DE102013208395B3

DE102013208395B3 - Bauteil mit metallhaltiger, selbstorganisierter Schicht, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung

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Publication number: DE102013208395B3
Application number: DE201310208395
Authority: DE
Inventors: Johannes Raff; Tobias Günther; Stefanie Wengrzik
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: WO2014180723A2; WO2014180723A3

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Bauteil, welches eine nicht-leitende Oberfläche aufweist und mit einer selbstorganisierten Schicht sowie einer metallischen Deckschicht versehen ist. Die Erfindung beschreibt ferner ein kostengünstiges und industriell serientaugliches Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sowie die Verwendung eines solchen Bauteils als Ersatz von metallischen Bauteilen in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Sanitärausstattungen sowie als gedruckte elektronische Schaltung. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die nicht-leitende Oberfläche eines Substrates mit einem Katalysator belegt, anschließend mit einer Poren enthaltenden, selbstorganisierten Schicht belegt und schließlich in einem chemischen Metallisierungsbad mit Metallen beschichtet, wobei das Metallisierungsbad die poröse selbstorganisierte Schicht durchdringt und dadurch auf der nicht-leitende Oberfläche besser mechanisch verankert wird als nach dem Stand der Technik. Das erfindungsgemäße Bauteil wird bevorzugt hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und enthält: a. eine nicht-leitende Oberfläche, b. auf der Katalysatorpartikel aufgebracht sind c. wobei auf und um die Katalysatorpartikel eine Poren enthaltende, selbstorganisierte Schicht aufgebracht ist, d. wobei die selbstorganisierte Schicht mit Metallen beschichtet ist, wobei die aufgebrachte Metallschicht die Poren der selbstorganisierten Schicht durchdringt.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Bauteil, welches eine nicht-leitende Oberfläche aufweist und mit einer selbstorganisierten Schicht sowie einer metallischen Deckschicht versehen ist. Die Erfindung beschreibt ferner ein kostengünstiges und industriell serientaugliches Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sowie die Verwendung eines solchen Bauteils als Ersatz von metallischen Bauteilen in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Sanitärausstattungen sowie als gedruckte elektronische Schaltung.
Zur Beschichtung von polymeren Werkstoffen mit Metallen sind bereits seit Jahrzehnten chemische Verfahren bekannt. So beschichtete polymere Bauteile werden entweder zu dekorativen Zwecken mit Metallen beschichtet, um den leichten und kostengünstigen Produkten das Aussehen von Metallteilen zu geben, oder als funktionelle Beschichtungen im Bereich der Elektronik eingesetzt, die elektrische Leiterbahnen auf isolierenden polymeren Trägern darstellen. In allen Anwendungen ist die Haftfestigkeit der metallischen Schicht auf dem polymeren Träger ein wesentlicher Qualitätsparameter. Nach dem Stand der Technik werden aus den polymeren Trägern in einem Ätzprozess dabei einzelne Komponenten aus dem inhomogenen Trägermaterial herausgelöst. In die so entstehenden Vertiefungen wird das im nachfolgenden Prozessschritt aufgebrachte Metall verankert („Druckknopf-Prinzip”). In dekorativen Anwendungen wird dazu fast ausschließlich Acrylnitril Butadien Styrol (ABS) verwendet, wobei mit Chromschwefelsäure die Butadienkomponente herausgeätzt wird, ohne dabei die verbleibenden Kunststoffkomponenten wesentlich zu schädigen. Als erste Metallschicht wird üblicherweise in einem außenstromlosen Verfahren eine geschlossene Nickelschicht aufgebracht, wobei zuvor auf dem polymeren Bauteil Palladiumpartikel als Katalysator verteilt werden. Ein wesentlicher Nachteil der bisher eingesetzten Verfahren ist die Verwendung der umwelttoxischen Chromschwefelsäure.
Etablierter Stand der Technik ist ebenso die Beschichtung der polymeren Bauteile mit Polyelektrolyten, um die Affinität für die katalytisch aktiven Palladiumpartikel zu erhöhen und für deren bessere Verteilung zu sorgen. Durch die Strukturierung der Oberfläche im Ätzprozess ist dies in vielen Fällen jedoch nicht erforderlich.
