DE102018005390A1

DE102018005390A1 - Verfahren zur Funktionalisieren einer Oberfläche, sowie zugehörige Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102018005390A1
Application number: DE102018005390.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-01-17

Abstract

Zur Funktionalisierung einer Oberfläche (1) wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass sich dadurch auszeichnet, dass Partikel (2) mit einem Fördergas (6) vermischt werden um ein Partikel-Gas-Gemisch (7), vorzugsweise ein Aerosol, zu erzeugen das mit Hilfe eine Fördergasdrucks beschleunigt wird, wobei zusätzlich durch Verbrennung eines Gases, insbesondere des Fördergases (6), kinetische als auch thermische Energie in das Partikel-Gas-Gemisch (7) eingebracht werden kann und wobei das entstehende Partikel-Fördergas-Gemisch (7) mit Hilfe einer Spritzdüse (8) zu einem Strahl (9) geformt wird, sodass die Partikel (2) zielgerichtet auf eine eng begrenzte Fläche einer Oberfläche (1) gerichtet werden können. Durch Wechselwirkung der Partikel (2) mit der Oberfläche (1) verändern diese die Oberfläche (1) derart, dass eine irreversible Verbindung zwischen den Partikeln (2) und der Oberfläche (1) geschaffen wird (Festschießen). Hierbei stellen die Partikel (2) aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften neue Funktionen für die Oberfläche (1) bereit, was für mannigfaltige Anwendungen von Interesse ist (vgl. Fig.1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Funktionalisieren einer Oberfläche, sowie eine zugehörige Spritzvorrichtung als auch eine zugehörige sensorische Vorrichtung.
Verfahren zum Funktionalisieren von Oberflächen sind in großer Anzahl im Stand der Technik vorbekannt und werden eingesetzt, um Oberflächen von Objekten mit zusätzlichen Funktionen auszustatten. Eine solche. zusätzliche Funktionalität kann beispielsweise in der Herbeiführung einer elektrischen Leitfähigkeit, der Abschirmung von elektromagnetischen Wellen, in einer bioziden oder antibakteriellen Wirkung, in einer dekorativen Wirkung oder in der Ausbildung bionischer Oberflächen bestehen, die aus der Natur bekannte physikalische Effekte nachahmen.
In bisherigen Ansätzen zur Funktionalisierung von Oberflächen wurden häufig speziell zusammengesetzte Lacke auf die Oberfläche aufgetragen. Dies führt jedoch oft zu einer hohen Umweltbelastung während sowie nach der Herstellung und daneben zu in vielen Anwendungen nicht akzeptablen Kostensteigerungen. Daneben sind beispielsweise auch Galvanisierungsverfahren bekannt mit denen Kunststoffoberflächen metallisiert werden können, wobei auch hier eine hohe Umweltbelastung auftritt.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, ein neues Verfahren bereitstellen, mit dem sich wirtschaftlich und umweltfreundlich Oberflächen funktionalisieren lassen, insbesondere bei großflächiger Anwendung des Verfahrens.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Funktionalisieren einer Oberfläche die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass Partikel aus einem Ausgangsstoff in eine oberflächennahe Schicht eingebettet werden, indem die Partikel mit einem Fördergas zu einem Partikel-Gas-Gemisch vermischt werden, das Partikel-Gas-Gemisch zu einem Strahl geformt wird und der Strahl auf die Oberfläche gerichtet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere erreicht werden, dass die Partikel langzeitstabil und/oder irreversibel mit der Oberfläche verbunden werden.
Als Fördergas kann beispielsweise Druckluft, ein Inertgas, ein brennbares Gas oder ein brennbares Gasgemisch verwendet werden. Bevorzugt kann hierbei das Fördergas mit einem Druck beaufschlagt werden, sodass das Fördergas kinetische Energie auf die Partikel überträgt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, funktionale Partikel, also Partikel die der Oberfläche eine zusätzliche Funktion verleihen, direkt mittels Aufspritzen an die zu funktionalisierende Oberfläche anzubinden. Im Unterschied zu bereits bekannten Verfahren wird dabei die Haftung der Partikel auf der zu funktionalisierenden Oberfläche nicht nur aufgrund von Adhäsionskräften erzielt. Vielmehr kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die kinetische Energie der Partikel so hoch eingestellt werden, dass auf mikroskopischer Ebene eine mechanische Verzahnung zwischen den Partikeln und der zu funktionalisierenden Oberfläche ausgebildet wird.
Zur Ausbildung dieser Verzahnung kann vorgesehen sein, dass die Partikel durch Übertragung kinetischer Energie die Oberfläche lokal aufschmelzen. Vorzugsweise kann dies durch Wahl eines ausreichend hohen Impulses der einzelnen Partikel gewährleistet werden, z.B. durch Wahl einer ausreichend hohen Geschwindigkeit der Partikel (beim Auftreffen auf die Oberfläche), in Abhängigkeit von einer durchschnittlichen Masse der einzelnen Partikel. Damit lässt sich eine hervorragende Haftung der einzelnen Partikel auf der Oberfläche erzielen.
