be formed or formed. In particular, in the period between the removal of the material from the sacrificial electrode and any deposition of the particles on the surface of a substrate, particles may form or form. As it turned out, the formation or formation of particles takes place above all in a relaxing region of the atmospheric pressure plasma. The inventors have found that in the context of the method according to the invention the yield of particles, in particular nanoparticles, can be further increased by controlling the residence time of the material in the relaxing region of the atmospheric pressure plasma. The residence time in the relaxing region of the atmospheric pressure plasma can be increased by increasing the path length in the relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
Die Kontrolle der Verweildauer wird vorteilhaft unter Berücksichtigung des Befunds vorgenommen, dass durch Erhöhen der Verweildauer des Materials in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas zunächst die Ausbeute an Nanopartikeln weiter gesteigert werden kann, wobei es eine Obergrenze der Verweildauer gibt, von der an es zur vermehrten Bildung größerer Partikel, insbesondere Mikropartikel, kommt.The control of the residence time is advantageously made taking into account the finding that by increasing the residence time of the material in the relaxing region of the atmospheric pressure plasma, first the yield of nanoparticles can be further increased, with an upper limit of the residence time, from which it is increased larger particles, especially microparticles comes.
Unter einem „aktiven” Plasmabereich wird allgemein ein Plasmabereich verstanden, der sich innerhalb des Volumens befindet, das von den Elektroden begrenzt wird, zwischen denen eine Spannung anliegt, durch die das Plasma erzeugt wird. In dem aktiven Plasmabereich liegen freie Elektronen und Ionen getrennt vor.An "active" plasma region is generally understood to mean a plasma region that is within the volume bounded by the electrodes between which a voltage is applied, through which the plasma is generated. In the active plasma region, free electrons and ions are present separately.
Hingegen befindet sich der relaxierende Bereich des Plasmas außerhalb der Anregungszone, die durch die genannten Elektroden begrenzt ist. Der relaxierende Bereich des Plasmas wird gelegentlich auch als „after glow”-Bereich bezeichnet. In dem relaxierenden Bereich des Plasmas liegen keine freien Elektronen und Ionen mehr vor, sondern vielmehr angeregte Atome oder Moleküle.By contrast, the relaxing region of the plasma is outside the excitation zone, which is delimited by said electrodes. The relaxing area of the plasma is sometimes referred to as the "after glow" area. There are no more free electrons and ions in the relaxing region of the plasma, but rather excited atoms or molecules.
Der relaxierende Bereich des Atmosphärendruckplasmas ist im Falle einer Plasmadüse der Bereich auf der Abströmseite der Anregungszone (also beginnend an der Elektrode näher am Auslass der Plasmadüse), der durch das Ende der sichtbaren Plasmaflamme begrenzt wird. Typischerweise erstreckt sich die Plasmaflamme etwa 10 mm über den Auslass der Plasmadüse hinaus.In the case of a plasma nozzle, the relaxing region of the atmospheric pressure plasma is the region on the downstream side of the excitation zone (that is, starting at the electrode closer to the outlet of the plasma nozzle), which is delimited by the end of the visible plasma flame. Typically, the plasma flame extends about 10 mm beyond the outlet of the plasma nozzle.
Bei einer Standard-Atmosphärendruckplasmadüse ist der Abstand zwischen der Elektrode, die näher am Auslass der Plasmadüse liegt, und dem Auslass typischerweise im Bereich von 2–5 mm. Wie die Erfinder festgestellt haben, war die Ausbeute an Nanopartikeln, verglichen mit der o. g. Standard-Atmosphärendruckplasmadüse, signifikant größer, wenn eine Atmosphärendruckplasmadüse mit einem Abstand zwischen der Elektrode, die näher am Auslass der Plasmadüse liegt, und dem Auslass der Düse von etwa 50 mm verwendet wurde. In beiden Fällen war die Länge der Plasmaflamme, die sich über den Auslass der Plasmadüse hinaus erstreckte, vergleichbar groß (etwa 10 mm).In a standard atmospheric pressure plasma nozzle, the distance between the electrode closer to the outlet of the plasma nozzle and the outlet is typically in the range of 2-5 mm. As the inventors have found, the yield of nanoparticles was, compared to the o. G. Standard atmospheric pressure plasma nozzle, significantly larger when an atmospheric pressure plasma nozzle with a distance between the electrode closer to the outlet of the plasma nozzle and the outlet of the nozzle of about 50 mm was used. In both cases, the length of the plasma flame, which extended beyond the outlet of the plasma nozzle, was comparably large (about 10 mm).
Als Elektrode im erfindungsgemäßen Sinn wird jedes Element, z. B. jeder Bestandteil der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Vorrichtung, insbesondere einer Plasmadüse, verstanden, das zumindest zeitweise Ausgangs- oder Endpunkt des Entladungsfilaments ist.As an electrode in the sense of the invention, each element, for. B. each component of the apparatus used for the inventive method, in particular a plasma nozzle, understood that is at least temporarily starting or end point of the discharge filament.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird die Elektrode, von der in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die das Plasma erzeugende Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, als „Opferelektrode” oder „Targetelektrode” bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Elektroden, insbesondere Elektroden aus den gleichen oder unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, Opferelektroden sein. Jedoch kann auch genau eine der Elektroden Opferelektrode sein.For the purposes of the present application, the electrode from which in the method according to the invention material is removed or detached by the plasma-generating discharge material is referred to as "sacrificial electrode" or "target electrode". In the method according to the invention, a plurality of electrodes, in particular electrodes made of the same or different electrode materials, can be sacrificial electrodes. However, exactly one of the electrodes can also be a sacrificial electrode.
Unter einem „Atmosphärendruckplasma”, das auch als AD-Plasma oder Normaldruckplasma bezeichnet wird, versteht man ein Plasma, bei dem der Druck ungefähr dem Atmosphärendruck entspricht.
Der Begriff „Partikel” bezeichnet Teilchen eines bestimmten Materials, insbesondere makroskopische Teilchen, in Abgrenzung von einzelnen Atomen oder Molekülen oder Clustern davon.The term "particle" refers to particles of a particular material, in particular macroscopic particles, as distinct from individual atoms or molecules or clusters thereof.
Der Ausdruck „mittlere Temperatur der Opferelektrode” bezeichnet den zeitlichen und örtlichen Mittelwert der Temperatur, also den Mittelwert der Temperatur über einen bestimmten Zeitraum, nämlich den Zeitraum, in dem die Entladung erfolgt, und über einen bestimmten Flächenbereich der Opferelektrode, wie den Entladungsbereich der Opferelektrode bzw. den Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs.The term "average temperature of the sacrificial electrode" refers to the temporal and local mean value of the temperature, ie the mean value of the temperature over a certain period of time, namely the period in which the discharge occurs, and over a certain surface area of the sacrificial electrode, such as the discharge area of the sacrificial electrode or the area of the sacrificial electrode outside the discharge area.
Der Entladungsbereich der Opferelektrode ist der Bereich der Opferelektrode, in dem die Entladung überwiegend erfolgt. Der Begriff „überwiegend” definiert hierin, dass der Entladungsbereich der Opferelektrode der Bereich der Opferelektrode ist, in dem die Entladung über einen Zeitraum erfolgt, der 50% oder mehr des gesamten Entladungszeitraums beträgt, also des gesamten Zeitraums, in dem die Entladung an der Opferelektrode erfolgt.The discharge area of the sacrificial electrode is the area of the sacrificial electrode in which the discharge predominantly takes place. The term "predominantly" herein defines that the discharge area of the sacrificial electrode is the area of the sacrificial electrode in which the discharge occurs over a period of time that is 50% or more of the total discharge period is, ie the entire period in which the discharge takes place at the sacrificial electrode.