Bereits in DE 1446151 C3 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem über reduzierbare und oxidierbare Farbstoffe die Fällung von katalytisch aktiven Partikeln an zuvor markierten Stellen ermöglicht wird, sodass eine nachfolgende Nickelabscheidung selektiv auf dem Substrat vorgenommen werden kann. Ohne die Strukturierung der Bauteiloberfläche über einen Ätzprozess werden damit aber keine hohen Haftfestigkeiten der abgeschiedenen metallischen Schichten erreicht.
Insbesondere für elektronische Bauelemente sind zahlreiche Verfahren bekannt, bei denen auf die stromlose Metallisierung gänzlich verzichtet wird. So wird in DE 4206680 C1 ein Prozess beschrieben, bei dem eine erste leitfähige Schicht durch Chelatbildner und kolloidale Edelmetalle gebildet wird. Bei anderen Verfahren (z. B. DE 4227836 A1 ) wird die erste für eine anschließende Galvanisierung ausreichend leitfähige Schicht durch elektrisch leitende Polymere hergestellt. Bei all diesen Verfahren ist die Bindung zwischen polymerer Oberfläche und Metallschicht relativ schwach und kann nur durch die oben beschriebene zusätzliche Strukturierung erfolgen.
Ebenso sind Nanostrukturen bekannt, die über Selbstorganisationsmechanismen auf Oberflächen gebildet und die mit Metallen beschichtet werden. In DE 19624332 B4 wird eine metallische Nanostruktur auf der Basis selbstorganisierter Proteine offenbart, wobei die Proteine mit Edelmetall- oder Schwermetallsalzen aktiviert werden und anschließend durch eine außenstromlose Beschichtung weitere Metalle abgeschieden werden. Als Proteine werden Tubuline benannt. US 2010/0203248 A1 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung eines nicht leitenden Substrates mit einer metallhaltigen, selbstorganisierten Schicht. Das nicht leitende Substrat weist dabei eine reliefartige Oberfläche auf, wobei die hervorstehenden Flächen funktionalisiert werden und die vertieften Flächen unfunktionalisiert bleiben. In den unfunktionalisierten Vertiefungen wird anschließend selektiv ein Metall abgelagert. In DE 10204532 B4 wird ein Katalysator mit einer metallischen Nanostruktur auf Basis metallisierter Biotemplate offenbart, wobei auf der Porenstruktur selbstorganisierter S-Layer-Proteine katalytisch aktive Metallcluster abgeschieden werden. Die genannten selbstorganisierten Schichten können auf verschiedenen Substraten aufgebracht werden und eignen sich somit grundsätzlich als Grundlage zur Herstellung von metallischen Schichten auf Polymeren. In Bezug auf die Haftfestigkeit der Metallschicht wirkt sich jedoch negativ aus, dass die Metallisierung an der Oberfläche der biologischen Template erfolgt. Durch die Aktivierung befinden sich die für die Metallisierung erforderlichen katalytisch aktiven Zentren auch an der äußeren Oberfläche und werden dort bevorzugt für die nachfolgende Metallabscheidung genutzt. Zwar ist aus Fahmy K et al. (Biophys J. 2006 Aug 1; 91(3): 996–1007) bekannt, dass starke Wechselwirkungen zwischen S-Layer-Proteinen und Palladium möglich sind. Allerdings lässt dies keine Rückschlüsse auf die Bindung anderer Metalle zu. Eine chemische Metallisierung von selbstorganisierten Nanostrukturen führt nach dem Stand der Technik zu geringen Haftfestigkeiten der aufgebrachten Metallschichten. Nach wie vor besteht der Bedarf an umweltfreundlichen und gleichzeitig kostengünstigen Prozessen zur Metallisierung von Kunststoffen. Insbesondere wird die Vermeidung Chrom(VI)-haltiger Chemikalien durch die Gesetzgebung immer stärker erzwungen. Dennoch ist nicht mit einer Erleichterung der Anforderungen an die galvanische Beschichtung von Kunststoffen zu rechnen. Ebenso werden nur geringfügig höhere Preise im Markt akzeptiert. Wesentliche Faktoren für die Kosten einer galvanischen Kunststoffbeschichtung sind die möglichst geringe Menge an Ausschuss und damit eine sichere Durchführung und Kontrolle der Prozesse, sowie eine Fertigung ohne teure Nachbehandlung von Teilen.