Wie noch genauer zu erläutern sein wird, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Partikel, insbesondere bei geeigneter Wahl einer kinetischen Energie der Partikel, so in die oberflächennahe Schicht eingebettet werden, dass die Partikel langzeitstabil, also insbesondere irreversibel, mit der Oberfläche verbunden werden. Dies ist möglich, da die Partikel durch Ausnutzung der Eigenschaften des Partikel-Gas-Gemischs mit hoher kinetischer Energie, gegebenenfalls unterstützend mit moderater thermischer Energie, in die Oberfläche eingebracht werden können. Damit können die Partikel eine besonders feste Verbindung mit der zu funktionalisierenden Oberfläche eingehen. Insbesondere können Partikel eine so hohe Energie aufweisen, dass die Partikel, zumindest teilweise, in einen Volumenkörper eingeschmolzen werden, der die zu funktionalisierende Oberfläche ausbildet. Denn beim Aufprall der Partikel auf die Oberfläche kann die kinetische Energie der Partikel in thermische Energie umgesetzt werden, die auf mikroskopischer Ebene zu einem lokalen Aufschmelzen der zu funktionalisierenden Oberfläche führt. Damit kann eine wie zuvor beschriebene Verzahnung der Partikel mit der Oberfläche ausgebildet werden. Im Ergebnis ist eine vorzügliche Haftung erzielbar. Dieser Vorgang kann als ein „Festschießen“ beschrieben werden, wobei die Partikel, ähnlich wie heiße Splitter, die in eine kalte Eiskugel eingebracht werden, eine starke Haftung eingehen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es mühelos möglich, physikalische und/oder chemische und/oder elektrische und/oder akustische Eigenschaften einer Oberfläche anzupassen. Ferner können auch hydro- oder aero-dynamische Eigenschaften oder beispielsweise eine Benetzbarkeit der Oberfläche verändert werden. Es können aber auch zum Beispiel neue biologische, insbesondere biozide, Eigenschaften erzielt werden. Eine mögliche Anwendung der Erfindung besteht beispielsweise in der Funktionalisierung von Außenlacken an Schiffsrümpfen durch Einbringen von Partikeln in die Oberfläche des Außenlacks. Damit kann der Außenlack mit einer zusätzlichen Mikrostruktur oder neuen chemischen Eigenschaften versehen werden. Mittels der Mikrostruktur lässt sich beispielsweise der Strömungswiderstand des Schiffsrumpfes auf mikroskopischer Ebene aber damit auch insgesamt dramatisch verbessern. Mittels einer chemischen Veränderung der Schiffsrumpfoberfläche, beispielsweise durch Einbettung von Kupfer-Partikeln in eine äußere Lackschicht des Schiffsrumpfs, ist es beispielsweise möglich, die Entstehung eines Biofilms, also die Anlagerung von Muscheln und anderen Organismen am Schiffsrumpf, zu unterdrücken. Auch dies trägt dazu bei, den Strömungswiderstand des Schiffs und damit den Treibstoffverbrauch zu senken. Zudem wird durch die Vermeidung eines Biofilms die Haltbarkeit der Oberflächenbeschichtung des Schiffrumpfs erhöht. Spezielle Antifouling Lacke, die die Umwelt stark belasten, sind dagegen verzichtbar.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung ist die Modifikation der Lackoberfläche auf Flugzeugflügeln. Bei entsprechender Wahl der Partikel lässt sich damit der Strömungswiderstand signifikant reduzieren, wobei der erzielte Effekt auf einer zusätzlich geschaffenen Oberflächentopographie auf mikroskopischer Ebene beruht.
Ein wiederum anderes Anwendungsbeispiel der Erfindung besteht in der Ausstattung von an sich elektrisch isolierenden Kunststoffboxen mit einer elektrischen Oberflächenleitfähigkeit. Hierzu können beispielsweise mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Glimmerpartikel in die Oberfläche eingebracht werden. Damit lässt sich der Schichtwiderstand auf Werte von 10³-10⁹ Ω/sq absenken, was für viele Anwendungen vorteilhaft ist, da damit elektrostatische Ladungen, die auf den Kunststoffboxen entstehen, sicher abgeleitet werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich daneben auch optische Reflexions- oder Transmissionseigenschaften und/oder ein optisches Erscheinungsbild der Oberfläche verändern.
Schließlich können selbst mechanische Eigenschaften der Oberfläche verändert werden. Beispielsweise können Gleit- oder Haftreibungseigenschaften oder eine mechanische Abriebsfestigkeit oder eine Härte der Oberfläche verändert werden, indem entsprechend geeignete Partikel in die Oberfläche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingebracht werden.
Es versteht sich, dass die beschriebenen, unterschiedlichen Funktionalitäten auch in Kombination erzielt werden können, je nach Art der verwendeten Partikel, also insbesondere ihrer Größe, ihrer chemischen Zusammensetzung, ihre Oberflächenstruktur oder ihrer elektrischen oder optischen Eigenschaften.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist hervorzuheben, dass die Partikel dauerhaft mit der zu funktionalisierenden Oberfläche verbunden werden können, indem diese in ein die Oberfläche ausbildendes Material, vorzugsweise oberflächennah und dennoch irreversibel, eingebettet werden. Damit kann eine besonders langlebige funktionale Modifikation der mit dem Verfahren behandelten Oberfläche erreicht werden, was in zahlreichen Anwendungen bisher nur unzureichend erreichbar ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Funktionalisierung kann auch wechselnden Umweltbedingungen wie Einwirkung von Temperatur, Strahlung oder Chemikalien widerstehen.
Der in dem Verfahren verwendete Ausgangstoff kann zum Beispiel aus einer der Stoffgruppen der Metalle, der Metalloxide, der Kunststoffe, der Polymere, der Gläser oder der Keramiken ausgewählt sein. Der Ausgangsstoff kann zudem auch aus einem Gemisch aus mindestens zwei Stoffen aus einer dieser Stoffgruppen bestehen. Durch die Berücksichtigung dieser Stoffklassen kann somit eine Vielzahl an Anwendungen für das erfindungsgemäße Verfahren erschlossen werden.
Generell ist es dabei bevorzugt, wenn die Partikel untereinander vergleichbare Eigenschaften, insbesondere vergleichbare Molmassen oder Wärmekapazitäten, aufweisen. Denn damit kann für alle Partikel gewährleistet werden, dass deren physikalische Eigenschaften kompatibel zu den verwendeten Prozessparametern (Temperatur, zugeführte Wärmemenge, etc.) sind. Damit ist die Prozessführung wesentlich besser kontrollierbar. Es kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass die Partikel identische Eigenschaften, insbesondere identische Molmassen oder Wärmekapazitäten, aufweisen. Werden die Partikel durch Aufschmelzen eines Stoffgemischs gewonnen, so ist es vorteilhaft, wenn das als Ausgangsstoff dienende Stoffgemisch möglichst homogen ist, sodass Partikel mit gleichbleibenden Eigenschaften gewonnen werden können.
Erfindungsgemäß kann die Aufgabe auch durch weitere vorteilhafte Ausführungen der Unteransprüche gelöst werden.
