DE102018122996A1

DE102018122996A1 - Entladespule und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102018122996A1
Application number: DE102018122996.8A
Authority: DE
Inventors: Susumu Naito; Masaru Hori
Original assignee: Nagoya University NUC; Denso Corp
Current assignee: Nagoya University NUC; Denso Corp
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-03-21
Also published as: JP2019057363A

Abstract

Es wird eine Entladespule (1) zum Erzeugen einer Entladung durch eine dielektrische Barriereentladung geschaffen. Die Entladespule beinhaltet ein Paar von Elektroden (2), ein Paar von Barriereschichten (3) und eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln (4). Das Paar von Elektroden (2) ist über einen Entladeraum (S), in dem die Entladung erzeugt wird, einander gegenüberliegend angeordnet. Jede von den Elektroden weist eine Oberfläche auf, die der jeweils anderen der Elektroden gegenüberliegt, wobei die Oberfläche zu dem Entladeraum freiliegt. Das Paar von Barriereschichten (3) besteht aus einem dielektrischen Material, und jede Barrierschicht bedeckt die Oberfläche einer entsprechenden der Elektroden und weist eine Oberfläche auf, die zu dem Entladeraum hin freiliegt. Die elektrisch leitfähigen Mikropartikel (4), die als eine Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln ausgebildet sind, sind mit der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten aggregiert verbunden, wobei die elektrisch leitfähigen Mikropartikel aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und elektrisch voneinander isoliert sind.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladespule und ein Verfahren zur Herstellung der Entladespule, und insbesondere eine Entladespule, die sich dielektrische Barriereentladungen zunutze macht, und ein Herstellungsverfahren, das auf eine derartige Spule bezogen ist.
Stand der Technik
Es ist eine Entladespule bekannt, die Entladungen basierend auf einem Phänomen einer dielektrischen Barriereentladung erzeugt.
Wie in Patentliteratur 1: JP 2015-48773 A beispielhaft gezeigt ist, ist diese Entladespule mit einem Paar von Elektroden versehen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Entladeraum zwischen den gepaarten Elektroden vorgesehen ist und zwei Barriereschichten jeweils auf einander gegenüberliegenden Innenoberflächen der gepaarten Elektroden ausgebildet sind. In dem Entladeraum werden die Entladungen erzeugt. Die Barriereschichten bestehen aus einem dielektrischen Material. Das Paar von Elektroden ist mit einer Wechselstromleistungsquelle elektrisch verbunden, so dass eine Wechselstromquelle zwischen den Elektroden anliegt, um die Entladungen in dem Entladeraum zu erzeugen.
Da die Wechselstromspannung zwischen dem Paar von Elektroden anliegt, ändert sich vorübergehend ein zwischen den Elektroden erzeugtes elektrisches Feld. Wenn dadurch die Stärke des elektrischen Feldes im Laufe der Zeit allmählich zunimmt und eine vorbestimmte Schwelle erreicht hat, werden Fließvorgänge und Vervielfachungen (Lawinenbildung) von elektrischen Ladungen in dem Entladeraum wiederholt, wodurch eine Entladung gebildet wird.
Patentliteratur 1 JP 2015-48773 A
Bei der Verwendung der Entladespule ist es grundsätzlich von Bedeutung, eine höhere Erzeugungseffizienz eines durch die Entladung erzeugten Zielprodukts zu ermöglichen. Die Erzeugungseffizienz ist danach definiert, wie häufig das Zielprodukt pro eingegebener Einheit einer elektrischen Leistung erzeugt wird. Insbesondere unter der Annahme, dass die Entladespule z. B. in Fahrzeugen oder anderen Leistungssystemen (in denen die Entladespule zum Reinigen von Abgasen verwendet wird) montiert ist, kann die Verwendung von Entladespulen mit geringeren Produktionseffizienzen zu verschiedenen Nachteilen führen, wie z. B. einer geringeren Brennstoffersparnis. Natürlich kann dies auch in einem Fall vorkommen, wo die Entladungsenergie auf Nichtfahrzeuganwendungen, wie z. B. Industrieanlagen, angewendet wird.