Aufgabe der Erfindung ist somit ein einfaches Verfahren, welches eine Vorbehandlung von Polymeroberflächen und anschließende Metallbeschichtung ohne die Verwendung von Chrom(VI)-haltigen Chemikalien ermöglicht. Das Verfahren soll weiterhin die gegenwärtigen Qualitätsanforderungen erfüllen und zu keiner wesentlichen Erhöhung der Kosten führen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die nicht-leitende Oberfläche eines Substrates mit einem Katalysator belegt, anschließend mit einer Poren enthaltenden, selbstorganisierten Schicht belegt und schließlich in einem chemischen Metallisierungsbad mit Metallen beschichtet, wobei das Metallisierungsbad die poröse selbstorganisierte Schicht durchdringt und dadurch auf der nicht-leitende Oberfläche besser mechanisch verankert wird als nach dem Stand der Technik.
Bezüglich der Zusammensetzung der nicht-leitenden Oberfläche bestehen im erfindungsgemäßen Verfahren keine Einschränkungen. Die Erfindung kann sowohl auf thermoplastische als auch auf durplastische Kunststoffe, sowie Kunststoffe mit glatter und poröser Oberfläche, aber auch anorganische Polymere, Keramik und Glas angewendet werden. Bevorzugte Kunststoffe sind ausgewählt aus Polyolefinen, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat und Polymethylmethacrylat, aber auch Polystyrol. Unter nicht-leitend wird hier ein Material verstanden, welches keine oder eine praktisch unbedeutende elektrische Leitfähigkeit besitzt – Grenzwert: kleiner als 10^–10 S·cm^–1. Alternativ können auch andere Substrate verwendet werden, z. B. Pappe, Papier, Holz, die mit Kunststoff beschichtet sind.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können als Katalysator verschiedene Edelmetalle verwendet werden, die zu einer Abscheidung von Metallen aus ionischen Lösungen führen. Als Katalysator werden bevorzugt Platinmetalle, besonders bevorzugt Palladium, oder auch Zinn verwendet. Der Katalysator kann als Dispersion sowie ionisch in Lösung vorliegen und wird in Form von Partikeln kleiner 100 nm auf der nicht-leitenden Oberfläche abgeschieden. Die Partikel sind bevorzugt sphärisch und haben bevorzugt einen Durchmesser von 1 bis 100 nm, bevorzugt 1 bis 25 nm, besonders bevorzugt 1 bis 10 nm.
Insbesondere, wenn ohne eine weitere Vorbehandlung die Verteilung des Katalysators nicht zufriedenstellend möglich ist, kann die nicht-leitende Oberfläche chemisch oder physikalisch modifiziert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine chemische Modifizierung der nicht-leitenden Oberfläche über Polyelektrolyte, die sowohl zu einer gleichmäßigen Verteilung des Katalysators führen als auch die Selbstorganisation der nachfolgenden Schicht beschleunigen kann. Polyelektrolyte sind wasserlösliche Verbindungen mit großer Kettenlänge (Polymere), die anionische (Polysäuren) oder kationische (Polybasen) dissoziierbare Gruppen tragen.
Bevorzugt werden zur chemischen Modifizierung kationische Polyelektrolyte verwendet, besonders bevorzugt ausgewählt aus Phenolen, Poly-Diallyldimethyl-ammoniumchlorid, Polyethylenimin, Polyvinylamin, Polyvinylpyridin und Polyvinylammoniumchlorid.