Es ist nicht das Ziel der Erfindung, die zu funktionalisierende Oberfläche durch eine neue, aus Partikeln gebildete und geschlossene Oberfläche zu ersetzen, wie es bei bereits bekannten Verfahren, beispielsweise beim Spritzlackieren, üblich ist. Vielmehr sollen die ursprünglichen Eigenschaften der Oberfläche erhalten und lediglich durch neue Eigenschaften der Partikel ergänzt werden. Daher schlägt eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine Dichte der Partikel in dem Partikel-Gas-Gemisch so gering gewählt wird, dass die Partikel voneinander isoliert auf die Oberfläche aufbringbar sind. Mit diesem Verfahren können somit, insbesondere auf mikroskopischer Ebene, voneinander beabstandete Inseln aus Partikeln in der Oberfläche ausgebildet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die ursprünglichen Oberflächeneigenschaften weiterhin nutzbar sind, da die Oberfläche von außen, zumindest teilweise, weiterhin zugänglich ist. Gleichzeitig verleihen die voneinander isolierten Partikel oder Partikelinseln, die auch als Partikel-Cluster bezeichnet werden können, der Oberfläche neue Eigenschaften.
Zum Beispiel bei Verwendung von elektrisch leitfähigen Partikeln kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Dichte der Partikel in dem Partikel-Gas-Gemisch gerade so groß gewählt wird, dass zwischen benachbarten Partikeln oder Partikel-Clustern auf der Oberfläche elektrische Brücken oder elektrisch leitende Pfade ausgebildet werden. Mit dieser Verfahrensvariante können beispielsweise an sich elektrisch isolierende Oberflächen derart funktionalisiert werden, dass elektrostatische oder sonstige Ladungen über die Oberfläche ableitbar sind.
Wird die Dichte der Partikel in dem Partikel-Gas-Gemisch als auch eine Geschwindigkeit und ein Abstand mit dem der Strahl über die Oberfläche geführt wird konstant gehalten, so lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht geschlossene Beschichtungen von gleichmäßiger Partikeldichte pro Fläche erhalten. Hierbei können durch geeignete Strahlführung auch komplexe dreidimensionale Oberflächen beschichtet werden.
Es kann ferner beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ausgangsstoff in Pulverform verwendet wird. Denn wie noch genauer zu erläutern sein wird, lässt sich damit die Zuführung des Ausgangsstoffs besonders einfach regulieren.
Zur Herstellung des Partikel-Gas-Gemischs kann vorgesehen sein, dass das Fördergas, vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit, in eine Mischkammer einströmt, in welche die Partikel geleitet werden. Alternativ können die Partikel aber auch erst in der Mischkammer aus dem Ausgangsstoff erzeugt werden. Dies kann insbesondere durch Aufschmelzen und Zerstäuben, zum Beispiel eines stabförmig vorliegenden Ausgangsstoffs, geschehen.
Gemäß der Erfindung ist es von großem Vorteil, wenn die Partikel beim Auftreffen auf die Oberfläche in fester Form vorliegen. Denn in diesem Fall ist die Umsetzung der kinetischen Energie der Partikel in eine thermische Energie besonders effizient. Diese thermische Energie ist notwendig, um eine ausreichende Verformbarkeit der Oberfläche und damit die Ausbildung einer Verzahnung zwischen dem auftreffenden Partikel und der Oberfläche zu ermöglichen. Daher schlägt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Partikel als Festkörper (also beispielsweise in erstarrtem Zustand, mit einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur) auf die zu funktionalisierende Oberfläche auftreffen.
Anders als beispielsweise bei vorbekannten Spritzlackierverfahren treffen die Partikel hierbei also gerade nicht im flüssigen Zustand oder aufgeschmolzenen Zustand auf die Oberfläche auf. Dabei ist es möglich, dass die Partikel in dem Partikel Gas-Gemisch zunächst aufgeschmolzen werden und erst während Ihrer Flugbahn in Richtung auf die zu funktionalisierende Oberfläche zu Festkörpern erstarren. Eine solche Prozessführung kann beispielsweise durch einen ausreichend großen Volumenanteil des Fördergases an dem Partikel-Gas-Gemisch erreicht werden, sodass die Partikel während des Fluges ausreichend abgekühlt werden.
Gemäß der Erfindung lässt sich die gewünschte Verzahnung zwischen den Partikeln und der zu funktionalisierenden Oberfläche gerade dann besonders verlässlich erzielen, wenn die Partikel gerade so gewählt sind, dass eine Schmelztemperatur der Partikel höher ist als eine Schmelztemperatur eines Materials, welches die zu funktionalisierende Oberfläche ausbildet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn eine Schmelztemperatur der Partikel mehr als 50 Grad, vorzugweise mehr als 100 Grad, besonders bevorzugt mehr als 500 Grad, höher ist als eine Schmelztemperatur eines Materials, welches die zu funktionalisierende Oberfläche ausbildet. Denn in diesen Fällen kann sicher gewährleistet werden, dass zwar die Oberfläche auf mikroskopischem Maßstab lokal aufschmilzt, nicht jedoch die einzubettenden Partikel.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die die Anwendungsmöglichkeiten wesentlich erweitert, kann vorgesehen sein, dass die zu funktionalisierende Oberfläche aus einem Kunststoff oder einem Polymer gebildet ist. Die Erfindung hat dabei erkannt, dass es für eine dauerhafte Anbindung der Partikel besonders vorteilhaft ist, wenn das Polymer ein Duroplast oder Thermoplast ist. Denn mit diesen Materialien lässt sich die gewünschte Verzahnung besonders einfach erzielen.
Im Unterschied zu im Stand der Technik bekannten Verfahren, insbesondere zur Veränderung metallischer Oberflächen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Prozessenergie derart angepasst ist, dass die einzubettenden Partikel zum einen eine ausreichende kinetische und/oder thermische Energie besitzen, die eine dauerhafte Einbindung in die Polymeroberfläche erlaubt. Zum anderen ist die Prozessenergie aber auch derart angepasst, dass die Einbettung der Partikel ohne irreversible Zerstörung der makromolekularen Struktur des Polymers geschieht. Hierfür ist die Verwendung eines Partikel-Gas-Gemischs entscheidend. Die in erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Prozessenergie, also insbesondere die kinetische und thermische Energie der Partikel des Partikel-Gas-Gemischs, ist in der Regel deutlich niedriger als dies bei bekannten Verfahren zur Beschichtung metallischer Oberflächen der Fall ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit durch geeignete Wahl der Prozessenergie auch Oberflächen funktionalisiert werden, die aus einer Keramik, einem Glas, aus Kunststoff, aus Lack oder aus Holz bestehen.