Neben dem Erhalten einer höheren Produktionsrate des Zielprodukts, ist es ebenso wichtig, die Erzeugung anderer Produkte als dem Zielprodukt zu verhindern. Wenn z. B. Ozon das Zielprodukt der Entladung ist, wird dabei berücksichtigt, dass eine Verhinderung der Erzeugung von ionischen Spezies, die sich von dem Zielprodukt (z. B. Ozon) unterscheiden, zu einer verbesserten Produktionseffizienz beiträgt. Grund dafür ist, dass die ionischen Spezies so beschleunigt werden, dass sie auf die Barriereschichten prallen, sobald die ionischen Spezies durch ein durch die Entladung verursachtes elektrisches Feld erregt werden. Durch solche Aufprallereignisse wird die durch das elektrische Feld zugeführte Energie in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch die Erzeugungseffizienz verringert wird.
Bei der vorstehend erwähnten Ozonproduktion erwartet man eine Steigerung der Erzeugungseffizienz dadurch, dass physikalische Differenzen zwischen einem Zielprodukt und anderen Produkten als dem Zielprodukt Beachtung finden, und dass Prozesse hergeleitet werden, die zum Steigern der Ozonproduktion von Nutzen sind. Solche physikalischen Differenzen umfassen eine Differenz zwischen Energiemengen, die zum Erzeugen des Ozons und der ionischen Spezies notwendig sind, und eine Differenz in Bezug auf eine Zeitsteuerung bei Prozessessen, die zum Erzeugen des Ozons und der ionischen Spezies notwendig sind. Abgesehen von den vorstehend aufgeführten Punkten ist es zudem von Bedeutung, ein Zielprodukt an seinen Einsatzort zu übermitteln, ohne das erzeugte Zielprodukt auf seinem Weg zum Einsatzort zu verlieren.
Kurzfassung
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Belange, ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine Entladespule mit einer höheren Entladeeffizienz und ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Entladespule zu schaffen.
Ein erster Aspekt der Offenbarung bezieht sich auf eine Entladespule (1) zum Erzeugen einer Entladung durch eine dielektrische Barriereentladung, aufweisend: ein Paar von Elektroden (2), die einander über einem Entladeraum (S) gegenüberliegen, in dem die Entladung erzeugt wird, wobei jede der Elektroden eine Oberfläche aufweist, die der jeweils anderen der Elektroden gegenüberliegt, wobei die Oberfläche zu dem Entladeraum hin freiliegt; ein Paar von Barriereschichten (3), die aus einem dielektrischen Material gefertigt sind, wobei eine jede die Oberfläche einer Entsprechenden von den Elektroden bedeckt, jede von den Barriereschichten eine Oberfläche aufweist, die zu dem Entladeraum hin freiliegt, und eine große Anzahl von (zwei oder mehr) elektrische leitfähigen Mikropartikeln (4) (eigentlich eine Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die so ausgebildet sind, dass sie eine Größe im Nanometerbereich aufweisen), die mit der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten aggregiert verbunden sind, wobei die elektrische leitfähigen Mikropartikel aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und voneinander elektrisch isoliert sind.
In dem ersten Aspekt der Offenbarung sind die elektrisch leitfähigen Mikropartikel, die auf der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten ausgebildet sind, in der der Lage, die Entladeeffizienz der Entladespule zu steigern. Das heißt, das auf den Oberflächen der Barriereschichten die elektrisch leitfähigen Mikropartikel als elektrisch leitfähige Bereiche fungieren, die dazu tendieren, Bewegungen der Elektronen zu begünstigen, die auf den Oberflächen der Barriereschichten angekommen sind. Es ist somit möglich, die Bewegungsgeschwindigkeiten der Elektronen zu steigern, wodurch eine Diffusionsentspannung der Elektronen auf den Barriereschichtoberflächen unterstützt wird. Folglich kann der nächste Ladungsvorgang rasch ausgeführt werden, was eine erhöhte Entladeeffizienz der Entladespule zur Folge hat.
Ein zweiter Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Entladespule gemäß dem ersten Aspekt, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Erzeugen der Elektroden; Erzeugen der Barriereschichten; und Erzeugen der elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf der Oberfläche von jeder der Barriereschichten, wobei der Mikropartikelerzeugungsschritt ausgeführt wird durch Sputtern, bei dem ein Target verwendet wird, das aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht, so dass bewirkt wird, dass Atome von dem elektrisch leitfähigen Material des Target sich mit der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten verbinden, so dass die elektrisch leitfähigen Mikropartikel darauf erzeugt werden.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird bzw. werden der eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Mikropartikel durch Sputtern erzeugt. In diesem Sputtervorgang können Elektronen des elektrisch leitfähigen Materials, die von dem Target emittiert worden sind, näherungsweise senkrecht auf die Barriereschichtoberflächen treffen. Die elektrisch leitfähigen Mikropartikel können somit ein höheres Aspektverhältnis aufweisen, was eine vereinfachte Erzeugung der großen Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln zur Folge hat (eigentlich einer Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die so ausgebildet sind, dass sie eine Größe im Nanometerbereich aufweisen), die voneinander getrennt und voneinander elektrisch isoliert sind.