Durch die aktive Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode fällt die durch die Entladung bewirkte Erhöhung TE1 der mittleren Temperatur der Opferelektrode in dem Abschnitt der Opferelektrode nach Abschalten der Entladung innerhalb eines Zeitraums von nicht mehr als 4 min, bevorzugt nicht mehr als 3 min, bevorzugter nicht mehr als 2 min, noch bevorzugter nicht mehr als 1 min und am bevorzugtesten nicht mehr als 40 s, auf einen Wert von 1/e × TE1 ab, wobei e die Eulersche Zahl ist. Eine aktive Kühlung erfolgt durch eine Kühleinrichtung.By actively cooling the portion of the sacrificial electrode, the discharge TE1 of the mean temperature of the sacrificial electrode in the portion of the sacrificial electrode after the discharge is shut off falls within a period of not more than 4 minutes, more preferably not more than 3 minutes, more preferably not more as 2 minutes, more preferably not more than 1 minute, and most preferably not more than 40 seconds, to a value of 1 / e × TE1, where e is Euler's number. Active cooling takes place by means of a cooling device.
Die Opferelektrode besteht aus einem elektrisch leitfähigen und wärmeleitfähigen Material, wie beispielsweise Metall.The sacrificial electrode is made of an electrically conductive and thermally conductive material, such as metal.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode. Folglich besteht eine Temperaturdifferenz bzw. ein Temperaturgradient zwischen dem Entladungsbereich und dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs, so dass eine Erwärmung des Entladungsbereichs durch die Entladung durch Wärmetransport von dem Entladungsbereich zu dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs kompensiert oder ausgeglichen werden kann.According to the method of the invention, the portion of the sacrificial electrode is actively cooled such that the average temperature of the sacrificial electrode in the region of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode is lower than within the discharge area of the sacrificial electrode. Consequently, a temperature difference or a temperature gradient between the discharge region and the region of the sacrificial electrode is outside the discharge region, so that heating of the discharge region can be compensated or compensated for by the discharge by heat transport from the discharge region to the region of the sacrificial electrode outside the discharge region.
Somit kann auch bei einem hohen Leistungseintrag durch die Entladung bezogen auf die Fläche der Opferelektrode oder Opferelektroden eine übermäßige Erwärmung der Opferelektrode oder Opferelektroden vermieden werden, so dass ein sogenanntes Abspratzen vom Material, zuverlässig verhindert wird. Auf diese Weise kann ein unerwünschtes großflächiges Aufschmelzen von Opferelektrodenmaterial und damit ein Transfer von spratzigem Material auf die Substratoberfläche vermieden werden.Thus, even with a high power input by the discharge based on the area of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes excessive heating of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes can be avoided, so that a so-called Abspatzen from the material is reliably prevented. In this way, an undesired large-scale melting of sacrificial electrode material and thus a transfer of spattered material to the substrate surface can be avoided.
Daher kann, insbesondere durch den somit möglichen hohen Leistungseintrag auf die Opferelektrode oder Opferelektroden, eine hohe Herstell- oder Erzeugungsrate der Partikel erzielt werden, während die Partikelgröße gering gehalten wird und die Größenverteilung der Partikel genau gesteuert oder kontrolliert werden kann. Folglich wird eine effiziente Herstellung von Partikeln mit definierter Größe ermöglicht.Therefore, in particular by the thus possible high power input to the sacrificial electrode or sacrificial electrodes, a high production or production rate of the particles can be achieved, while the particle size is kept low and the size distribution of the particles can be precisely controlled or controlled. Consequently, efficient production of particles of defined size is made possible.
Des Weiteren können aufgrund der höheren Herstellrate und somit auch höheren Abscheideeffizienz der Partikel beim Abscheiden der Partikel auf einer Oberfläche eines Substrats auch temperatursensitive Substratmaterialien beschichtet werden, da die Prozesszeiten und damit der Wärmeeintrag pro Zeit und Fläche erheblich reduziert werden.Furthermore, due to the higher production rate and thus also higher separation efficiency of the particles when depositing the particles on a surface of a substrate, temperature-sensitive substrate materials can also be coated since the process times and thus the heat input per time and area are considerably reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem chemischen Dampfabscheidungsprozess (CVD), insbesondere in einem Schritt, kombiniert werden, insbesondere um eine durchgehende Schicht mit darin dispergierten Partikeln auszubilden. In diesem Fall ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine ausgewogene und einheitliche Konzentration von Partikeln in der Schicht. Überdies kann die Konzentration von Partikeln in der Schicht im Vergleich zu Verfahren ohne aktive Kühlung deutlich erhöht werden.The method according to the invention can also be combined with a chemical vapor deposition (CVD) process, in particular in one step, in particular to form a continuous layer with particles dispersed therein. In this case, the method according to the invention enables a balanced and uniform concentration of particles in the layer. Moreover, the concentration of particles in the layer can be significantly increased compared to methods without active cooling.
Der Abschnitt der Opferelektrode kann aktiv so gekühlt werden, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode, in dem kein Material abgetragen wird, niedriger ist als in einem Bereich der Opferelektrode, in dem Material abgetragen wird.The portion of the sacrificial electrode may be actively cooled so that the average temperature of the sacrificial electrode in a region of the sacrificial electrode in which no material is removed is lower than in a region of the sacrificial electrode in which material is removed.
Der Abschnitt der Opferelektrode kann aktiv so gekühlt werden, dass die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich im Bereich der Entladung befindet, höher ist als die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich außerhalb der Entladung befindet.The portion of the sacrificial electrode may be actively cooled such that the average temperature of a portion of the sacrificial electrode that is in the region of the discharge is higher than the average temperature of a portion of the sacrificial electrode that is outside of the discharge.
Der Entladungsbereich der Opferelektrode kann ein geometrisch ausgezeichneter Bereich der Opferelektrode sein. Unter einem geometrisch ausgezeichneten Bereich wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein Bereich verstanden, in dem sich aufgrund der dort herrschenden hohen Feldstärke die Entladung konzentriert. Typische Beispiele solcher geometrisch ausgezeichneten Bereiche in Elektroden sind Spitzen, Ecken und Kanten.The discharge area of the sacrificial electrode may be a geometrically excellent area of the sacrificial electrode. For the purposes of the present application, a geometrically excellent region is understood to mean a region in which the discharge concentrates due to the high field strength prevailing there. Typical examples of such geometrically marked regions in electrodes are points, corners and edges.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Opferelektrode, also der Entladungsbereich der Opferelektrode und der Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs, aktiv gekühlt werden.In the method according to the invention, the entire sacrificial electrode, that is to say the discharge region of the sacrificial electrode and the region of the sacrificial electrode outside the discharge region, can be actively cooled.
Die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode oder Opferelektroden kann über Wärmeleitung erfolgen. Da Wärmeleitung eine schnelle und effektive Wärmeabfuhr von der Opferelektrode ermöglicht, kann die Opferelektrode so in besonders effizienter Weise gekühlt werden.The cooling of the section of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes can be carried out via heat conduction. Since heat conduction enables rapid and effective heat removal from the sacrificial electrode, the sacrificial electrode can thus be cooled in a particularly efficient manner.
Die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode oder Opferelektroden kann durch ein Kühlmedium oder Kühlmittel erfolgen. Das Kühlmedium oder Kühlmittel kann ein festes, flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium oder Kühlmittel sein. Als Kühlmedium können insbesondere Wasser, Wasser-Glykol, Trockeneis in Ethanol, flüssiger Stickstoff, CO2-Eis usw. verwendet werden. Die Kühlung durch ein Kühlmedium ermöglicht eine besonders einfache und effektive Kühlung der Opferelektrode. Besonders bevorzugt wird ein flüssiges Kühlmedium oder Kühlmittel verwendet.The cooling of the portion of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes can be carried out by a cooling medium or coolant. The cooling medium or coolant may be a solid, liquid or gaseous cooling medium or coolant. In particular, water, water-glycol, Dry ice in ethanol, liquid nitrogen, CO 2 ice, etc. can be used. The cooling by a cooling medium allows a particularly simple and effective cooling of the sacrificial electrode. Particularly preferably, a liquid cooling medium or coolant is used.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode oder nur mit einem Teil des Bereichs der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt. Auf diese Weise kann der Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs effizient gekühlt werden, wobei eine Beeinträchtigung der Entladung in dem Entladungsbereich durch den Kühlvorgang besonders zuverlässig vermieden wird.According to an embodiment of the present invention, the cooling medium only comes into contact with the area of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode or only with part of the area of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode. In this way, the area of the sacrificial electrode outside the discharge area can be efficiently cooled, whereby deterioration of the discharge in the discharge area by the cooling process is particularly reliably avoided.