Generell kann die zu funktionalisierende Oberfläche insbesondere durch einen formstabilen Volumenkörper gebildet sein. Dies wird als vorteilhaft angesehen, da in diesem Fall eine thermische Energie der Partikel besser von der Oberfläche durch Wärmetransport in dem Volumenkörper abgeführt werden kann. Damit ist eine übermäßige globale Erhitzung der Oberfläche vermeidbar, die zu unerwünschten Formänderungen führen könnte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Oberflächen angewendet werden, die eine Lackoberfläche sind (also durch eine geschlossene Lackschicht ausgebildet sind). Aus den oben genannten Gründen einer besseren thermische Ableitung ist es auch bei einer zu funktionalisierenden Lackoberfläche gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn die Lackoberfläche von einem formstabilen Volumenkörper getragen ist oder auf diesen aufgebracht ist.
Zur Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse schlägt eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass, in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangsstoffs und eines Materials, welches die Oberfläche ausbildet, ein Satz an Prozessparametern konstant gehalten wird. Diese Prozessparameter können beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Fördergas-Gemischs und/oder eine Temperatur des Pulver-Fördergas-Gemischs und/oder eine Temperatur der zu funktionalisierenden Oberfläche und/oder eine durchschnittliche Größe der Partikel umfassen. Daneben wird die Prozessenergie entscheidend durch die Wahl des Fördergases (z.B. besonders schwere Gase) und/oder des Brenngases (z.B. Gase die besonders hohe Flammtemperaturen erzeugen) beeinflusst.
Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit kann zum Beispiel durch Einstellen eines Strömungswiderstands in der Düse und/oder an einem Ausgang der Mischkammer erfolgen. Hierbei kann ergänzend insbesondere ein konstanter Druck des Fördergases vorgesehen sein.
Die Partikelgröße der einzubettenden Partikel lässt sich beispielsweise durch Verwendung eines Filters oder durch Anwendung an sich bekannter Trenn/- bzw. Homogenisierungsverfahren, insbesondere vor Verwendung der Partikel in dem Verfahren, einstellen.
Beispielsweise kann gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass eine durchschnittliche Partikelgröße des Ausgangsstoffs (der ja insbesondere als Pulver vorliegen kann) unter 100 Mikrometern, vorzugsweise unter 10 Mikrometern liegt. Für wiederum andere Anwendungen kann dagegen vorgesehen sein, dass eine durchschnittliche Partikelgröße des Ausgangsstoffs unter 100 Nanometern, vorzugsweise unter 10 Nanometern, liegt. Damit sind zwei Verfahren genannt, mit denen sich beispielsweise aerodynamische Funktionen (bei Partikeln mit Abmessungen im Bereich von Mikrometern) oder optische Funktionen (insbesondere bei Verwendung von Partikeln mit Abmessungen unterhalb einer Lichtwellenlänge) realisieren lassen.
Schließlich kann gemäß der Erfindung insbesondere eine Temperaturregelung durch eine entsprechende Sensorik und durch Regelung eines Verbrennungsvorgangs oder durch Verwendung zusätzlicher Heizelemente vorgesehen sein. Mit dieser Temperaturregelung lässt sich zum Beispiel die Temperatur des Pulver-Fördergas-Gemischs genau einstellen.
Um die kinetische Energie der Partikel zu erhöhen schlägt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass zur Erhöhung einer Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Fördergas-Gemischs ein Verbrennungsvorgang eingesetzt wird. Hierzu kann insbesondere ein brennbares Fördergas abgebrannt werden oder ein Brenngas einem nicht-brennbaren Gas, das als Fördergas dient, beigemischt und abgebrannt werden. Durch die bei dem Verbrennungsprozess frei werdende Energie kann sowohl eine kinetische als auch eine thermische Energie, insbesondere der Partikel, derart erhöht werden, dass die eingangs beschriebene, für eine permanente Anbindung der Partikel an die Oberfläche notwendige Prozessenergie erreichbar ist.
Hierbei kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass, insbesondere zusätzlich zu einer kinetischen Energie der Partikel, thermische Energie in das Partikel-Gas-Gemisch eingebracht wird. Dies kann dadurch geschehen, dass der eingangs beschriebene Strahl mittels Heißluft oder mittels Induktion erhitzt wird. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Strahl mittels einer Gasflamme erhitzt wird, da ein Gas ohnehin verwendet werden muss. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die Gasflamme den Strahl radial umhüllt. Denn damit lässt sich eine besonders homogene Verteilung der thermischen Energie der einzelnen Partikel erzielen, was für eine homogene Funktionalisierung der Oberfläche wichtig ist.
Das eingangs beschriebene Fördergas kann beispielsweise ein brennbares Gas sein oder aber ein inertes Gas. Es kann daneben auch vorgesehen sein, dass, zusätzlich zu dem Fördergas, ein Brenngas oder Inertgas dem Strahl zugeführt wird. Hierbei besteht der Strahl aus den Partikeln und dem Fördergas. Diese Zuführung eines weiteren Gases ist besonders gut kontrollierbar, wenn sie mittels einer (weiteren) Düse durchgeführt wird.
