DE102015122747A1 - Beschichtungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines Substrats (7), das ein oder mehrere Filamente (102) aufweist; Beschichten (1100a, 1100b) des Substrats (7) mittels thermischen Verdampfens eines Beschichtungsmaterials (5, 11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren.
  • Im Allgemeinen können Substrate beschichtet werden, um diese zu funktionalisieren, d.h. um deren elektrische, chemische oder mechanische Eigenschaften zu verändern. Beispielsweise kann das Substrat ein mechanisch stabiles und/oder wirtschaftlich günstiges Gerüst bereitstellen, welches mittels einer Beschichtung funktionalisiert wird. Zur Herstellung gasdurchlässiger, z.B. perforierter oder gewebter, Bauteile können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften des Substrats mit den funktionellen der Schicht kombiniert werden um somit hochleistungsfähige Bauteile kostengünstig bereitzustellen.
  • Sogenannte Gas-Diffusions-Layer (GDL) bilden eine wichtige Komponente in Brennstoffzellen. Die GDL sorgen ausgehend von den Bipolarplatten für eine gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase, wie Brennstoff auf der Anodenseite und Sauerstoff oder Luft auf der Kathodenseite. Sie benötigen daher eine möglichst hohe Gaspermeabilität (Gasdurchlässigkeit) und gute elektrische und mechanische Eigenschaften. Herkömmlicherweise werden GDL aus Kohlenstofffilz (so genanntes Carbon Paper) hergestellt, welches eine Vielzahl unregelmäßig angeordneter Kohlenstofffasern aufweist, welche die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften ermöglichen. Die Herstellung solcher GDL aus Kohlenstofffasern ist allerdings kostenintensiv und aufwändig.
  • Um die Kosten zu senken, werden herkömmlicherweise gaspermeable Kunststoffsubstrate mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet, um diese elektrisch leitfähig zu machen. Herkömmlicherweise wird zur Beschichtung die Galvanik, die chemische Gasphasenabscheidung oder die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern) verwendet. Diese Verfahren sind allerdings unwirtschaftlich, wenn hohe Durchsätze und/oder dicke Schichten erforderlich sind, da diese zu langsam ablaufen oder zu viele Prozesseinheiten benötigen.
  • Ferner wird zur Kathodenzerstäubung ein Plasma benötigt, welches einen hohen Anteil UV-Strahlung erzeugt, Ionen mit hohen kinetischen Energien aufweist und eine hohe thermische Belastung erzeugt. Die UV-Strahlung und die hohen Energien der chemisch angeregten und ionisierten Atome greifen das Kunststoffsubstrat an und führen leicht zur Zerstörung der Polymerketten an der Oberfläche und in tieferen Bereichen des Kunststoffsubstrats. Die Kunststoffsubstrate können ferner durch die hohe thermische Belastung infolge des Plasmaprozesses mechanisch instabil werden und ihre strukturelle Integrität verlieren, was diese funktionstüchtig macht.
  • Alternativ werden herkömmlicherweise gaspermeable Metallsubstrate verwendet, welche intrinsisch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Allerdings kann deren Oberfläche eine native Oxidationsschicht aufweisen bzw. unter den korrosiven Bedingungen, welche in einer Brennstoffzelle herrschen, einen korrosiven Belag ausbilden, wodurch jeweils der Kontaktwiderstand zu den angrenzenden Bauteilen nachteilig erhöht wird. Dies führt wiederrum zu einer Verschlechterung der Leistungsausbeute, und reduziert die Lebensdauer der Brennstoffzellen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, welches eine Beschichtung bereitstellt, ohne das Substrat zu stark zu belasten. Beispielsweise kann das Substrat beschichtet werden, ohne UV-Strahlungen ausgesetzt zu sein. Alternativ oder zusätzlich können die zur Beschichtung beitragenden Beschichtungsteilchen geringere Energien aufweisen und eine geringere thermische Belastung des Substrats verursachen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auf ein polymerbasiertes Filament (oder mehrere Filamente, z.B. als Netz oder Gewebe), welches intrinsisch nicht elektrisch leitfähig ist, eine funktionelle Schicht aufgebracht sein oder werden, welche hinreichend gute elektrische Eigenschaften und eine hohe mechanische Haftung zum Filament aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann auf ein metallbasiertes Filament (z.B. edelstahlbasierte Meshes) eine chemisch stabile Schutzschicht aufgebracht sein oder werden, welche optional dessen native Oxidschicht ersetzt, so dass eine Lebensdauer des metallbasierten Filaments unter korrosiven Umgebungen vergrößert wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektronenstrahlbasierte Funktionalisierung von Filamenten zur Modifizierung derer elektrischer, chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften bereitgestellt. Mit anderen Worten kann ein polymerbasiertes Filament-Substrat und/oder ein metallbasiertes Filament-Substrat beschichtet werden. Das Substrat kann ein Einzelfilament-Substrat sein oder mehrere Filamente aufweisen, z.B. in Form in Form von Meshes (feinen Maschen, Netzen), z.B. ein Kunststoffnetz, Kunststoffgewebe, Metallnetz und/oder Metallgewebe ("plastic meshes" oder "metal meshes", auch als „Wire Nets“ bezeichnet).
  • Das Beschichten des Substrat kann derart bereitgestellt sein oder werden, dass eine anschaulich möglichst dichte und fehlerfreie funktionelle Schicht aufgebracht sein oder werden kann, welche einen leitfähigen Strompfad von der Unterseite des Substrats zur Oberseite des Substrats und/oder eine lückenlosen Schutz des Substrat bereitstellt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines Substrats, das ein oder mehrere Filamente (mit anderen Worten zumindest ein Filament) aufweist; Beschichten des Substrats mittels thermischen Verdampfens eines Beschichtungsmaterials.
  • Das Substrat kann anschaulich ein einzelnes Filament, z.B. einen Draht, einen Faden, und/oder eine Faser oder ähnliches, aufweisen oder daraus gebildet sein (Einzelfilament-Substrat). Alternativ kann das Substrat mehrere Filamente, z.B. mehrere Drähte, mehrere Fäden, und/oder mehrere Fasern oder ähnliches, aufweisen oder daraus gebildet sein (Mehrfachfilament-Substrat). Die mehreren Filamente können mehrere Maschen aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. in Form eines Gestricks, eines Geflechts, eines Gewebes oder eines Netzes. Die Maschen, bzw. die mehreren Filamente, können regelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein, d.h. als technologische Maschen (z.B. eine maschinell erzeugte Filamentstruktur, z.B. Gewebegut und/oder Gestrickgut). Alternativ können die mehreren Filamente eine unregelmäßige Filamentstruktur aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. dass die Filamente eine unregelmäßige Anordnung und Ausrichtung aufweisen, z.B. in Form eines Filzes oder Vlieses.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das das thermische Verdampfen mittels einer Elektronenquelle (z.B. eine Elektronenstrahlquelle) erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Verdampfen auch mittels einer Lichtquelle (z.B. eine Laserquelle), einer Lichtbogenquelle, einer Wärmestrahlungsquelle, einer Stromquelle (z.B. resistiv und/oder induktiv) und/oder einer Molekularstrahlepitaxie-Quelle erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum thermischen Verdampfen dem Beschichtungsmaterial thermische Energie zugeführt werden. Mittels des Zuführens von thermischer Energie kann der Dampfdruck des Beschichtungsmaterials (bei konstantem Druck und konstanter Temperatur, z.B. bezogen auf den vorherrschenden Druck (z.B. Prozessdruck) und Raumtemperatur) derart erhöht (z.B. mehr als ungefähr verdoppelt, verdreifacht, vervierfacht, verfünffacht, verzehnfacht, oder mehr als ungefähr verhundertfacht) werden, dass sich z.B. eine für Beschichtungszwecke geeignete Verdampfungsrate einstellt (erreicht wird). Überschreitet der Dampfdruck des Beschichtungsmaterials den vorherrschenden Druck (d.h. welcher das Beschichtungsmaterial umgibt, d.h. den Umgebungsdruck des Beschichtungsmaterials) geht das Beschichtungsmaterial in eine Dampfphase über (und breitet sich aus, d.h. stellt einen Materialdampfstrom bereit). Mit anderen Worten kann ein Dampfdruck des Beschichtungsmaterials während des thermischen Verdampfens und/oder während des Beschichtens (z.B. mehr als ungefähr zweimal, dreimal, viermal, fünfmal, zehnmal, oder z.B. mehr als ungefähr hundertmal) größer sein als der vorherrschende Druck. Dabei kann die Verdampfungsrate (kann auch als Dampfrate bezeichnet werden) kontinuierlich mit steigender Temperatur des Beschichtungsmaterials zunehmen, ohne dass es einen festen Übergangspunkt gibt.
  • Beispielsweise kann die thermische Energie in dem Beschichtungsmaterial gebildet werden, z.B. indem eine andere Energie von dem Beschichtungsmaterial aufgenommen und in thermische Energie umgewandelt wird. Beispielsweise kann eine elektrische Energie (z.B. mittels eines elektrischen Stroms) in thermische Energie umgewandelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann Strahlungsenergie (z.B. mittels Licht, Elektronenstrahlung oder mittels Wärmestrahlung) in thermische Energie umgewandelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Energie von außen in das Beschichtungsmaterial eingebracht werden, z.B. mittels eines Wärmetauschers oder einer thermisch-Wärmequelle.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat beidseitig beschichtet werden, z.B. von genau einer Seite aus oder von zwei einander gegenüberliegenden Seiten aus.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichtungsmaterial ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichtungsmaterial ein erstes Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, welches Chrom, Kupfer, Titan, Gold, Silber und/oder Platin aufweist oder daraus gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Beschichtungsmaterial ein zweites Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, welches Kohlenstoff und/oder Stickstoff aufweist oder daraus gebildet ist. Das erste Beschichtungsmaterial kann zum Bilden einer Stromsammlerschicht und/oder einer Haftvermittlungsschicht eingerichtet sein. Das zweite Beschichtungsmaterial kann zum Bilden einer Schutzschicht, d.h. anschaulich einer besonders widerstandfähigen Schicht eingerichtet sein.
