DE102017109249B4

DE102017109249B4 - Feststoffpartikel-Quelle, Prozessieranordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102017109249B4
Application number: DE102017109249.8A
Authority: DE
Inventors: Maik Vieluf
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2037-04-29
Also published as: US20200114392A1; US11247225B2; WO2018197560A1; DE102017109249A1; CN110573648A

Abstract

Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b), aufweisend:• einen Behälter (104), welcher einen Bereich zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln aufweist;• zumindest eine Elektronenquelle (106) zum Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und in eine Richtung aus dem Behälter (104) heraus beschleunigt;• eine Schwingungsquelle (110), welche eingerichtet ist, eine Schwingung in den Bereich einzukoppeln zum Auflockern der Feststoffpartikel;• wobei die Elektronenquelle eine Emissionsfläche aufweist zum Emittieren von Elektronen in einen Vakuum-Emissionsbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststoffpartikel-Quelle, eine Prozessieranordnung und ein Verfahren.
Im Allgemeinen lassen sich Oberflächen beschichten, um diese zu funktionalisieren, z.B. um deren physikalische und/oder chemische Eigenschaften zu verändern. Im Bereich der Batterien können zur Gewährleistung hoher Kapazitäten bzw. eines hohen Einlagerungsvermögens von Ionen anschaulich Schichten aus Aktivmaterialien verwendet werden. Beispielsweise werden die Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien mit dem Aktivmaterial beschichtet, welches eine möglichst hohe aktive Oberfläche bei vorgegebener Schichtdicke aufweist, um die Einlagerung (Interkalation) von Lithium-Ionen zu begünstigen. Im Bereich der Brennstoffzellen können Gasdiffusionsschichten (so genannte Gas-Diffusions-Layer (GDL)) und/oder Bipolarplatten beschichtet werden, um deren elektrische Leitfähigkeit und/oder deren Wasserabweisung zu erhöhen.
Im Allgemeinen können Feststoffpartikel verwendet werden, um Oberflächen zu funktionalisieren oder selbst funktionalisiert zu werden. Beispielsweise lässt sich mittels Feststoffpartikeln ein Oberflächenschutz erreichen, welcher z.B. die Verschleißfestigkeit oder chemische Beständigkeit erhöht. Alternativ lässt sich mittels der Feststoffpartikel eine Oberflächenaktivierung erreichen, welche die aktive Oberfläche und/oder die chemische Reaktivität erhöht. Beispielsweise lassen sich mittels der Feststoffpartikel poröse Schichten herstellen.
Zum Aufbringen der Feststoffpartikel auf eine zu behandelnde oder beschichtende Oberfläche sind in Abhängigkeit von der zu erzielenden Oberfläche oder Schichtdicke verschiedene Verfahren bekannt. Häufig werden die Feststoffpartikel mit einem Bindemittel nasschemisch oder mechanisch vermischt, und z.B. durch Spritzen, Slot Die Coating, Siebdruck oder so genanntes Spin-Coating auf die Oberfläche aufgebracht und in einem nachfolgenden Prozess getrocknet. Die Bindemittelbasierte Beschichtung (nasschemische Beschichtung) ermöglicht einen sehr hohen Durchsatz bei geringen Kosten und ist daher besonders wirtschaftlich und zur großindustriellen Fertigung geeignet. Die verarbeiteten Feststoffpartikel können selbst aus dem Funktionsmaterial bestehen oder selbst Träger dessen sein (d.h. diese können mit dem Funktionsmaterial beschichtet sein). Beispielsweise lassen sich die Feststoffpartikel selbst ebenfalls mittels einer Beschichtung funktionalisieren, um z.B. deren physikalische und/oder chemische Eigenschaften zu verändern. Alternativ oder zusätzlich kann es nötig sein, das Funktionsmaterial selbst zu beschichten, z.B. um es chemisch zu passivieren. Das Beschichten der Feststoffpartikel selbst sollte vor der nasschemischen Beschichtung erfolgen.
Die herkömmlich verwendeten Verfahren zum Beschichten der Feststoffpartikel weisen im Vergleich zur nasschemischen Beschichtung allerdings einen deutlich geringen Durchsatz bei größeren Kosten auf. Ferner bedarf es zusätzlicher Maßnahmen, um zu verhindern, dass die Feststoffpartikel beim Beschichten dieser miteinander verkleben und Cluster bilden, welche sich nicht mehr verarbeiten lassen und daher das Feststoffpartikelgut verunreinigen. Beispielsweise wird zum Beschichten der Feststoffpartikel herkömmlich die so genannte Kathodenzerstäubung, Rückprall-Vibrationsvorrichtung oder eine Freifall-Wirbelschichtgranulator-Beschichtung verwendet, welche insbesondere zeitaufwändig sind. Um diesen geringen Durchsatz zu kompensieren, muss eine große Anzahl von Beschichtungsanlagen vorgehalten werden, welche Standfläche, Anschaffungskosten, Unterhaltung und Personalkosten erhöhen.
Daher stellt die Beschichtung von oder mit Feststoffpartikeln einen großen Kostenfaktor dar, welcher in der großindustriellen Fertigung die Grenzen der Wirtschaftlichkeit übersteigen kann. Beispielsweise werden in der großindustriellen Fertigung mehrere hundert Kilogramm Feststoffpartikel pro Fertigungsanlage verbraucht, deren Beschichtung selbst wiederum mehrere Fertigungsanlagen benötigen kann.
Die DE 10 2015 116 351 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Emission von Feststoffpartikeln in ein Vakuum hinein.
DE 19935053 A1 beschreibt eine Feststoffpartikel-Quelle, welche eingerichtet ist, zwischen einem Behälter, der die Feststoffpartikel aufnimmt, und einer Gegenelektrode ein statisches elektrisches Feld zu erzeugen, welches die Elektronen beschleunigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Verfahren, eine Prozessieranordnung und eine Feststoffpartikel-Quelle bereitgestellt, welche anschaulich einen höheren Durchsatz bei der Beschichtung von und/oder mit Feststoffpartikeln bereitstellen.
Anschaulich wird ein elektronenstrahlbasiertes Emittieren der Feststoffpartikel in einem Vakuum bereitgestellt, welches im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren den Durchsatz erhöht sowie die Kosten verringert - und zudem neue Materialkombinationen zulässt. Anschaulich stellt eine Elektronenstrahlkanone kostengünstig eine große elektrische Leistung bereit, welche es ermöglicht sowohl große Menge Feststoffpartikel in ein Vakuum zu emittieren und optional eine große Menge an Materialdampf zur Beschichtung/Funktionalisierung und/oder Bindung dieser zu erzeugen.
Mit den Feststoffpartikeln kann beispielsweise eine zu funktionalisierende Oberfläche im Vakuum beschichtet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich können die Feststoffpartikel im Vakuum beschichtet werden. Auch können die Feststoffpartikel nachdem diese beschichtet wurden, auf herkömmlichen Weg, z.B. mittels eines nasschemischen Beschichtungsverfahrens, auf eine zu funktionalisierende Oberfläche aufgebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass das elektronenstrahlbasierte Emittieren von Feststoffpartikeln (auch als Feststoffpartikel-Emission bezeichnet) einer Vielzahl von Einflussfaktoren unterliegt, deren komplexes Zusammenspiel es beispielsweise erschwert, die Emissionsrate (z.B. emittierte Feststoffpartikel/Zeit oder emittierte Masse der Feststoffpartikel/Zeit) vorherzusagen, zu reproduzieren und/oder zeitlich konstant zu halten.
Anschaulich wurde erkannt, dass die Emissionsrate bei einer vorgegebenen Leistung der eingebrachten Elektronen nicht nur von der Beschaffenheit der Feststoffpartikel selbst, wie beispielsweise deren Größe, deren chemische Zusammensetzung, deren elektrischer Widerstand und/oder deren Form, abhängt, sondern auch von deren Lagerung, z.B. deren Kompression, deren Partikeldichte, deren Schüttungshöhe, usw., und/oder auch von deren Nachführung. Beispielsweise kann es sich auf die Emissionsrate auswirken, wenn die Feststoffpartikel zu einer größeren Partikeldichte komprimiert (auch als verdichtet bezeichnet) werden und/oder wenn die Partikeldichte einen Gradienten aufweist. Diese Vielzahl von Einflussgrößen kann zu einem komplexen Zusammenspiel ineinandergreifen, aus dessen Resultat sich die Emissionsrate und/oder deren zeitliche Abhängigkeit ergeben.
Herkömmlicherweise werden die Auswirkungen auf die Emissionsrate in Kauf genommen, da sich die Beschaffenheit und/oder Lagerung der Feststoffpartikel nach dem Beginn der Feststoffpartikel-Emission nur schwer oder gar nicht mehr verändern lassen. Dies erschwert allerdings eine Industrialisierung der Beschichtung mit Feststoffpartikeln (auch als FPD - „fast particle deposition“ bezeichnet) und der Beschichtung von Feststoffpartikeln (auch als FPC - „fast particle coating“ bezeichnet)), da reproduzierbare Beschichtungsprozesse auf Grund der Einflussgrößen zum einen sehr komplex und bei bestimmten Materialien zum anderen gar nicht möglich wird.
In dem Zusammenhang wurde erkannt, dass sich das komplexe Zusammenspiel der Vielzahl von Einflussgrößen vereinfachen lässt, indem deren Auswirkung auf den elektrischen Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand betrachtet wird. Mit anderen Worten wurde erkannt, dass der elektrische Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand als Bindeglied zwischen der Emissionsrate und der Vielzahl von Einflussgrößen fungiert.
Der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand sinkt beispielsweise mit steigender Partikeldichte, wenn die Feststoffpartikel verklumpen, mit sinkender elektrischer Leitfähigkeit der Feststoffpartikel, wenn diese inert sind oder Ähnliches. Beispielsweise kann ein räumlicher Gradient in der Partikeldichte, welcher sich beispielsweise aufgrund der eigenen Gewichtskraft der Feststoffpartikel, d.h. anschaulich aufgrund einer Selbstkompression der Feststoffpartikel mit steigender Füllung des Partikelbehälters, ergibt, zu einem zeitlichen Gradienten in der Emissionsrate führen. Die Emissionsrate kann daher im zeitlichen Verlauf, während der Partikelbehälter geleert wird, abnehmen.
Diese Eigenschaft als Bindeglied wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen ausgenutzt, um die Emissionsrate von Feststoffpartikeln gezielt einzustellen oder zumindest zu vergrößern. Anschaulich hemmt ein großer Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand die Delokalisierung der eingebrachten elektrischen Ladungen und vergrößert somit die daraus resultierende Emissionsrate von Feststoffpartikeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand gezielt eingestellt oder zumindest vergrößert, indem die Feststoffpartikel aufgelockert werden mittels einer kollektiven Schwingung.