Auf diese Weise ist die Bereitstellung der Entladespule und des Herstellungsverfahrens für dieselbe möglich, welche in der Lage sind, die Entladeeffizienz zu erhöhen.
Vorstehend weisen die in Klammern stehenden Bezugszeichen lediglich auf Entsprechungen von praktischen Elementen hin, die in den später beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, wobei diese sind nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind.
Die verschiedenen weiteren Abläufe und Vorteile erlauben eine Auslegung anhand der in den später beschriebenen Ausführungsformen gemachten Angaben.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Schnittzeichnung, die eine konzeptionelle Konfiguration einer Entladespule gemäß einer ersten Ausführungsform umreißt;
2 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht von Arbeitsabläufen der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
3 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht von Arbeitsabläufen der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
4 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
5 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
6 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
7 eine Schnittzeichnung, die eine weitere Ansicht der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
8 eine perspektivische Ansicht, die eine Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform verwendet;
9 eine Schnittzeichnung, die entlang einer Längsrichtung (einer X-Achsenrichtung) erstellt wurde, die in 7 gezeigt ist;
10 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen einer Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der elektrisch leitfähige Mikropartikel nicht auf darin angeordneten Barriereschichten erzeugt werden;
11 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen anliegenden Spannungen und Ozonproduktionseffizienzen der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der die elektrisch leitfähigen Mikropartikel nicht auf darin angeordneten Barriereschichten erzeugt werden;
12 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen einer Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der die elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf einer jeden der Barriereschichten durch ein 20 Sekunden lange angewendetes Au-Sputtern erzeugt werden;
13 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen anliegenden Spannungen und Ozonproduktionseffizienzen der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der die elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf einer jeden der Barriereschichten durch ein 20 Sekunden lange angewendetes Au-Sputtern erzeugt werden;
14 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen einer Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der die elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf einer jeden der Barriereschichten durch ein 20 Sekunden lange angewendetes Au-Sputtern erzeugt werden;
15 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen anliegenden Spannungen und Ozonproduktionseffizienzen der Entladespule gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der elektrisch leitfähige Mikropartikel auf einer jeden der Barriereschichten durch ein 60 Sekunden lange angewendetes Au-Sputtern erzeugt werden;
16 eine Teilschnittansicht, die die Entladespule konzeptionell erläutert, die zum Erstellen der in 10 bis 15 gezeigten Graphen herangezogen wird;
17 eine Teilschnittansicht, die Formen von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln schemenhaft darstellt, die als eine Probe „A“ in der ersten Ausführungsform erzeugt werden.
18 eine Teilschnittansicht, die Formen von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln schemenhaft darstellt, die als eine Probe „B“ in der ersten Ausführungsform erzeugt werden.
19 eine Schnittansicht, die die Struktur einer Entladespule konzeptionell darstellt, die als Vergleichsbeispiel herangezogen wird.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt nun eine Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
[Erste Ausführungsform]
Unter Bezugnahme auf 1 bis 19 wird nun eine erste Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt eine skizzierte Struktur einer Entladespule 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, ist die Entladespule 1 mit einem Paar von plattenförmigen Elektroden 2 ausgestattet, die jeweils äußere und innere Oberflächen aufweisen, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, einem Paar von Barriereschichten 3, deren jeweilige Schichten auf der inneren Oberfläche einer entsprechenden der Elektroden 2 beschichtet sind, und einer großen Anzahl von (zwei oder mehreren) elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 (eigentlich einer Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die so ausgebildet sind, dass sie eine Größe im Nanometerbereich aufweisen). Das Paar von Elektroden 2 ist so angeordnet, dass sie einander mit einem Entladeraum 5 dazwischen gegenüberliegen, in dem eine Entladung verursacht werden darf. Die Barriereschichten 3 bestehen aus einem dielektrischen Material, und jede davon ist so beschichtet, dass sie die innere Oberfläche von einer entsprechenden der Elektroden 2 bedeckt.