  • Eine mittels des Beschichtens gebildete Schicht kann das erste Beschichtungsmaterial und/oder das zweite Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht mehrere Teilschichten aufweisen, von denen zumindest eine das erste Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist und zumindest eine andere das zweite Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Beschichtungsmaterial (bzw. die Schicht, z.B. zumindest eine Teilschicht) ein Nitrid und/oder ein Karbid aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Beschichtungsmaterial (bzw. die Schicht, z.B. zumindest eine Teilschicht) Kohlenstoff in zumindest einer der folgenden Kohlenstoffkonfigurationen aufweisen oder daraus gebildet sein: Graphit; amorpher Kohlenstoff; tetraedrischer Kohlenstoff; diamantähnlicher Kohlenstoff; Diamant; amorph-tetraedrischem Kohlenstoff; und/oder nanokristalliner Kohlenstoff, z.B. nanokristalliner Graphit. Optional kann in dem Kohlenstoff Wasserstoff aufgenommen sein (d.h. eine mit Wasserstoff versetzte Kohlenstoffkonfiguration).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichtungsmaterial (bzw. die Schicht, z.B. zumindest eine Teilschicht) elektrisch leitfähig sein. Mit anderen Worten kann das Beschichtungsmaterial (bzw. die Schicht, z.B. zumindest eine Teilschicht), z.B. das erste Beschichtungsmaterial, eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von größer als ungefähr 106 S/m aufweisen, z.B. größer als ungefähr 2·106 S/m, z.B. größer als ungefähr 5·106 S/m, z.B. größer als ungefähr 107 S/m, z.B. größer als ungefähr 2·107 S/m, z.B. größer als ungefähr 5·107 S/m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 107 S/m bis ungefähr 10·107 S/m.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Beschichtungsmaterial (bzw. die Schicht, z.B. zumindest eine Teilschicht) eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von kleiner als ungefähr 106 S/m aufweisen, z.B. von größer als 104 S/m, z.B. größer als 105 S/m.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beim Beschichten des Substrats eine Schicht gebildet sein oder werden, welche sich zusammenhängend auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats erstreckt und/oder elektrisch leitfähige Verbindungspfade zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Substrates ausbildet. Die Schicht kann anschaulich möglichst wenig porös sein oder anschaulich möglichst dicht. Damit kann eine möglichst große Funktionalisierung erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Porosität der Schicht (d.h. das Volumen von Hohlräumen in der Schicht zu dem Volumen der Schicht) kleiner sein als ungefähr 50%, z.B. kleiner als ungefähr 25%, z.B. kleiner als ungefähr 10%, z.B. kleiner als ungefähr 5%, z.B. kleiner als ungefähr 1%. Damit kann anschaulich ein möglichst großer Funktionalisierungsgrad erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht einen Großteil einer Oberfläche des Substrats (d.h. des einen oder der mehreren Filamente) bedecken, d.h. mehr als ungefähr 50% der Oberfläche des Substrats (Bedeckungsgrad), z.B. mehr als ungefähr 60%, z.B. mehr als ungefähr 70%, z.B. mehr als ungefähr 80%, z.B. mehr als ungefähr 90%, z.B. mehr als ungefähr 95%, z.B. mehr als ungefähr 99%. Damit kann anschaulich ein möglichst großer Funktionalisierungsgrad erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat aus mehreren (oder entlang mehrerer) Richtungen beschichtet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat mittels mehrerer thermisch-Verdampfen-Vorrichtungen und/oder mehrerer thermisch-Verdampfen-Quellen beschichtet werden. Damit kann ein möglichst großer Bedeckungsgrad erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine thermisch-Verdampfen-Vorrichtung eine thermisch-Verdampfen-Quelle oder mehrerer thermisch-Verdampfen-Quellen aufweisen. Jede thermisch-Verdampfen-Quelle kann zum Verdampfen eines Beschichtungsmaterials eingerichtet sein. Zwei thermisch-Verdampfen-Quellen können einander in zumindest einem Beschichtungsmaterial unterscheiden. Mit anderen Worten kann eine thermisch-Verdampfen-Vorrichtung zum Verdampfen eines Beschichtungsmaterials oder mehrerer Beschichtungsmaterialien eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können zumindest zwei Richtungen der mehreren Richtungen beim Beschichten des Substrats einen Winkel von mehr als 60° einschließen. Beispielsweise kann der Winkel, aus dem (oder entlang dessen) beschichtet wird, kontinuierlich verändert werden, z.B. indem das Substrat durch einen Dampfausbreitungsbereich hindurch transportiert wird. Der Dampfausbreitungsbereich kann anschaulich den Bereich bezeichnen in den sich das Beschichtungsmaterial ausbreitet, d.h. durch welchen der Materialdampf hindurch strömt.
  • Zum Beschichten kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels des thermischen Verdampfens ein Materialdampfstrom (strömender Materialdampf) bereitstellt sein oder werden. Der Materialdampfstrom kann eine Ausbreitungscharakteristik aufweisen, welche von einer Haupt-Ausbreitungsrichtung und einer mittleren Abweichung von der Haupt-Ausbreitungsrichtung (z.B. um einen Winkel und/oder um einen Raumwinkel) definiert ist.
  • Die Haupt-Ausbreitungsrichtung kann eine Richtung bezeichnen, in welche sich die Bestandteile (z.B. Dampfteilchen) des Materialdampfstroms im Mittel (d.h. der Schwerpunkt des Materialdampfstroms) im zeitlichen Verlauf bewegt. Der Schwerpunkt des Materialdampfstroms (z.B. einer Vielzahl von Dampfteilchen oder einer räumlichen Verteilung von Dampfteilchen) kann als ein mit der Masse der Dampfteilchen gewichtetes Mittel der Positionen der Dampfteilchen beschreiben. Anders ausgedrückt, kann die Haupt-Ausbreitungsrichtung die Richtung des mit der Masse der Dampfteilchen gewichteten Mittels der Geschwindigkeitsvektoren der Dampfteilchen bezeichnen. Die mittlere Abweichung von der Haupt-Ausbreitungsrichtung kann als eine mit der Masse der Dampfteilchen gewichtete Standardabweichung (der Bewegungsrichtungen der einzelnen Dampfteilchen) um die Haupt-Ausbreitungsrichtung verstanden werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mittlere Abweichung von der Haupt-Ausbreitungsrichtung größer sein als ungefähr 60°, z.B. größer als ungefähr 70°, z.B. größer als ungefähr 75°, z.B. größer als ungefähr 80°, z.B. größer als ungefähr 85°, z.B. z.B. kann die mittlere Abweichung ungefähr 90° sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das thermische Verdampfen mittels mehrerer thermisch-Verdampfung-Quellen erfolgen, von denen jede thermisch-Verdampfung-Quelle eine Ausbreitungscharakteristik aufweist. Zumindest zwei thermisch-Verdampfung-Quellen der mehreren thermisch-Verdampfung-Quellen können sich in deren Haupt-Ausbreitungsrichtung um mehr als ungefähr 60° unterschieden, z.B. mehr als ungefähr 70°, z.B. mehr als ungefähr 75°, z.B. mehr als ungefähr 80°, z.B. mehr als ungefähr 85°, z.B. um ungefähr 90°.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Filament oder die Filamente ein Polymer und/oder ein Metall aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat elektrisch leitfähig sein, z.B. wenn zumindest ein Filament elektrisch leitfähig ist, z.B. wenn das zumindest eine Filament ein Metall aufweist oder daraus gebildet ist. Alternativ kann das Substrat elektrisch isolierend sein, z.B. wenn alle Filamente des Substrats elektrisch isolierend sind, z.B. wenn alle Filamente des Substrats ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden einer Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle unter Verwendung des Substrats. Beispielsweise kann die Gasdiffusionsschicht aus dem Substrat gebildet (z.B. durch Funktionalisierung und/oder Einsatz in eine Brennstoffzelle) werden. Das Substrat kann anschaulich einen Träger (z.B. ein mesh) bilden, welcher in eine Brennstoffzelle eingebaut werden kann und dort die Funktion der Gasdiffusionsschicht übernimmt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Beschichtens eine Schicht auf dem Substrat gebildet werden, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats jeweils eine Dicke von mehr als eine Mindestschichtdicke aufweist, wobei die Mindestschichtdicke größer ist als ungefähr 100 nm, z.B. größer als ungefähr 150 nm, z.B. größer als ungefähr 200 nm, z.B. größer als ungefähr 300 nm, z.B. größer als ungefähr 400 nm, z.B. größer als ungefähr 500 nm, z.B. größer als ungefähr 750 nm, z.B. größer als ungefähr 1 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1 µm.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht entlang eines geschlossenen Pfades, welcher sich um zumindest ein Filament des Substrats herum erstreckt eine Ausdehnung quer zu dem Pfad (d.h. ein Schichtdicke) aufweisen von größer als die Mindestschichtdicke. Anschaulich kann die Schicht die Mindestschichtdicke nicht unterschreiten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten derart eingerichtet sein, dass eine Schicht auf dem Substrat gebildet wird, welche zumindest zwei Teilschichten aufweist, die sich in zumindest ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Beispielsweise kann eine Teilschicht eine Stromsammlerschicht aufweisen oder daraus gebildet sein, kann eine andere Teilschicht eine Haftvermittlerschicht aufweisen oder daraus gebildet sein und/oder kann eine noch andere Teilschicht eine Schutzschicht aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die zwei Teilschichten in zumindest einer weiteren Schichteigenschaft (Eigenschaft des Schichtgefüges) unterscheiden, z.B. in zumindest einer von folgenden Schichteigenschaften: ihrer Dichte, ihrer Porosität (falls vorhanden), ihrer mechanischen Härte, ihrer Schichtdicke, ihrer mittleren Porengröße (falls vorhanden), ihrer mittleren Dichte der Poren (falls vorhanden), ihrer elektrischen Leitfähigkeit; ihrer Gaspermeabilität; ihrer Permittivität, oder ihrer chemischen Reaktivität.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Druck (Prozessdruck), in dem das Beschichten erfolgt, in einem Bereich von ungefähr 1·10–5 Millibar bis ungefähr von bis 8·10–4 Millibar (mbar) eingestellt und/oder geregelt werden. Beispielsweise kann der Prozessdruck mittels eines gestellten und/oder geregelten Gaseinlasses (z.B. bei konstanter Pumpleistung) eingestellt und/oder geregelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht einen Gradienten in zumindest einer Schichteigenschaft aufweisen (dann auch als Gradientenschicht bezeichnet), z.B. in zumindest einer von folgenden Schichteigenschaften: ihrer Dichte, ihrer Porosität (falls vorhanden), ihrer mechanischen Härte, ihrer Schichtdicke, ihrer mittleren Porengröße (falls vorhanden), ihrer mittleren Dichte der Poren (falls vorhanden), ihrer elektrischen Leitfähigkeit; ihrer Gaspermeabilität; ihrer Permittivität, ihrer chemischen Reaktivität, oder ihrer chemischen Zusammensetzung.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Metall (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) zumindest ein metallisches Element (d.h. ein oder mehrere metallische Elemente) aufweisen (oder daraus gebildet sein), z.B. zumindest ein Element aus der Folgenden Gruppe von Elementen: Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Platin (Pt), Gold (Au), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Barium (Ba), Indium (In), Calcium (Ca), Hafnium (Hf), Samarium (Sm), Silber (Ag), und/oder Lithium (Li).
  • Optional kann ein Metall eine metallische Verbindung (z.B. eine intermetallische Verbindung oder eine Legierung) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Verbindung aus zumindest zwei metallischen Elementen (z.B. aus der Gruppe von Elementen), z.B. eine Verbindung wie Bronze oder Messing. Alternativ oder zusätzlich kann ein Metall eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element (z.B. aus der Gruppe von Elementen) und mindestens einem nichtmetallischen Element (z.B. Kohlenstoff), z.B. eine Verbindung wie Stahl.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Metall eine thermische Leitfähigkeit größer als 10 W/(m·K) aufweisen, z.B. größer als 50 W/(m·K).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein oder mehrere Filamente eines Textils aufweisen oder daraus gebildet sein (d.h. Textilfilamente, z.B. Textilfäden oder Textilfasern). Ein oder mehrere Filamente des Substrats können ein organisches Material aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Wolle, Leinen, Flachs, Hanf, Kamelhaar, Seide, Viskose und/oder Baumwolle. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Filamente des Substrats ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Elasthan, Polyester, Polyamid, Polyimid, Aramid, Polyacrylnitril, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethan, oder Ähnliches. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Filamente des Substrats ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Silber und/oder Kupfer, welche in das Textil eingearbeitet sind.