Die Erfindung hat insbesondere erkannt, dass gerade bei der Funktionalisierung von Kunststoff- oder Polymeroberflächen, die Energie der Partikel auf das jeweilige Oberflächenmaterial genau abgestimmt sein muss, um die gewünschte Funktionalisierung zu erzielen. Unter Kunststoff wird hier insbesondere eine Matrix aus einem reinen Polymer verstanden, in die Additive wie zum Beispiel Weichmacher, Stabilisatoren, Farbmittel, Füllstoffe oder Verstärkungsstoffe beigemischt sind. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt daher vor, dass eine kinetische und/oder thermische Energie der Partikel in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangsstoffs und der zu funktionalisierenden Oberfläche derart gewählt ist, dass die Partikel in die Oberfläche eindringen. Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise wenn aerodynamische oder den Strömungswiderstand in Wasser reduzierende Funktionen erzielt werden sollen, ist es hierbei bevorzugt, wenn die Partikel mit einer Eindringtiefe in die Oberfläche eindringen, die höchstens der Hälfte eines durchschnittlichen Durchmessers der Partikel entspricht. Somit können also einzelne der Partikel aus der Oberfläche herausragen, um die gewünschten Eigenschaften, insbesondere Reduktion eines Strömungswiderstands, zu erzielen.
Das soeben beschriebene Verfahren bietet insbesondere eine Lösung für das Problem „isolierende Lackschicht“, das oftmals auftritt, wenn Partikel in eine Lackschicht eingebettet werden sollen, um beispielsweise elektrische Eigenschaften zu verändern: Hierbei kommt es häufig vor, dass die funktionalen Partikel in der Lackschicht versinken und von einer isolierenden Lackschicht überdeckt werden, sodass die Partikel nicht mehr an der Oberfläche zur Verfügung stehen. Damit wird aber die gewünschte Funktionalisierung gerade zunichtegemacht.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann ein solches Absinken der Partikel in die Oberfläche durch gezielte Steuerung der Prozessenergie vermieden werden. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Energie der Partikel in Joule über an sich bekannte Verfahren gemessen wird. Durch Versuchsreihen kann dabei eine Obergrenze für die Prozessenergie gefunden werden, bei der die Partikel noch nicht in die Oberfläche abtauchen. Die Eindringtiefe der Partikel kann dabei unterstützend durch entsprechende Messungen der Oberflächenrauhigkeit vor und nach der Funktionalisierung, insbesondere durch Ermittlung eines durchschnittlichen peak-to-valley-Wertes, ermittelt werden.
Für wiederum andere Anwendungen schlägt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine Dichte der Partikel in dem Partikel-Gas-Gemisch und/oder eine Einwirkzeit des Strahls auf der Oberfläche so gewählt ist/sind, dass nach der Funktionalisierung zwischen einzelnen Partikeln auf der Oberfläche Leerräume vorhanden sind und somit keine geschlossene Oberflächenbeschichtung entsteht. Diese Variante ist insbesondere für Anwendungen attraktiv bei denen die Funktionalisierung der Oberfläche für einen Betrachter unsichtbar bleiben soll. Denn wenn die Partikel entsprechend klein gewählt werden und das obige Verfahren angewendet wird, kann die Funktionalisierung von einem Betrachter nicht entdeckt werden. Dies ist in vielen Anwendungen von Vorteil. Beispielsweise ermöglicht es obiges Verfahren, die Ausbildung einer geschlossenen Oberflächenbeschichtung zu vermeiden und beispielsweise die Oberflächen von Kunststoffboxen leitfähig zu gestalten, ohne jedoch das Erscheinungsbild der Kunststoffbox für einen Betrachter merkbar zu verändern.
Eine besonders gute Prozesskontrolle kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt werden, dass eine Förderrate, mit der der Ausgangsstoff in eine zur Herstellung des Pulver-Fördergas-Gemischs eingerichtete Mischkammer gelangt, konstant gehalten wird. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Förderrate aktiv geregelt wird, wobei hierzu eine entsprechende Sensorik vorgesehen sein kann. Eine Einstellung der Förderrate kann z.B. relativ einfach durch eine einstellbare Zuführöffnung oder mit Hilfe an sich bekannter Pulverförderer erreicht werden. Zur Regelung der Förderrate können ferner Mittel zur Messung der Förderrate vorgesehen sein, beispielsweise optische oder kapazitive Sensoren.
Gerade bei der Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen muss gemäß der Erfindung vermieden werden, dass sich diese global übermäßig erhitzen. Lediglich lokal (auf mikroskopischer Ebenen) soll eine Erwärmung durch das Auftreffen der Partikel mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden. Daher schlägt eine weitere Ausgestaltung vor, dass eine (globale) Temperatur der zu funktionalisierenden Oberfläche überwacht und vorzugsweise geregelt wird. Es kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass eine Temperaturmessung, vorzugsweise berührungslos, der Oberfläche während des Spritzvorgangs erfolgt. Die Temperatur der Oberfläche kann dabei durch zusätzliches Beheizen/Kühlen mittels Strahlungswärme oder durch Wärmekonvektion oder durch direktes Beheizen/Kühlen des Körpers, der die Oberfläche ausbildet, aktiv geregelt werden.
Ferner schlägt eine weitere Ausgestaltung vor, dass eine kinetische und/oder thermische Energie der Partikel, vor-zugsweise und eine Temperatur der Oberfläche, während des Verfahrens derart eingestellt wird, dass ein Material, welches die zu funktionalisierende Oberfläche ausbildet, also insbesondere der zuvor beschriebene Volumenkörper, nach Ausführung des Verfahrens chemisch und/oder strukturell unverändert ist. Damit kann insbesondere bei der Funktionalisierung von Polymeroberflächen eine thermische und/oder pyrolithische Zersetzung und damit Zerstörung der Oberfläche vermieden werden. Daneben ist auch verhinderbar, dass intrinsische mechanische Spannungen in der Oberfläche beziehungsweise in einem die Oberfläche ausbildenden Volumenkörper freigesetzt werden. Damit kann eine unerwünschte Formänderung der Oberfläche als unerwünschte Folge des Funktionalisierens vermieden werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann dabei eine, insbesondere globale oder gemittelte, Temperatur der Oberfläche unterhalb, besonders bevorzugt 20 Grad unterhalb, einer Glasübergangstemperatur des Materials gehalten werden. Damit kann eine irreversible Formänderung sicher ausgeschlossen werden, selbst wenn die Oberfläche an einzelnen Stellen durch den Beschuss mit Partikeln lokal aufgeschmolzen wird.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß alternativ die Merkmale des zweiten nebengeordneten, auf eine Spritzvorrichtung gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit bei einer Spritzvorrichtung zum Funktionalisieren einer Oberfläche vorgeschlagen, dass diese entsprechende Mittel aufweist zur Ausführung eines der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen dieser Spritzvorrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Spritzvorrichtung einen Vorratsbehälter zur Aufnahme eines pulverförmigen Ausgangsstoff und/oder einen Anschluss zur Zuführung eines Fördergases, eines Brenngases oder eines Inertgases und/oder eine zur Herstellung des Partikel-Gas-Gemischs eingerichtete Mischkammer und/oder eine Spritzdüse zur Formung des Strahls und/oder mindestens eine weitere Düse zur Zuführung eines Gases, insbesondere eines Brenngases, aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass die Spritzdüse und/oder die mindestens eine weitere Düse einstellbar ist/sind. Diese Einstellbarkeit kann sich beispielsweise auf eine Strahlrichtung und/oder einen Strahldurchmesser beziehen. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die mindestens eine weitere Düse derart angeordnet ist, dass eine den Strahl radial umhüllende Gasflamme ausbildbar ist.