Die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 bestehen ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Material und sind an die inneren Oberflächen der Barriereschichten 3 gebunden. Das heißt, dass die inneren Oberflächen so positioniert sind, dass sie den Entladeraum 5 dazwischen bereitstellen und zu dem Entladeraum S freiliegen. Alle elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 sind voneinander getrennt und auf den inneren Oberflächen elektrisch isoliert.
In der vorliegenden Ausführungsform dient die Entladespule 1 als ein Ozonisator, der basierend auf einem Entladungsphänomen in der Luft Sauerstoff in Ozon umwandelt. In einer Anwendung, auf die die vorliegende Ausführungsform angewendet wird, ist dieser Ozonisator in einem Fahrzeug montiert, in dem das erzeugte Ozon in den Abgaskanal des Fahrzeugmotors zum Reinigen des Abgases eingeführt wird. Praktisch gesehen, oxidiert das erzeugte Ozon in dem Abgaskanal NO zu NO₂ in dem Abgas, und das oxygenierte NO₂ wird durch einen LNT (Lean NOx Trap bzw. Mager-NOx-Abscheider), der stromabwärts in dem Abgas angeordnet ist, abgeschieden und absorbiert, wodurch der NO₂-Bestandteil aus dem Abgas entfernt werden kann.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, ist die Entladespule 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich mit einer Mehrzahl von elektrisch isolierten Substraten 5 ausgestattet, die in der Höhenrichtung Z gestapelt sind, und einem Gehäuse 10, das den Stapel von Substraten 5 umgibt. Der Entladeraum S ist zwischen zwei zueinander benachbarten Substraten von den Substraten 5 in der Höhenrichtung Z ausgebildet. Die Luft, d. h. das Abgas wird durch die Entladeräume S zugeführt, so dass der Sauerstoff in der Luft unter Verwendung eines Entladephänomens, das in den Entladeräumen S verursacht wird, ozonisiert. Das Gehäuse 10 ist mit Verbindungsanschlüssen 29 versehen, die die Elektroden 2 mit einer Wechselstrom-Leistungsversorgung 9 elektrisch verbinden (siehe 1).
Wie in 1 gezeigt, sind elektrisch isolierte Substrate 5 angeordnet, die an zwei unterschiedlichen voreingestellten Positionen in der Höhenrichtung Z positioniert sind, und jedes von den gepaarten Elektroden 2 ist auf der Oberfläche eines entsprechenden der elektrisch isolierten Substrate 5 ausgebildet. Die Elektroden 2 sind jeweils durch die Barriereschichten 2 bedeckt. Die Barriereschichten 3 bestehen aus keramischen Materialien, wie z. B. Aluminiumoxid. Auf den Barriereschichten 3 sind die vorstehenden elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 ausgebildet, die mehrere Stücke von Mikropartikeln sind. Die Mikropartikel 4 weisen eine durchschnittliche Größe von 24 nm pro Partikel auf, wobei eine durchschnittliche Zwischenpartikeldistanz 6 nm ist.
Wenn die Wechselstromleistungsversorgung 9 aktiviert wird zum Zuführen einer Wechselstromspannung zwischen den gepaarten Elektroden 2, wird ein elektrisches Feld E in dem Entladeraum S zwischen den gepaarten Elektroden 2 erzeugt, in dem Polaritäten des elektrischen Felds E sich aufgrund des Anlegens der Wechselstromspannung vorübergehend verändern. Wenn die Intensität des elektrischen Felds E von null ansteigt, entsteht/entstehen eine Entladung/en 8 (ein Fluss von elektrischen Ladungen), wie in 1 dargestellt ist, und wenn die Intensität einen voreingestellten Wert erreicht, wird bewirkt, dass die elektrischen Ladungen zwischen den Barriereschichten 3 migrieren.
Die Wechselstromleistungsversorgung 9 kann so konfiguriert sein, dass den gepaarten Elektroden 2 eine gepulste Spannung zugeführt wird, die sich von einem Nullpotential in entweder eine positive oder eine negative Amplitudenrichtung verändert, anstatt Amplituden einer Wechselstromspannung zuzuführen, die sich alternierend in sowohl ein positive als auch eine negative Richtung verändern.