Die poröse selbstorganisierte Schicht kann sowohl durch Biopolymere, als auch durch synthetische Polymere hergestellt werden. Unter Selbstorganisation wird dabei verstanden, dass die Schicht aus einzelnen Molekülen besteht, wobei der Bedeckungsgrad größer 75%, bevorzugt über 90%, und bis zu 100% beträgt und die Schichtdicke weitgehend durch die Eigenschaften der Moleküle oder Partikel bestimmt wird. Im einfachsten Fall wird die Schichtdicke über die elektrische Ladung der Moleküle oder Partikel bestimmt, deren Abstoßung eine kontinuierliche Anlagerung an der Oberfläche verhindert. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Molekülen, die räumlich spezifische Bindungsdomänen aufweisen und damit in Form von zweidimensionalen Flächen polymerisieren. Bevorzugt besteht die aufgebrachte selbstorganisierte Schicht aus einer Monolage von Molekülen.
Bevorzugt wird die selbstorganisierte Schicht durch Moleküle mit einer Größe von 1 bis 500 nm gebildet, besonders bevorzugt durch Makromoleküle mit einer Größe von 5 bis 50 nm. Bevorzugt weißt die selbstorganisierte Schicht eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 50 nm auf, besonders bevorzugt 1 bis 10 nm. Bevorzugte Makromoleküle sind selbstorganisierende Biopolymere. Bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Proteine verwendet, die auf Oberflächen Membranen ausbilden können und eine definierte Porenstruktur aufweisen, wobei von außen zugängliche Porensysteme zu einer Oberflächentopographie mit Hinterschneidungen führen. Zur Schichtbildung sind insbesondere S-Layer-Proteine geeignet. Die S-Layer-Proteine können über elektrostatische Wechselwirkungen aber auch durch kovalente Bindungen an der nicht-leitenden Oberfläche des Substrates befestigt werden.
Weiter bevorzugt werden zur Bildung selbstorganisierter Schichten synthetische Polymere verwendet, die sich aufgrund ihrer Ladung zu Schichten kontrollierter Dicke organisieren und entweder auf die mit Katalysator bekeimte Kunststoffoberfläche oder eine bereits zuvor aufgebrachte und ebenfalls mit Katalysator bekeimte Polyelektrolytschicht mit entgegengesetzter Ladung aufbringen lassen. Als synthetische Polymere eignen sich dabei Moleküle (bevorzugt Polyelektrolyte) im Größenbereich zwischen 1 und 100 nm, die aufgrund einer geeigneten Funktionalisierung eine Nettoladung besitzen, die im Vergleich zur Oberflächenladung der nicht-leitenden Oberfläche ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist. Werden die synthetischen Polymere direkt auf die mit Katalysator bekeimte nicht-leitende Oberfläche aufgetragen, sind sie bevorzugt kationisch und bevorzugt aus den oben genannten kationischen Polyelektrolyten ausgewählt. Werden die synthetischen Polymere nach einer Modifizierung der nicht-leitende Oberfläche mit kationischen Polyelektrolyten aufgetragen sind sie bevorzugt anionisch und bevorzugt aus anionischen Polyelektrolyten ausgewählt. Bevorzugte anionische Polyelektrolyte sind Polymere mit freien Säure-, bevorzugt Carbonsäure-, Sulfonsäure- oder Phosphorsäure-, gruppen, wie z. B. Polyacrylsäuren, Polycarbonsäuren, Alginate, Acrylamid-Copolymere, Ligninsulfonate, Pektine, Polyvinylschwefelsäure, Polysaccharide und Polystyrolsulfonat.
Die Poren der selbstorganisierten Schicht sind von der Schichtoberfläche zugänglich und weisen bevorzugt Hinterschneidungen auf. Alternativ zur Temperatureinwirkung kann die Verbindung der Partikel untereinander aber auch zur nicht-leitenden Oberfläche durch Lösungsmittel oder durch eine Kombination von Temperatureinfluss und Lösungsmittel erfolgen. Die Lösungsmittel werden dabei in Abhängigkeit der verwendeten nicht-leitenden Oberfläche gewählt. Beispielsweise wird für Polystyrol und Polymethylmethacrylat bevorzugt Aceton sowie für Polyamid bevorzugt Ameisensäure verwendet.