Anschaulich werden ein Verfahren, eine Prozessieranordnung und eine Feststoffpartikel-Quelle bereitgestellt, welche die Feststoffpartikel auflockern, um beispielsweise eine zeitlich konstante und/oder reproduzierbare Emissionsrate bereitzustellen.
Erfindungsgemäß weist eine Feststoffpartikel-Quelle auf: einen Behälter (auch als Partikelbehälter bezeichnet), welcher einen Bereich zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln aufweist; zumindest eine Elektronenquelle zum Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und in eine Richtung aus dem Behälter heraus beschleunigt; eine Schwingungsquelle (auch als Erreger bezeichnet), welche eingerichtet ist, eine Schwingung in den Bereich einzukoppeln (z.B. in diesen hinein zu übertragen) zum Auflockern der Feststoffpartikel, wobei die Elektronenquelle eine Emissionsfläche aufweist zum Emittieren von Elektronen in einen Vakuum-Emissionsbereich.
Das Einkoppeln der Schwingung kann aufweisen, eine mechanische Schwingung in den Bereich hinein zu übertragen und/oder diese darin zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle einen elektromechanischen Wandler aufweisen.
Der elektromechanische Wandler kann eingerichtet sein, ein elektrisches Signal (z.B. eine Schwingung und/oder Spannung) in eine (z.B. korrespondierende) mechanische Schwingung umzuwandeln, z.B. mittels einer piezoelektrischen, induktiven und/oder Unwucht-Wandlung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle eine elektrische Spule aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle eine Membran aufweisen, welche an den Bereich angrenzt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, eine außerhalb des Bereichs erzeugte elektromagnetische Schwingung in den Behälter hinein zu übertragen (z.B. eine elektromagnetische Welle in den Bereich einzukoppeln).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle eingerichtet sein, eine außerhalb des Bereichs erzeugte mechanische Schwingung in den Behälter hinein und/oder auf den Behälter zu übertragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung Folgendes aufweisen: eine Feststoffpartikel-Quelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von Feststoffpartikeln, welche aus dem Bereich heraus beschleunigt (und optional mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet werden) werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung ferner Folgendes aufweisen: einen Beschichtungsbereich, welcher zwischen der Auffangvorrichtung und der Feststoffpartikel-Quelle (z.B. bezüglich des Behälters in der Richtung) angeordnet ist oder in dem die Auffangvorrichtung angeordnet ist; eine Materialdampf-Quelle, welche eingerichtet ist, einen Materialdampf in den Beschichtungsbereich hinein (z.B. zu der Auffangvorrichtung hin und/oder an dieser vorbei) zu emittieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung einen Substrathalter aufweisen zum Halten eines zu beschichtenden Substrats mit einer Substratoberfläche des Substrats in Richtung des Bereichs. Der Substrathalter kann beispielsweise Teil einer Substrat-Transportvorrichtung sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung einen zusätzlichen Behälter aufweisen und eingerichtet sein, Feststoffpartikel mittels des zusätzlichen Behälters aufzufangen und/oder in diesen hinein zu transportieren (z.B. mittels einer Feststoffpartikel-Transportvorrichtung).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung ferner aufweisen: eine Vakuumkammer, in welcher der Bereich, die Auffangvorrichtung und/oder der Beschichtungsbereich angeordnet sind.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren Folgendes auf: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind; Emittieren von Elektronen in das Vakuum; Einbringen zumindest eines Teils der Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt; und Einkoppeln einer Schwingung in die in dem Bereich angeordneten Feststoffpartikel (z.B. während des Einbringens der Elektronen in die Feststoffpartikel).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem (z.B. anorganische) Feststoffpartikel angeordnet sind, wobei in dem Bereich ferner ein organisches Material angeordnet wird, welches zumindest einige der Feststoffpartikel räumlich voneinander separiert; Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt.
Das organische Material kann beispielsweise eine geringere elektrische Leitfähigkeit (entspricht dem Kehrwert des spezifischen Widerstands) aufweisen als die Feststoffpartikel. Alternativ oder zusätzlich können die Feststoffpartikel ein von dem organischen Material verschiedenes Material aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich die Feststoffpartikel und das organische Material in ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder ihrem Materialtyp (z.B. organisch/anorganisch, metallisch/unmetallisch, usw.) unterscheiden.
Das organische Material kann beispielsweise in Form von (z.B. organischer) Feststoffpartikeln bereitgestellt sein oder werden und/oder zumindest einige der Feststoffpartikel zumindest teilweise umhüllen. Beispielsweise können die Feststoffpartikel mit dem organischen Material vermischt und/oder verschmiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel eines ersten Materialtyps und eines zweiten Materialtyps angeordnet sind, wobei die Feststoffpartikel des ersten Materialtyps einen größeren Masseanteil organisches Material und/oder eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als die Feststoffpartikel des zweiten Typs; Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind, von denen zumindest einige Feststoffpartikel verschiedene Materialtypen aufweisen, von denen zumindest ein Materialtyp organisch ist; Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das organische Material zumindest einige der Feststoffpartikel zumindest teilweise umhüllen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Elektronenquelle eine Steuerung aufweisen, welche das Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel steuert.
Die Elektronenquelle kann beispielsweise eingerichtet sein, eine Temperatur der Feststoffpartikel während des Einbringens der Elektronen und/oder während des Beschichtens kleiner zu halten als eine Aggregatzustand-Übergangstemperatur (z.B. eine Verdampfungstemperatur, eine Schmelztemperatur und/oder eine Sublimationstemperatur) der Feststoffpartikel und/oder des organischen Materials. Damit kann anschaulich verhindert werden, dass das organische Material bzw. die Feststoffpartikel aufschmelzen, sublimieren, zusammensintern oder verdampfen. Anschaulich können die Feststoffpartikel mittels des Einbringens der Elektronen elektrostatisch aufgeladen werden, ohne deren Temperatur über die Aggregatzustand-Übergangstemperatur zu bringen. Die thermische Verlustleistung kann von der Temperatur der Feststoffpartikel abhängen und z.B. bei deren Schmelztemperatur oder Sublimationstemperatur definiert sein oder werden.
Die Elektronenquelle kann beispielsweise eingerichtet sein, die Feststoffpartikel zusätzlich zu kühlen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leistung der Elektronen (z.B. elektrische und/oder kinetische Leistung), d.h. eine von den Elektronen eingetragene Leistung, derart eingerichtet sein, dass die Temperatur der Feststoffpartikel während des Einbringens der Elektronen und/oder während des Beschichtens kleiner ist als deren Aggregatzustand-Übergangstemperatur. Beispielsweise kann die mittels der Elektronen eingetragene Leistung kleiner sein als eine thermische Verlustleistung der Feststoffpartikel.
Im Rahmen dieser Beschreibung können die Feststoffpartikel als Partikel (anschaulich Körner) verstanden werden, welche einen Feststoff aufweisen oder daraus gebildet sind, d.h. in einem festen Aggregatzustand vorliegende Materie (wobei die Materie mehrere Atome und/oder Moleküle aufweisen kann). Die Feststoffpartikel können eine Ausdehnung (anschaulich Partikelgröße) und/oder mittleren Abstand (auch als Partikelabstand bezeichnet) größer als 5 nm (Nanometer) aufweisen, z.B. größer als 0,1 µm (Mikrometer), z.B. kleiner als 1 mm, z.B. kleiner als 500 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 µm , z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 100 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 200 nm bis ungefähr 10 µm, oder in einem Bereich von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 1 mm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 500 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 250 µm. Die Ansammlung von Feststoffpartikel kann anschaulich ein Granulat oder ein Pulver (allgemeiner eine Partikelansammlung oder Partikelvorrat) bilden. Die Ausdehnung der Feststoffpartikel und/oder deren Abstand voneinander kann deren gemittelte Ausdehnung bzw. gemittelter Abstand sein, z.B. über alle Feststoffpartikel des Partikelvorrats gemittelt. Die mittlere Ausdehnung eines Feststoffpartikels kann anschaulich einem Durchmesser einer Kugel entsprechen, welche das Volumen des Feststoffpartikels aufweist. Der mittlere Abstand der Feststoffpartikel kann anschaulich dem gemittelten Abstand zu den nächstliegenden (benachbarten) Feststoffpartikeln entsprechen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Feststoffpartikel in einem Behälter angeordnet sein oder werden, welcher eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Behälterwandung aufweist, wobei das Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel indirekt über die Behälterwandung erfolgt. Mit anderen Worten kann das Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel aus der Behälterwandung erfolgen. Damit kann beispielsweise erreicht werden, dass die Elektronen mittels der Behälterwandung verteilt werden was eine elektrische Stromdichte, welche durch das Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel bewirkt wird, verringert. Somit kann anschaulich ein lokales Erwärmen der Feststoffpartikel reduziert und/oder verhindert werden, z.B. ein dadurch bewirktes lokales Aufschmelzen oder Zusammensintern. Alternativ kann der Behälter elektrisch isolierend sein und/oder das Einbringen von Elektronen mittels eines auf die Feststoffpartikel gerichteten Elektronenstrahls erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Abführen von Elektronen aus den Feststoffpartikeln während des Einbringens von Elektronen in die Feststoffpartikel, wobei das Abführen gesteuert oder geregelt erfolgt, z.B. mittels einer Steuerung. Damit kann ein elektrisches Potential der Feststoffpartikel, welches durch das Einbringen von Elektronen bewirkt wird, gesteuert oder geregelt werden. Anschaulich kann ein Teil der elektrischen Ladung, welche durch das Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel eingebracht wird mittels des Abführens von Elektronen wieder abgeführt werden.
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 das Einbringen gesteuert oder geregelt erfolgen, z.B. mittels der Steuerung. Damit kann ein elektrisches Potential der Feststoffpartikel, welches durch das Einbringen von Elektronen bewirkt wird, gesteuert oder geregelt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Einkoppeln der Schwingung in den Bereich gesteuert oder geregelt erfolgen, z.B. mittels der Steuerung. Damit kann der elektrische Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Wiederstand der Feststoffpartikel und/oder deren Emissionsrate (z.B. emittierte Feststoffpartikel/Zeit oder emittierte Masse der Feststoffpartikel/Zeit) gesteuert oder geregelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Steuern und/oder Regeln (z.B. mittels einer Steuerung bzw. Regelung) eines elektrischen Potentialunterschieds zwischen dem Substrat und den Feststoffpartikeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren ferner aufweisen: Beschichten eines Substrats mit den (optional beschichteten) Feststoffpartikeln. Das Beschichten kann aufweisen, eine Partikelschicht zu bilden. Alternativ oder zusätzlich kann ein oder das Verfahren aufweisen: Auffangen und/oder Transportieren der (optional beschichteten) Feststoffpartikel in einen zusätzlichen Behälter, welcher außerhalb des Vakuums angeordnet oder aus diesem heraus transportiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Partikelschicht (auch als Schicht bezeichnet) Feststoffpartikel aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann die Partikelschicht das Beschichtungsmaterial aufweisen, z.B. in Form einer Beschichtung der Feststoffpartikel, in Form einer Feststoffpartikel-Substrat-Verbindung und/oder in Form einer Feststoffpartikel-Feststoffpartikel-Verbindung.