  • Beispielsweise kann das Substrat ein Textilgewebe und/oder ein Textilgestrick aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Stoff. Beispielsweise können z.B. ein oder mehrere elektrisch isolierende Textilfilamente (z.B. Polymerfasern, tierische und/oder pflanzliche Fasern) mittels eines elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterial beschichtet sein oder werden. Das eine oder die mehreren beschichteten Textilfilamente können z.B. in einem Funktionstextil verwendet werden (d.h. Textilien, welche eine Funktion bereitstellen, wie z.B. antibakteriell, wärmend, energieerzeugend, usw.).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein beschichtetes Textilfilament nach dem Beschichten in ein Textil eingefügt (eingearbeitet) werden, z.B. mittels Webens oder Strickens. Das beschichtete Textilfilament kann dann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Bereichen des Textils bereitstellen, z.B. eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Energieversorgungsverbindung, z.B. für Smart-Textilien, energieerzeugende Textilien, sensorische Textilien, wärmende/heizende Textilien, usw.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das beschichtete Textilfilament eine antibakterielle Wirkung entfalten, indem dieses z.B. Metallionen in das umliegende Textil abgibt. Dies kann beispielsweise für Hochleistungstextilien verwendet werden, wie z.B. Sporttextilien, und/oder für Verbandsmittel.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein fertiges Textil beschichtetet werden. Das beschichtete Textil kann dann z.B. eine antibakterielle Wirkung entfalten und/oder eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Bereichen des Textils bereitstellen, z.B. eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Energieversorgungsverbindung, z.B. für intelligente Textilien (Smart-Textilien), energieerzeugende Textilien, sensorische Textilien, wärmende/heizende Textilien, usw.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein metallisches Filament mit einer Schutzschicht beschichtet sein oder werden, welches nach dem Beschichten in ein Textil eingearbeitet sein oder werden kann. Das beschichtete Textilfilament kann dann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Bereichen des Textils bereitstellen und gegenüber korrosiven Umgebungen, wie z.B. Schweiß in Sporttextilien oder Hitze in Schutztextilien, widerstandsfähiger sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Schutzschicht ein Oxid (z.B. ein Metalloxid), eine Keramik, ein Glas, ein Nitrid (z.B. ein Metallnitrid), ein Karbid (z.B. ein Metallkarbid) und/oder Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (z.B. Graphit, amorpher Kohlenstoff, tetraedrischer Kohlenstoff, diamantähnlicher Kohlenstoff, Diamant, amorph-tetraedrischem Kohlenstoff, und/oder nanokristalliner Kohlenstoff) aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Stromsammlerschicht eine elektrische Leitfähigkeit von größer als ungefähr 106 S/m aufweisen, z.B. größer als ungefähr 2·106 S/m, z.B. größer als ungefähr 5·106 S/m, z.B. größer als ungefähr 107 S/m, z.B. größer als ungefähr 2·107 S/m, z.B. größer als ungefähr 5·107 S/m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 107 S/m bis ungefähr 10·107 S/m. Eine Stromsammlerschicht kann ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Haftvermittlungsschicht ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, welches z.B. eingerichtet ist mit einem Material eines Filaments und/oder mit einem Material einer darauf aufgebrachten Schicht (oder Teilschicht) eine chemische Verbindung einzugehen. Die Haftvermittlungsschicht kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Gradientenschicht aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Optional kann die Haftvermittlungsschicht einen Gradienten in ihrer chemischen Zusammensetzung aufweisen, z.B. entlang einer Richtung weg von dem Filament. Beispielsweise kann eine erste chemische Zusammensetzung nahe dem Filament sich von einer zweiten chemischen Zusammensetzung weiter weg von dem Filament unterscheiden. Die Haftvermittlungsschicht kann beispielsweise mehrlagig gebildet sein oder werden (d.h. mehrere Teilschichten aufweisen). Die zweite chemische Zusammensetzung kann beispielsweise einer chemischen Zusammensetzung der darauf aufgebrachten Schicht (oder Teilschicht) ähneln oder gleich zu dieser sein.
  • Optional kann die Haftvermittlungsschicht porös sein, so dass sich eine darauf aufgebrachte Schicht mechanisch mit dieser verbinden kann (anschaulich verhaken).
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1A und 1B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht;
  • 2A und 2B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht;
  • 3 und 4 jeweils eine Schichteigenschaft in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm;
  • 5A und 5B jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 6A und 6B jeweils eine Stapeleinheit einer Brennstoffzelle in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht;
  • 7A und 7B jeweils eine Beschichtungsanordnung in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 8A und 8B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 9A und 9B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 10A und 10B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 11A und 11B jeweils ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
  • 12A ein Substrat in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht; und
  • 12B ein Verfahren in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Elektronenstrahl-basierte (z.B. beidseitige) Abscheidung von Funktionsschichten (Beschichtung) auf Meshes (Netzstruktur) mit guter Haftung bereitgestellt werden, welche einen niedrigen elektrische Widerstand aufweisen, ohne dabei die Netzstruktur nachhaltig zu beeinträchtigen oder zu zerstören und/oder ohne dabei die Netzstruktur in ihrer ursprünglichen mechanisch Eigenschaft zu beeinträchtigen oder zu zerstören.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auf Grundlage der Elektronenstrahlverdampfung eine Rundumbeschichtung erfolgen. Im Vergleich zur Sputtertechnologie liefert die Elektronenstrahlverdampfung niedrigere Teilchenenergien, die bei Kondensation auf dem Substrat einen geringeren Energieeintrag bewirken und im Fall der dünnen Filamente keine Veränderungen von Materialeigenschaften sowie keine störende Deformation und/oder Zerstörung der Netzstruktur bewirken. Mit anderen Worten kann Struktur und Form der Netzstruktur während des Beschichtens erhalten bleiben.
  • Unter korrosiven Bedingungen verschlechtern sich die elektrischen Eigenschaften von reinen Metallschichten oder Metallsubstraten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine künstliche Passivierungsschicht (Schutzschicht) zur Verbesserung des Korrosionsschutzes bereitgestellt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schutzschicht ein Nitrid (wie z.B. TiN und/oder CrN), ein Karbid (wie z.B. TiC und/oder CrC) aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzschicht amorphen Kohlenstoff (a-C) mit einem sp2-Anteil von mehr als ungefähr 60% aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. mit einem sp2-Anteil von mehr als ungefähr 70%, z.B. mit einem sp2-Anteil von mehr als ungefähr 80%, z.B. mit einem sp2-Anteil von mehr als ungefähr 90%.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht (z.B. eine Schutzschicht, z.B. eine Kohlenstoffschicht) einen Bereich aufweisen oder mehrere Bereiche aufweisen, welche sich in deren Kohlenstoffkonfiguration (Bindungsstruktur des Kohlenstoffs oder Zusammensetzung aus sp2 und sp3 hybridisierten Kohlenstoff) unterscheiden. Beispielsweise können die Bereiche der Schicht Graphit (mit einem Anteil von sp2 hybridisierten Kohlenstoff von mehr als 90 at %), nanokristallinen Graphit (mit einer Korngröße des Graphits von 1 nm bis zu 100 nm), sogenannten amorphen Kohlenstoff (mit einem Anteil von sp2 hybridisierten Kohlenstoff in einem Bereich von ungefähr 70 at % bis ungefähr 90 at %) oder tetraedrischen Kohlenstoff (mit einem Anteil von sp3 hybridisierten Kohlenstoff von mehr als 40 Anschlussterminal %) aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftung der Schutzschicht auf einem Metallsubstrat verbessert sein oder werden. Dazu kann eine Haftvermittlungsschicht bereitgestellt sein oder werden, welche zwischen dem Substrat und der Schutzschicht angeordnet ist oder wird. Anschaulich kann eine direkte Abscheidung von Kohlenstoff auf den Filamenten zu einer schlechten Haftung des Kohlenstoffs auf den Filamenten führen, welche mittels einer Haftvermittlungsschicht (z.B. einer Metallschicht als Zwischenschicht) vergrößert werden kann. Die Haftvermittlungsschicht kann ein Material mit hoher chemischer Affinität zum Kohlenstoff und/oder zum Filament aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weisen a-C-Schichten gute Hydrophobie-Eigenschaften, z.B. mit einem Wasserkontaktwinkel von größer als ungefähr 90°, auf, was bei der Verwendung von GDL in Brennstoffzellen von Vorteil sein kann. Anschaulich kann die Schicht wasserabweisend (hydrophob) sein, wobei das von der Partikelschicht abperlende Wasser mögliche Korrosionsareale minimiert und in der GDL nicht stagniert, so dass der Gasfluss bzw. die Gasflussversorgung störungsfrei und/oder effektiv ablaufen kann. Anschaulich kann dadurch vermieden werden, dass vom Wasser benetzte Oberflächen den Gasfluss stören, z.B. behindern, und damit die elektrische Zellspannung reduzieren.
  • Beispielsweise kann eine Gasdiffusionsschicht (GDL) herstellbar sein, welche anschaulich eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit und/oder hohe Hydrophobie (Wasserabweisung) aufweist. Beispielsweise können intrinsisch nicht hydrophobe Polymergewebe oder intrinsisch nicht hydrophobe Metallgewebe mittels der Feststoffpartikel beschichtet sein oder werden. Die auf dem Polymergewebe und/oder Metallgewebe abgeschiedene Schicht kann eine Oberflächenfunktionalisierung bzw. Oberflächenstrukturierung bereitstellen, welche anschaulich eine gute elektrische Leitfähigkeit und einen hohen Korrosionsschutz ermöglichen, was zu einer verbesserten Brennstoff-Zellperformance (z.B. Energieausbeute und/oder elektrischer Leistung) führt. Anschaulich kann die Schicht wasserabweisend (hydrophob) sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen von leitfähigen Netzstrukturen (Gewebe/Netzstrukturen) durch Beschichten von gewebe-/netzförmigen Substraten mit elektrisch leitfähigen Schichten bereitgestellt, wobei ein thermisches Bedampfungsverfahren zum Beschichten eingesetzt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Elektronenstrahl-Bedampfung zum Beschichten eingesetzt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in einem ersten Teilschritt (erstes Beschichten) eine Metallschicht (oder Metall-Teilschicht) aufgedampft sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Metallschicht aufgedampft werden, welche mindestens eines der Elemente Cr, Cu, Ti, Au, Ag, Pt aufweist oder daraus gebildet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in einem zweiten Teilschritt (zweites Beschichten) eine Schicht (oder Teilschicht) aufgedampft sein oder werden, welche ein Nitrid, ein Karbid und/oder amorphen Kohlenstoff aufweist oder daraus gebildet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat während des Beschichtens (z.B. während des ersten Beschichtens und/oder während des zweiten Beschichtens) an einer oder mehreren Dampfquellen (thermisch-Verdampfung-Quellen) vorbeibewegt und dabei aus unterschiedlichen Winkelrichtungen (Bedampfungswinkeln) bedampft werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bedampfungswinkel bei Bewegung des Substrats entlang eines Transportpfades um einen Betrag größer als ungefähr 60° variieren, z.B. größer als ungefähr 70°, z.B. größer als ungefähr 75°, z.B. größer als ungefähr 80°, z.B. größer als ungefähr 85°. Der Bedampfungswinkel kann einen Winkel zwischen einer Dampfausbreitungsrichtung und einer Substrat-Ebene bezeichnen, welche entlang des Transportpfades erstreckt ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bedampfung von beiden Seiten des Substrats (z.B. eines Mesh-Substrats) erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bedampfung bei einem Druck im Bereich 8·10–5 bis 8·10–4 mbar erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektrisch leitfähige Gewebe-/Netzstruktur bereitgestellt, welche ein Polymer-Netz/Gewebe (Polymer-Mesh-Substrat) und eine darauf aufgebrachte leitfähige Schicht aufweist, wobei die Schicht in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen gebildet ist oder wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beidseitig ein mit Chrom Beschichten (Aufbringen einer Chromschicht) mit einem planaren Dickenäquivalent in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1000 nm bereitgestellt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine beidseitig aufgebrachte Deckschicht aus amorphem Kohlenstoff bereitgestellt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Flächenkontaktwiderstand des gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschichteten Substrats (bei beidseitiger Kontaktierung) kleiner als 30 mOhm cm2 sein, z.B. kleiner als 10 mOhm cm2.