Wie bereits erwähnt führt eine chemische Metallisierung von selbstorganisierten Nanostrukturen nach dem Stand der Technik zu geringen Haftfestigkeiten der aufgebrachten Metallschichten. Überraschenderweise wurde bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schichten eine deutlich verbesserte Haftfestigkeit festgestellt.
Wichtiges Merkmal der erfindungsgemäß hergestellten metallischen Schicht auf der nichtleitenden Oberfläche des Substrates ist dabei die Durchdringung der auf dem Substrat verankerten, porösen, selbstorganisierten Schicht mit dem abgeschiedenen Metall. Dies wird dadurch erreicht, dass der zur chemischen Metallabscheidung benötigte Katalysator nicht auf sondern unterhalb der selbstorganisierten Schicht abgeschieden wird. Die Vermeidung einer Abscheidung des für die Metallisierung erforderlichen Katalysators auf den erfindungsgemäß abgeschiedenen Schichten ist dabei von großer Bedeutung, da sonst ein Eindringen der Metalle durch frühzeitigen Porenverschluss verhindert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für kleine Poren mit einem Durchmesser kleiner 500 nm, bevorzugt unter 100 nm. Bei durch Säuren strukturierten Substraten nach dem Stand der Technik behindert eine nachträgliche Bekeimung mit einem Katalysator das Eindringen von Metallen in der nachfolgenden chemischen Metallabscheidung dagegen nicht. Die besonderen Eigenschaften der erfindungsgemäßen hergestellten metallhaltigen, selbstorganisierten Schichten waren somit nicht zu erwarten.
Die Metallabscheidung im Schritt c erfolgt bevorzugt chemisch, weiter bevorzugt reduktiv. Besonders bevorzugt erfolgt in Schritt c eine stromlose Metallabscheidung nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Die Metalle, die bevorzugt im Schritt c abgeschieden werden sind bevorzugt ausgewählt aus Nickel, Kupfer, Kobalt, Silber und Gold sowie Mischungen der genannten Metalle. Besonders bevorzugt ist Nickel.
Daran anschließend (in einem optionalen Schritt d) erfolgt bevorzugt eine weitere Metallabscheidung. Diese erfolgt bevorzugt elektrochemisch, insbesondere durch aus dem Stand der Technik bekannte galvanische Verfahren. Die Metalle, die bevorzugt im Schritt d abgeschieden werden sind bevorzugt ausgewählt aus Nickel, Kobalt, Zink, Kupfer und Chrom sowie Mischungen der genannten Metalle.
Vorteilhaft kommen in den Schritten a bis c des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Chrom(VI)-haltigen Chemikalien und bevorzugt auch keine andere Chromverbindungen zur Anwendung.
Auch ein Anätzen der Kunststoffoberfläche wie nach dem Stand der Technik üblich ist im erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend auch ein Bauteil, bevorzugt hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, enthaltend:

a. eine nicht-leitende Oberfläche,
b. auf dem Katalysatorpartikel aufgebracht sind
c. wobei auf und um die Katalysatorpartikel eine Poren enthaltene, selbstorganisierte Schicht aufgebracht ist,
d. wobei die selbstorganisierte Schicht mit Metallen beschichtet ist, wobei die aufgebrachte Metallschicht die Poren der selbstorganisierten Schicht durchdringt.

Unter Durchdringung wird dabei verstanden, dass das Metall nicht nur die Oberfläche der Poren benetzt sondern durch die Poren hindurch eine Verbindung mit den unter der Oberfläche der selbstorganisierten Schicht befindlichen Katalysator-Partikeln eingeht. Damit eignet sich die Erfindung insbesondere für kleine Poren mit einem Durchmesser kleiner 500 nm, bevorzugt unter 100 nm.