Die mittels des Beschichtens gebildete Schicht kann eine Schichtdicke (d.h. eine Ausdehnung quer zu der Substratoberfläche) aufweisen größer als ungefähr 10 nm, z.B. größer als ungefähr 100 nm, z.B. größer als ungefähr 1 µm, z.B. größer als ungefähr 10 µm, z.B. größer als ungefähr 100 µm, z.B. größer als ungefähr 1 mm, z.B. größer als ungefähr 10 mm. Alternativ oder zusätzlich kann die Schicht eine Dicke (Schichtdicke) von weniger als ungefähr 1 mm aufweisen, z.B. weniger als ungefähr 100 µm, z.B. weniger als ungefähr 10 µm, z.B. weniger als ungefähr 1 µm, z.B. weniger als ungefähr 500 nm, z.B. weniger als ungefähr 250 nm, z.B. weniger als ungefähr 100 nm, z.B. weniger als ungefähr 50 nm, z.B. weniger als ungefähr 25 nm, z.B. weniger als ungefähr 10 nm, z.B. weniger als ungefähr 5 nm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm oder z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1 µm, oder z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 10 µm, oder z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 100 µm, oder z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 1 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Behälter von der Schwingungsquelle elektrisch isolierend (z.B. galvanisch davon getrennt) gelagert und/oder eingerichtet sein oder werden. Dann kann ein Abführen von Elektronen von dem Behälter gehemmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Behälter gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels eines einstellbaren Widerstands (Potentiometer) mit einem elektrischen Bezugspotential gekoppelt sein oder werden, z.B. mit elektrischer Masse. Die Steuerung kann eingerichtet sein, einen Widerstandswert des Potentiometers zu stellen und/oder zu regeln, z.B. auf Grundlage eines Beschichtungsfortschritts und/oder auf Grundlage einer Messgröße, welche eine Schichteigenschaft repräsentiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat elektrisch isolierend positioniert sein oder werden. Dann kann ein Abführen von Elektronen von dem Substrat gehemmt werden.
Alternativ kann das Substrat gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels eines einstellbaren Widerstands (Potentiometer) mit einem elektrischen Bezugspotential gekoppelt sein oder werden, z.B. mit elektrischer Masse. Die Steuerung kann eingerichtet sein, einen Widerstandswert des Potentiometers zu stellen und/oder zu regeln, z.B. auf Grundlage eines Beschichtungsfortschritts und/oder auf Grundlage einer Messgröße, welche eine Schichteigenschaft repräsentiert.
Der Materialdampf (z.B. aus einem Beschichtungsmaterial gebildet, auch als Verdampfen des Beschichtungsmaterial bezeichnet) kann derart emittiert werden, dass dieser ein Beschichten der Feststoffpartikel und/oder ein Beschichten des Substrats bewirkt.
Das Beschichten der Feststoffpartikel mit dem Beschichtungsmaterial kann aufweisen, vor dem Auffangen (mittels der Auffangvorrichtung) der Feststoffpartikel mehr Beschichtungsmaterial an den Feststoffpartikeln anzulagern als nach dem Auffangen (mittels der Auffangvorrichtung) der Feststoffpartikel. Das Beschichten des Substrats mit dem Beschichtungsmaterial kann aufweisen, nach dem Auffangen (mittels des Substrats) der Feststoffpartikel mehr Beschichtungsmaterial an den Feststoffpartikeln anzulagern als vor dem Auffangen (mittels des Substrats) der Feststoffpartikel.
Das Beschichten der Feststoffpartikel mit dem Beschichtungsmaterial (z.B. in dem Beschichtungsbereich) kann aufweisen, eine Schicht (auch als Feststoffpartikel-Beschichtung oder einfacher Beschichtung bezeichnet) auf zumindest einigen der emittierten Feststoffpartikel zu bilden. Die Schicht kann das Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann die Schicht ein Oxid des Beschichtungsmaterials aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Schicht muss einen Feststoffpartikel nicht notwendigerweise vollständig einhüllen. Beispielsweise kann die Schicht den Feststoffpartikel teilweise bedecken, z.B. mehr als ungefähr 10% und/oder weniger als ungefähr 90% (der Oberfläche des Feststoffpartikels), z.B. mehr als ungefähr 20% und/oder weniger als ungefähr 80%, z.B. mehr als ungefähr von ungefähr 30% und/oder weniger als ungefähr 70%.
Zum Beschichten der Feststoffpartikel kann eine Prozessieranordnung Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer mit einem Beschichtungsbereich und einem Auffangbereich, in dem eine Auffangvorrichtung angeordnet ist; eine Feststoffpartikel-Quelle, welche eingerichtet ist, Feststoffpartikel mit einer ersten Haupt-Ausbreitungsrichtung durch den Beschichtungsbereich hindurch in den Auffangbereich hinein zu emittieren; eine Materialdampf-Quelle, welche eingerichtet ist, ein Beschichtungsmaterial mit einer zweiten Haupt-Ausbreitungsrichtung in den Beschichtungsbereich hinein zu verdampfen; wobei die erste Haupt-Ausbreitungsrichtung und die zweite Haupt-Ausbreitungsrichtung in einem Winkel zueinander verlaufen derart, dass die Materialdampf-Quelle das Beschichtungsmaterial an dem Auffangbereich und/oder der Auffangvorrichtung vorbei verdampft (z.B. mehr als in diesen hinein bzw. zu dieser hin). Die Auffangvorrichtung kann beispielsweise frei von dem Materialdampf sein oder verbleiben.
Zum Beschichten der Feststoffpartikel kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Beschichtungsbereich und in einem Auffangbereich, in dem die Auffangvorrichtung angeordnet ist; Emittieren von Feststoffpartikel mit einer ersten Haupt-Ausbreitungsrichtung durch den Beschichtungsbereich hindurch in den Auffangbereich hinein; Verdampfen eines Beschichtungsmaterial (kann auch als Verdampfungsgut bezeichnet werden) mit einer zweiten Haupt-Ausbreitungsrichtung in den Beschichtungsbereich hinein, wobei die erste Haupt-Ausbreitungsrichtung und die zweite Haupt-Ausbreitungsrichtung in einem Winkel zueinander verlaufen derart, dass das Beschichtungsmaterial an dem Auffangbereich und/oder der Auffangvorrichtung vorbei verdampft wird (z.B. mehr als in diesen hinein bzw. zu dieser hin) .
Zum Beschichten eines Substrats (welches beispielsweise mittels der Auffangvorrichtung gehalten wird) mit dem Beschichtungsmaterial kann das Beschichtungsmaterial hingegen in den Auffangbereich hinein verdampft werden (z.B. mehr als an diesem vorbei), in welchem das Substrat angeordnet ist. Mit anderen Worten können die erste Haupt-Ausbreitungsrichtung und die zweite Haupt-Ausbreitungsrichtung zueinander verlaufen derart, dass das Beschichtungsmaterial in den Auffangbereich hinein und/oder zu der Auffangvorrichtung hin verdampft wird (z.B. mehr als in an diesem bzw. dieser vorbei).
Das Beschichtungsmaterial, mit dem das Substrat beschichtet wird, kann beispielsweise ein Verbinder-Material aufweisen oder daraus gebildet sein, welches sich von den Feststoffpartikeln unterscheidet. Das Verfahren kann ferner aufweisen: Bilden einer Feststoffpartikel-Feststoffpartikel-Verbindung, welche das Verbinder-Material aufweist oder daraus gebildet ist. Die Schicht kann die Feststoffpartikel und die Feststoffpartikel-Feststoffpartikel-Verbindung aufweisen. Das Verbinder-Material kann optional eingerichtet sein in einem gasförmigen Zustand mit den Feststoffpartikeln chemisch zu reagieren (z.B. kann ein Karbid gebildet werden, z.B. Titankarbid). Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren aufweisen: Bilden einer Substrat-Feststoffpartikel-Verbindung, welche das Verbinder-Material aufweist oder daraus gebildet ist. Die Schicht kann die Feststoffpartikel und die Substrat-Feststoffpartikel-Verbindung aufweisen. Das Verbinder-Material kann eingerichtet sein in einem gasförmigen Zustand mit den Feststoffpartikeln und/oder dem Substrat chemisch zu reagieren. Alternativ oder zusätzlich kann das organische Material, welches die Feststoffpartikel in dem Behälter voneinander separiert, das Verbinder-Material aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Feststoffpartikel, mit denen z.B. das Substrat beschichtet wird, und/oder das Beschichtungsmaterial, mit dem z.B. die Feststoffpartikel beschichtet werden, ein Akkumulator-Aktivmaterial, ein Brennstoffzellen-Aktivmaterial, ein Solarzellen-Aktivmaterial, ein Katalysatormaterial und/oder ein Feststoffelektrolyt (Festelektrolyt) aufweisen.
Als Elektrolyt kann ein Material verstanden werden, welches im festen (Feststoffelektrolyt), flüssigen oder gelösten Zustand in Ionen dissoziiert ist, so dass sich diese unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegen können. Als Akkumulator-Aktivmaterial kann ein Material verstanden werden, welches unter einer chemischen Reaktion elektrische Ladungen aufnimmt oder abgibt (mit anderen Worten, welches elektrische Energie in chemische Energie umwandelt, und umgekehrt). Ein Brennstoffzellen-Aktivmaterial kann beispielsweise als Material verstanden werden, welches als mikroporöse Schicht (MPL) in Form einer GasDiffusionsschicht auf ein Gewebe (Mesh, Flies) aufgebracht ist. Ein Katalysatormaterial kann als Material verstanden werden, welches eine Reaktionsgeschwindigkeit durch die Senkung der Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Ein Solarzellen-Aktivmaterial kann verstanden werden als ein Material, welches Strahlungsenergie (Energie von elektromagnetischer Strahlung, z.B. Licht) in elektrische Energie umwandelt, und umgekehrt.
Der Feststoffelektrolyt kann beispielsweise eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: yttriumstabilisiertes Zirkonium (YSZ), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃) , Lithium-Phosphor-Oxinitrid (LiPON), ein sulfidisches Glas und/oder andere ionisch leitfähige Oxide mit hoher Leitfähigkeit, wie beispielsweise LATP (Li_aAl_bTi_c (PO_d)_e) und/oder LLZO (Li_fLa_gZr_hO_i) .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Feststoffpartikel und/oder das Beschichtungsmaterial sich voneinander in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden und/oder zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall; ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid); ein Dielektrikum; ein organisches oder anorganisches Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer); ein Oxinitrid; ein Nitrid; ein Karbid; eine Keramik; ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff); ein Perowskit; ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas); einen Halbleiter; ein Halbleiteroxid; ein halborganisches Material, und/oder ein organisches Material.