Überdies wird durch die durch die Kühlung bewirkte hohe Temperaturdifferenz zwischen dem durch das Kühlmedium gekühlten Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs und dem Entladungsbereich eine schnelle Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich gewährleistet.Moreover, the high temperature difference caused by the cooling between the region of the sacrificial electrode cooled by the cooling medium outside the discharge region and the discharge region ensures rapid heat removal from the discharge region.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und liegt die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, wobei TS die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in Kelvin (K) ist.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial electrode enters a cooling region at an entrance point of the sacrificial electrode in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being on a side of the cooling region opposite to the discharge region of the sacrificial electrode, and the difference between average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the average temperature of the sacrificial electrode at the point of entry in the range of T S - 393 K to T S - 77 K, preferably from T S - 373 K to T S - 77 K, more preferably from T S - 323 K to T S - 77 K and most preferably from T S - 293 K to T S - 77 K, where T S is the melting temperature of the sacrificial electrode material in Kelvin (K).
Der Kühlungsbereich kann die Kühleinrichtung oder ein Teil der Kühleinrichtung sein. Die Opferelektrode kann in dem Kühlungsbereich mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.The cooling region may be the cooling device or a part of the cooling device. The sacrificial electrode may come in contact with a solid, liquid or gaseous cooling medium in the cooling region, in particular in direct or direct or thermal or indirect contact.
Auf diese Weise kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich der Opferelektrode gewährleistet und ein Schmelzen der Opferelektrode im Entladungsbereich besonders zuverlässig verhindert werden, so dass auch bei einem hohen Leistungseintrag auf die Opferelektrode ein Abspratzen von Material der Opferelektrode vermieden wird.In this way, a particularly efficient heat dissipation from the discharge region of the sacrificial electrode can be ensured and melting of the sacrificial electrode in the discharge region can be prevented particularly reliably, so that a spattering of material of the sacrificial electrode is avoided even with a high power input to the sacrificial electrode.
Durch die aktive Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode kann die durch die Entladung bewirkte Erhöhung TE2 der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle nach Abschalten der Entladung innerhalb eines Zeitraums von nicht mehr als 4 min, bevorzugt nicht mehr als 3 min, bevorzugter nicht mehr als 2 min, noch bevorzugter nicht mehr als 1 min und am bevorzugtesten nicht mehr als 40 s, auf einen Wert von 1/e × TE2 abfallen.By actively cooling the portion of the sacrificial electrode, the discharge TE2 caused by the discharge can increase the average temperature of the sacrificial electrode at the entry point after the discharge is turned off within a period of not more than 4 minutes, preferably not more than 3 minutes, more preferably not more than 2 min, more preferably not more than 1 minute, and most preferably not more than 40 seconds, fall to a value of 1 / e × TE2.
Die Opferelektrode kann zumindest teilweise in einem Kanal eines Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse kann das Gehäuse einer Plasmadüse sein. Der Kanal kann von dem Prozessgas durchströmt werden. Ein Teil der Opferelektrode kann in dem Gehäuse außerhalb des Kanals und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.The sacrificial electrode may be at least partially disposed in a channel of a housing. The housing may be the housing of a plasma nozzle. The channel can be traversed by the process gas. A portion of the sacrificial electrode may be disposed in the housing outside the channel and / or outside the housing.
Das Kühlmedium kann insbesondere mit einem Teil oder Bereich der Opferelektrode in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren, also körperlichen, oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen, der in dem Gehäuse außerhalb des Kanals und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere kann das Kühlmedium nur mit diesem Bereich in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.The cooling medium may in particular come into contact with a part or region of the sacrificial electrode, in particular in direct or direct, ie physical, or thermal or indirect contact, which is arranged in the housing outside the channel and / or outside the housing. In particular, the cooling medium can come into contact only with this area, in particular in direct or direct or thermal or indirect contact.
Der thermische bzw. mittelbare Kontakt erfolgt durch ein Sekundärmedium, wie beispielsweise eine wärmeleitfähige Wand oder Wandung, das zwischen dem Kühlmedium und dem Teil oder Bereich der Opferelektrode angeordnet ist. Beispielsweise kann die Opferelektrode zumindest bereichsweise durch eine wärmeleitfähige Röhre oder dergleichen geführt werden. Eine aktive Kühlung eines Abschnitts der Opferelektrode kann durch direkten Kontakt dieser Röhre mit dem Kühlmedium erfolgen.The thermal or indirect contact is made by a secondary medium, such as a thermally conductive wall or wall, which is arranged between the cooling medium and the part or region of the sacrificial electrode. For example, the sacrificial electrode can be guided at least in regions through a thermally conductive tube or the like. An active cooling of a portion of the sacrificial electrode can be done by direct contact of this tube with the cooling medium.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und überschreitet die mittlere Temperatur der Opferelektrode in dem Eintrittsbereich nicht 393 K, bevorzugt nicht 373 K, bevorzugter nicht 323 K und am bevorzugtesten nicht 293 K. Auf diese Weise wird eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich der Opferelektrode gewährleistet. Für diese mittleren Temperaturen der Opferelektrode an der Eintrittsstelle kann insbesondere die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, liegen.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial electrode enters a cooling area at an entrance point of the sacrificial electrode, in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being on a side of the cooling area opposite to the discharge area of the sacrificial electrode, and exceeds the mean temperature of Sacrificial electrode in the entrance region not 393 K, preferably not 373 K, more preferably not 323 K and most preferably not 293 K. In this way, a particularly efficient heat dissipation from the discharge region of the sacrificial electrode is ensured. For these average temperatures of the sacrificial electrode at the point of entry, in particular the difference between the mean temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the mean temperature of the sacrificial electrode at the entry point in the range of T s - 393 K to T s - 77 K may be preferred from T S - 373 K to T S - 77 K, more preferred from T S - 323 K to T S - 77 K, and most preferably from T S - 293 K to T S - 77 K.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode so gewählt werden, dass sie die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet. Folglich wird ein Schmelzen des Entladungsbereichs der Opferelektrode und somit ein Abspratzen von Opferelektrodenmaterial besonders zuverlässig vermieden.In the method according to the invention, the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge region of the sacrificial electrode can be selected such that it does not exceed the melting temperature of the material of the sacrificial electrode. Consequently, a melting of the discharge region of the sacrificial electrode and thus a sputtering of sacrificial electrode material is particularly reliably avoided.
Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Begriff „längliche Form” eine Form, deren Abmessung in einer Dimension größer, insbesondere erheblich größer, ist als in den zwei weiteren Dimensionen.The sacrificial electrode may have an elongated shape. For the purposes of the present application, the term "elongated shape" designates a shape whose dimension is larger in one dimension, in particular considerably larger, than in the two other dimensions.
Insbesondere kann die Opferelektrode ein Draht, ein Stab oder ein Hohlprofil, z. B. ein längliches Hohlprofil, sein.In particular, the sacrificial electrode, a wire, a rod or a hollow profile, for. B. an elongated hollow profile, be.
Der Entladungsbereich kann sich an einem Ende der länglichen Opferelektrode, insbesondere eines Drahts, befinden. Das Ende der länglichen Opferelektrode kann in Form einer Spitze, insbesondere einer Drahtspitze, vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die längliche Opferelektrode, insbesondere der Draht, der Stab oder das längliche Hohlprofil, einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm, bevorzugter von 0,1 bis 5 mm und noch bevorzugter von 0,5 bis 1,5 mm, auf.The discharge region may be located at one end of the elongate sacrificial electrode, in particular a wire. The end of the elongated sacrificial electrode may be in the form of a tip, in particular a wire tip. According to one embodiment of the present invention, the elongated sacrificial electrode, in particular the wire, the rod or the elongated hollow profile, has an average diameter of 0.1 to 20 mm, preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.1 to 5 mm and more preferably from 0.5 to 1.5 mm.