In einer Zeitspanne des Wechselstroms, wird das positive Potential an eine, 3a, von den Barriereschichten 3 angelegt, während das negative Potential an das andere, 3b, der Barriereschichten 3 angelegt wird, wie in 1 und 2 gezeigt ist. Wie in 2 dargestellt, migrieren somit in dieser Zeitspanne die positiven elektrischen Ladungen der Entladung 8, um die Negativpotentialelektrode 3b zu erreichen, während die negativen elektrischen Ladungen der Entladung 8 migrieren, um die Positivpotentialelektrode 3a zu erreichen.
Bei diesem Ereignis wird ein elektrisches Aufladungsfeld Est durch die Entladung 8 erzeugt, wobei das elektrische Aufladungsfeld Est in der Richtung erzeugt wird, die entgegengesetzt ist zu der Richtung des elektrischen Felds E, das durch die Wechselstromspannung von der Wechselstromleistungsversorgung 9 erzeugt wird. Das elektrische Aufladungsfeld Est hebt; zumindest teilweise, das elektrische Feld E auf, das durch die Wechselstromleistungsversorgung 9 erzeugt wird, wodurch die Intensität des elektrischen Feldes E insgesamt verringert wird. Somit kann sich innerhalb einer Dauer, in der das elektrische Aufladungsfeld Est bei seinen höheren Intensitäten erzeugt wird, eine problemlose Erzeugung der nächsten Entladung als schwierig erweisen, wenn, im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform, die vorstehend erwähnten elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 vorgesehen sind.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch eine große Anzahl von (zwei oder mehr) der elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 (eigentlich einer Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die so ausgebildet sind, dass sie eine Größe im Nanometerbereich aufweisen) aggregiert auf den Barriereschichten 3 ausgebildet. Diese Partikelbildung ermöglicht, dass, wie in 3 gezeigt ist, elektrische Partikel auf der Barriereschichtoberfläche, die aufgrund der Entladung 8 vorhanden sind, in einer kürzeren Zeitspanne diffundieren können. Das elektrische Aufladungsfeld Est kann daher in einer kürzeren Zeitspanne eliminiert werden, wodurch die nächste Entladung 8' ohne weiteres emittiert werden kann, wie in 3 dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 4 bis 7, werden nun Schritte erläutert, die zeigen, wie die in der Entladung 8 enthaltenen elektrischen Ladungen (hauptsächlich Elektronen) diffundieren.
Für die Diffusion bewegen sich die Elektronen über freiliegende Oberflächen 39, die jeweils zwischen nebeneinander benachbarten elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf jeder der Barriereschichten 3 (siehe 4) und den elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 selbst (siehe 5) angeordnet sind. Da die Barriereschichten 3 als dielektrische Elemente angeordnet sind, d. h. elektrisch isolierte Elemente, wird deutlich, dass die Bewegungsgeschwindigkeiten der Elektronen auf den freiliegenden Oberflächen 39 langsamer sind. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache werden viele elektrisch leitfähige Mikropartikel 4 auf den freiliegenden Oberflächen 39 erzeugt, durch die sich die Elektronen schneller bewegen können als auf den freiliegenden Oberflächen 39. In der vorliegenden Ausführungsform können sich die Elektronen abwechselnd auf den Mikropartikeln 4 und den elektrisch isolierten Oberflächen bewegen. Folglich kann die Diffusionsleistung der Elektronen verbessert werden, in anderen Worten können die Diffusionsgeschwindigkeiten der Elektronen insgesamt aufgrund der Tatsache verbessert werden, dass sich einige der Elektronen mit höheren Geschwindigkeiten durch die Mikropartikel 4 bewegen können.
Sobald die Diffusion eingeleitet worden ist, bewegen sich dann die Elektronen abwechselnd auf den freiliegenden Oberflächen 39 und durch die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 3, wodurch sie diffundiert werden, wie in 6 und 7 dargestellt ist. Wie beschrieben, können sich die Elektronen mit höheren Geschwindigkeiten durch die Mikropartikel 4 bewegen, wodurch ermöglicht wird, dass die Elektronen diffundiert werden können, die die Barriereschichten 3 innerhalb einer kürzeren Zeitspanne erreicht haben, was zu einer rascheren Eliminierung des elektrischen Aufladungsfelds Est führt (siehe 3). Es ist daher möglich, eine Zeitdauer zu kürzen, während der das durch die Leistungszufuhr erzeugte elektrische Feld E durch das elektrische Aufladungsfeld Est aufgehoben wird, wodurch die nächste Entladung 8' nach der vorausgegangenen Emission der Entladung 8 leichter emittiert werden kann. Somit kann verhindert werden, dass die bis zur nächsten Entladungsemission angelegte Spannung ansteigt, wodurch verhindert wird, dass andere Produkte als das Zielprodukt erzeugt werden. Dadurch wird eine höhere Entladeeffizienz ermöglicht.