Der Kohlenstoff kann zumindest eine der folgenden Kohlenstoffkonfigurationen aufweisen oder daraus gebildet sein: Graphit; amorpher Kohlenstoff; tetraedrischer Kohlenstoff; diamantähnlicher Kohlenstoff; Fullerene; Diamant; Kohlenstoffnanoröhren; 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 zumindest ein Metall (z.B. Nickel, Titan und/oder Chrom) aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise können (unmetallische, z.B. keramische und/oder organische) Feststoffpartikel mit einem metallischen Beschichtungsmaterial beschichtet werden, z.B. zum Bilden einer Metallbeschichtung. Beispielsweise können mit Platin beschichtete kohlenstoffhaltige Feststoffpartikel (z.B. Rußpartikel, Kohlenstoffpartikel und/oder Graphitpartikel) und/oder mit Ruthenium beschichtete kohlenstoffhaltige Feststoffpartikel (z.B. Rußpartikel, Kohlenstoffpartikel und/oder Graphitpartikel) und/oder mit Palladium beschichtete kohlenstoffhaltige Feststoffpartikel (z.B. Rußpartikel, Kohlenstoffpartikel und/oder Graphitpartikel) und/oder mit Zink beschichtete kohlenstoffhaltige Feststoffpartikel (z.B. Rußpartikel Kohlenstoffpartikel und/oder Graphitpartikel) bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtung der Feststoffpartikel mittels der Materialdampf-Quelle (auch als Co-Verdampfung bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden.
Die kohlenstoffhaltigen Feststoffpartikel können Kohlenstoff in einer Modifikation des Kohlenstoffs (auch als Kohlenstoffmodifikation bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Ruß (z.B. Industrieruß), Graphit, amorpher Kohlenstoff, tetraedrischer Kohlenstoff, diamantähnlicher Kohlenstoff, amorph-tetraedrischem Kohlenstoff und/oder nanokristalliner Kohlenstoff.
Alternativ können die Feststoffpartikel ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
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), Silber (Ag), Chrom (Cr), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), 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), Palladium (Pd), Zink (Zn) und/oder Lithium (Li). Ferner 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), wie z.B. Bronze oder Messing, oder z.B. eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element (z.B. aus der Gruppe von Elementen) und mindestens einem nichtmetallischen Element (z.B. Kohlenstoff), wie z.B. Stahl. Alternativ oder zusätzlich kann ein Metall eine thermische Leitfähigkeit größer als 10 W/(m·K) aufweisen, z.B. größer als 50 W/(m·K).
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Kunststoff verstanden werden als ein organischer Stoff in Polymerform (d.h. ein Polymer), z.B. Polyamid, Polyethylenterephthalat (PET), Polytetrafluorethylen (PTFE), oder elektrisch leitfähiges Polymer.
Ein Akkumulator-Aktivmaterial (z.B. deren Elektrode, z.B. die Kathode) kann beispielsweise Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einer Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatorzelle), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einer Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatorzelle), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einer Lithium-Mangan-Oxid-Akkumulatorzelle) und/oder Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LNMO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einer Lithium-Titanat-Akkumulatorzelle). Für Lithium-Ionen-Akkumulator kann das Aktivmaterial auch als Lithiumverbindung-Aktivmaterial bezeichnet werden.
Ein Akkumulator-Aktivmaterial (z.B. deren Gegenelektrode, z.B. die Anode) kann auch beispielsweise Graphit (oder Kohlenstoff in einer anderen Konfiguration) aufweisen oder daraus gebildet sein, nanokristallines und/oder amorphes Silicium aufweisen oder daraus gebildet sein, Lithium-Titanat- (Spinel) -Oxid (Li₄Ti₅O₁₂ bzw. LTO) aufweisen oder daraus gebildet sein, metallisches Lithium aufweisen oder daraus gebildet sein oder Zinndioxid (SnO₂) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Optional können im Bereich der Lithium-Ion-Akkumulatoren konventionelle Verbinder-Materialien in Form von Feststoffpartikeln, beispielsweise PEO (Polyethylene Oxid), PEG (Polyethylene Glycol), PVDF-Homopolymer, CMC (CarboxyMethyl-Cellulose) oder HPMC (Hydroxy-Propyl-MethylCellulose), zur Erreichung einer verbesserten elektrischen Leitfähigkeit und/oder verbesserten Barrierewirkung mit einer metallartigen und/oder kohlenstoffhaltigen Funktionsschicht versehen werden. Mit anderen Worten können die Feststoffpartikeln gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einem metallischen und/oder einem kohlenstoffhaltigen Material beschichtet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beschichteten Feststoffpartikel in einen flüssigen oder pastösen Träger eingebracht werden und gemeinsam mit diesem auf ein Substrat aufgebracht werden (nasschemische Beschichtung), z.B. außerhalb des Vakuums bzw. der Vakuumkammer, zum Bilden der Partikelschicht. Mit anderen Worten können die beschichteten Feststoffpartikel außerhalb des Vakuums weiterverarbeitet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Emittieren der Feststoffpartikel und/oder das Verdampfen des Beschichtungsmaterials mittels genau einer Elektronenstrahlquelle (zumindest genau einer Elektronenstrahlkanone) oder mittels mehrerer Elektronenstrahlquellen (z.B. mehrerer Elektronenstrahlkanonen) erfolgen.
Die oder jede Elektronenstrahlquelle kann eingerichtet sein einen Elektronenstrahl mit mehr als ungefähr 5 kW (Kilowatt) bereitzustellen, z.B. mehr als ungefähr 10 kW, z.B. mehr als ungefähr 30 kW, z.B. mehr als ungefähr 40 kW, z.B. mehr als ungefähr 50 kW.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Elektrode eines Akkumulators, eines Kondensators, einer Solarzelle oder einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat (z.B. die Elektrode) eine Folie oder eine Folienstruktur, eine Platte oder eine Plattenstruktur aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat (z.B. die Gasdiffusionsschicht) eine gasdurchlässige Struktur aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise ein Gewebe aus mehreren Filamenten oder eine Membran. Die Filamente können ein Polymer und/oder ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das Substrat (z.B. die Gasdiffusionsschicht) ein Metallgewebe und/oder ein Polymergewebe aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Elektrolyt (z.B. eine Elektrolytplatte, eine Elektrolytmembran oder eine Elektrolytfolie) eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ein Separator eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. bei einer Flüssig-Elektrolyt-Zelle, wie einer Direktmethanolbrennstoffzelle). Der Separator kann eingerichtet sein, die Elektroden des Akkumulators oder der Brennstoffzelle (d.h. die negative und positive Elektrode, z.B. Kathode und Anode) räumlich und elektrisch voneinander zu trennen. Der Separator kann ionendurchlässig eingerichtet sein. Somit können Ionen, welche z.B. die Umwandlung der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie bewirken oder andersherum, durch den Separator hindurch dringen. Der Separator kann mikroporös sein, wobei der Separator ein Polymer (z.B. einen Kunststoff) und/oder Glas aufweisen oder daraus gebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Separator Fasern aufweisen, z.B. in Form eines Vlieses, z.B. Glasfaser oder Polyethylenfasern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Elektrode, ein Elektrolyt (z.B. eine Elektrolytplatte, eine Elektrolytmembran oder eine Elektrolytfolie) oder eine Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein. In dem Fall können die Feststoffpartikel beispielsweise ein Katalysatormaterial aufweisen. Das Katalysatormaterial kann in dem Fall zwischen einer Elektrode (z.B. der Anode) der Brennstoffzelle und dem Elektrolyten der Brennstoffzelle angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Bipolarplatte (z.B. eine Elektrodenplatte, eine Separatorplatte) einer Brennstoffzelle aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung zur Beschichtung eines Substrats Folgendes aufweisen: einen Partikelbehälter, welcher einen Bereich zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln aufweist; eine Positionierungsvorrichtung zum Positionieren eines Substrats mit einer Substratoberfläche des Substrats in Richtung des Bereichs; zumindest eine Elektronenquelle zum Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel; eine Steuerung, eingerichtet zum Steuern einer elektrostatischen Aufladung der Feststoffpartikel derart, dass eine durch die elektrostatische Aufladung bewirkte Kraft die Feststoffpartikel voneinander trennt und in Richtung der Substratoberfläche des Substrats beschleunigt zum Beschichten der Substratoberfläche mit zumindest einem Teil der voneinander getrennten Feststoffpartikel.
Die Elektronenquelle weist eine Emissionsfläche (z.B. mittels einer Kathode bereitgestellt, z.B. mittels einer Glühkathode und/oder einer Feldemissionskathode) auf zum Emittieren von Elektronen in einen Emissionsbereich, z.B. dem beispielsweise ein Vakuum gebildet ist. Optional kann die Elektronenquelle Teil einer Elektronenstrahlquelle sein. Die Elektronenstrahlquelle kann die Elektronenquelle und eine Strahlformeinheit aufweisen. Die Strahlformeinheit kann zumindest eine Elektrode oder mehrere Elektroden und/oder eine Spule oder mehrere Spulen aufweisen. Die Strahlformeinheit kann zum Bilden eines Strahls (Elektronenstrahl) aus den in den Emissionsbereich emittierten Elektronen eingerichtet sein. Die Elektronenstrahlquelle kann optional Teil einer Elektronenstrahlkanone sein. Die Elektronenstrahlkanone kann die Elektronenstrahlquelle und eine Ablenkanordnung aufweisen. Die Ablenkanordnung kann zum Ablenken des Elektronenstrahls gemäß einem oder mehrerer Ablenkparameter eingerichtet sein, z.B. um den Bereich und/oder den Behälter, bzw. den weiteren Bereich und/oder den weiteren Behälter zu überstreichen. Die Ablenkanordnung kann zumindest eine Elektrode oder mehrere Elektroden und/oder eine Spule oder mehrere Spulen aufweisen.