Die Opferelektrode kann in einer Richtung parallel zu einer Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sein. Für den Fall einer länglichen Opferelektrode kann die Längsachse der Opferelektrode parallel zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse liegen.The sacrificial electrode may be introduced into the plasma nozzle in a direction parallel to a flow direction of the process gas in the plasma nozzle or in a direction perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle. In the case of an elongated sacrificial electrode, the longitudinal axis of the sacrificial electrode may be parallel to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle or perpendicular to the flow direction of the process gas in the plasma nozzle.
Eine Konzentration der Entladung auf einen begrenzten Bereich der Opferelektrode oder Opferelektroden kann durch die Gasströmung des Prozessgases begünstigt werden. Hier erweist sich beispielsweise eine gerichtete wirbelförmige Strömung des Prozessgases, die durch eine Drallvorrichtung erzeugt werden kann, als vorteilhaft.A concentration of the discharge on a limited area of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes can be promoted by the gas flow of the process gas. Here, for example, proves a directed vortex-shaped flow of the process gas, which can be generated by a twisting device, as advantageous.
Als Material der Opferelektrode oder Opferelektroden kommen Metalle, wie Kupfer, Aluminium, Indium, Zink, Titan und Magnesium, insbesondere Edelmetalle, wie Gold, Silber, Platin und Palladium, aber auch Metalllegierungen, Metalloxide (z. B. BaO, Zinkoxid, Zinnoxid) und Kohlenstoff in Frage. Außerdem kann die Opferelektrode aus Aluminiumbronze bestehen.The material of the sacrificial electrode or sacrificial electrodes are metals such as copper, aluminum, indium, zinc, titanium and magnesium, in particular noble metals such as gold, silver, platinum and palladium, but also metal alloys, metal oxides (eg BaO, zinc oxide, tin oxide). and carbon in question. In addition, the sacrificial electrode may be made of aluminum bronze.
Das Abtragen von Material von der Opferelektrode kann durch die Wahl des Elektrodenmaterials begünstigt werden. Silber ist beispielsweise ein Material, von dem sich besonders leicht Material abtragen lässt. Insbesondere lässt sich für Silberelektroden ein günstiger Materialabtrag auch für herkömmliche Elektrodengeometrien erzielen.The removal of material from the sacrificial electrode may be favored by the choice of electrode material. Silver, for example, is a material from which material can be removed very easily. In particular, a favorable removal of material for conventional electrode geometries can be achieved for silver electrodes.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, beispielsweise durch eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine optische und/oder elektronische Erfassungseinrichtung, erfasst werden, insbesondere optisch und/oder elektronisch erfasst werden. Beispielsweise kann die optische Erfassung der Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode durch ein Endoskop erfolgen.In the method according to the invention, the position of the discharge region of the sacrificial electrode, for example by a detection device, in particular an optical and / or electronic detection device, can be detected, in particular optically and / or electronically detected. For example, the optical detection of the position of the discharge region of the sacrificial electrode can be carried out by an endoscope.
Der Ausdruck „Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode” bezeichnet hierin die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode relativ zu einem Gehäuse einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, wie beispielsweise einer Plasmadüse, an der die Opferelektrode vorgesehen ist.The term "position of the discharge area of the sacrificial electrode" herein denotes the position of the discharge area of the sacrificial electrode relative to a housing of a device for producing particles, such as a plasma nozzle on which the sacrificial electrode is provided.
Somit kann eine Änderung dieser Position oder eine Abweichung dieser Position von einer vorgegebenen Position zuverlässig und genau ermittelt werden.Thus, a change of this position or a deviation of this position from a predetermined position can be determined reliably and accurately.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Opferelektrode so geführt oder bewegt, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, z. B. relativ zu dem Gehäuse, während des Verfahrens, also während der Durchführung des Verfahrens, im Wesentlichen gleich bzw. unverändert bleibt.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial electrode is guided or moved so that the position of the discharge area of the sacrificial electrode, e.g. B. relative to the housing, during the process, ie during the implementation of the method, remains substantially unchanged or unchanged.
Auf diese Weise kann besonders zuverlässig gewährleistet werden, dass sowohl die Herstellrate der Partikel als auch die Größenverteilung der Partikel im Wesentlichen unverändert bleibt.In this way it can be ensured particularly reliably that both the production rate of the particles and the size distribution of the particles remain essentially unchanged.
Überdies kann sichergestellt werden, dass weder zu viel noch zu wenig Opferelektrodenmaterial in dem Prozessgas, beispielsweise in dem Kanal des Gehäuses, vorliegt. Falls zu wenig Opferelektrodenmaterial in dem Entladungskanal vorhanden ist, wird die Ausbildung einer ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen dem Entladungsbereich und dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs erschwert, so dass die Effizienz der Kühlung beeinträchtigt werden kann. Andererseits kann auch das Vorhandensein von zu viel Opferelektrodenmaterial in dem Entladungskanal die Partikelerzeugungseffizienz negativ beeinflussen.Moreover, it can be ensured that there is neither too much nor too little sacrificial electrode material in the process gas, for example in the channel of the housing. If too little sacrificial electrode material is present in the discharge channel, the formation of a sufficient temperature difference between the discharge region and the region of the sacrificial electrode outside the discharge region is made difficult, so that the efficiency of the cooling can be impaired. On the other hand, the presence of too much sacrificial electrode material in the discharge channel can also adversely affect the particle generation efficiency.
Beispielsweise kann die Opferelektrode eine nachführbare Opferelektrode, insbesondere eine nachführbare Drahtopferelektrode, sein. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet „nachführbar” im Zusammenhang mit einer Elektrode, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode durch Nachschieben oder Zurückziehen der Opferelektrode gesteuert bzw. eingestellt werden kann. For example, the sacrificial electrode may be a traceable sacrificial electrode, in particular a traceable wire sacrificial electrode. In the context of the present application, "trackable" in connection with an electrode means that the position of the discharge area of the sacrificial electrode can be controlled or adjusted by pushing or pulling back the sacrificial electrode.
Die Opferelektrode kann auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt oder bewegt werden, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, trotz des prozessbedingten Materialabtrages, während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bzw. unverändert bleibt.The sacrificial electrode may be guided or moved based on the detected position of the discharge area of the sacrificial electrode such that the position of the discharge area of the sacrificial electrode remains substantially unchanged during the process despite the process-related removal of material.
Dieser Ansatz ermöglicht eine besonders genaue und zuverlässige Einstellung der Position des Entladungsbereichs. Insbesondere kann der Prozess der entsprechenden Führung oder Bewegung der Opferelektrode auf Grundlage der erfassten Position, beispielsweise mittels einer Rückkopplungsschleife oder eines Rückführkreises, automatisiert werden.This approach allows a particularly accurate and reliable adjustment of the position of the discharge area. In particular, the process of correspondingly guiding or moving the sacrificial electrode may be automated based on the sensed position, for example, by means of a feedback loop or a feedback loop.
Die Entladung kann eine gepulste oder pulsierende Entladung sein. Die gepulste oder pulsierende Entladung kann insbesondere durch einen gepulsten oder pulsierenden Betrieb einer Spannungsquelle, wie z. B. eines Generators, erzeugt werden, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung (z. B. Gleichspannung), insbesondere eine Hochspannung, zwischen den Elektroden anzulegen, und mit der die Entladung, bei der es sich vorzugsweise um eine Bogenentladung handelt, bewirkt wird. Auf diese Weise kann eine gepulste oder pulsierende Spannung erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine asymmetrische Wechselspannung erzeugt.The discharge may be a pulsed or pulsating discharge. The pulsed or pulsating discharge can in particular by a pulsed or pulsating operation of a voltage source, such. As a generator, which is adapted to a voltage (eg., DC voltage), in particular a high voltage to apply between the electrodes, and with the discharge, which is preferably an arc discharge, is effected , In this way, a pulsed or pulsating voltage can be generated. Preferably, an asymmetrical AC voltage is generated.