  • 1A und 1B veranschaulichen jeweils ein Substrat 7 in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht, wobei das Substrat 7 eine unregelmäßige Filamentstruktur 100a aufweisen oder daraus gebildet sein kann und/oder eine regelmäßige Filamentstruktur 100b aufweisen oder daraus gebildet sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7 mehrere Filamente 102 aufweisen. Das Substrat 7 kann in einer Ebene (Substrat-Ebene) erstreckt sein, z.B. in einer von der Richtung 101 und der Richtung 103 aufgespannten Ebene. Die mehreren Filamente 102 können sich jedes entlang der Substrat-Ebene erstrecken.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Filamente 102 ein Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer), z.B. ein organisches Polymer (z.B. ein pflanzliches Material oder ein tierisches Material), und/oder ein Metall aufweisen.
  • Die mehreren Filamente 102 können, wie in 1A veranschaulicht ist, unregelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein, d.h. in variierenden Abständen zueinander und/oder in variierenden Winkeln zueinander. Beispielsweise kann das Substrat mehrere unregelmäßige (z.B. unregelmäßig geformt und/oder angeordnete) Maschen 122 aufweisen, welche von den Filamenten 102 gebildet sind. Die Maschen 122 können einen Abstand voneinander 102p und/oder eine Ausdehnung 102p aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm.
  • Alternativ können die mehreren Filamente 102, wie in 1B veranschaulicht ist, regelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Beispielsweise kann das Substrat mehrere regelmäßige (z.B. regelmäßig geformt und/oder angeordnete) Maschen 122 aufweisen, welche von den Filamenten 102 gebildet sind, z.B. technologische Maschen 122. Die Maschen 122 können eine Periodizität 112p und/oder eine Ausdehnung 112p aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm.
  • Die mehreren Filamente 102 können Verbindungsstellen 104 aufweisen, in denen zumindest zwei Filamente der mehreren Filamente 102 miteinander verbunden sind, z.B. stoffschlüssig und/oder formschlüssig. Beispielsweise können die zwei Filamente in der Verbindungsstelle 104 verklebt, gesintert und/oder vulkanisiert sein.
  • Ein Gewebe 100b oder ein Gestrick kann beispielsweise formschlüssig miteinander verbundene Filamente 102 aufweisen (vergleiche 1B). Beispielsweise kann eine erste Vielzahl Filamente entlang einer ersten Richtung 101 ausgerichtet sein und eine zweite Vielzahl Filamente kann entlang einer zweiten Richtung 103 ausgerichtet sein. Beispielsweise kann ein Filament 102 der ersten Vielzahl Filamente alternierend jeweils unter und über den Filamenten 102 der zweiten Vielzahl Filamente verlaufen. Die erste Richtung und die zweite Richtung können einen Winkel in einem Bereich von ungefähr bis ungefähr von ungefähr 60° bis ungefähr 90° einschließen, z.B. ungefähr 90°.
  • Die Maschen 122 können Öffnungen aufweisen oder daraus gebildet sein, welche das Substrat 7 durchdringen. Das Substrat kann eine einlagige Filamentstruktur 100a, 100b aufweisen oder eine mehrlagige Filamentstruktur 100a, 100b.
  • 2A und 2B veranschaulichen jeweils ein Substrat 7 in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7 genau ein Filament 102 aufweisen oder daraus gebildet sein (Einzelfilament-Substrat). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann genau ein Filament 102 beschichtet sein oder werden (Einzelfilament-Beschichten). Alternativ kann das in 2A und 2B veranschaulichte Filament 102 Teil der mehreren Filamente sein, welche beschichtet sind oder werden (Mehrfachfilament-Beschichten), z.B. Teil einer Filamentstruktur 100a, 100b (Filamentgut).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Beschichtens eine Schicht 202 auf dem Substrat 7, z.B. auf einem Filament 102 oder analog auf mehreren Filamenten 102, gebildet sein oder werden. Die Schicht 202 kann auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats, z.B. dem einen Filament 102 oder den mehreren Filamenten 102, jeweils eine erste Dicke 202d (erste Schichtdicke 202d) von mehr als 100 nm aufweisen (z.B. quer zur Substrat-Ebene).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten entlang einer Beschichtungsrichtung (z.B. Richtung 105) erfolgen, z.B. aus Richtung 105 und/oder in Richtung 105. Entlang der Beschichtungsrichtung kann die erste Dicke 202d der Schicht 202 größer sein als eine zweite Dicke 212d der Schicht 202 (zweite Schichtdicke 212d) quer zur Beschichtungsrichtung (anschaulich an der Flanke des Filaments), z.B. entlang der Substrat-Ebene.
  • Die Schicht 202 kann auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats 7, z.B. dem einen Filament 102 oder den mehreren Filamenten 102, jeweils eine zweite Dicke 202d von mehr als 100 nm aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht 202 derart gebildet werden, dass sich diese zusammenhängend auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats erstreckt, z.B. entlang der Beschichtungsrichtung und/oder quer zur Beschichtungsrichtung. Beispielsweise kann ein Filament 102 (z.B. jedes Filament der mehreren Filamente 102) im Wesentlichen rundumbeschichtet sein oder werden. Mit anderen Worten kann die Schicht 202 das Filament 102 entlang eines Pfades (der um das Filament 102 herum führt) im Wesentlichen vollständig bedecken, d.h. zu mehr als 90%.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Filament 102 oder können mehrere Filamente 102 (z.B. eines Gewebes) mit einer niederohmigen Schicht 202 beschichtet sein oder werden, z.B. mit Metall rundumbeschichtet sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Schichtdicke 202d und/oder die zweite Schichtdicke 212d größer sein als die Mindestschichtdicke.
  • 3 veranschaulicht eine Schichteigenschaft 300 in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm. Das Diagramm stellt den Grenzflächenwiderstand 301 in Milliohm Quadratzentimeter (mΩ·cm2) in Abhängigkeit der Schichtdicke 303 in Nanometer (nm) dar, z.B. einem Schichtdickenäquivalent oder z.B. der ersten Schichtdicke 202d und/oder der zweiten Schichtdicke 212d.
  • Das Schichtdickenäquivalent kann als eine Dicke einer planaren Lage verstanden werden, welche auf einem planaren Substrat ausgebildet wird, welches denselben Beschichtungsprozess durchlaufen hat wie das betrachtete Mesh-Substrat. Je nach geometrischem Ort (Position) auf dem Filament und der Lage der Filamente zueinander, können das Schichtdickenäquivalent und die reale Schichtdicke auf den Filamenten voneinander abweichen. Anschaulich beschreibt das Schichtdickenäquivalent die Dicke der Schicht, wenn diese auf eine planare Fläche (planares Substrat) abgeschieden worden wäre.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen lässt sich die Qualität der Schicht (z.B. einer Rundumbeschichtung) mit elektrisch leitfähigen Materialien (z.B. Cr, Cu, Ti, Au, Ag und/oder Pt) mittels des Grenzflächenwiderstands 301 (ICR-Wert, Interfacial Contact Resistance) bestimmen. Zur Messung des Grenzflächenwiderstands 301 wird das beschichtete Substrat (z.B. ein Mesh-Substrat, d.h. eine Filamentstruktur) zwischen zwei planare Messelektroden (z.B. Goldkontaktplatten) eingespannt, welche mit einem vordefinierten Anpressdruck (z.B. 150 N/cm2) gegeneinander pressen. Die Messelektroden können mit dem Substrat eine Kontaktfläche AC aufweisen, welche die Ausdehnung des Substrats repräsentiert. Der elektrische Widerstand wird dann zwischen den beiden Messelektroden, d.h. anschaulich durch das Substrat hindurch, gemessen. Mit anderen Worten kann der Grenzflächenwiderstand 301 zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats gemessen werden.
  • Der Grenzflächenwiderstand 301 ergibt sich als Produkt des gemessenen Widerstandes und der Kontaktfläche AC.
  • Zum Erreichen eines kleinen Grenzflächenwiderstands 301 (z.B. kleiner als ungefähr 30 mΩ·cm2 bei einem Anpressdruck von 150 N/cm2) kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Schicht bereitgestellt sein oder werden, welche das Substrat anschaulich gut benetzt, daran gut haftet und/oder eine hinreichende große zweite Schichtdicke 212d an den Flanken des Filaments 102 oder der Filamente 102 aufweist. Ferner kann zum Erreichen eines kleinen Grenzflächenwiderstands 301 Das Beschichtungsmaterial, aus dem die Schicht gebildet wird, ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7 derart beschichtet sein oder werden, dass das beschichtete Substrat (bzw. die darauf abgeschiedene Schicht 202) einen Grenzflächenwiderstand 301 (z.B. bei einem Anpressdruck von 150 N/cm2) kleiner als ungefähr 100 mΩ·cm2 aufweisen kann, z.B. kleiner als ungefähr 50 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 25 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 10 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 5 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 1 mΩ·cm2.
  • Die in 3 veranschaulichte Abhängigkeit des Grenzflächenwiederstands von der Schichtdicke kann beispielsweise typisch für eine beidseitige Metallbeschichtung auf einem Substrat (z.B. einem Mesh-Substrat) sein, z.B. eine Chrom-Beschichtung, eine Kupfer-Beschichtung, eine Titan-Beschichtung, eine Gold-Beschichtung, eine Silber-Beschichtung und/oder eine Platin-Beschichtung.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Schicht Kohlenstoff (z.B. in Form eines Karbids und/oder in Form einer Kohlenstoffmodifikation) und/oder Stickstoff (z.B. in Form eines Nitrids) aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Die Schichtdicke kann von einer Position auf dem Filament oder den Filamenten des Substrats 7 (z.B. relativ zu der Beschichtungsrichtung) abhängen. Bei hinreichend hohen Werten der Schichtdicke (z.B. des planaren Schichtdickenäquivalentes) kann eine Sättigung 302 des Grenzflächenwiederstands eintreten, d.h. dass die Abnahme des Grenzflächenwiederstands pro hinzugefügter Schichtdicke verringert ist oder wird. Mit abnehmender Schichtdicke nimmt der Grenzflächenwiederstand hingegen stark zu, bis zu einem Übergang in elektrisch isolierendes Verhalten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht ein Schichtdickenäquivalent von mehr als die Mindestschichtdicke aufweisen.
  • 4 veranschaulicht eine Schichteigenschaft 400 in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm. Das Diagramm stellt den Grenzflächenwiderstand 301 in mΩ·cm2 in Abhängigkeit des Prozessdrucks 403 in Millibar (mbar) dar.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessdruck, in dem das Beschichten erfolgt, derart eingerichtet sein, dass ein Grenzflächenwiderstand 301 (z.B. bei einem Anpressdruck von 150 N/cm2) der Schicht 202 kleiner als ungefähr 100 mΩ·cm2 ist, z.B. kleiner als ungefähr 50 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 25 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 10 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 5 mΩ·cm2, z.B. kleiner als ungefähr 1 mΩ·cm2.