Die zuvor beschriebenen Spritzvorrichtungen können darüber hinaus Mittel zum Einstellen, vorzugsweise zur automatischen Regelung, einer Temperatur der Mischkammer und/oder der Spritzdüse aufweisen. Ferner können auch Mittel zum Einstellen einer Strömungsgeschwindigkeit des Partikel-Gas-Gemischs, beispielsweise ein Druckregler, und/oder Mittel zum Einstellen einer durchschnittlichen Größe der Partikel vorgesehen sein. Schließlich kann die Spritzvorrichtung, insbesondere bei Ausgestaltung als stationäre industrielle Fertigungsanlage, Mittel zum Einstellen beziehungsweise Regeln einer Temperatur der zu funktionalisierenden Oberfläche aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung widmet sich Oberflächen, deren elektrische Eigenschaften mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verändert wurden. Denn mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere Sensorelemente einer sensorischen Vorrichtung hergestellt werden. Im Unterschied zum Stand der Technik zeichnet sich eine derartige sensorische Vorrichtung somit dadurch aus, dass die Vorrichtung ein Sensorelement mit einer Oberfläche aufweist, die mit einem der zuvor beschriebenen Verfahren funktionalisiert wurde. Hierbei wird es für eine besonders einfache Fertigung der Vorrichtung als vorteilhaft angesehen, wenn das Sensorelement durch einen formstabilen Volumenkörper gebildet ist.
Eine erfindungsgemäße sensorische Vorrichtung kann gemäß besonders vorteilhaften Ausgestaltungen insbesondere derart konzipiert sein, dass das Sensorelement ein elektroresistives oder ein kapazitives Sensorelement ist. Hierbei kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass das Sensorelement ein taktiles Sensorelement ist. Mit einem solchen taktilen Sensorelement können insbesondere elektronische Eingabe-Einheiten (user interfaces) ausgestaltet werden.
Alternativ oder ergänzend kann ferner vorgesehen sein, dass die sensorische Oberfläche eine Außenfläche ist und/oder elektrisch leitfähig ist. Damit lassen sich vielfältige Anwendungen erschließen, beispielsweise zur elektronischen Überwachung von Anlagen oder Fahrzeugen.
Für eine einfache Kontaktierung ist es dabei von Vorteil, wenn die Oberfläche durch eine flächig ausgestaltete Kontaktelektrode, die vorzugsweise in Form einer dünnen, besonders bevorzugt flexiblen, leitfähigen Schicht ausgebildet ist, elektrisch kontaktiert ist. Durch derartige erfindungsgemäße sensorische Vorrichtungen lassen sich, insbesondere im Außenbereich und bei Vorliegen großer Flächen, vielfältige sensorische Anwendungen in einer wirtschaftlichen Weise umsetzen.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des folgenden Ausführungsbeispiels. Insbesondere können somit Ausbildungen der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden.
Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Spritzvorrichtung, mit der eine Oberfläche funktionalisiert wird.

Die 1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Spritzvorrichtung. Diese weist einen Vorratsbehälter 14 auf, in dem ein Ausgangsstoff 4 in Form eines Pulvers aufbewahrt ist. Über ein Filter gelangen einzelne Partikel 2 des Ausgangsstoffs 4 durch die einwirkende Schwerkraft in eine Mischkammer 5, in die ein Fördergas 6 einströmt.
Das Fördergas verwirbelt das in die Mischkammer 5 eintretende Pulver und bildet mit diesem ein Partikel-Gas-Gemisch 7. Mittels einer Spritzdüse 8 wird das aus der Mischkammer 5 aufgrund eines an der Mischkammer anliegenden Förderdrucks des Fördergases 6 austretende Partikel-Gas-Gemisch 7 zu einem Strahl 9 geformt. Dieser Strahl 9 transportiert die einzelnen Partikel 2 auf eine Oberfläche 1, die von einem Volumenkörper 18 ausgebildet wird.
Durch Überstreichen der Oberfläche 1 mit dem Strahl 9 in einer konstanten Geschwindigkeit, können die Partikel 2 mit einer vorgebbaren Flächendichte auf die Oberfläche 1 aufgebracht werden. Da die Partikel eine hohe kinetische Energie aufgrund des Gasförderdrucks aufweisen, dringen diese ganz oder teilweise in eine oberflächennahe Schicht 3 des Volumenkörpers 1 ein. Nach dem Erkalten der Oberfläche 1, die sich aufgrund des Bombardements mit den Partikeln 2 erwärmt, sind die Partikel 2 irreversibel in die Oberfläche 1 eingebettet, wobei einzelne Partikel 2 aus der Oberfläche 1 herausragen. Damit könne diese Partikel 2 der Oberfläche 1 neue, insbesondere nach außen wirksame, Funktionen verleihen.
Die Spritzvorrichtung 10 weist auch eine Schlauchleitung 11 auf, die eine Leitung für das Fördergas 6 und eine weitere Leitung für ein Brenngas 15 aufweist. Das Brenngas 15 wird dem Strahl 9 mittels weiterer Düsen 17 zugeführt, die radial um die zentrale Spritzdüse 8 angeordnet sind.