Die Auffangvorrichtung (z.B. der Substrathalter) kann optional ferner zum Transportieren eines bandförmigen Substrats (z.B. einer Folie) und/oder eines plattenförmigen Substrats (z.B. ein Blech oder eine Platte) eingerichtet sein. Dazu kann die Auffangvorrichtung beispielsweise mehrere Transportrollen aufweisen, über welche das Substrat bewegt wird. Das Substrat kann beispielsweise auf den Transportrollen aufliegen (z.B. bei einem plattenförmigen Substrat) und/oder mittels der Transportrollen umgelenkt werden (z.B. bei einem bandförmigen Substrat).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in einen Vorrat eines partikelförmigen Beschichtungsmaterials (welches die Feststoffpartikel aufweist, auch als Partikel bezeichnet) Elektronen zu deren elektrostatischen Aufladung der Feststoffpartikel zu induzieren. Die elektrische Aufladung erfolgt dabei in einem solchen Umfang, dass für die in der Oberfläche des Vorrats (auch als Partikelvorrat oder Partikelansammlung bezeichnet) liegenden Partikel eine Coulomb-Kraft erzeugt wird, welche andere auf die Partikel wirkende Kräfte (z.B. die Gewichtskraft der Feststoffpartikel und/oder eine diese untereinander verbindende Kraft) übersteigt, so dass diese in Richtung einer über dem Partikelvorrat angeordneten Auffangvorrichtung (z.B. ein Substrat haltend) emittiert werden und sich an der Auffangvorrichtung niederschlagen (abscheiden und/oder anlagern).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Partikelbehälter eine Wärmesenke aufweisen oder mit einer solchen thermisch gekuppelt sein. Anschaulich können die Feststoffpartikel optional aktiv gekühlt sein oder werden. Die Wärmesenke kann zum Entziehen von thermischer Energie (auch als Wärme bezeichnet) von dem Partikelbehälter und/oder den Feststoffpartikeln eingerichtet sein, wobei das Entziehen z.B. gesteuert und/oder geregelt sein oder werden kann, z.B. mittels einer Steuerung. Mittels der Wärmesenke kann ein Wärmestrom von den Feststoffpartikeln weg eingestellt werden, z.B. gesteuert und/oder geregelt mittels der Steuerung.
Die Wärmesenke kann beispielsweise eingerichtet sein, die entzogene thermische Energie auf einen Fluidstrom (z.B. Kühlfluid) zu übertragen. Der Fluidstrom kann beispielsweise eine strömende Flüssigkeit (Kühlflüssigkeit) aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. einen Flüssigkeitsstrom, z.B. Öl oder Wasser. Alternativ oder zusätzlich kann der Fluidstrom ein strömendes Gas (Kühlgas) aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. einen Gasstrom. Der Fluidstrom kann beispielsweise mittels einer Fluidleitung durch den Partikelbehälter hindurch geführt werden. Die Fluidleitung kann einen Hohlraum aufweisen, durch welchen der Fluidstrom hindurch geführt wird. Der Fluidstrom kann optional extern von dem Partikelbehälter gekühlt werden, z.B. mittels einer Kühlvorrichtung, welche z.B. außerhalb einer Vakuumkammer angeordnet ist. Beispielsweise kann die Wärmesenke einen Wärmetauscher aufweisen, welcher beispielsweise einen Hohlraum zum Aufnehmen des Fluidstroms aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlvorrichtung einen Wärmeradiator zum Kühlen des Kühlfluides aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektrische Oberflächenladung dem Partikelvorrat derart erzeugt, dass die elektrostatische Coulombabstoßung zwischen den Partikeln die anderen auf die Partikeln wirkenden Kräfte überwiegt, wodurch es zu einer im Vakuum ablaufenden kollektiven Emission der Feststoffpartikel (Feststoffpartikel-Emission) kommt. Unter einer stark vereinfachten Annahme, in der die Gewichtskraft der Partikel dominiert, kann davon ausgegangen werden, dass zur Feststoffpartikel-Emission bzw. zum Deplatzieren eines Partikels, die Coulombsche Abstoßung die treibende Kraft darstellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingung in die Feststoffpartikel eingekoppelt werden, d.h. diese zum Schwingen anregen, beispielsweise eine obere Lage des Partikelvorrats.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Parameter der Schwingung gesteuert und/oder geregelt sein oder werden (z.B. mittels einer Steuerung), z.B. zumindest Frequenz und/oder Amplitude der Schwingung. Anschaulich kann die Schwingung z.B. abstimmbar eingerichtet sein, z.B. mittels einer der Schwingungsquelle zugeführten elektrischen Leistung. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuern und/oder Regeln der Schwingung auf Grundlage einer Messgröße erfolgen, welche die Emissionsrate der Feststoffpartikel repräsentiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwingungsquelle (z.B. deren elektrische Anschlüsse) mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden sein oder werden, welcher der Schwingungsquelle die elektrische Leistung zuführt, z.B. eine Wechselstromleistung (z.B. mit der Frequenz und/oder Amplitude gemäß einzukoppelnden Schwingung) und/oder eine Gleichstromleistung (z.B. mit einer Leistung gemäß einzukoppelnden Schwingung).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Frequenz der Schwingung größer sein als ungefähr 0,1 kHz (Kilohertz), z.B. größer als ungefähr 1 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 kHz (Kilohertz) bis ungefähr 1000 kHz, oder größer als ungefähr 10 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 kHz. Alternativ oder zusätzlich kann die eingekoppelte Schwingung eine Schwingung des Partikelbehälters und/oder der obersten Lage des Partikelvorrats von größer dem mittleren Partikeldurchmesser bewirken, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm (Millimeter) bis ungefähr 1 mm.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A und 1B jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
2A und 2B jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
3A und 3B jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
4 ein Diagramm gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
5, 6, 7 und 8 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.

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 (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen 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 der Begriff „gekoppelt“ oder „Kopplung“ im Sinne einer (z.B. mechanischen, hydrostatischen, thermischen und/oder elektrischen), z.B. direkten oder indirekten, Verbindung und/oder Wechselwirkung verstanden werden. Mehrere Elemente können beispielsweise entlang einer Wechselwirkungskette miteinander gekoppelt sein (z.B. die Schwingungsquelle mit den Feststoffpartikeln), wobei beispielsweise entlang der Wechselwirkungskette Energie übertragen wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann „gekuppelt“ im Sinne einer mechanischen (z.B. magnetischen und/oder körperlichen bzw. physikalischen) Kopplung verstanden werden, z.B. mittels eines direkten körperlichen Kontakts und/oder mittels einer magnetischen Wechselwirkung. Eine Kupplung kann beispielsweise eingerichtet sein, eine mechanische Wechselwirkung (z.B. Kraft, Drehmoment, etc.) zu übertragen, z.B. mittels der magnetischen Wechselwirkung.
Als Schwingung (z.B. Oszillation) kann eine wiederholte zeitliche Schwankung einer Zustandsgröße eines Systems verstanden werden, z.B. einer mechanischen Kraft, eines räumlichen Ortes und/oder eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes (z.B. dessen Feldstärke und/oder Feldrichtung). Die Schwankung kann beispielsweise als Abweichung von einem Mittelwert erfolgen.
Eine Schwingung einkoppeln kann als Anregung zu einer Schwingung verstanden werden, z.B. indem Energie (auch als Schwingungsenergie bezeichnet) übertragen wird. Beispielsweise kann die Schwingung der Schwingungsquelle in die Feststoffpartikel eingekoppelt werden und diese zu einer mechanischen Schwingung anregen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein (z.B. hochfrequenter) Schwingungstiegel als FPD- und FPC-Komponente bereitgestellt zur verbesserten Emission von Partikeln durch Ausführung von (z.B. mehrachsigen) Vibrationen bzw. Oszillationen zur zeitlichen und räumlichen Separation der Kontaktstellen von benachbarten Feststoffpartikeln (z.B. eines Pulvermediums) im Vakuum.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass ein kleiner mittlerer Partikelabstand (entspricht einer hohen Verdichtung) zu einer Reduzierung des ohmschen Widerstands im Partikelvorrat (z.B. Pulver oder Schüttung) führen kann, was für den Emissionsprozess bei der FPD bzw. FPC nachteilig ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird in einen Behälter (z.B. ein Gefäß), z.B. in Form eines Tiegels, via mechanischen Kontakts mit einem Piezokristall oder auch einer anderen Schwingungsquelle eine (z.B. hochfrequente) Schwingung eingekoppelt (z.B. im kHz-Bereich). Die Schwingung kann an der Oberfläche des Partikelvorrats eine Erhöhung des mittleren Partikelabstands (partikuläre Trennung oder anschaulich Auflockerung) der Feststoffpartikel im Partikelvorrat bewirken, d.h. eine Verkleinerung der Partikeldichte. Durch Veränderung der Parameter der Schwingung, wie beispielsweise an der Schwingungsquelle anliegende elektrische Spannung oder Frequenz, kann die Schwingung der Schwingungsquelle (z.B. des Piezokristalls) dabei in Frequenz (z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 kHz) und Amplitude (weniger als 1 mm) variiert werden, so dass auch die Kontaktstellen Abstände der Partikel eine systematische Beeinflussung erfahren. Optional kann eine elektrostatische Entkopplung zwischen Partikelbehälter, also der Beaufschlagungszone der primären und sekundären Elektronen, und umgebenden Komponenten erfolgen. Hierbei können im Falle eines isolierten Partikelbehälters lokal Hochspannungen im kV-Bereich (z.B. aber weniger als die Beschleunigungsspannung der Elektronenstrahlquelle) entstehen. Alternativ oder zusätzlich, können sich die zu emittierenden Feststoffpartikel (z.B. in Form von Pulver) auch auf eine aktiv in Schwingung zu versetzende Membran (z.B. elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend eingerichtet) angeordnet sein oder werden. Hierbei kann optional eine elektrische Entkopplung zwischen der Membran und der (z.B. induktiven) Schwingungsquelle erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine kontinuierliche, langzeitstabile und/oder materialunabhängige Emission von Feststoffpartikeln (auch als Feststoffpartikel-Emission bezeichnet) bereitgestellt, z.B. zur Nutzung in der FPD- und FPC-Methodik. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit der Feststoffpartikel-Emission.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Bereich zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln und/oder der Beschichtungsbereich in einer Vakuumkammer angeordnet sein. Eine Vakuumkammer kann mittels eines Kammergehäuses bereitgestellt sein oder werden, in dem eine Kammer oder mehrere Kammern bereitgestellt sein oder werden können. Das Kammergehäuse kann beispielsweise zum Bereitstellen eines Unterdrucks oder eines Vakuums (Vakuumkammergehäuse) mit einer Pumpenanordnung, z.B. einer Vakuumpumpenanordnung, (z.B. gasleitend) gekoppelt sein und derart stabil eingerichtet sein, dass diese dem Einwirken des Luftdrucks im abgepumpten Zustand standhält. Die Pumpenanordnung (aufweisend zumindest eine Vakuumpumpe, z.B. eine Hochvakuumpumpe, z.B. eine Turbomolekularpumpe) kann es ermöglichen, einen Teil des Gases aus dem Inneren der Vakuumkammer, z.B. aus dem Bereich und/oder dem Beschichtungsbereich, abzupumpen. Dementsprechend kann eine Vakuumkammer oder können mehrere Vakuumkammern in einem Kammergehäuse bereitgestellt sein. Mit anderen Worten kann das Kammergehäuse als Vakuumkammergehäuse eingerichtet sein bzw. kann eine Beschichtungskammer als eine Vakuumkammer eingerichtet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kammergehäuse, z.B. eine darin bereitgestellte Vakuumkammer, derart eingerichtet sein, dass darin ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1 mbar (mit anderen Worten Grobvakuum) bereitgestellt werden kann, und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum), und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) und/oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar.