  • Anschaulich wurde erkannt, dass es ein Optimum im Prozessdruck zum Erreichen eines geringen Grenzflächenwiederstands gibt. Der Prozessdruck kann durch Einlassen eines Prozessgases (aufweisend zum Beispiel Argon, Stickstoff, und/oder Sauerstoff) in die Prozesskammer eingestellt werden, z.B. im Gleichgewicht mit dem mittels einer Pumpenanordnung entzogenen (abgeführten) Gas. Anschaulich kann ein größerer Prozessdruck durch eine höhere verdampfte Materialmenge des Beschichtungsmaterials erreicht werden, und somit eine Zunahme der pro Zeit abgeschiedenen Schichtdicke (erste Schichtdicke und/oder zweite Schichtdicke) bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann ein größerer Prozessdruck eine Streuung des Materialdampfes bewirken, so dass Abschatten der Flanken reduziert und so eine Zunahme der pro Zeit abgeschiedenen zweiten Schichtdicke bewirkt werden kann. Allerdings vergrößert ein zu großer Prozessdruck den Grenzflächenwiederstand im Vergleich zu der damit erfolgenden Schichtdickenveränderung überproportional stark, so dass es ein Optimum im Prozessdruck zum Erreichen eines geringen Grenzflächenwiederstands gibt.
  • Der Prozessdruck kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen kleiner sein als ungefähr 1·10–3 mbar, z.B. kann der Prozessdruck in einem Bereich von ungefähr 1·10–3 mbar bis ungefähr 1·10–5 mbar liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1·10–4 mbar bis ungefähr 5·10–4 mbar.
  • 5A und 5B veranschaulichen jeweils ein Verfahren 500a, 500b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Das Beschichten kann mittels einer thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306v erfolgen, welche zwei thermisch-Verdampfen-Quellen 306, 906 aufweist. Jede thermisch-Verdampfen-Quelle 306, 906 kann einem Beschichtungsmaterial 5, 11 zugeordnet sein und/oder einer Teilschicht, welche mittels der zugeordneten thermisch-Verdampfen-Quelle 306, 906 gebildet wird und das zugeordnete Beschichtungsmaterial aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein erster Elektronenstrahl 114a mittels einer ersten Elektronenstrahlkanone 604a (aufweisend eine erste Elektronenstrahlquelle und eine erste Ablenkanordnung) erzeugt werden. Mittels des ersten Elektronenstrahls 114a kann das erste Beschichtungsmaterial 5 in einem ersten Behälter 2 bestrahlt werden. Dadurch kann das erste Beschichtungsmaterial 5 in einen gasförmigen Zustand überführt werden (d.h. verdampft oder sublimiert werden). Beispielsweise kann das erste Beschichtungsmaterial 5 mittels des ersten Elektronenstrahls 114a erwärmt werden (und dabei schmelzen und/oder sublimieren). Das in den gasförmigen Zustand überführte erste Beschichtungsmaterial 5 kann einen erste Materialdampf 6 bilden, welcher sich in einen ersten Ausbreitungsbereich 611 (Dampfausbreitungsbereich 611) hinein ausbreiten kann.
  • Der erste Materialdampf 6 kann (durch den ersten Ausbreitungsbereich 611 hindurch) zu einem Substrat 7 gebracht werden, an welchem sich der erste Materialdampf 6 anlagern und eine erste Schicht (oder erste Teilschicht) auf dem Substrat 7 bilden kann, z.B. eine Stromsammlerschicht und/oder eine Haftvermittlungsschicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein zweiter Elektronenstrahl 114b mittels einer zweiten Elektronenstrahlkanone 604b (aufweisend eine zweite Elektronenstrahlquelle und eine zweite Ablenkanordnung) erzeugt werden. Alternativ kann der zweite Elektronenstrahl 114b von der ersten Elektronenstrahlkanone 604a erzeugt werden, und z.B. gemäß entsprechender Ablenkparameter auf das zweite Beschichtungsmaterial 11 gerichtet werden.
  • Mittels des zweiten Elektronenstrahls 114b kann das zweite Beschichtungsmaterial 11 in einem zweiten Behälter 10 bestrahlt werden, wodurch das zweite Beschichtungsmaterial 11 in einen gasförmigen Zustand überführt werden kann (d.h. verdampft oder sublimiert werden kann). Beispielsweise kann das zweite Beschichtungsmaterial 11 mittels des zweiten Elektronenstrahls 114b erwärmt werden (und dabei schmelzen). Das in den gasförmigen Zustand überführte zweite Beschichtungsmaterial 11 kann einen zweiten Materialdampf 9 bilden, welcher sich in einen zweiten Ausbreitungsbereich 613 hinein ausbreiten kann.
  • Der zweite Materialdampf 9 kann (durch den zweiten Ausbreitungsbereich 613 hindurch) zu dem Substrat 7 gebracht werden, an welchem sich der zweite Materialdampf 9 anlagern und eine zweite Schicht (z.B. eine Schutzschicht) auf dem Substrat 7 bilden kann, z.B. auf der ersten Schicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der erste Materialdampf 6 und der zweite Materialdampf 9 gleichzeitig gebildet werden, so dass sich diese miteinander vermischen und/oder miteinander reagieren und gemeinsam eine Schicht auf dem Substrat 7 bilden und/oder eine Gradientenschicht auf dem Substrat 7.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich der erste Materialdampf 6 und der zweite Materialdampf 9 in zumindest einer Dampfeigenschaft unterscheiden, z.B. in zumindest einer chemischen Zusammensetzung, einem Dampfdruck und/oder einer Ausbreitungscharakteristik.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Elektronenstrahl 114a, welcher von einer ersten Elektronenstrahlquelle 104a erzeugt wird, mittels einer ersten Ablenkanordnung 106a abgelenkt werden, z.B. gemäß einem oder mehreren Ablenkparametern. Somit kann der erste Elektronenstrahl 114a über ein Beschichtungsmaterial 5, 11 (z.B. das erste Beschichtungsmaterial 5 und/oder das zweite Beschichtungsmaterial 11) geführt werden.
  • Beispielsweise kann das erste Beschichtungsmaterial 5 mittels des ersten Elektronenstrahls 114a abgerastert werden, z.B. gemäß einer ersten Bestrahlungsfigur. Die erste Bestrahlungsfigur kann derart bereitgestellt sein oder werden, dass das erste Beschichtungsmaterial 5 gleichmäßig erwärmt und verdampft werden kann. Die erste Bestrahlungsfigur kann beispielsweise mehrere Bestrahlungsorte auf dem ersten Beschichtungsmaterial 5 (erstes Verdampfungsgut) definieren und eine Bestrahlungsdauer für jeden Bestrahlungsort der mehreren Bestrahlungsorte.
  • Analog dazu kann der zweite Elektronenstrahl 114b, z.B. ein mittels einer weiteren Elektronenstrahlkanone 604b erzeugter zweiter Elektronenstrahl 114b, über das zweite Beschichtungsmaterial 11 (zweites Verdampfungsgut 11) geführt werden.
  • Beispielsweise kann das zweite Beschichtungsmaterial 11 mittels des Elektronenstrahls 114a, 114b abgerastert werden, z.B. gemäß einer zweiten Bestrahlungsfigur. Die zweite Bestrahlungsfigur kann derart bereitgestellt sein oder werden, dass das zweite Beschichtungsmaterial 11 gleichmäßig erwärmt und verdampft werden kann. Die zweite Bestrahlungsfigur kann beispielsweise mehrere Bestrahlungsorte auf dem zweiten Beschichtungsmaterial 11 definieren und eine Bestrahlungsdauer für jeden Bestrahlungsort der mehreren Bestrahlungsorte.
  • Die erste Bestrahlungsfigur und die zweite Bestrahlungsfigur können mittels einer Steuerung 116 bereitgestellt sein oder werden, z.B. kann jedem Bestrahlungsort (der ersten Bestrahlungsfigur und/oder der zweiten Bestrahlungsfigur) jeweils zumindest ein Ablenkparameter zugeordnet sein, welcher mittels der Steuerung 116 bereitgestellt wird und zum Steuern des Elektronenstrahls einer Ablenkanordnung 106a zugeführt wird. Der Ablenkparameter kann optional eine Zeitkomponente aufweisen, welche die Bestrahlungsdauer für den zugeordneten Bestrahlungsort definiert.
  • Das Substrat 7 kann während des Bestrahlens des Targetmaterials 5, 11, d.h. während erster Materialdampf 6 und/oder zweiter Materialdampf 9 gebildet wird, transportiert werden, z.B. durch den entsprechenden Ausbreitungsbereich 611, 613 hindurch, beispielsweise entlang einer Transportrichtung 7r, bzw. entlang einer Transportebene.
  • Im Allgemeinen kann das Substrat 7 in Form einer Folie, einer Platte oder eines Bandes (z.B. eines Metallbandes) gebildet sein, welche eine Filamentstruktur aufweist. Alternativ kann das Substrat 7 ein einzelnes Filament und/oder mehrere Filamente aufweisen, welche einen Abstand voneinander aufweisen (d.h. mehrere einzelne Filamente). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Beschichtungsanordnung eine Positionierungsvorrichtung, z.B. eine Transportvorrichtung, zum Transportieren des Substrats 7 aufweisen. Die Transportrichtung 7r, bzw. die Transportebene, entlang der das Substrat 7 transportiert wird, kann von der Positionierungsvorrichtung definiert sein. Die Positionierungsvorrichtung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Transportrollen 508 und einen Transportantrieb zum Antreiben der Transportrollen 508 aufweisen.
  • Optional kann die Beschichtungsanordnung eine Substrat-Heizvorrichtung 1114 aufweisen, welche zum Vorheizen eines Substrats 7 eingerichtet ist, z.B. eines schnellbewegten Substrats. Die Substrat-Heizvorrichtung kann beispielsweise in Form einer Wärmestrahlung-Heizvorrichtung ausgebildet sein. Die Substrat-Heizvorrichtung kann auf der einem Behälter 2, 11 gegenüberliegenden Seite des Substrats 7, bzw. der Transportebene, angeordnet sein.
  • Optional können zum Beschichten eines Substrats 7, z.B. zum thermischen Verdampfen jedes Beschichtungsmaterials, mehrere Behälter 2, 11 verwendet werden, z.B. zwei, drei oder vier, oder mehr als vier.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können zum Bestrahlen jedes Behälters 2, 11 (d.h. des darin angeordneten Beschichtungsmaterials 5, 11) mehrere Elektronenstrahlenkanonen verwendet werden, z.B. z.B. zwei, drei oder vier, oder mehr als vier Elektronenstrahlenkanonen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ablenkanordnung 106a derart eingerichtet sein, dass der Elektronenstrahl 114a gekrümmt verläuft, wie in 6B veranschaulich ist. Dazu kann die Ablenkanordnung 106a weitere Spulen aufweisen, welche z.B. ein Magnetfeld erzeugen, das einen Bereich in der Vakuumkammer durchdringt, welchen der Elektronenstrahl 114a durchquert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung einen Sensor 1106 zum Messen zumindest einer Dampfeigenschaft (z.B. einen Dampfdruck, eine chemische Zusammensetzung, eine Materialmenge und/oder eine Dampftemperatur, etc.) aufweisen, welche eine Schichteigenschaft repräsentiert, z.B. eine Schichtdicke. Die Steuerung 116 kann eingerichtet sein, die zumindest eine von dem Sensor ermittelte Dampfeigenschaft zu verarbeiten und das Beschichten auf Grundlage der zumindest einen Dampfeigenschaft zu steuern.