Die Pulsfrequenz der Spannungsquelle, z. B. des Generators, ist nicht besonders beschränkt und kann 5 bis 70 kHz betragen, wobei der Bereich von 15 bis 40 kHz bevorzugt ist. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Pulsfrequenzen von 16 bis 25, insbesondere 17 bis 23 kHz, als besonders vorteilhaft erwiesen.The pulse frequency of the voltage source, z. As the generator, is not particularly limited and may be 5 to 70 kHz, with the range of 15 to 40 kHz is preferred. For carrying out the method according to the invention, pulse frequencies of 16 to 25, in particular 17 to 23 kHz, have proved to be particularly advantageous.
Verwendbare Prozessgase, die beispielsweise in Plasmadüsen verwendet werden können, sind dem Fachmann geläufig. Beispielsweise können Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Edelgase (insbesondere Argon), Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S) und Mischungen davon, insbesondere Druckluft, Stickstoff-Wasserstoff-Gemische und Edelgas-Wasserstoff-Gemische zum Einsatz kommen.Applicable process gases which can be used, for example, in plasma nozzles are familiar to the person skilled in the art. For example, nitrogen, oxygen, hydrogen, noble gases (especially argon), ammonia (NH 3 ), hydrogen sulfide (H 2 S) and mixtures thereof, in particular compressed air, nitrogen-hydrogen mixtures and inert gas-hydrogen mixtures can be used.
Die Durchflussmenge des Prozessgases durch das Atmosphärendruckplasma ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise im Bereich von 300 bis 10000 l/h liegen. Da sich gezeigt hat, dass geringere Durchflussmengen des Prozessgases tendenziell die Partikelausbeute erhöhen, liegt die Durchflussmenge erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 500 bis 4000 l/h.The flow rate of the process gas through the atmospheric pressure plasma is not particularly limited and may be, for example, in the range of 300 to 10,000 l / h. Since it has been shown that lower flow rates of the process gas tend to increase the particle yield, the flow rate according to the invention is preferably in the range of 500 to 4000 l / h.
Die Partikel werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von dem Prozessgas transportiert, insbesondere von dem Entladungsbereich der Opferelektrode weg transportiert.In the method according to the invention, the particles are preferably transported by the process gas, in particular transported away from the discharge region of the sacrificial electrode.
Vorzugsweise sind die Partikel Mikro- und/oder Nanopartikel. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden unter Mikro- und Nanopartikeln Partikel verstanden, deren Durchmesser im Bereich von Mikro- bzw. Nanometern liegt. Die Partikel können eine Partikelgröße bzw. einen Partikeldurchmesser im Bereich von 2 nm bis 20 μm, bevorzugt von 5 nm bis 10 μm, bevorzugter von 10 nm bis 5 μm, noch bevorzugter von 10 nm bis 1 μm und am bevorzugtesten von 10 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße bzw. der Partikeldurchmesser der Partikel kann auch in einem Bereich von 2 nm bis 10 μm, 2 nm bis 5 μm, 5 nm bis 5 μm, 2 nm bis 1 μm, 5 nm bis 1 μm, 2 nm bis 200 nm, 5 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.Preferably, the particles are micro- and / or nanoparticles. For the purposes of the present application, micro- and nanoparticles are understood as meaning particles whose diameter is in the range of micrometers or nanometers. The particles may have a particle size or diameter ranging from 2 nm to 20 μm, preferably from 5 nm to 10 μm, more preferably from 10 nm to 5 μm, even more preferably from 10 nm to 1 μm and most preferably from 10 nm to 200 nm. The particle size or the particle diameter of the particles can also be in a range from 2 nm to 10 μm, 2 nm to 5 μm, 5 nm to 5 μm, 2 nm to 1 μm, 5 nm to 1 μm, 2 nm to 200 nm, 5 nm to 200 nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.
Solche Mikro- und/oder Nanopartikel können durch das erfindungsgemäße Verfahren mit hoher Herstellrate und kontrollierter Partikelgrößenverteilung erzeugt werden, wie oben bereits ausführlich dargelegt wurde.Such micro- and / or nanoparticles can be produced by the process according to the invention with a high production rate and controlled particle size distribution, as has already been explained in detail above.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Partikeln um Nanopartikel, also um Partikel, deren Durchmesser im Nanometerbereich, insbesondere im Bereich von 2 bis 100 nm liegt.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the particles are nanoparticles, that is to say particles whose diameter is in the nanometer range, in particular in the range from 2 to 100 nm.
Ferner liegt auch der mittlere (volumengemittelte) Partikeldurchmesser der Partikel vorzugsweise im Bereich von Nano- oder Mikrometern, bevorzugter im Bereich von 2 nm bis 20 μm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 100 nm.Furthermore, the average (volume-averaged) particle diameter of the particles is preferably in the range of nano or micrometers, more preferably in the range of 2 nm to 20 microns, most preferably in the range of 2 to 100 nm.
Die Bestimmung der Korngröße von sehr kleinen Partikeln, wie Nanopartikeln, ist beispielsweise mit Laserstreuungsverfahren oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) möglich. Für größere Partikel stehen auch die Siebanalyse und Zentrifugationsverfahren zur Verfügung.The determination of the particle size of very small particles, such as nanoparticles, is possible for example with laser scattering or transmission electron microscopy (TEM). For larger particles, the sieve analysis and centrifugation methods are also available.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich (i) bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder (ii) aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und die Opferelektrode so geführt oder bewegt wird, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens, also während der Durchführung des Verfahrens, im Wesentlichen gleich bleibt.According to a further aspect, the present invention relates to a method for producing particles using an atmospheric pressure plasma, in particular in an atmospheric pressure plasma, wherein the plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode, from which the discharge Material is removed, (i) the abraded material is particles and / or (ii) particles are formed from the abraded material, and the sacrificial electrode is guided or moved such that the position of the discharge region of the sacrificial electrode during the process, ie while performing the procedure, remains essentially the same.
Die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode kann, insbesondere optisch und/oder elektronisch, beispielsweise durch ein Endoskop, erfasst werden.The position of the discharge region of the sacrificial electrode can be detected, in particular optically and / or electronically, for example by an endoscope.
Die Opferelektrode kann auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt oder bewegt werden, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, trotz des prozessbedingten Materialabtrages, während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.The sacrificial electrode may be guided or moved based on the detected position of the discharge area of the sacrificial electrode such that the position of the discharge area of the sacrificial electrode remains substantially the same during the process, despite the process-related removal of material.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem Kanal, mindestens zwei Elektroden, die zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind, und eine Spannungsquelle, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung (z. B. Gleichspannung), insbesondere eine Hochspannung, zwischen den mindestens zwei Elektroden anzulegen, wobei die mindestens zwei Elektroden dafür eingerichtet sind, das Plasma durch eine Entladung zwischen den Elektroden in einem Prozessgas in dem Kanal zu erzeugen, und mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, und es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen.According to a further aspect, the present invention relates to an apparatus for the production of particles using an atmospheric pressure plasma, in particular in an atmospheric pressure plasma. The device includes a housing having a channel, at least two electrodes at least partially disposed in the channel, and a voltage source configured to apply a voltage (eg, DC voltage), in particular a high voltage, between the at least two electrodes The at least two electrodes are adapted to generate the plasma by a discharge between the electrodes in a process gas in the channel, and at least one of the electrodes is a sacrificial electrode from which material is removed by the discharge the abraded material is particles and / or particles are formed from the abraded material.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Kühleinrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen Abschnitt der Opferelektrode aktiv so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.In addition, the device according to the invention comprises a cooling device which is adapted to actively cool a portion of the sacrificial electrode so that the mean temperature of the sacrificial electrode in a region of the sacrificial electrode outside the discharge region of the sacrificial electrode is lower than within the discharge region of the sacrificial electrode.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert die vorteilhaften Effekte, die oben bereits im Einzelnen für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung eine Herstellung von Partikeln mit hoher Herstellrate bei einer kontrollierten Größenverteilung der Partikel und kleinen Partikelgrößen.The device according to the invention provides the advantageous effects which have already been described in detail above for the method according to the invention. In particular, the device enables production of particles with a high production rate with a controlled size distribution of the particles and small particle sizes.
Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode, in dem kein Material abgetragen oder abgelöst wird, niedriger ist als in einem Bereich der Opferelektrode, in dem Material abgetragen oder abgelöst wird.The cooling device may be configured to cool the portion of the sacrificial electrode so that the average temperature of the sacrificial electrode in a region of the sacrificial electrode in which no material is removed or detached is lower than in a region of the sacrificial electrode, in the material or abraded is replaced.
Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich im Bereich der Entladung befindet, höher ist als die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich außerhalb der Entladung befindet.The cooling device may be configured to cool the portion of the sacrificial electrode such that the average temperature of a portion of the sacrificial electrode that is in the region of the discharge is higher than the average temperature of a portion of the sacrificial electrode that is outside of the discharge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Plasmadüse umfassen oder als Plasmadüse ausgebildet sein.The device according to the invention may comprise a plasma nozzle or be designed as a plasma nozzle.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere, wenn diese als Plasmadüse ausgebildet ist, können die hergestellten Partikel gezielt, beispielsweise aus einem Auslass des Kanals oder des Gehäuses, ausgebracht werden. Folglich kann eine lokale Beschichtung mit den hergestellten Partikeln auf der Oberfläche eines Substrats durchgeführt werden.Using the device according to the invention, in particular, if this is designed as a plasma nozzle, the particles produced can be targeted, for example, from an outlet of the channel or the housing, applied. Consequently, a local coating with the produced particles can be performed on the surface of a substrate.
Beispielsweise kann die Vorrichtung, insbesondere eine Plasmadüse, während des Ausbringens oder Abscheidens der Partikel, z. B. durch den Auslass des Kanals oder des Gehäuses, auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren Richtungen bewegt werden, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen. Auf diese Weise wird eine genau gesteuerte lokale Aufbringung der hergestellten Partikel auf die Oberfläche des Substrats ermöglicht.For example, the device, in particular a plasma nozzle, during the application or deposition of the particles, for. Through the outlet of the channel or housing, on the surface of the substrate relative to the substrate. In particular, the device may be moved relative to the substrate in one or more directions that are substantially parallel to the surface of the substrate. In this way, a precisely controlled local application of the produced particles to the surface of the substrate is made possible.
Die Relativgeschwindigkeit zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der Plasmadüse, und dem zu beschichtenden Substrat kann im Bereich von mm/s bis m/s liegen und beispielsweise bis zu 200 m/min betragen. Durch die genannte Relativgeschwindigkeit kann die Partikelabscheidemenge pro Fläche eingestellt werden. Außerdem lässt sich die Abscheidemenge pro Fläche über die Wiederholung des Abscheideprozesses, also die Zyklenzahl, einstellen. Die Erhöhung der Relativgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Zyklenzahl kann besonders vorteilhaft bei temperatursensitiven Materialien, wie Polymeren, sein. Der Abstand zwischen Vorrichtung, insbesondere Plasmadüse, und Substrat, der ebenso die Partikelabscheidemenge pro Fläche beeinflusst, kann 1 mm bis mehrere cm, beispielsweise maximal 10 cm, betragen.The relative speed between the device according to the invention, in particular the plasma nozzle, and the substrate to be coated can be in the range of mm / s to m / s and, for example, up to 200 m / min. Due to the mentioned relative speed, the Partikelabscheidemenge per area can be adjusted. In addition, the amount of deposition per area can be adjusted by repeating the deposition process, ie the number of cycles. Increasing the relative speed while increasing the number of cycles can be particularly advantageous in temperature-sensitive materials, such as polymers. The distance between the device, in particular the plasma nozzle, and the substrate, which likewise influences the particle deposition amount per area, can be 1 mm to several cm, for example a maximum of 10 cm.
Die Vorrichtung kann ferner eine Gaszuführeinrichtung umfassen, die dafür eingerichtet ist, ein Prozessgas in den Kanal des Gehäuses zuzuführen. The apparatus may further include a gas supply device configured to supply a process gas into the channel of the housing.
Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode über Wärmeleitung zu kühlen.The cooling device may be configured to cool the portion of the sacrificial electrode via heat conduction.
Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode durch ein Kühlmedium oder Kühlmittel, beispielsweise ein festes, flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium oder Kühlmittel, zu kühlen.The cooling device may be configured to cool the portion of the sacrificial electrode by a cooling medium or coolant, for example a solid, liquid or gaseous cooling medium or coolant.
Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Kühlmedium oder Kühlmittel nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt kommt.The cooling device can be set up such that the cooling medium or coolant comes into contact only with the region of the sacrificial electrode outside the discharge region of the sacrificial electrode.
Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass die Opferelektrode nicht in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommt, sondern über thermischen Kontakt über eine feste Wandung, bevorzugt durch Wärmeleitung, gekühlt wird.The cooling device can be set up so that the sacrificial electrode does not come into direct contact with the cooling medium, but is cooled by thermal contact via a solid wall, preferably by heat conduction.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und ist die Kühleinrichtung so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, liegt, wobei T die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in Kelvin (K) ist.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial electrode enters a cooling area at an entrance point of the sacrificial electrode in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entrance point being on a side of the cooling area opposite to the discharge area of the sacrificial electrode, and the cooling means is arranged in that during operation of the device, in particular during stationary operation of the device, the difference between the mean temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the mean temperature of the sacrificial electrode at the entry point in the range of T s - 393 K to T s - 77 K, preferably from T S - 373 K to T S - 77 K, more preferably from T S - 323 K to T S - 77 K, and most preferably from T S - 293 K to T S - 77 K, where T is the Melting temperature of the material of the sacrificial electrode in Kelvin (K).
Der Kühlungsbereich kann die Kühleinrichtung oder ein Teil der Kühleinrichtung sein. Die Opferelektrode kann in dem Kühlungsbereich mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.The cooling region may be the cooling device or a part of the cooling device. The sacrificial electrode may come in contact with a solid, liquid or gaseous cooling medium in the cooling region, in particular in direct or direct or thermal or indirect contact.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und ist die Kühleinrichtung so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet. Für diese mittleren Temperaturen der Opferelektrode in dem Eintrittsbereich kann insbesondere die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, liegen.According to an embodiment of the present invention, the sacrificial electrode enters a cooling area at an entrance point of the sacrificial electrode in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entrance point being on a side of the cooling area opposite to the discharge area of the sacrificial electrode, and the cooling means is arranged in that during operation of the device, in particular during stationary operation of the device, the average temperature of the sacrificial electrode at the point of entry does not exceed 393 K, preferably 373 K, more preferably 323 K and most preferably 293 K. In particular, for these average temperatures of the sacrificial electrode in the entrance region, the difference between the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the mean temperature of the sacrificial electrode at the entry point in the range of T s - 393 K to T s - 77 K may be preferred from T S -373K to T S -77K, more preferably from T S -323K to T S -77K, and most preferably from T S -293K to T S -77K.
Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.The cooling device can be set up such that during operation of the device, in particular during stationary operation of the device, the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge region of the sacrificial electrode does not exceed the melting temperature of the material of the sacrificial electrode.
Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen und insbesondere als Draht, Stab oder Hohlprofil ausgebildet sein.The sacrificial electrode may have an elongated shape and be designed in particular as a wire, rod or hollow profile.
Die Vorrichtung kann ferner eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine optische und/oder elektronische Erfassungseinrichtung, wie beispielsweise ein Endoskop, umfassen, die dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, insbesondere optisch und/oder elektronisch, zu erfassen.The device may further comprise a detection device, in particular an optical and / or electronic detection device, such as an endoscope, which is adapted to detect the position of the discharge region of the sacrificial electrode, in particular optically and / or electronically.
Die Vorrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung umfassen, die dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode, insbesondere auf Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, so zu führen oder zu bewegen, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Betriebs der Vorrichtung, insbesondere während des stationären Betriebs der Vorrichtung, trotz des prozessbedingten Materialabtrages im Wesentlichen gleich bleibt.The apparatus may further comprise a control device which is adapted to guide or move the sacrificial electrode, in particular on the basis of the position of the discharge region of the sacrificial electrode detected by the detection device, such that the position of the discharge region of the sacrificial electrode during operation of the device, especially during stationary operation of the device, despite the process-related material removal remains substantially the same.