1A und 1B veranschaulichen jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b kann einen Behälter 104 (auch als Partikelbehälter 104 bezeichnet) aufweisen, welcher einen Bereich 104b (auch als Aufnahmebereich bezeichnet) aufweist, welcher zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln 104p eingerichtet ist.
Beispielsweise können die Feststoffpartikeln 104p zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall; ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid); ein Dielektrikum; ein Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer); ein Oxinitrid; ein Nitrid; ein Karbid; eine Keramik; ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff); ein Perowskit; ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas); einen Halbleiter; ein Halbleiteroxid; ein halborganisches Material, und/oder ein organisches Material.
Die Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b kann ferner zumindest eine Elektronenquelle 106 aufweisen, welche zum Einbringen von Elektronen in den Bereich eingerichtet ist. Die Elektronenquelle 106 kann beispielsweise Teil einer Elektronenstrahlkanone sein, welche eingerichtet ist einen Elektronenstrahl 106s zu emittieren, z.B. in die Feststoffpartikel und/oder auf den Behälter 104. Die mittels der Elektronenquelle 106 eingebrachten Elektronen können eine elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel bewirken, welche diese in eine Richtung 104e (auch als Emissionsrichtung 104e bezeichnet) aus dem Behälter 104 heraus emittiert (auch als Feststoffpartikel-Emission bezeichnet), z.B. aus einer Öffnung des Behälters 104 heraus. Der Raum, in den hinein die Feststoffpartikel-Emission erfolgt, kann einen Beschichtungsbereich 111 und/oder im Betrieb der Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b ein Vakuum aufweisen. Beispielsweise kann im Betrieb der Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b in dem Beschichtungsbereich 111 ein Vakuum gebildet sein oder werden.
In Emissionsrichtung 104e kann der Behälter 104 die Öffnung (auch als Behälteröffnung bezeichnet) aufweisen.
Die Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b kann optional eine Auffangvorrichtung 108 zum Auffangen der Feststoffpartikel, welche aus dem Bereich heraus emittiert 104e werden, aufweisen.
Die Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b kann optional eine Materialdampf-Quelle 114 aufweisen. Die Materialdampf-Quelle 114 der Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b kann eingerichtet sein, ein Beschichtungsmaterial in den Beschichtungsbereich 111 hinein zu verdampfen 114e (auch Emittieren 114e des Materialdampfes als bezeichnet). Die Materialdampf-Quelle 114 kann beispielsweise einen Bereich 114b (z.B. mittels eines Tiegels 114 bereitgestellt) aufweisen, in dem das Beschichtungsmaterial 114p angeordnet sein oder werden kann. Das Verdampfen kann beispielsweise mittels eines oder des Elektronenstrahls 106s erfolgen.
Beispielsweise kann das Beschichtungsmaterial 114p zumindest ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: ein Metall; ein Übergangsmetall, ein Oxid (z.B. ein Metalloxid oder ein Übergangsmetalloxid); ein Dielektrikum; ein Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer); ein Oxinitrid; ein Nitrid; ein Karbid; eine Keramik; ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff); ein Perowskit; ein Glas oder glasartiges Material (z.B. ein sulfidisches Glas); einen Halbleiter; ein Halbleiteroxid; ein halborganisches Material, und/oder ein organisches Material.
Die Feststoffpartikel-Quelle 100a kann eingerichtet sein, ein Substrat mit den Feststoffpartikeln 104p und mit dem Beschichtungsmaterial 114p zu beschichten. Die auf dem Substrat gebildete Beschichtung kann die Feststoffpartikeln 104p und das Beschichtungsmaterial 114p (z.B. ein Verbinder-Material) aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Platte, eine Folie, eine Membran, Fasern, ein Geflecht, ein Gewirr und/oder ein Gewebe aufweisen, welche beispielsweise zumindest eines von folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sind: eine Keramik, ein Glas, ein Halbleiter (z.B. amorphes, polykristalliner oder einkristalliner Halbleiter, wie Silizium), ein Metall, und/oder ein Polymer (z.B. Kunststoff).
Die Feststoffpartikel-Quelle 100b kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, die Feststoffpartikel 104p mit dem Beschichtungsmaterial 114p zu beschichten. Die auf den Feststoffpartikeln 104 gebildete Beschichtung kann das Beschichtungsmaterial 114p (z.B. ein Funktionsmaterial) aufweisen. Die beschichteten Feststoffpartikel 104p können anschließend in einem Behälter aufgefangen werden und/oder in diesen hinein transportiert werden (z.B. als lose Schüttung darin vorliegend). Optional kann ein Substrat mit den beschichteten Feststoffpartikel 104p beschichtet sein oder werden.
Beispielsweise kann die Auffangvorrichtung 108 der Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b eingerichtet sein zum Halten und/oder Transportieren (z.B. entlang eines Transportpfades) eines Substrats, z.B. in dem Beschichtungsbereich 111. Die Materialdampf-Quelle 114 kann dann beispielsweise eingerichtet sein, den Materialdampf in Richtung 114e des Substrats und/oder des Transportpfades zu emittieren.
Alternativ kann die Auffangvorrichtung 108 der Feststoffpartikel-Quelle 100b einen zusätzlichen Behälter aufweisen und eingerichtet sein, Feststoffpartikel mittels des zusätzlichen Behälters (auch als Auffangbehälter bezeichnet) aufzufangen und/oder in diesen hinein zu transportieren (z.B. mittels einer Transportvorrichtung und/oder aus dem Vakuum hinaus). In dem Fall kann die Auffangvorrichtung 108 außerhalb des Beschichtungsbereichs (z.B. in Emissionsrichtung 104e hinter diesem) angeordnet sein, z.B. in einem Auffangbereich 113. Die Materialdampf-Quelle 114 kann eingerichtet sein, den Materialdampf an dem Auffangbereich 113 vorbei zu emittieren 114e, z.B. zwischen dem Auffangbereich 113 und dem Beschichtungsbereich 111 hindurch.
Mit den aufgefangenen Feststoffpartikeln kann optional ein Substrat beschichtet werden, z.B. mittels erneuter Feststoffpartikel-Emission (d.h. im Vakuum) oder mittels Flüssigbeschichtung (z.B. in einem Bindemittel eingemischt).
Ferner kann die Feststoffpartikel-Quelle 100a, 100b eine Schwingungsquelle 110 aufweisen, welche eingerichtet ist, eine Schwingung in den Aufnahmebereich 114b einzukoppeln. Alternativ oder zusätzlich zu der Schwingungsquelle 110 kann in dem Bereich ein organisches Material angeordnet sein oder werden, welches zumindest einige der Feststoffpartikel räumlich voneinander separiert.
Mittels der Schwingungsquelle 110 und/oder des organischen Materials kann eine räumliche und/oder elektrostatische Auflockerung der Feststoffpartikel erfolgen. Beispielsweise kann mittels der Schwingungsquelle 110 und/oder des organischen Materials die Partikeldichte (Anzahl Feststoffpartikel pro Volumen) reduziert sein oder werden.
Die Schwingungsquelle 110 kann im Allgemeinen elektrisch betrieben sein oder werden und auf verschiedene Art und Weisen implementiert sein oder werden und/oder auf verschiedenen Wechselwirkungen basierend einkoppeln.
Beispielsweise kann eine mechanische Schwingung eingekoppelt sein oder werden, z.B. eine wiederholt zeitlich schwankende mechanische Kraft. Alternativ oder zusätzlich kann ein schwingendes elektrisches und/oder magnetisches Feld eingekoppelt sein oder werden.
Im Folgenden werden exemplarische Ausgestaltungen der Schwingungsquelle 110 beschrieben.
2A und 2B veranschaulichen jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle 200a, 200b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Die Schwingungsquelle 110 der Feststoffpartikel-Quelle 200a, 200b kann einen elektromechanischen Wandler 110w (z.B. einen elektromechanischen Aktor aufweisend oder daraus gebildet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der elektromechanische Wandler 110w kann beispielsweise den Behälter 104 mit einem Träger 204 kuppeln (z.B. zwischen diesen angeordnet). Der Träger 204 kann beispielsweise eine größere Trägheit aufweisen als der Behälter 104. Der Träger 204 kann beispielsweise eine Bodenplatte aufweisen oder daraus gebildet sein und/oder Teil einer Vakuumkammer sein.
Optional kann zwischen der Schwingungsquelle 110 und dem Behälter 104 ein elektrischer Isolator 202 angeordnet sein oder werden (z.B. eine keramische Schicht). Mittels des Isolators 202 kann die Schwingungsquelle 110 galvanisch von dem Behälter 104 getrennt sein oder werden, was den Einfluss zur Feststoffpartikelemission eingebrachten elektrischem Ladung auf die Schwingungsquelle 110 reduziert. Alternativ oder zusätzlich erleichtert der Isolator 202 einen Umbau zwischen einem geerdeten und einem elektrisch floatend gelagertem Behälter 104.
Der elektromechanische Wandler 110w kann beispielsweise mittels des elektrischen Isolators 202 mit dem Behälter 104 gekuppelt sein oder werden.
Optional kann die Schwingungsquelle 110 ein Gestänge 110g aufweisen, welches die außerhalb des Behälters erzeugte mechanische Schwingung in oder auf den Behälter 104 überträgt.
Optional kann der Behälter 104 z.B. dessen Behälterboden, eine Membran aufweisen, welche mit der Schwingungsquelle 110, z.B. deren Gestänge gekuppelt ist. Die Membran 104m (auch als Schwingmembran bezeichnet) kann beispielsweise federelastisch eingerichtet sein und/oder federelastisch gelagert sein. Beispielsweise kann die Membran 104m eine kleinere Federkonstante aufweisen als eine an die Membran 104m angrenzende Wand des Behälters 104 (auch als Behälterwand bezeichnet).
Bezugnehmend auf 2A kann der elektromechanische Wandler 110w der Feststoffpartikel-Quelle 200a beispielsweise ein piezoelektrisches Material aufweisen. Das piezoelektrische Material kann beispielsweise zwischen zwei Elektroden (erste und zweite Elektrode) angeordnet sein oder werden, an welche ein elektrisches Signal (z.B. eine elektrische Schwingung) angelegt werden kann zum Anregen des piezoelektrischen Materials. Das piezoelektrische Material und die zwei Elektroden können zusammen Teil eines piezoelektrischen Aktors sein oder diesen bilden.