  • Alternativ zu einer Elektronenstrahlkanone kann das Substrat 7 auch mittels einer anderen thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306v beschichtet werden, welche z.B. eine Lichtquelle (z.B. eine Laserquelle), eine Lichtbogenquelle, eine Wärmestrahlungsquelle, eine Stromquelle (z.B. resistiv oder induktiv) und/oder eine Molekularstrahlepitaxie-Quelle aufweisen oder daraus gebildet sein kann.
  • Mit anderen Worten kann zum Beschichten zumindest eine der folgenden thermisch-Verdampfen-Vorrichtungen 306v verwendet werden: eine Elektronenstrahl-Verdampfen-Vorrichtung; eine Licht-Verdampfen-Vorrichtung; eine Wärmestrahlung-Verdampfen-Vorrichtung; eine Elektrisch-Verdampfen-Vorrichtung; und/oder eine Molekularstrahlepitaxie-Verdampfen-Vorrichtung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich das erste Beschichtungsmaterial 5 von dem zweiten Beschichtungsmaterial 11 unterscheiden, zumindest in einer chemischen Zusammensetzung. Werden das erste Beschichtungsmaterial 5 und das zweite Beschichtungsmaterial 11 mit einem zeitlichen und/oder räumlichen Abstand voneinander gebildet und/oder abgeschieden, kann eine Schicht 202 auf dem Substrat 7 gebildet werden, welche zumindest zwei Teilschichten aufweist, die sich in zumindest einer Schichteigenschaft, z.B. deren chemischer Zusammensetzung, unterscheiden.
  • 6A veranschaulicht eine Stapeleinheit 600a einer Brennstoffzelle und verdeutlicht den schematischen Aufbau der Brennstoffzelle, und 6B veranschaulicht eine Detailansicht 600b der Stapeleinheit 600a, wobei eine Brennstoffzelle eine oder mehrere der in 6A veranschaulichten Stapeleinheiten 600a aufweisen kann.
  • Ein gasförmiger Brennstoff 602 (z.B. Wasserstoff) kann durch eine Gasdiffusionsschicht 608 (Gas-Diffusions-Layer, GDL) auf der Oxidationsseite hindurch an die Anode 612 geführt werden, wohingegen der Sauerstoff 604 mittels eines weiteren GDL 608 feinverteilt an die Kathode 616 gelangen kann.
  • Dazu können Bipolarplatten 600, z.B. Edelstahlplatten 600, zur Verwendung in Brennstoffzellen vor dem Beschichtungsprozess mechanisch geprägt werden, wodurch die typischen Gaskanäle der Bipolarplatten entstehen können, wie in 6A veranschaulicht ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine in der Brennstoffzelle erfolgte elektrische Ladungstrennung 618 durch die Elektrolyt-Membran 614 (Membran-Elektronen-Einheit: MEA), die Anode 612 (oder die Kathode 616) und die GDL 608 hindurch mittels der Bipolarplatten 600 abgegriffen oder kontaktiert werden, so dass eine Stapeleinheit einer Brennstoffzelle einen geringen Innerwiderstand und eine hohe elektrische Leistungsausbeute aufweisen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasdiffusionsschicht 608 der Stapeleinheit mit einem thermisch verdampften Beschichtungsmaterial beschichtet sein oder werden, d.h. eine Schicht 202 aufweisen, welche das Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist. Beispielsweise können mehrere Gasdiffusionsschichten 608 einer Brennstoffzelle mit einem thermisch verdampften Beschichtungsmaterial beschichtet sein oder werden. Mit anderen Worten kann das Substrat 7 eine Gasdiffusionsschicht 608 einer Brennstoffzelle aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Beschichtungsmaterial (z.B. das erste Beschichtungsmaterial und/oder das zweite Beschichtungsmaterial) und das Beschichten derart eingerichtet sein, dass eine hydrophobe, lipophobe und/oder amphiphobe Schicht auf dem Substrat gebildet werden kann. Dann kann das Substrat die Gasdiffusionsschicht 608 (z.B. in Form einer Platte oder eines Endlos-Substrats, z.B. eines Bandes) aufweisen oder daraus gebildet sein. Aus dem Beschichtungsmaterial kann dann eine hydrophobe, lipophobe und/oder amphiphobe Schicht auf dem Substrat abgeschieden werden, welche das Beschichtungsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Beschichtungsmaterial 5 und/oder das zweite Beschichtungsmaterial 9 ein eine hydrophobes, lipophobes und/oder amphiphobes Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • 7A und 7B veranschaulichen jeweils eine Beschichtungsanordnung 700a, 700b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung eine Vakuumkammer 802 aufweisen, in welcher ein Vakuum erzeugt und erhalten werden kann. Die Vakuumkammer 802 kann dazu beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden.
  • Ferner kann die Vakuumkammer 802 mit einem Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Hochvakuumpumpe) gekoppelt sein. Das Pumpensystem 804 kann eingerichtet sein, der Vakuumkammer 802 ein Gas (z.B. das Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb der Vakuumkammer 802 ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10-3 mbar bis ungefähr 10-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann.
  • Ferner kann die Vakuumkammer 802 derart eingerichtet sein, dass die Vakuumbedingungen (die Prozessbedingungen) innerhalb der Vakuumkammer 802 (z.B. Prozessdruck, Prozesstemperatur, chemische Prozessgaszusammensetzung, usw.) gestellt oder geregelt werden können, z.B. während des Beschichtens, z.B. mittels der Steuerung 116.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anstatt der Steuerung eine Regelung verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln der Substrat-Heizvorrichtung 1114 eingerichtet sein, so dass eine Prozesstemperatur (z.B. des Substrats 7 und/oder des Prozessgases) gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln einer elektrischen Leistung eingerichtet sein, welche der Substrat-Heizvorrichtung 1114 zugeführt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 700a, 700b eine Gaszuführung 716 aufweisen. Mittels der Gaszuführung 716 kann der Vakuumkammer 802 ein Prozessgas zugeführt werden zum Bilden einer Prozessatmosphäre in der Vakuumkammer 802. Das Prozessgas kann z.B. ein Inertgas aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Prozessdruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels der Gaszuführung 716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln der Gaszuführung 716 und/oder des Pumpensystems 804 eingerichtet sein, so dass ein Prozessdruck und/oder eine Prozessgaszusammensetzung gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln eines Normvolumenstroms an Prozessgas eingerichtet sein, welche mittels der Gaszuführung 716 zugeführt und/oder mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.
  • In der Vakuumkammer 802 kann ein Beschichtungsbereich 803 angeordnet sein. Ferner kann in der Vakuumkammer 802 eine thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306 angeordnet sein zum Erzeugen eines materiellen Stroms (z.B. Massestrom oder Volumenstrom) an gasförmigen Beschichtungsmaterial (Materialdampfstrom) in den Beschichtungsbereich 803 hinein. Die thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306v kann den Materialdampfstrom derart erzeugen, dass sich dieser in den Beschichtungsbereich 803 hinein ausbreiten kann. Mit anderen Worten kann der von der thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306v bereitgestellte Materialdampf in den Beschichtungsbereich 803 strömen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln der thermisch-Verdampfen-Vorrichtung 306v eingerichtet sein, z.B. indem diese eine Materialmenge steuert und/oder regeln welche verdampft wird, oder z.B. indem diese eine chemische Zusammensetzung des Materialdampfes steuert und/oder regelt.
  • Ferner kann die Beschichtungsanordnung 700a eine Abwickelwalze 502a zum Abwickeln eines Substrats 7 aufweisen, so dass das Substrat 7 in den Beschichtungsbereich 803 hineingebracht wird. Ferner kann die Beschichtungsanordnung eine Aufwickelwalze 502b zum Aufwickeln des Substrats 7 aufweisen, welches aus dem Beschichtungsbereich 803 herausgebracht wird.
  • Ferner kann die Beschichtungsanordnung 700a eine Vielzahl von Transportrollen 508 aufweisen, welche einen Transportpfad definieren, entlang dessen das Substrat 7 (z.B. ein bandförmiges Substrat) zwischen der Abwickelwalze 502a und der Aufwickelwalze 502b durch den Beschichtungsbereich 803 hindurch transportiert wird.
  • Alternativ dazu kann die Beschichtungsanordnung 700b eine Vielzahl von Transportrollen 508 aufweisen, welche zum Transportieren eines plattenförmigen Substrats 7 eingerichtet sind. Das plattenförmige Substrat 7 kann, z.B. auf den Transportrollen 508 aufliegend und/oder in einen Substratträger eingelegt, transportiert werden.
  • Ferner kann die Beschichtungsanordnung 700a, 700b ein Antriebssystem 518 aufweisen, welches zumindest mit einem Teil der Vielzahl von Transportrollen 508, und optional mit der Abwickelwalze 502a und der Aufwickelwalze 502b, gekoppelt ist. Beispielsweise kann das Antriebssystem 518 mittels Ketten, Riemen oder Zahnrädern mit den Rollen 508, 502a, 502b gekoppelt sein. Die Transportrollen 508 und das Antriebssystem 518 können Teil der Positionierungsvorrichtung sein.
  • Die Steuerung 116 kann zum Steuern und/oder Regeln der Positionierungsvorrichtung eingerichtet sein, z.B. zum Steuern und/oder Regeln einer Transportgeschwindigkeit und/oder einer Position des Substrats 7 während des Beschichtens, z.B. auf Grundlage eines Beschichtungsfortschritts und/oder einer Dampfeigenschaft.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung optional zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtungen 806 (d.h. eine oder mehrere Substratvorbehandlung-Vorrichtungen 806) aufweisen zum Vorbehandeln des Substrats. Beispielsweise kann die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtungen 806 eingerichtet das Substrat zu erwärmen, dessen Oberfläche chemisch zu aktivieren, das Substrat zu Reinigen und/oder das Substrat zu ätzen.
  • Beispielsweise kann die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtungen 806 eine Ätzvorrichtung aufweisen oder daraus gebildet sein zum Ätzen des Substrats 7. Anschaulich kann damit die Oberfläche des Substrats 7 geätzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtung 806 eine Substrat-Heizvorrichtung 1114 aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtung 806 zumindest eine Ionenstrahlquelle, zumindest eine Sputterätzquelle, zumindest eine Plasmaquelle, zumindest eine Glimmvorrichtung und/oder zumindest eine Ätzgasquelle aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Beispielsweise kann die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtung 806 zum Reduzieren und/oder Entfernen eines Wasserfilms von dem Substrat eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich die zumindest eine Substratvorbehandlung-Vorrichtung 806 zum chemischen Aktivieren (d.h. zum Erzeugen offener chemischer Bindungen) eingerichtet sein, welche z.B. die Haftung und die Ausbildung einer Schicht auf dem Substrat 7 verbessern können.
  • Die Steuerung 116 kann zum Steuern und/oder Regeln der Substratvorbehandlung-Vorrichtung 806 eingerichtet sein. Mit anderen Worten kann ein Steuern und/oder Regeln des Substrat-Vorbehandelns erfolgen.
  • 8A und 8B veranschaulichen jeweils ein Beschichten 800a, 800b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten 800a aus einer Beschichtungsrichtung (z.B. entlang Richtung 105) erfolgen. Das Beschichten 800a kann derart eingerichtet sein, dass der Materialdampf 6, 9 (z.B. der erste Materialdampf 6 und/oder der zweite Materialdampf 9) zumindest teilweise um ein Filament 102 herum gelangt.