Die nicht-leitende Oberfläche, der Katalysator und die selbstorganisierte Schicht, sowie die zur Beschichtung verwendeten Metalle sind bevorzugt wie oben beim Verfahren beschrieben ausgewählt.
Das erfindungsgemäße Bauteil enthält in einer Ausführungsform zusätzlich Polyelektrolyte, die direkt auf der nicht-leitenden Oberfläche aufgebracht sind. Die Polyelektrolyte sind bevorzugt wie oben beim Verfahren beschrieben ausgewählt.
Das erfindungsgemäße Bauteil eignet sich bevorzugt als Ersatz von metallischen Bauteilen in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Sanitärausstattungen sowie für gedruckte elektronische Schaltungen.
Die Erfindung wird nachfolgend durch einige Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.
Ausführungsbeispiel 1
Es wird ein Glasobjektträger (nachfolgend Probe 2 genannt; in einem Gestell) mit 2% Hellmanex III (von Hellma Analytics) bei 60°C gereinigt und anschließend gespült. Der Objektträger wird in einer Polyelektrolytlösung (1–10 g/L Polyethylenimin (PEI) in vollentsalztem Wasser) für 5–20 min getaucht und in vollentsalztem Wasser gespült. Dies wird mit einer 1–10 g/L Polystyrolsulfonatlösung (PSS), in voll entsalztem Wasser wiederholt. Nach Spülen in vollentsalztem Wasser wird noch mal in eine PEI-Lösung unter gleichen Bedingungen getaucht und gespült. Der Objektträger wird 5–30 min in 0,5–3 mM K₂PdCl₄ (Pd-Lösung) getaucht und gespült. Anschließend findet eine Reduktion mit Novingath Reduktor PA (Hypophosphit als Reduktionsmittel) statt. Die Isolierung von S-Layer-Protein von Lysinibacillus sphericus (beispielsweise B53 oder JG A12) ist in der Literatur bei Raff, J. et al. (2003) Chemistry of Materials, 15 (1): 240–244 ausführlich beschrieben. Der Objektträger wird in eine 0,1–5 mg/l S-Layer-Lösung mit 10 mM CaCl₂; 1,5 mM TrisHCl pH 7–9 für 10–30 min getaucht und anschließend gespült. Die Nickelabscheidung erfolgt für 2–6 min mit Noviganth Nickel PA von der Firma Atotech bei 50–60°C.
Es wird nach jedem Tauchschritt mit vollentsalztem Wasser gespült, dies wird nachfolgend nicht mehr explizit erwähnt.
Als Vergleichsprobe (nachfolgend Referenz 1 genannt) wird eine Beschichtung auf einem zweiten Objektträger vorgenommen, jedoch wird nur in das Reinigungsbad und in das Reduktionsbad mit Noviganth Reduktor PA getaucht. Anschließend wird für 2–6 min, identisch zur oben beschriebenen Beschichtung, in das Nickelbad getaucht.
Als weitere Vergleichsprobe (nachfolgend Referenz 2 genannt) wird eine Beschichtung auf einem dritten Objektträger vorgenommen. Dieser Objektträger wird in das Reinigungsbad und anschließend in eine 0,5–3 mM K₂PdCl₄ Lösung getaucht. Wie zur Referenz 1 beschrieben wird mit Reduktor PA reduziert und nachfolgend in das Nickelbad getaucht.
Als weitere Vergleichsprobe (nachfolgend Referenz 3 genannt) wird eine Beschichtung auf einem vierten Objektträger vorgenommen. Diese Beschichtung ist identisch zu der Beschichtung der Probe 2, jedoch ohne S-Layer-Beschichtung.