Die zwei Elektroden können elektrische Anschlüsse aufweisen und/oder mit einer elektrischen Leistungsquelle (z.B. einem elektrischen Schwingungsgenerator) verbunden sein oder werden.
Optional kann die erste Elektrode der zwei Elektroden mittels des Trägers 204 bereitgestellt sein oder werden und/oder kann die zweite Elektrode der zwei Elektroden mittels des Behälters 104 (z.B., wenn dieser oder zumindest der Behälterboden elektrisch leitfähig ist) bereitgestellt sein oder werden. Dies vereinfacht die Feststoffpartikel-Quelle 200a. Alternativ kann zwischen der zweiten Elektrode und dem Behälter 104 der elektrischer Isolator 202 angeordnet sein oder werden (z.B. eine keramische Schicht).
Bezugnehmend auf 2B kann der elektromechanische Wandler 110w der Feststoffpartikel-Quelle 200b beispielsweise einen kinetischen Vibrator 110v (auch als Rüttler bezeichnet) aufweisen. Der Vibrator 110v kann beispielsweise einen Unwuchtmotor, einen Kugelvibrator, einen Lorentzkraft-Vibrator, einen Exzentervibrator oder Ähnliches aufweisen.
Der Vibrator 110v kann beispielsweise ein Gestänge aufweisen, welches mit dem Behälter 104 gekuppelt ist, z.B. indem dieses durch den Isolator 202 hindurch erstreckt ist. Das Gestänge kann es ermöglichen, die mechanische Schwingung in den Behälter 104, z.B. dessen Behälterboden, einzukuppeln.
Der Lorentzkraft-Vibrator kann eine Spule und einen Dauermagneten aufweisen, welche mittels einer elektrischen Wechselstromleistung eine Schwingung erzeugen. Die Spule (auch als Tauchspule bezeichnet) kann beispielsweise in einem Spalt des Dauermagneten angeordnet sein. Alternativ kann der Dauermagnet (auch als Tauchmagnet bezeichnet), z.B. ein dauermagnetischer Teil des Gestänges 110g, in der stationären Spule angeordnet sein. Die Tauchspule und/oder der Tauchmagnet können beispielsweise, z.B. mit der Membran 104m gekuppelt, eine kompakte Bauweise und/oder separat steuerbare Frequenz und Amplitude der Schwingung ermöglichen.
Der Unwuchtmotor und/oder der Exzentervibrator können eine vereinfachte elektrische Versorgung ermöglichen, z.B. mit einer Gleichstromleistung.
Alternativ oder zusätzlich zu dem elektromechanischen Wandler kann die Schwingungsquelle 110 einen hydraulischen oder pneumatischen Wandler aufweisen oder daraus gebildet sein.
Die Feststoffpartikel-Quelle 200a, 200b kann eingerichtet sein, eine physische Einkopplungskette (auch als einkoppelnde Wechselwirkungskette oder Übertragungskette bezeichnet) von der Schwingungsquelle 110 in den Bereich 104b bzw. den darin angeordneten Feststoffpartikeln 104 bereitzustellen, d.h. eine Einkopplungskette, welche lediglich aus physischen Einkopplungsgliedern besteht. Die Einkopplungskette kann beispielsweise zumindest die Schwingungsquelle 110 sowie den Behälter 104 und/oder die Feststoffpartikel 104 aufweisen.
Die Einkopplungskette muss aber nicht notwendigerweise rein physisch sein oder den Behälter aufweisen, wie im Folgenden beschrieben wird.
3A und 3B veranschaulichen jeweils eine Feststoffpartikel-Quelle 300a, 300b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Bezugnehmend auf 3A kann die Schwingungsquelle 110 der Feststoffpartikel-Quelle 300a eine Wechselfeldquelle 302 aufweisen. Mit anderen Worten kann die Schwingungsquelle 110 der Feststoffpartikel-Quelle 300a eingerichtet sein, eine elektrische und/oder magnetische Schwingung (im Allgemeinen im Folgenden elektromagnetische Schwingung) in den Bereich 104 einzukoppeln, z.B. eine elektromagnetische Welle in den Bereich 104 einzukoppeln, z.B. den darin angeordneten Feststoffpartikeln 104p.
Die elektrische Schwingung kann beispielsweise verstanden werden als wiederholte zeitliche Schwankung eines elektrischen Feldes (z.B. dessen Feldstärke und/oder Feldrichtung), als ein elektrisches Wechselfeld. Die magnetische Schwingung kann beispielsweise verstanden werden als wiederholte zeitliche Schwankung eines magnetischen Feldes (z.B. dessen Feldstärke und/oder Feldrichtung), z.B. als ein magnetisches Wechselfeld. Mit anderen Worten kann die Einkopplungskette von der Schwingungsquelle 110 zu den Feststoffpartikeln 104 das elektrische und/oder magnetische Feld aufweisen. Dies erleichtert es, höhere Frequenzen einzukoppeln oder weniger Energie zu benötigen, da die Masse des Behälters nicht notwendigerweise Teil der Einkopplungskette ist und somit nicht zum Schwingen angeregt werden muss. Beispielsweise kann der Behälter 104 unmagnetisch und/oder elektrisch isolierend sein.
Beispielsweise kann die Schwingungsquelle 110 der Feststoffpartikel-Quelle 300a eine Spule 302 aufweisen, in welcher der Behälter 104 angeordnet ist. Der Spule 302 kann beispielsweise ein elektrischer Wechselstrom eingekoppelt werden. Das daraus resultierende magnetische Wechselfeld kann beispielsweise die Feststoffpartikel 104p zu einer mechanischen Schwingung anregen, z.B. aufgrund des Wirbelstromeffektes. In analoger Weise kann alternativ oder zusätzlich ein elektrisches Wechselfeld erzeugt werden, was die Feststoffpartikel 104p zu einer mechanischen Schwingung anregt, z.B. aufgrund der dielektrischen Verschiebung.
Bezugnehmend auf 3A kann die Schwingungsquelle 110 der Feststoffpartikel-Quelle 300b auch zumindest teilweise (d.h. teilweise oder vollständig) in dem Bereich 104b hineinerstreckt und/oder darin angeordnet sein, beispielsweise die Wechselfeldquelle 302 und/oder der elektromagnetisch Wandler 110w (z.B. zumindest dessen Gestänge). Dies kann es ermöglichen, die Schwingung direkt auf die Feststoffpartikel 104p zu übertragen. Mit anderen Worten muss die Einkopplungskette von der Schwingungsquelle 110 zu den Feststoffpartikeln 104 nicht notwendigerweise den Behälter 104 aufweisen. Dies erleichtert es, höhere Frequenzen einzukoppeln und/oder weniger Energie zu benötigen, da die Masse des Behälters nicht notwendigerweise Teil der Einkopplungskette ist und somit nicht zum Schwingen angeregt werden muss.
4 veranschaulicht ein Diagramm 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In dem Diagramm 400 ist der ohmsche Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand 401 (im Folgenden auch als Widerstand bezeichnet) über der Schichttiefe 403 im Behälter veranschaulicht für Feststoffpartikel, welche verschiedenen Verdichtungskräften ausgesetzt wurden (zunehmend in der Reihenfolge 417, 415, 413, 411), so dass verschiedene Partikeldichten (zunehmend in der Reihenfolge 417, 415, 413, 411) resultieren. Die Schichttiefe 403 mit dem Wert „0“ bezeichnet die oberste Lage des Partikelvorrats (an der Öffnung des Behälters).
Eine solche Verdichtung der Feststoffpartikel erfolgt beispielsweise, um die Menge an in dem Behälter aufgenommenen Feststoffpartikeln zu erhöhen, so dass seltener nachgefüllt werden muss. Die Verdichtungskraft kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr Gewichtskraft der Feststoffpartikel (bei Partikeldichte 417) bis ungefähr 100 Gramm/Quadratzentimeter (bei Partikeldichte 411) sein.
Der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand 401 beschreibt anschaulich die elektrische Leitfähigkeit einer Kontaktstelle räumlich benachbarter Feststoffpartikel (z.B. mit einem Partikeldurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 10 µm). Der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Wiederstand 401 kann anschaulich repräsentieren, wie stark die Feststoffpartikel elektrisch leitfähig untereinander verbunden sind. Je größer der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand 401 ist, desto geringer kann die elektrische Leitfähigkeit des Partikelvorrats und damit das Vermögen sein, die eingebrachten Elektronen abzutransportieren, was wiederum die Emissionsrate (z.B. Menge und/oder Masse an emittierten Feststoffpartikeln pro Zeit) vergrößert.
Wie in Diagramm 400 dargestellt, ist der resultierende Widerstand 401 der Feststoffpartikel (z.B. ein Pulver davon) von der Schichttiefe 403 und der aufgebrachten Verdichtungskraft abhängig. Zum einen wurde gemäß verschiedenen Ausführungsformen erkannt, dass der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand 401 mit der Schichttiefe 403 stetig abnimmt und zum anderen, dass eine steigende Verdichtungskraft gleiches bewirkt. Im Falle hinreichend starker Verdichtungen, ist die Abhängigkeit des Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstands 401 von der Schichttiefe 403 kaum noch messbar.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass die Ursache für Schwankungen der Emissionsrate die Abhängigkeit des Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstands 401 von der Schichttiefe und/oder Füllstand ist. Anschaulich nimmt der Feststoffpartikel-zu-Feststoffpartikel-Widerstand 401 der Feststoffpartikel ausgehend von der Behälteröffnung zum Behälterboden hin ab, wodurch auch das elektrische Potential schneller abgebaut werden kann (was eine zeitlich und räumlich geringere Integration von Ladungen zur Folge hat) und sich dadurch wiederum die elektrostatische Aufladung, also die Coulomb-Abstoßung, reduziert, was zu einer Reduktion der Emissionsrate führt.
Aufgrund dieser Korrelation lässt sich das Diagramm 400 auch als Emissionsrate 401 über der vergangenen Zeit 403 während der Feststoffpartikel-Emission lesen.
Dies hat zur Folge, dass selbst schon der Füllstand des Behälters (zu Beginn der Feststoffpartikel-Emission und/oder in deren Verlauf) die resultierende Emissionsrate (auch als Grad der Partikelemission bezeichnet) beeinflusst. Mit geringerem Füllstand reduziert sich die Emissionsrate. Mit anderen Worten kann eine Schwankung im Füllstand (z.B. aufgrund unterschiedlicher Präparatoren), mit dem die Feststoffpartikel-Emission begonnen wird, zu verschiedenen Emissionsraten führen. Alternativ oder zusätzlich kann ein abnehmender Füllstand im Verlauf der Feststoffpartikel-Emission zu einer abnehmenden Emissionsrate führen.