  • Dazu kann ein Teil des Materialdampf 6, 9 in Streudampf 822 umgewandelt werden, z.B. indem der Materialdampf 6, 9 an einem Prozessgas 814 mit einem Prozessdruck (Prozessgasdruck) gestreut wird. Dazu kann der Prozessdruck des Prozessgases 814 kleiner sein als ungefähr 1·10–3 mbar, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1·10–3 mbar bis ungefähr 1·10–5 mbar liegen, z.B. in einem Bereich 1·10–4 von ungefähr bis ungefähr 5·10–4. Anschaulich kann damit eine ausreichend große Streuwahrscheinlichkeit (Streuquerschnitt) bereitgestellt werden.
  • Damit kann erreicht werden, dass Materialdampf 6, 9, z.B. in Form von Streudampf, auf eine der thermisch-Verdampfen-Quelle 306 gegenüberliegenden Seite des Filaments 102 gelangen und sich dort anlagern kann. Dies ermöglicht es, eine Schicht zu bilden, welche sich zusammenhängend auf einander gegenüberliegenden Seiten des Filaments 102 erstreckt. Dies kann den Grenzflächenwiederstand verringern.
  • Beispielsweise kann durch die Maschen 122 des Substrats 7 hindurch beschichtet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Beschichten 800b aus mehreren Richtungen 806a, 806b, 806c erfolgen. Dazu kann der Materialdampf 6, 9 mit einer mittleren Abweichung (z.B. eine Winkelabweichung) von der Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a (erste Richtung 806a) erzeugt werden, welche größer ist als die Hälfte des Winkels 808 (Öffnungswinkel 808 der Ausbreitungscharakteristik), so dass zumindest zwei Richtungen 806c, 806b (zweite Richtung 608b und dritte Richtung 806c) der mehreren Richtungen 806a, 806b, 806c den Winkel 808 einschließen. Der Winkel 808 kann größer sein als ungefähr 60°, z.B. größer als ungefähr 70°, z.B. größer als ungefähr 75°, z.B. größer als ungefähr 80°, z.B. größer als ungefähr 85°. Mit anderen Worten kann die mittlere Winkelabweichung von der Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a größer sein als ungefähr 30°, z.B. größer als ungefähr 35°, z.B. größer als ungefähr 40°.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Filament 102 des Substrats 7 zu einem ersten Zeitpunkt 102a (oder für eine erste Zeitdauer) und/oder an einer ersten Position 102a mit Materialdampf 6, 9 entlang der zweiten Richtung 806b beschichtet werden (d.h. aus einer Richtung, welche antiparallel zur zweiten Richtung 806b verläuft) und/oder dasselbe Filament 102 des Substrats 7 kann zu einem zweiten Zeitpunkt 102b (oder für eine zweite Zeitdauer) und/oder an einer zweiten Position 102b mit Materialdampf 6, 9 entlang der dritten Richtung 806c beschichtet werden. Das Filament 102 des Substrats 7 kann entlang einer Transportrichtung 7r transportiert werden, um von der ersten Position 102a in die zweite Position 102b gebracht zu werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein erstes Filament 102 des Substrats 7 zu einem Zeitpunkt (oder für eine Zeitdauer) und an einer ersten Position 102a mit Materialdampf 6, 9 entlang der zweiten Richtung 806b beschichtet werden und/oder ein zweites Filament 102 des Substrats 7 kann zu demselben Zeitpunkt (oder für dieselbe Zeitdauer) 102b und an einer zweiten Position 102b mit Materialdampf 6, 9 entlang der dritten Richtung 806c beschichtet werden. Optional kann das Substrat 7 entlang einer Transportrichtung 7r transportiert werden, so dass weitere Filamente des Substrats 7 jeweils in die erste Position 102a und/oder in die zweite Position 102a gebracht werden können.
  • Das Transportieren des Substrats 7 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen kontinuierlich erfolgen. Alternativ kann das Transportieren des Substrats 7 sequentiell erfolgen, z.B. mit Standpausen gemäß der Zeitdauer für die ein Filament aus einer entsprechenden Richtung beschichtet wird.
  • 9A veranschaulicht ein Beschichten 900a in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7, bzw. ein Filament 102 des Substrats 7, aus mehreren Richtungen beschichtet sein oder werden. Dazu kann Materialdampf 6, 9 (z.B. der erste Materialdampf 6 und/oder der zweite Materialdampf 9) entlang einer ersten Richtung 806a (erste Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a) zu dem Filament 102 des Substrats 7 strömen, z.B. mittels einer ersten thermisch-Verdampfen-Quelle 306 erzeugter Materialdampf 6, 9. Ferner kann Materialdampf 6, 9 (z.B. der erste Materialdampf 6 und/oder der zweite Materialdampf 9) entlang einer zweiten Richtung 816a (zweite Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a) zu dem Filament 102 des Substrats 7 strömen, z.B. mittels einer zweiten thermisch-Verdampfen-Quelle 906 erzeugter Materialdampf 6, 9.
  • Die erste Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a und die zweite Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a können einen Winkel 908 einschließen. Der Winkel 908 kann größer sein als ungefähr 60°, z.B. größer als ungefähr 70°, z.B. größer als ungefähr 75°, z.B. größer als ungefähr 80°, z.B. größer als ungefähr 85°, z.B. kann der Winkel 908 ungefähr 90° sein.
  • Damit kann erreicht werden, dass Materialdampf 6, 9 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Filaments 102 gelangen und sich dort anlagern kann. Dies ermöglicht es eine Schicht (und/oder mehrere Teilschichten) zu bilden, welche sich zusammenhängend auf einander gegenüberliegenden Seiten des Filaments 102 erstreckt. Dies kann den Grenzflächenwiederstand verringern.
  • Die erste thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906 können ein Quellenpaar bilden zum thermischen Verdampfen eines gemeinsamen Beschichtungsmaterials. Die ersten thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906 können auf gegenüberliegenden Seiten des Transportpfads 111 angeordnet sein, z.B. auf gegenüberliegenden Seiten einer Transportfläche 111, welche von der Positionierungsvorrichtung definiert wird, d.h. entlang welcher das Substrat 7 transportiert wird.
  • Optional kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels zumindest einer weiteren thermisch-Verdampfen-Quelle beschichtet werden, z.B. mittels zumindest einem weiteren Quellenpaar, welches das zweite Beschichtungsmaterial thermisch verdampft.
  • 9B veranschaulicht ein Beschichten 900a in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906 auf einer gemeinsamen Seite des Transportpfads 111 angeordnet sein, z.B. auf einer gemeinsamen Seite einer Transportfläche 111, welche von der Positionierungsvorrichtung definiert wird, d.h. entlang welcher das Substrat 7 transportiert wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Filament 102 des Substrats 7 zu einem ersten Zeitpunkt 102a (oder für eine erste Zeitdauer) und/oder an einer ersten Position 102a mit Materialdampf 6, 9 entlang der ersten Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a beschichtet werden und/oder dasselbe Filament 102 des Substrats 7 kann zu einem zweiten Zeitpunkt 102b (oder für eine zweite Zeitdauer) und/oder an einer zweiten Position 102b mit Materialdampf 6, 9 entlang einer zweiten Haupt-Ausbreitungsrichtung 816a beschichtet werden. Das Filament 102 des Substrats 7 kann entlang einer Transportrichtung 7r transportiert werden, um von der ersten Position 102a in die zweite Position 102b gebracht zu werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein erstes Filament 102 des Substrats 7 zu einem Zeitpunkt (oder für eine Zeitdauer) und an einer ersten Position 102a mit Materialdampf 6, 9 entlang der ersten Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a beschichtet werden und/oder ein zweites Filament 102b des Substrats 7 kann zu demselben Zeitpunkt (oder für dieselbe Zeitdauer) 102b und an einer zweiten Position 102b mit Materialdampf 6, 9 entlang der zweiten Haupt-Ausbreitungsrichtung 816a beschichtet werden. Optional kann das Substrat 7 entlang einer Transportrichtung 7r transportiert werden, so dass weitere Filamente des Substrats 7 in jeweils die erste Position 102a und/oder die zweite Position 102a gebracht werden können.
  • Die erste thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906 können ein Quellepaar zum Verdampfen eines gemeinsamen Beschichtungsmaterials bilden. Alternativ können die erste thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906 voneinander verschiedene Beschichtungsmaterialien verdampfen.
  • 10A veranschaulicht ein Beschichten 1000a in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine thermisch-Verdampfung-Quelle 306, 906 (z.B. die erste thermisch-Verdampfen-Quelle 306 und/oder die zweite thermisch-Verdampfen-Quelle 906) einen Behälter 2, 10 (z.B. einen Tiegel) aufweisen, welcher einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines Beschichtungsmaterials 5, 11 (kann auch als Verdampfungsgut bezeichnet sein oder werden) aufweist.
  • In dem Behälter 2, 10, z.B. dessen Aufnahmebereich, kann das Beschichtungsmaterial 5, 11 angeordnet sein, z.B. das erste Beschichtungsmaterial 5 und/oder das zweite Beschichtungsmaterial 11.
  • Zum Betrieb der thermisch-Verdampfung-Quelle 306, 906, d.h. zum Beschichten 1000a kann die thermisch-Verdampfung-Quelle 306, 906 einen Verdampfungsbereich 1004 aufweisen, in welchem das Verdampfen des Beschichtungsmaterials 5, 11 erfolgt. Zum Verdampfen mittels eines Elektronenstrahls kann eine Bestrahlungsfigur mehreren Bestrahlungsorte definieren, welche in dem Verdampfungsbereich 1004 angeordnet sind. Alternativ kann der Tiegel eine thermisch-Wärmequelle und/oder eine Stromquelle aufweisen.
  • Die thermisch-Verdampfung-Quelle 306, 906 kann einen Beschichtungswinkel 1006 (auch als mittlere Winkelabweichung von der Haupt-Ausbreitungsrichtung 806a bezeichnet) definieren, entlang welchem das Beschichten erfolgt.
  • Um während des Beschichtens 1000a (Beschichtungsvorgangs) eine möglichst hohe zweite Schichtdicke 212d (an den Flanken der Filamente 102) zu erreichen, d.h. eine möglichst hohe zweite Schichtdicke 212d an eine Filament-Oberfläche mit einer Flächennormale senkrecht zur Haupt-Ausbreitungsrichtung (Hauptbeschichtungsrichtung), kann ein dynamisches Beschichten 1000a erfolgen. Das dynamische Beschichten 1000a kann aufweisen das Substrat 7 an der thermisch-Verdampfung-Quelle 306 (Dampfquelle) vorbei zu führen, z.B. entlang eines Transportpfads 111 oder entlang einer Transportfläche 111, z.B. mit einer kontinuierlichen Bewegungsrichtung und/oder einer kontinuierlichen Bewegungsgeschwindigkeit.
  • Damit kann erreicht werden, dass das Substrat 7, bzw. jedes Filament 102 des Substrats 7, während des Beschichtens aus unterschiedlichen Richtungen 806a, 806b, 806c beschichtet (mit Materialdampf beaufschlagt) wird. Die (dynamische) Substratführung kann z.B. in Form eines Rolle-zu-Rolle-Transportierens (auch als Web Coating oder im Roll-to-Roll-Verfahren bezeichnet) erfolgen (d.h. mittels mehrere Transportrollen 508).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anschaulich ein möglichst großes Beschichtungsfenster (Ausdehnung des Beschichtungsbereichs 803) bereitgestellt sein oder werden, so dass der Beschichtungswinkel 1006, welcher die Variation der Beschichtungsrichtung (Bedampfungsrichtung) während des Transportierens des Substrats 7 (anschaulich während der Substratüberfahrt) definiert, möglichst groß ist.