Die Spannungsquelle kann so eingerichtet sein, dass die Entladung eine gepulste Entladung ist. Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein. Die Spannungsquelle kann eine Hochspannungsquelle sein.The voltage source may be arranged such that the discharge is a pulsed discharge. The voltage source may be a DC voltage source or an AC voltage source. The voltage source may be a high voltage source.
Die Partikel können eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μm, bevorzugt von 5 nm bis 10 μm, bevorzugter von 10 nm bis 5 μm, noch bevorzugter von 10 nm bis 1 μm und am bevorzugtesten von 10 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 2 nm bis 10 μm, 2 nm bis 5 μm, 5 nm bis 5 μm, 2 nm bis 1 μm, 5 nm bis 1 μm, 2 nm bis 200 nm, 5 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.The particles may have a particle size in the range from 2 nm to 20 μm, preferably from 5 nm to 10 μm, more preferably from 10 nm to 5 μm, even more preferably from 10 nm to 1 μm, and most preferably from 10 nm to 200 nm. The particle size of the particles may also be in a range of 2 nm to 10 μm, 2 nm to 5 μm, 5 nm to 5 μm, 2 nm to 1 μm, 5 nm to 1 μm, 2 nm to 200 nm, 5 nm to 200 nm, 20 nm to 200 nm or 50 nm to 200 nm.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Daher können die übrigen Merkmale, die im Zusammenhang mit der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt wurden, auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung angewandt werden.The device according to the invention is a device for carrying out the method according to the invention. Therefore, the other features set forth in connection with the above description of the method according to the invention can also be applied to the device according to the invention.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobeiThe invention will be described purely by way of example with reference to the accompanying drawings, wherein
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Die in
Eine Opferelektrode
Die Kühleinrichtung
Mittels des Generators
Das Prozessgas
Durch eine von dem Generator
Durch die Entladung wird von der Spitze der Opferelektrode
Die Erfassungseinrichtung
Die Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
Ein Abschnitt der Opferelektrode
Verschiedene mögliche Arten der Kühlung der Opferelektrode mittels einer Kühleinrichtung werden im Folgenden mit Bezug auf die
Durch die aktive Kühlung des außerhalb des Gehäuses
Insbesondere ist die Kühleinrichtung
Folglich kann die Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit hohen Leistungseinträgen auf die Opferelektrode
Wie aus den obigen Ausführungen folgt, wird bei Betrieb der in
Ein Abschnitt der Opferelektrode
Die Partikel
Das Substrat
Der Aufbau der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Opferelektrode
Durch eine Entladung
Wie durch den Pfeil A in
Die Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühleinrichtung
Die Kühleinrichtung
Über die Leitungen
In der Kammer
Der Abschnitt der Opferelektrode
Der Aufbau der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch den Aufbau der verwendeten Kühleinrichtung, wie nachfolgend ausführlich erläutert wird.The structure of the device according to the third embodiment differs from that of the device according to the second embodiment substantially by the structure of the cooling device used, as will be explained in detail below.
Die Opferelektrode
Wie durch den Pfeil A' in
Die Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühleinrichtung
Wie in
Die Opferelektrode
Der Abschnitt der Opferelektrode
Die in
Wie der
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielbaren hohen Partikelherstellraten, kleinen Partikelgrößen und homogenen Partikelgrößenverteilungen ermöglichen den Einsatz der hergestellten Partikel in vielfältigen Anwendungsgebieten, wie z. B. im Medizinsektor, für Haushaltsgeräte, für Hygieneartikel und für elektronische Elemente, z. B. in der Batterietechnik.The achievable by the inventive method and the inventive device high particle production rates, small particle sizes and homogeneous particle size distributions allow the use of the particles produced in a variety of applications, such. In the medical sector, household appliances, sanitary articles and electronic elements, e.g. B. in battery technology.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können zum Abscheiden von Schichten, insbesondere dichten nanopartikulären Schichten, auf Substratoberflächen verwendet werden. Überdies können Partikel in Schichten, wie beispielsweise plasmapolymeren Schichten, eingebaut werden. Als weitere Möglichkeit können die hergestellten Partikel auch aufgefangen werden, beispielsweise durch einen Pulverabscheider, und anschließend weiteren Verwendungen zugeführt werden.The method and device according to the invention can be used for depositing layers, in particular dense nanoparticulate layers, on substrate surfaces. In addition, particles can be incorporated into layers, such as plasma polymer layers. As a further possibility, the particles produced can also be collected, for example by a powder separator, and subsequently supplied to further uses.
Zum Beispiel können mittels der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung Silbernanopartikel in plasmapolymere Schichten zur Erzeugung einer nicht cytotoxischen und antimikrobiell wirksamen Beschichtung eingebaut werden. In ähnlicher Weise können Zinkpartikel in plasmapolymere Schichten eingebaut werden, um einen aktiven Korrosionsschutz für Metalle zu bilden, die oberhalb der Spannungsreihe stehen, also edler als Zink sind. Eine ähnliche Verwendung ist auch mit Magnesiumpartikeln möglich.For example, by means of the apparatus and method of the invention silver nanoparticles can be incorporated into plasma polymer layers to produce a non-cytotoxic and antimicrobial effective coating to be installed. Similarly, zinc particles can be incorporated into plasma polymer layers to provide active corrosion protection for metals that are above the stress series, more noble than zinc. A similar use is possible with magnesium particles.
UV-absorbierende Partikel, wie z. B. ZnO-Partikel, können in plasmapolymere Schichten als UV-absorbierender Kratzschutz eingebaut werden.UV-absorbing particles, such as. As ZnO particles can be incorporated into plasma polymer layers as a UV-absorbing scratch protection.
Im Folgenden werden die wesentlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung nochmals zusammengefasst:
- (1) Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt wird, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.
- (2) Verfahren nach Punkt (1), bei dem die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode über Wärmeleitung erfolgt.
- (3) Verfahren nach Punkt (1) oder (2), bei dem die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode durch ein Kühlmedium erfolgt.
- (4) Verfahren nach Punkt (3), bei dem das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt kommt.
- (5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, liegt, wobei TS die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrodein K ist.
- (6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet.
- (7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.
- (8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opferelektrode eine längliche Form aufweist.
- (9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode erfasst wird.
- (10) Verfahren nach Punkt (9), bei dem die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode optisch und/oder elektronisch erfasst wird.
- (11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opferelektrode so geführt wird, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.
- (12) Verfahren nach Punkt (11) wie abhängig von Punkt (9) oder (10), bei dem die Opferelektrode auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt wird, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.
- (13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.
- (14) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel eine Partikelgröße
im Bereich von 2nm bis 20 μm aufweisen. - (15) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Entstehen der Partikel unter Verwendung einer Plasmadüse erfolgen.
- (16) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, insbesondere nach Punkt (15), bei dem Partikel in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas aus dem abgetragenen Material entstehen.
- (17) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, insbesondere nach Punkt (15) oder (16), bei dem die Verweildauer des Materials in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas kontrolliert wird.
- (18) Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, die umfasst: ein Gehäuse mit einem Kanal, mindestens zwei Elektroden, die zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind, eine Spannungsquelle, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden anzulegen, wobei die mindestens zwei Elektroden dafür eingerichtet sind, das Plasma durch eine Entladung zwischen den Elektroden in einem Prozessgas in dem Kanal zu erzeugen, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, und es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und eine Kühleinrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen Abschnitt der Opferelektrode aktiv so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.
- (19) Vorrichtung nach Punkt (18), bei der die Kühleinrichtung dafür eingerichtet ist, den Abschnitt der Opferelektrode über Wärmeleitung zu kühlen.
- (20) Vorrichtung nach Punkt (18) oder (19), bei der die Kühleinrichtung dafür eingerichtet ist, den Abschnitt der Opferelektrode durch ein Kühlmedium zu kühlen.