Im Anschluss hieran wird beschrieben, wie die Entladespule hergestellt wird. Diese Herstellungsschritte beinhalten einen Elektrodenerzeugungsschritt, einen Barriereschicht-Erzeugungsschritt und einen Partikelerzeugungsschritt. In dem Elektrodenerzeugungsschritt wird auf einer Oberfläche von jeweils zwei elektrisch isolierten Substraten 5 eine Elektrode 2 gebildet (siehe 1). Anschließend wird in dem Barriereschicht-Erzeugungsschritt eine Barriereschicht 3 erzeugt, so dass die Elektrode 2 auf jedem der Substrate 5 bedeckt ist.
In dem Partikelerzeugungsschritt werden auf der inneren Oberfläche einer jeden der Barriereschichten 3 elektrisch leitfähige Mikropartikel 4 erzeugt. In diesem Erzeugungsvorgang wird von einer Sputtertechnik unter Verwendung eines ein elektrisch leitfähiges Material enthaltenden Target Gebrauch gemacht. Durch den Sputtervorgang können Elemente des elektrisch leitfähigen Materials, das in dem Target enthalten ist, auf den inneren Oberflächen einer jeden der Barriereschichten 3 abgeschieden werden, wodurch viele elektrische leitfähige Mikropartikel 4 erzeugt werden. Als ein Beispiel für das leitfähige Material wird bevorzugt ein beliebiges oder mehrere beliebige aus einer Materialgruppe von Au, Pt, Pd, Ir, Ru, Os, Ag, Rh Cu ausgewählt.
Die Erfinder haben verschiedene Experimente durchgeführt, um den Effekt zu bestätigen, der von der Entladespule entsprechend den Strukturen einiger Proben der Entladespule, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, erhalten wird. Das erste Beispiel ist in 16 gezeigt, in der eine Entladespule 1 einen Entladeraum S und lineare Elektroden 2 aufweist. Die Elektroden 2 erstrecken sich in eine Richtung Y senkrecht zu der Ebene von 16. Die beiden Elektroden 2 sind auf jedem von den elektrisch leitfähigen Substraten 5 ausgebildet. Die linearen Elektroden 2 sind jeweils so angelegt, dass sie eine Breite W von 0,1 mm aufweisen, wobei die linearen Elektroden so ausgebildet sind, dass sie einen Abstand P von 0,5 mm aufweisen. Eine Barriereschicht 3 mit einer Dicke von 0,3 mm, die aus Aluminiumoxid gefertigt ist, ist so ausgebildet, dass sie die Elektroden 2 auf jedem der Substrate 5 vollständig bedeckt. Es wurden drei Proben (Probe 1, Probe 2 und Probe 3) mit jeweils einer solchen Struktur hergestellt.
Bei der Herstellung der Probe 1 wurde die Sputtertechnik nicht auf die Oberfläche der Barriereschicht 3 angewendet, so dass die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 nicht auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 gemäß der Probe 1 erzeugt wurden.
Bei der Herstellung der Probe 2 wurde die Sputtertechnik unter Verwendung von Au, das als Target diente, auf die Oberfläche der Barriereschicht 3 für eine Zeitspanne von 20 Sekunden unter einer vorbestimmten Bedingung ausgeübt. Eine in dem Sputtervorgang erwünschte Schichtdicke betrug weniger als 10 nm. Durch diesen Sputtervorgang wurde eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4, die so voneinander getrennt sind, dass sie Partikel um Partikel voneinander elektrisch isoliert sind, auf der Oberfläche der Barrierschicht 3 erzeugt. Nach dem Sputtervorgang wurden zwei Anschlüsse einer Testeinrichtung mit zwei Punkten in einem Abstand von 1 cm auf der Oberfläche der Barrierschicht 3 in Kontakt gebracht, und zwischen den Anschlüssen wurde ein Widerstand gemessen. Zwischen den beiden Anschlüssen wurde ein Widerstand von 0,15 bis 9,5 MΩ/cm erhalten. Diese Messung bestätigte in der Probe 2, dass die große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 insgesamt keine elektrische Leitfähigkeit aufwies, was zur Folge hatte, dass die jeweils elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 voneinander elektrisch getrennt und isoliert waren.