  • 10B veranschaulicht ein Beschichten 1000b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 111 bzw. die Transportfläche 111 gekrümmt sein (z.B. konvex gekrümmt). Damit kann erreicht werden, dass ein Winkel, in dem der Materialdampf 6, 9 auf die Filamente 102 trifft, weiter vergrößert werden kann. Damit kann eine größere Variationen der Bedampfungsrichtung, und damit eine größere zweite Schichtdicke 212d (Flankenschichtdicke) erreicht werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Transportpfad 111 bzw. die Transportfläche 111 (z.B. deren Krümmungsradius) derart eingerichtet sein, dass in einer ersten Position 102a und/oder zu einem ersten Zeitpunkt 102a eine Transportrichtung (bzw. die Transportebene 111) und die zweite Richtung 806b, entlang der sich Materialdampf 6, 9 ausbreitet, einen ersten Winkel 1012a einschließen, der kleiner ist als ungefähr 60°, z.B. kleiner als ungefähr 50°, z.B. kleiner als ungefähr 40°, z.B. kleiner als ungefähr 30°, z.B. kleiner als ungefähr 20°, z.B. kleiner als ungefähr 10°, z.B. kleiner als ungefähr 5°, z.B. kleiner als ungefähr 1°, ungefähr 0°.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Transportpfad 111 bzw. die Transportfläche 111 (z.B. deren Krümmungsradius) derart eingerichtet sein, dass in einer zweiten Position 102b und/oder zu einem ersten Zeitpunkt 102b eine Transportrichtung (bzw. die Transportebene 111) und die dritte Richtung 806c, entlang der sich Materialdampf 6, 9 ausbreitet, einen zweiten Winkel 1012b einschließen, der kleiner ist als ungefähr 60°, z.B. kleiner als ungefähr 50°, z.B. kleiner als ungefähr 40°, z.B. kleiner als ungefähr 30°, z.B. kleiner als ungefähr 20°, z.B. kleiner als ungefähr 10°, z.B. kleiner als ungefähr 5°, z.B. kleiner als ungefähr 1°, ungefähr 0°.
  • 11A veranschaulicht eine Seitenansicht oder Querschnittsansicht eines Substrats 7 in einem Verfahren 1100a gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten derart eingerichtet sein, dass die Schicht 202 auf dem Substrat 7 (z.B. eines der vorangehend beschriebenen Substrate) zumindest zwei Teilschichten 304, 904 aufweist. In 11A ist ein Filament 102 des Substrats 7 veranschaulicht, welches sich entlang der Transportrichtung 7r erstreckt, z.B. wenn das Substrat 7 genau ein Filament 102 aufweist (Einzelfilament-Substrat) oder auch wenn das Substrat mehrere in Transportrichtung 7r erstreckte Filamente 102 aufweist (z.B. eine Filamentstruktur).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine erste Teilschicht 304 mit einem ersten Satz Schichteigenschaften (aufweisend eine oder mehrere Schichteigenschaften) auf oder über einer ersten Seite 112a des Substrats 7, z.B. einer ersten Seite 112a eines Filaments 102, gebildet sein oder werden. Ferner kann eine zweite Teilschicht 904 mit einem zweiten Satz Schichteigenschaften (aufweisend eine oder mehrere Schichteigenschaften) auf oder über eine zweite Seite 302b des Substrats 7, z.B. einer zweiten Seite 302b eines Filaments 102, gebildet sein oder werden. Die erste Seite 112a kann der zweiten Seite 112b gegenüberliegen.
  • Das Aufbringen der ersten Teilschicht 304 und der zweiten Teilschicht 904 kann zeitlich und/oder räumlich einander überlappen (z.B. im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen) oder kann in einem zeitlichen und/oder räumlichen Abstand voneinander erfolgen. Die erste Teilschicht 304 kann eine Stromsammlerschicht und/oder eine Schutzschicht aufweisen oder daraus gebildet sein. Die zweite Teilschicht 904 kann eine Stromsammlerschicht und/oder eine Schutzschicht aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Die zwei Teilschichten 304, 904 können in ihrem Satz Schichteigenschaften, z.B. zumindest in ihrer chemischen Zusammensetzung, gleich sein und/oder können aneinandergrenzen und so eine zusammenhängende Schicht 202 auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 7, z.B. dessen einem oder mehreren Filamenten 102, bilden.
  • Alternativ können sich die zwei Teilschichten 304, 904 in zumindest einer Schichteigenschaft unterscheiden, z.B. in ihrer chemischen Zusammensetzung.
  • Das Aufbringen der ersten Teilschicht 304 und der zweiten Teilschicht 904 kann gemeinsam mittels einer ersten thermisch-Verdampfung-Quelle 306 erfolgen. Alternativ kann das Aufbringen der ersten Teilschicht 304 mit der ersten thermisch-Verdampfung-Quelle 306 erfolgen und das Aufbringen der zweiten Teilschicht 904 kann mit einer zweiten thermisch-Verdampfung-Quelle 906.
  • 11B veranschaulicht eine Seitenansicht oder Querschnittsansicht eines Substrats 7 in einem Verfahren 1100b gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In 11B ist ein Filament 102 des Substrats 7 veranschaulicht, welches sich entlang der Transportrichtung 7r erstreckt, z.B. wenn das Substrat 7 genau ein Filament 102 aufweist oder auch wenn das Substrat 7 mehrere in Transportrichtung 7r erstreckte Filamente 102 aufweist (z.B. eine Filamentstruktur).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten derart eingerichtet sein, dass die Schicht 202 auf dem Substrat 7 zumindest zwei Teilschichten 304, 904 aufweist, die sich in zumindest ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden, z.B. jeweils auf einer Seite des Substrats 7.
  • Die Schicht 202 kann mittels einer ersten thermisch-Verdampfung-Vorrichtung 306v mehrlagig abgeschieden werden, z.B. über der ersten Seite 112a und/oder über der zweiten Seite 112b. Dazu kann die erste thermisch-Verdampfung-Quelle 306 eine erste thermisch-Verdampfung-Quelle 306 und eine zweite thermisch-Verdampfung-Quelle 316 aufweisen. Die erste thermisch-Verdampfung-Quelle 306 kann beispielsweise eine Metalldampfquelle sein und die zweite thermisch-Verdampfung-Quelle 316 kann beispielsweise eine Kohlenstoffdampfquelle sein.
  • Die Schicht 202 kann eine erste Teilschicht 304, z.B. eine Stromsammlerschicht und/oder eine Haftvermittlungsschicht, und eine zweite Teilschicht 904, z.B. eine Schutzschicht, aufweisen.
  • Optional können die erste thermisch-Verdampfung-Quelle 306 und die zweite thermisch-Verdampfung-Quelle 316 einander überlappende Beschichtungsbereiche aufweisen, so dass an der gemeinsamen Kontaktfläche zwischen der ersten Teilschicht 304 und der zweiten Teilschicht 904 ein Material-Gradient gebildet wird.
  • Optional kann die Schicht 202 mittels einer zweiten thermisch-Verdampfung-Vorrichtung 906v mehrlagig abgeschieden werden, z.B. über der zweiten Seite 112b. Dazu kann die zweite thermisch-Verdampfung-Vorrichtung 906v eine dritte thermisch-Verdampfung-Quelle 906 und eine vierte thermisch-Verdampfung-Quelle 916 aufweisen. Die dritte thermisch-Verdampfung-Quelle 906 kann beispielsweise eine Metalldampfquelle sein und die vierte thermisch-Verdampfung-Quelle 916 kann beispielsweise ein Kohlenstoffdampfquelle sein.
  • 12A veranschaulicht ein Substrat 7 in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7 ein oder mehrere Filamente eines Textils 1212 aufweisen oder daraus gebildet sein (d.h. Textilfilamente, z.B. Textilfäden oder Textilfasern).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 7 derart beschichtet sein oder werden, dass dieses eine elektrisch leitfähige Verbindung 1224 zwischen zwei Bereichen 1202a, 1202b des Textils 1212 bereitstellt, z.B. mittels eines gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschichteten Filaments 102. In zumindest einem der zwei Bereichen 1202a, 1202b (z.B. in beiden Bereichen 1202a, 1202b) kann ein elektronisches Bauelement angeordnet sein oder werden, z.B. ein Sensor, ein Prozessor, ein elektronisches Speichermedium und/oder eine elektronische Kommunikationseinheit.
  • 12B veranschaulicht ein Verfahren 1200b in einem schematischen Ablaufdiagram.
  • Das Verfahren kann in 1202 aufweisen: Bereitstellen eines Substrats, das ein oder mehrere Filamente aufweist. Ferner kann das Verfahren in 1204 aufweisen: Beschichten des Substrats mittels thermischen Verdampfens eines Beschichtungsmaterials.

Claims (12)

  1. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b), aufweisend: • Bereitstellen eines Substrats (7), das ein oder mehrere Filamente (102) aufweist; • Beschichten (1100a, 1100b) des Substrats (7) mittels thermischen Verdampfens eines Beschichtungsmaterials (5, 11).
  2. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß Anspruch 1, wobei das thermische Verdampfen mittels einer Elektronenstrahlquelle (104a) erfolgt.
  3. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Beschichtungsmaterial (5, 11) ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial (5, 11) aufweist.
  4. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Beschichtungsmaterial (5, 11) ein erstes Beschichtungsmaterial (5) aufweist, welches Chrom, Kupfer, Titan, Gold, Silber und/oder Platin aufweist; und/oder wobei das Beschichtungsmaterial (5, 11) ein zweites Beschichtungsmaterial (11) aufweist, welches Kohlenstoff und/oder Stickstoff aufweist.
  5. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Beschichten (1100a, 1100b) des Substrats (7) eine Schicht (202) gebildet wird, welche sich zusammenhängend auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats (7) erstreckt und/oder elektrisch leitfähige Verbindungspfade zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Substrates ausbildet.
  6. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (7) aus mehreren Richtungen (806a, 806b, 806c) beschichtet (1100a, 1100b) wird; und/oder wobei das Substrat (7) mittels mehrerer thermisch-Verdampfen-Quellen beschichtet wird.
  7. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß Anspruch 6, wobei zumindest zwei Richtungen der mehreren Richtungen (806a, 806b, 806c) einen Winkel von mehr als 60° einschließen
  8. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das oder die Filamente (102) ein Polymer und/oder ein Metall aufweisen.
  9. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: Bilden einer Gasdiffusionsschicht (608) einer Brennstoffzelle unter Verwendung des Substrats.
  10. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mittels des Beschichtens (1100a, 1100b) eine Schicht (202) auf dem Substrat (7) gebildet wird, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats (7) jeweils eine Dicke (202d, 212d) von mehr als ungefähr 100 nm aufweist.
  11. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Beschichten (1100a, 1100b) derart eingerichtet ist, dass eine Schicht (202) auf dem Substrat (7) gebildet wird, welche zumindest zwei Teilschichten (304, 904) aufweist, die sich in zumindest ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden.
  12. Verfahren (1000a, 1000b, 1200b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Druck, in dem das Beschichten erfolgt, in einem Bereich von ungefähr 1·10–5 Millibar bis ungefähr von bis 8·10–4 Millibar eingestellt und/oder geregelt wird.
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