Ferner wurde erkannt, dass auch die Art des Materials der Feststoffpartikel (z.B. Metall, Halbleiter und/oder Isolator/Keramik) wie auch die geometrische Form (insbesondere Partikelgröße) - in Summe also die physischen Eigenschaften der Feststoffpartikel (z.B. im Pulver) einen ähnlichen Einfluss auf die Emissionsrate haben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden die Feststoffpartikel mittels der eingekoppelten Schwingung (mittels der Anregung zur mechanischen Schwingung) aufgelockert mittels Einkoppelns 451 einer Schwingung in die Feststoffpartikel.
Die Auflockerung zur Folge, dass die oberste Lage Feststoffpartikel im Behälter unabhängig von ihrem vorherigem Verdichtungszustand 411, 413, 415, 417 in eine von der eingekoppelten Schwingung abhängige Verdichtung überführt wird, d.h. hat eine geringere Partikeldichte 420 (Partikel Pro Volumen). Anschaulich lockern die Feststoffpartikel in der obersten Lage auf, so dass deren Emissionsrate über die Zeit weniger abnimmt, z.B. im Wesentlichen unverändert bleibt.
Im Verlauf des Verbrauchs an Feststoffpartikeln (d.h. wird der Behälter entleert) mittels der Feststoffpartikel-Emission wird nachfolgend immer die oberste Lage des aktuellen Füllstands aufgelockert, so dass selbst die unteren Lagen des Partikelvorrats in eine von der eingekoppelten Schwingung abhängige Verdichtung überführt werden.
Somit können beispielsweise auch mehr Feststoffpartikel im Behälter 104 untergebracht werden, ohne eine Verringerung der Emissionsrate in Kauf nehmen zu müssen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auflockerung mittels des organischen Materials erfolgen, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
5 veranschaulicht ein Verfahren 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Das Verfahren 500 weist in 501 auf: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind.
Das Verfahren 500 weist ferner in 503 auf: Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt. Anschaulich kann das Verfahren 500 in 503 aufweisen: Emittieren von Feststoffpartikeln aus dem Bereich heraus, indem Elektronen in die Feststoffpartikel eingebracht werden.
Das Verfahren 500 weist ferner in 505 auf: Einkoppeln einer Schwingung in die in dem Bereich angeordneten Feststoffpartikel (z.B. während des Einbringens der Elektronen in die Feststoffpartikel). Anschaulich können die Feststoffpartikel in 505 zu einer Schwingung (Variation des Aufenthaltsortes) angeregt werden.
Das Verfahren 500 kann optional aufweisen: Beschichten eines Substrats mit den Feststoffpartikeln und/oder Beschichten der Feststoffpartikel mit einem Beschichtungsmaterial.
Das Verfahren 500 kann optional aufweisen: Transportieren des Substrats in dem oder durch das Vakuum hindurch.
Das Verfahren 500 kann optional aufweisen: Transportieren und/oder Auffangen der beschichteten Feststoffpartikel in einen zusätzlichen Behälter.
6 veranschaulicht ein Verfahren 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Das Verfahren 600 kann in 601 aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind, wobei in dem Bereich ferner ein organisches Material (z.B. ein organisches Verbinder-Material) angeordnet wird, welches zumindest einige der Feststoffpartikel räumlich voneinander separiert.
Das Verfahren 600 kann ferner in 603 aufweisen: Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt.
Beispielsweise können die Feststoffpartikel ein anorganisches Material aufweisen und/oder daraus gebildet sein und in dem Bereich können zusätzliche Feststoffpartikel angeordnet sein oder werden, welche das organische Material aufweisend oder daraus gebildet sind. Im Allgemeinen kann sich die chemische Zusammensetzung der Feststoffpartikel und der zusätzlichen Feststoffpartikel voneinander unterscheiden. Beispielsweise können die zusätzlichen Feststoffpartikel einen größeren Masseanteil organisches Material aufweisen als die Feststoffpartikel.
Die chemische Zusammensetzung kann beispielsweise aus dem Materialtyp der Feststoffpartikel resultieren. Beispielsweise können die zusätzlichen Feststoffpartikel einen organischen Materialtyp aufweisen und die Feststoffpartikel können zumindest einen von folgenden (z.B. anorganischen) Materialtypen aufweisen: metallisch, keramisch, halbleitend, glas- und/oder mineralisch.
Alternativ oder zusätzlich können die Feststoffpartikel ein anorganisches Material aufweisen und/oder das organische Material kann zumindest einige der Feststoffpartikel zumindest teilweise umhüllen. Beispielsweise können die Feststoffpartikel mit dem organischen Material vermischt und/oder verschmiert sein oder werden. Beispielsweise kann das organische Material viskos sein.
Das Verfahren 600 kann optional aufweisen: Beschichten eines Substrats mit den Feststoffpartikeln und/oder Beschichten der Feststoffpartikel mit einem Beschichtungsmaterial.
Das Verfahren 600 kann optional aufweisen: Transportieren des Substrats in dem oder durch das Vakuum hindurch.
Das Verfahren 600 kann optional aufweisen: Transportieren und/oder Auffangen der beschichteten Feststoffpartikel in einen zusätzlichen Behälter.
7 veranschaulicht ein Verfahren 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Das Verfahren 700 kann in 701 aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel eines ersten (z.B. anorganischen) Materialtyps und eines zweiten (z.B. organischen) Materialtyps angeordnet sind. Die Feststoffpartikel des ersten Typs können einen größeren Masseanteil organisches Material aufweisen als die Feststoffpartikel des zweiten Typs.
Das Verfahren 700 kann ferner in 703 aufweisen: Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt. Anschaulich kann das Verfahren 700 kann in 703 aufweisen: Emittieren von Feststoffpartikeln aus dem Bereich heraus, indem Elektronen in die Feststoffpartikel eingebracht werden.
Das Verfahren 700 kann optional aufweisen: Beschichten eines Substrats mit den Feststoffpartikeln und/oder Beschichten der Feststoffpartikel mit einem Beschichtungsmaterial.
Das Verfahren 700 kann optional aufweisen: Transportieren des Substrats in dem oder durch das Vakuum hindurch.
Das Verfahren 700 kann optional aufweisen: Transportieren und/oder Auffangen der beschichteten Feststoffpartikel in einen zusätzlichen Behälter.
8 veranschaulicht ein Verfahren 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Das Verfahren 800 kann ferner in 803 aufweisen: Erzeugen eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind, von denen zumindest einige Feststoffpartikel verschiedene Materialien aufweisen, von denen zumindest ein Material organisch ist.
Das Verfahren 800 kann ferner in 803 aufweisen: Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt. Anschaulich kann das Verfahren 800 kann in 803 aufweisen: Emittieren von Feststoffpartikeln aus dem Bereich heraus, indem Elektronen in die Feststoffpartikel eingebracht werden.
Beispielsweise können die Feststoffpartikel einen Materialverbund (auch als Verbundfeststoffpartikel bezeichnet) aufweisen, welcher einen anorganischen Teil (z.B. partikelförmigen Kern, z.B. die anorganischen Feststoffpartikel) und das diesen umgebende organische Material aufweist. Alternativ oder zusätzlich können zusätzliche Feststoffpartikel eingemischt sein oder werden, welche das organische Material aufweisend oder daraus gebildet sind. Im Allgemeinen kann können die Feststoffpartikel mehrere Abschnitte aufweisen, welche sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Beispielsweise können die zusätzlichen Feststoffpartikel einen größeren Masseanteil organisches Material aufweisen als die Feststoffpartikel.
Das Verfahren 800 kann optional aufweisen: Beschichten eines Substrats mit den Feststoffpartikeln und/oder Beschichten der Feststoffpartikel mit einem Beschichtungsmaterial.
Das Verfahren 800 kann optional aufweisen: Transportieren des Substrats in dem oder durch das Vakuum hindurch.
Das Verfahren 800 kann optional aufweisen: Transportieren und/oder Auffangen der beschichteten Feststoffpartikel in einen zusätzlichen Behälter.

Claims

Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b), aufweisend: • einen Behälter (104), welcher einen Bereich zum Aufnehmen von Feststoffpartikeln aufweist; • zumindest eine Elektronenquelle (106) zum Einbringen von Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und in eine Richtung aus dem Behälter (104) heraus beschleunigt; • eine Schwingungsquelle (110), welche eingerichtet ist, eine Schwingung in den Bereich einzukoppeln zum Auflockern der Feststoffpartikel; • wobei die Elektronenquelle eine Emissionsfläche aufweist zum Emittieren von Elektronen in einen Vakuum-Emissionsbereich.
Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß Anspruch 1, wobei die Schwingungsquelle (110) einen elektromechanischen Wandler aufweist.
Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schwingungsquelle (110) eine elektrische Spule aufweist.
Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schwingungsquelle (110) eine Membran (104m) aufweist, welche an den Bereich angrenzt.
Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schwingungsquelle (110) eingerichtet ist, eine außerhalb des Bereichs erzeugte elektromagnetische Schwingung in den Behälter (104) hinein zu übertragen.
Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schwingungsquelle (110) eingerichtet ist, eine außerhalb des Bereichs erzeugte mechanische Schwingung in den Behälter (104) hinein und/oder auf den Behälter (104) zu übertragen.
Prozessieranordnung, aufweisend: • eine Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, und • eine Auffangvorrichtung (108) zum Auffangen von Feststoffpartikeln, welche aus dem Bereich heraus beschleunigt werden.
Prozessieranordnung gemäß Anspruch 7, wobei die Auffangvorrichtung (108) einen Substrathalter aufweist zum Halten eines zu beschichtenden Substrats mit einer Substratoberfläche des Substrats in Richtung des Bereichs.
Prozessieranordnung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Auffangvorrichtung (108) einen zusätzlichen Behälter (104) aufweist und eingerichtet ist, Feststoffpartikel mittels des zusätzlichen Behälters (104) aufzufangen und/oder in diesen hinein zu transportieren.
Prozessieranordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher der Bereich und/oder die Auffangvorrichtung (110) angeordnet sind.
Prozessieranordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner aufweisend: einen Beschichtungsbereich (111), welcher zwischen der Auffangvorrichtung (108) und der Feststoffpartikel-Quelle (100a, 100b) angeordnet ist oder in welchem die Auffangvorrichtung (108) angeordnet ist; eine Materialdampf-Quelle (114), welche eingerichtet ist, einen Materialdampf in den Beschichtungsbereich (111) hinein zu emittieren.
Verfahren (500), aufweisend: • Erzeugen (501) eines Vakuums in einem Bereich, in dem Feststoffpartikel angeordnet sind; • Emittieren von Elektronen in das Vakuum; • Einbringen (503) zumindest eines Teils der Elektronen in die Feststoffpartikel derart, dass eine dadurch bewirkte elektrostatische Aufladung der Feststoffpartikel diese voneinander trennt und aus dem Bereich heraus beschleunigt; und • Einkoppeln (505) einer Schwingung in die in dem Bereich angeordneten Feststoffpartikel.