- (21) Vorrichtung nach Punkt (20), bei der die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt, insbesondere direkt oder über eine Wandung thermisch in Kontakt, kommt.
- (22) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (21), bei der die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von TS – 393 K bis TS – 77 K, bevorzugt von TS – 373 K bis TS – 77 K, bevorzugter von TS – 323 K bis TS – 77 K und am bevorzugtesten von TS – 293 K bis TS – 77 K, liegt, wobei TS die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in K ist.
- (23) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (22), bei der die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet.
- (24) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (23), bei der die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.
- (25) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (24), bei der die Opferelektrode eine längliche Form aufweist.
- (26) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (25), die ferner eine Erfassungseinrichtung umfasst, die dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode zu erfassen.
- (27) Vorrichtung nach Punkt (26), bei der die Erfassungseinrichtung dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode optisch und/oder elektronisch zu erfassen.
- (28) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (27), die ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode so zu führen, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen gleich bleibt.
- (29) Vorrichtung nach Punkt (28) wie abhängig von Punkt (26) oder (27), bei der die Steuereinrichtung dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode auf Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so zu führen, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen gleich bleibt.
- (30) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (29), bei der die Spannungsquelle so eingerichtet ist, dass die Entladung eine gepulste Entladung ist.
- (31) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (30), bei der die Partikel eine Partikelgröße
im Bereich von 2nm bis 20 μm aufweisen.
- (1) A method of producing particles using an atmospheric pressure plasma, particularly in an atmospheric pressure plasma, wherein the plasma is generated by a discharge between electrodes in a process gas, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode from which material is removed by the discharge, where the abraded material is particulate matter and / or particles are formed from the abraded material, and a portion of the sacrificial electrode is actively cooled so that the average temperature of the sacrificial electrode is lower in a region of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode than inside the sacrificial electrode Discharge area of the sacrificial electrode.
- (2) The method according to item (1), wherein the cooling of the portion of the sacrificial electrode is via heat conduction.
- (3) The method of item (1) or (2), wherein the cooling of the portion of the sacrificial electrode is performed by a cooling medium.
- (4) The method according to item (3), wherein the cooling medium comes into contact only with the area of the sacrificial electrode outside the discharge area of the sacrificial electrode.
- (5) The method of any one of the preceding claims, wherein the sacrificial electrode enters a cooling region at an entrance point of the sacrificial electrode, in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being on a side of the cooling region opposite the discharge region of the sacrificial electrode, and the difference between the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the mean temperature of the sacrificial electrode at the entry point in the range of T s - 393 K to T s - 77 k, preferably from T s - 373 k to T s - 77 K, more preferably from T S - 323 K to T S - 77 K, and most preferably from T S - 293 K to T S - 77 K, where T S is the melting temperature of the sacrificial electrode material in K.
- (6) The method according to any one of the preceding claims, wherein the sacrificial electrode enters a cooling region at an entry point of the sacrificial electrode in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being on a side of the cooling region opposite to the discharge region of the sacrificial electrode, and the average temperature of the sacrificial electrode at the point of entry does not exceed 393K, preferably 373K, more preferably 323K, and most preferably 293K.
- (7) The method of any preceding item, wherein the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode does not exceed the melting temperature of the sacrificial electrode material.
- (8) The method according to any preceding item, wherein the sacrificial electrode has an elongated shape.
- (9) The method according to any preceding item, wherein the position of the discharge area of the sacrificial electrode is detected.
- (10) The method according to item (9), wherein the position of the discharge region of the sacrificial electrode is optically and / or electronically detected.
- (11) The method according to any one of the preceding claims, wherein the sacrificial electrode is guided so that the position of the discharge area of the sacrificial electrode remains substantially the same during the process.
- (12) The method according to item (11) as dependent on (9) or (10), wherein the sacrificial electrode is guided based on the detected position of the discharge area of the sacrificial electrode such that the position of the discharge area of the sacrificial electrode during the process substantially stays the same.
- (13) The method according to any preceding item, wherein the discharge is a pulsed discharge.
- (14) The method according to any one of the preceding points, wherein the particles have a particle size in the range of 2 nm to 20 microns.
- (15) The method according to any one of the preceding claims, wherein generating the atmospheric pressure plasma, ablating the material, and forming the particles using a plasma nozzle.
- (16) Method according to one of the preceding points, in particular according to item (15), in which particles in arise from the abraded material a relaxing region of the atmospheric pressure plasma.
- (17) Method according to one of the preceding points, in particular according to item (15) or (16), in which the residence time of the material in a relaxing region of the atmospheric pressure plasma is controlled.
- (18) An apparatus for producing particles using an atmospheric pressure plasma, in particular in an atmospheric pressure plasma, comprising: a housing having a channel, at least two electrodes at least partially disposed in the channel, a voltage source adapted to provide a voltage between the at least two electrodes, wherein the at least two electrodes are adapted to generate the plasma by a discharge between the electrodes in a process gas in the channel, at least one of the electrodes is a sacrificial electrode from which material is removed by the discharge, and the abraded material is particulate matter and / or particles are formed from the abraded material, and a cooling device configured to actively cool a portion of the sacrificial electrode such that the average temperature of the sacrificial electrode in a region of the sacrificial electrode is outside of the discharge range of the sacrificial electrode is lower than within the discharge area of the sacrificial electrode.
- (19) The device of item (18), wherein the cooling means is adapted to cool the portion of the sacrificial electrode via heat conduction.
- (20) The device of item (18) or (19), wherein the cooling means is arranged to cool the portion of the sacrificial electrode by a cooling medium.
- (21) Device according to item (20), in which the cooling device is arranged such that the cooling medium only comes into contact with the region of the sacrificial electrode outside the discharge region of the sacrificial electrode, in particular directly or via a wall in thermal contact.
- (22) The device according to any one of (18) to (21), wherein the sacrificial electrode enters a cooling region at an entry point of the sacrificial electrode, in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being opposite to the discharge region of the sacrificial electrode Side of the cooling area, and the cooling device is arranged so that when operating the device, the difference between the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode and the average temperature of the sacrificial electrode at the entry point in the range of T S - 393 K to T S - 77 K, preferably from T S - 373 K to T S - 77 K, more preferably from T S - 323 K to T S - 77 K, and most preferably from T S - 293 K to T S - 77 K, where T S is the melting temperature of the material of the sacrificial electrode in K.
- (23) The device according to any one of (18) to (22), wherein the sacrificial electrode enters a cooling region at an entry point of the sacrificial electrode, in which the portion of the sacrificial electrode is actively cooled, the entry point being opposite to the discharge region of the sacrificial electrode Side of the cooling region, and the cooling device is arranged so that when operating the device, the average temperature of the sacrificial electrode at the point of entry 393 K, preferably 373 K, more preferably 323 K and most preferably 293 K, does not exceed.
- (24) The device according to any one of (18) to (23), wherein the cooling means is arranged such that, during operation of the device, the average temperature of the sacrificial electrode within the discharge area of the sacrificial electrode does not exceed the melting temperature of the sacrificial electrode material.
- (25) The device according to any one of (18) to (24), wherein the sacrificial electrode has an elongated shape.
- (26) The device according to any one of (18) to (25), further comprising detecting means arranged to detect the position of the discharge area of the sacrificial electrode.
- (27) The device according to item (26), wherein the detection means is adapted to optically and / or electronically detect the position of the discharge area of the sacrificial electrode.
- (28) The device according to any one of (18) to (27), further comprising a controller configured to guide the sacrificial electrode so that the position of the discharge area of the sacrificial electrode remains substantially the same during operation of the device.
- (29) The device of item (28) as dependent on item (26) or (27), wherein the controller is configured to guide the sacrificial electrode based on the position of the discharge area of the sacrificial electrode detected by the detecting means so that the position of the discharge area of the sacrificial electrode remains substantially the same during operation of the device.
- (30) The device according to any one of (18) to (29), wherein the power source is arranged so that the discharge is a pulsed discharge.
- (31) The device according to any one of (18) to (30), wherein the particles have a particle size in the range of 2 nm to 20 μm.
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