In 3 sind die Zeiten, die zur Ablösung der Nickelschicht benötigt werden, aufgetragen. In 1 sind die Vorderseiten der Objektträger dargestellt. In 2 die Rückseiten. In 3 ist das Messergebnis graphisch dargestellt. Start der Messung ist jeweils eine geschlossene Nickelschicht (keine Transparenz mehr vorhanden). Endpunkt der Messung ist der Beginn des Ablösens der Nickelschicht an künstlich eingefügten Sollbruchstellen (Gitterschnitt vor Nickelabscheidung). Die Referenz 1 nur mit Reduktionsmittel sowie die Referenz 2 mit Pd und Reduktionsmittel weisen keine Nickelabscheidung auf. Das Pd hat nicht an der Glasoberfläche gebunden. Die Referenz 3 mit der Polyelektrolyt- und Pd-Beschichtung weist eine Nickelabscheidung auf, die sich nach 95 Sekunden ablöst. Die Probe 2 mit S-Layer über dem Palladium weist nach 204 Sekunden eine Ablösung der Nickelschicht auf.
Es zeigt sich, dass die Probe 2 bei der der S-Layer über der Pd-Schicht rekristallisiert, die stabilste Nickelschicht aufweist. Die Referenz 3, bei der das Pd-nach dem Polyelektrolyt abgeschieden wurde, weist die instabilste Nickelabscheidung auf.
Ausführungsbeispiel 2
Als weitere erfindungsgemäße Probe wird ein Glasobjektträger nachfolgend Probe 1 genannt wie in Ausführungsbeispiel 1 (Probe 2) beschrieben hergestellt, jedoch wird nach dem Pd und Reduktionsschritt nicht mit S-Layer sondern mit PSS und PEI beschichtet. Die Polyelektrolytabscheidung nach der Pd-Beschichtung und Reduktion erfolgt mit 1–10 g/L Polystyrolsulfonatlösung (PSS) in vollentsaltztem Wasser für 5–20 min und wird anschließend in vollentsaltztem Wasser gespült. Diese Abscheidung wird mit einer 1–10 g/L Polyethylenimin (PEI) Lösung wiederholt. Nachfolgend wird die Nickelabscheidung für 2–6 min mit dem Noviganth Nickel PA von der Firma Atotech bei 50–60°C durchgeführt. Die Schichtbildung ist in 1 und 2 (Probe 1) und die Ablösung (wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben) in 3 (Probe 1) dargestellt.
Die Abscheidung von Polyelektrolyt nach der Pd-Beschichtung weist eine stabilere Nickelschicht auf, als Referenz 3 (aus Ausführungsbeispiel 1) ohne Überschichtung des Palladiums.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines Substrates, welches eine nicht-leitende Oberfläche aufweist, mit einer metallhaltigen, selbstorganisierten Schicht, mit den Schritten: a. Belegen der nicht-leitenden Oberfläche des Substrates mit einem Katalysator, b. anschließendes Aufbringen einer Poren enthaltenden, selbstorganisierten Schicht, c. Beschichtung mit Metallen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstorganisierte Schicht aus S-Layer-Proteinen, oder Polyelektrolyten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstorganisierte Schicht als Monolage aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle in Schritt c ausgewählt sind aus Gold, Silber, Kupfer und Nickel.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus Platinmetallen, besonders bevorzugt Palladium, ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in Form von Partikeln mit einem Durchmesser kleiner 100 nm aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a eine Beschichtung der nicht-leitenden Oberfläche mit Polyelektrolyten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in Schritt c chemisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend in einem zusätzlichen Schritt d eine galvanische Metallbeschichtung erfolgt.
Bauteil enthaltend: a. eine nicht-leitende Oberfläche, b. auf der Katalysatorpartikel aufgebracht sind c. wobei auf und um die Katalysatorpartikel eine Poren enthaltende, selbstorganisierte Schicht aufgebracht ist, d. wobei die selbstorganisierte Schicht mit Metallen beschichtet ist, wobei die aufgebrachte Metallschicht die Poren der selbstorganisierten Schicht durchdringt.
Bauteil nach Anspruch 10 enthaltend zusätzlich Polyelektrolyte, die direkt auf die nicht-leitende Oberfläche aufgebracht sind.
Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren der selbstorganisierten Schicht einen Durchmesser kleiner 500 nm, bevorzugt kleiner 100 nm, aufweisen.
Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 10 bis 12 in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Sanitärausstattungen sowie als gedruckte elektronische Schaltung.