Durch diese Ausgestaltung kann, wie in 1 illustriert, eine Gasflamme 16 erzeugt werden, die den Strahl 9 radial umhüllt und den Partikeln 2 zusätzliche thermische Energie zuführt. Ein weiterer Effekt der Verbrennung des Brenngases 15 im Bereich der Austrittsöffnung der Spritzdüse 8 besteht in der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Fördergas-Gemischs 7. Dadurch kann die kinetische Energie der Partikel 2 erhöht werden.
Durch Regelung des Förderdrucks für Fördergas 6 und Brenngas 15 mit Hilfe des Druckreglers 13 kann die Prozessenergie, also die kinetische als auch die thermische Energie der Partikel, gezielt eingestellt und auf das Material der zu funktionalisierenden Oberfläche 1 abgestimmt werden.
Die Spritzvorrichtung 10 weist zudem einen Temperaturregler 12 auf, mit dem die Temperatur der Mischkammer eingestellt werden kann. Damit kann das Partikel-Gas-Gemisch 7 vortemperiert werden.
Für großflächige Anwendungen wird insbesondere vorgeschlagen, die Sprühvorrichtung 10 an einem Arm zu montieren, der vorzugsweise automatisiert gesteuert, über eine zu funktiona-lisierende Oberfläche 1 verschwenkt wird. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für großflächige Anwendungen, etwa die Beschichtung der Außenfläche eines Wohnmobils oder eines Schiffrumpfes, anpassen. Erfindungsgemäße Spritzvorrichtungen können somit von Hand, per Roboter oder in einer maschinellen Anordnung geführt werden, je nach Ein-satz und Größe der zu funktionalisierenden Oberfläche. Hierbei können auch mehrere erfindungsgemäße Spritzvorrichtungen zu Einheiten zusammengefasst sein, insbesondere bei großflächiger Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zusammenfassend wird zur Funktionalisierung einer Oberfläche 1 ein neues Verfahren vorgeschlagen, dass sich dadurch auszeichnet, dass Partikel 2 mit einem Fördergas 6 vermischt werden um ein Partikel-Gas-Gemisch 7, vorzugsweise ein Aerosol, zu erzeugen das mit Hilfe eine Fördergasdrucks beschleunigt wird, wobei zusätzlich durch Verbrennung eines Gases, insbesondere des Fördergases 6, kinetische als auch thermische Energie in das Aerosol 7 eingebracht werden kann und wobei das entstehende Partikel-Fördergas-Gemisch 7 mit Hilfe einer Spritzdüse 8 zu einem gerichteten Strahl 9 geformt wird, sodass die Partikel 2 zielgerichtet auf eine eng begrenzte Fläche einer Oberfläche 1 gerichtet werden können. Durch Wechselwirkung der Partikel 2 mit der Oberfläche 1 verändern diese die Oberfläche 1 derart, dass eine irreversible Verbindung zwischen den Partikeln 2 und der Oberfläche 1 geschaffen wird (Festschießen). Hierbei stellen die Partikel 2 aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften neue Funktionen für die Oberfläche 1 bereit, was für mannigfaltige Anwendungen von Interesse ist.
Bezugszeichenliste

1: Oberfläche
2: Partikel
3: oberflächennahe Schicht
4: Ausgangsstoff
5: Mischkammer
6: Fördergas
7: Partikel-Gas-Gemisch
8: Spritzdüse
9: Strahl
10: Spritzvorrichtung (Spritzpistole)
11: Schlauchleitung (Fördergas / Brenngas)
12: Temperaturregler
13: Druckregler
14: Vorratsbehälter
15: Brenngas
16: Gasflamme
17: Düse
18: Volumenkörper

Claims

Verfahren zum Funktionalisieren einer Oberfläche (1), wobei Partikel (2) aus einem Ausgangsstoff (4) in eine oberflächennahe Schicht (3) eingebettet werden, indem die Partikel (2) mit einem Fördergas (6) zu einem Partikel-Gas-Gemisch (7) vermischt werden, das Partikel-Gas-Gemisch (7) zu einem Strahl (9) geformt wird und der Strahl (9) auf die Oberfläche (1) gerichtet wird, insbesondere sodass die Partikel (2) langzeitstabil und/oder irreversibel mit der Oberfläche (1) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichte der Partikel (2) in dem Partikel-Gas-Gemisch (7) so gering gewählt wird, dass die Partikel (2) voneinander isoliert auf die Oberfläche (1) aufbringbar sind, insbesondere wobei eine Dichte der Partikel (2) in dem Partikel-Gas-Gemisch (7) gerade so groß gewählt wird, dass zwischen benachbarten Partikeln (2) auf der Oberfläche (1) elektrische Brücken oder elektrisch leitende Pfade ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel als Festkörper auf die Oberfläche (1) auftreffen, insbesondere wobei die Partikel (2) durch Übertragung kinetischer Energie, vorzugsweise durch Wahl eines ausreichend hohen Impulses der einzelnen Partikel (2), die Oberfläche (1) lokal aufschmelzen, vorzugsweise wobei die Partikel (2) dabei eine Verzahnung mit der Oberfläche (1) ausbilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmelztemperatur der Partikel (2) höher ist, insbesondere mehr als 50 Grad, vorzugweise mehr als 100 Grad, besonders bevorzugt mehr als 500 Grad, höher ist, als eine Schmelztemperatur eines Materials, welches die Oberfläche (1) ausbildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsstoff (4) in Pulverform verwendet wird und/oder dass zur Herstellung des Partikel-Gas-Gemischs (7) das Fördergas (6), vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit, in eine Mischkammer (5) einströmt, in welche die Partikel (2) geleitet werden oder in welcher die Partikel (2) aus dem Ausgangsstoff (4), insbesondere durch Aufschmelzen und Zerstäuben, erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu funktionalisierende Oberfläche (1) aus einem Kunststoff oder einem Polymer, vorzugsweise einem Duroplast oder Thermoplast, oder einer Keramik oder einem Glas oder aus Holz besteht, insbesondere wobei die Oberfläche (1) durch einen formstabilen Volumenkörper (18) gebildet ist, oder dass die Oberfläche (1) eine Lackoberfläche ist, insbesondere wobei die Lackoberfläche von einem formstabilen Volumenkörper (18) getragen ist oder auf einen formstabilen Volumenkörper (18) aufgebracht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangsstoffs (4) und eines Materials, welches die Oberfläche (1) ausbildet, ein Satz an Prozessparametern konstant gehalten wird, wobei diese Prozessparameter eine Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Fördergas-Gemischs (7) und/oder eine Temperatur des Pulver-Fördergas-Gemischs (7) und/oder eine Temperatur der Oberfläche (1) und/oder eine durchschnittliche Größe der Partikel (2) umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung einer Strömungsgeschwindigkeit des Pulver-Fördergas-Gemischs (7) ein Verbrennungsvorgang eingesetzt wird, insbesondere wobei hierzu ein brennbares Fördergas (6) abgebrannt wird oder ein Brenngas (15) einem nicht-brennbaren Fördergas (6) beigemischt und abgebrannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere zusätzlich zu einer kinetischen Energie der Partikel (2), thermische Energie in das Partikel-Gas-Gemisch (7) eingebracht wird, insbesondere wobei hierzu der Strahl (9) mittels Heißluft oder mittels Induktion erhitzt wird, bevorzugt wobei der Strahl (9) mittels einer Gasflamme (16) erhitzt wird, besonders bevorzugt wobei die Gasflamme (16) den Strahl (9) radial umhüllt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, zusätzlich zu dem Fördergas (6), ein Brenngas (15) oder Inertgas, insbesondere mittels einer Düse (17), dem Strahl (9) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kinetische und/oder thermische Energie der Partikel (2) in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangsstoffs (4) und der zu funktionalisierenden Oberfläche (1) derart gewählt ist, dass die Partikel (2) in die Oberfläche (1) eindringen, vorzugsweise mit einer Eindringtiefe, die höchstens der Hälfte eines durchschnittlichen Durchmessers der Partikel (2) entspricht und/oder sodass einzelne der Partikel (2) aus der Oberfläche herausragen und/oder dass eine Dichte der Partikel (2) in dem Partikel-Gas-Gemisch (7) und/oder eine Einwirkzeit des Strahls (9) auf der Oberfläche (1) so gewählt ist/sind, sodass nach der Funktionalisierung zwischen einzelnen Partikeln (2) auf der Oberfläche (1) Leerräume vorhanden sind und somit keine geschlossene Oberflächenbeschichtung entsteht, vorzugsweise sodass die Funktionalisierung der Oberfläche (1) für einen Betrachter unsichtbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderrate, mit der der Ausgangsstoff (4) in eine zur Herstellung des Pulver-Fördergas-Gemischs (7) eingerichtete Mischkammer (5) gelangt, konstant gehalten wird, vorzugsweise geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der zu funktionalisierenden Oberfläche (1) überwacht und vorzugsweise geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kinetische und/oder thermische Energie der Partikel (2), vorzugsweise und eine Temperatur der Oberfläche (1), während des Verfahrens derart eingestellt wird, dass ein oder das Material, welches die zu funktionalisierende Oberfläche (1) ausbildet, nach Ausführung des Verfahrens chemisch und/oder strukturell unverändert ist, insbesondere sodass die Freisetzung intrinsischer mechanischer Spannungen in der Oberfläche (1) beziehungsweise in einem die Oberfläche (1) ausbildenden Volumenkörper (18) und damit eine Formänderung der Oberfläche (1) vermieden wird, vorzugsweise wobei eine Temperatur der Oberfläche (1) unterhalb, besonders bevorzugt 20 Grad unterhalb, einer Glasübergangstemperatur des Materials gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verfahrens physikalische und/oder chemische und/oder elektrische und/oder akustische und/oder hydro- oder aero-dynmaische Eigenschaften und/oder eine Benetzbarkeit und/oder biologische, insbesondere biozide, Eigenschaften und/oder optische Reflexions- oder Transmissionseigenschaften und/oder ein optisches Erscheinungsbild und/oder Gleit- oder Haftreibungseigenschaften oder eine mechanische Abriebsfestigkeit oder eine Härte der Oberfläche (1) verändert wird.
Spritzvorrichtung (10) zum Funktionalisieren einer Oberfläche (1) mit Mitteln zur Ausführung eines der vorhergehenden Verfahren.
Spritzvorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzvorrichtung (10) einen Vorratsbehälter (14) zur Aufnahme eines pulverförmigen Ausgangsstoff und/oder einen Anschluss zur Zuführung eines Fördergases (6), eines Brenngases (15) oder eines Inertgases und/oder eine zur Herstellung des Partikel-Gas-Gemischs (7) eingerichtete Mischkammer (5) und/oder eine Spritzdüse (8) zur Formung des Strahls (9) und/oder mindestens eine weitere Düse (17) zur Führung eines Gases, insbesondere eines Brenngases, aufweist, vorzugsweise wobei die Spritzdüse (8) und/oder die mindestens eine weitere Düse (17) einstellbar ist/sind in Bezug auf eine Strahlrichtung und/oder einen Strahldurchmesser, besonders bevorzugt, wobei die mindestens eine weitere Düse (17) derart angeordnet ist, dass eine den Strahl (9) radial umhüllende Gasflamme (16) ausbildbar ist.
Sensorische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Sensorelement mit einer Oberfläche (1) aufweist, die mit einem Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 15 funktionalisiert wurde, insbesondere wobei das Sensorelement durch einen formstabilen Volumenkörper (18) gebildet ist.
Sensorische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement ein elektroresistives oder ein kapazitives und/oder ein taktiles Sensorelement ist und/oder dass die sensorische Oberfläche (1) eine Außenfläche ist und/oder elektrisch leitfähig ist, insbesondere wobei die Oberfläche (1) durch eine flächig ausgestaltete Kontaktelektrode, die vorzugsweise in Form einer dünnen, besonders bevorzugt flexiblen, leitfähigen Schicht ausgebildet ist, elektrisch kontaktiert ist.