Bei der Herstellung der Probe 3 wurde die Sputtertechnik unter den gleichen Bedingungen wie jenen für die Probe 2 auf die Probe 3 angewendet. Eine in dem Sputtervorgang angezielte Dickenschicht betrug 100 nm. Nach dem Sputtervorgang wurden zwei Anschlüsse einer Testeinrichtung mit zwei Punkten in einem Abstand von 1 cm auf der Oberfläche der Barrierschicht 3 in Kontakt gebracht, und es wurde ein Widerstand zwischen den Anschlüssen gemessen. Es wurde ein Widerstand von 10 bis 70 kΩ/cm zwischen den beiden Anschlüssen erhalten. Durch diese Messung wurde bestätigt, dass in der Probe 3 eine elektrisch leitfähige Schicht auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 erzeugt wurde; d. h., dass die große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf der Oberfläche nicht voneinander getrennt und elektrisch isoliert waren.
An die Elektroden 2 der vorstehenden Probe 2 wurde eine Wechselstromspannung angelegt, so dass eine Entladung in dem Entladeraum S erzeugt wurde. Die Frequenz der Wechselstromspannung wurde auf 4, 8, 10 und 12 kHz geändert. Dem Entladeraum S wurde Luft zugeführt, so dass der Sauerstoff in der Luft aufgrund der erzeugten Entladung in Ozon umgewandelt wurde. Eine Beziehung zwischen Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen wurde ebenfalls geprüft. Das Testergebnis ist in 10 gezeigt. Dieses Testergebnis wurde ebenso herangezogen, um eine Beziehung zwischen Amplituden der angelegten Spannungen und den Ozonproduktionseffizienzen aufzuzeigen, wobei diese Beziehung als ein Graph in 11 angeführt ist. Es wurde bestätigt, dass ein gemessener maximaler Leistungswert der Ozonerzeugungseffizienz näherungsweise 120 g/kWh betrugt.
Weiterhin wurde unter Verwendung der Probe 2, in der eine große Anzahl von voneinander getrennten, elektrisch isolierten, elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf der Barriereschichtoberfläche erzeugt worden war, auch eine Beziehung zwischen Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen getestet. Dieses Testergebnis ist in 12 gezeigt. Dieses Testergebnis wurde auch herangezogen, um eine Beziehung zwischen Amplituden der angelegten Spannungen und der Ozonproduktionseffizienzen aufzuzeigen, wobei diese Beziehung als ein Graph in 13 aufgeführt ist. Es wurde bestätigt, dass ein gemessener maximaler Leistungswert der Ozonerzeugungseffizienz näherungsweise 150 g/kWh betrug.
Ähnlich wie oben wurde die Probe 3 mit der auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 gebildeten elektrisch leitfähigen Schicht herangezogen, um eine Beziehung zwischen Leistungsverbrauch und Ozonproduktionseffizienzen (siehe 14) und eine Beziehung zwischen den Amplituden der angelegten Spannung und Ozonproduktionseffizienzen zu prüfen (siehe 15). Als Ergebnis dieser Tests konnte bestätigt werden, dass ein gemessener maximaler Leistungswert der Ozonerzeugungseffizienz näherungsweise 100 g/kWh betrug.
Die vorstehenden Ergebnisse zeigten, dass die Probe 2 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Verbesserung von näherungsweise 20 % in den Ozonproduktionseffizienzen aufweisen kann, gegenüber der Probe 1, die keine Bildung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf der Barrierschicht 3 aufwies. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Verbesserung in der Bildung der elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 in der Probe 2 begründet ist, wodurch die Erhöhung der Entladeeffizienz ermöglicht wird, wodurch Ozon effizienter erzeugt werden kann.
Ebenso konnte bestätigt werden, dass die Probe 3, die mit der elektrisch leitfähigen Schicht auf der Barriereschicht 3 versehen ist, die Ozonerzeugungseffizienz reduziert, gegenüber der Probe 2. Es wird angenommen, dass sich dies aus der Bildung der elektrisch leitfähigen Schicht ergibt, in der elektrische Ladungen beschleunigt diffundiert werden, so dass Verteilungen von sich bewegenden elektrischen Partikeln auf der Barriereschichtoberfläche rasch entspannt werden können. Diese rasche Entspannung kann zu ungleichen Entladungspunkten führen und eine Verringerung der Effizienz verursachen. Insbesondere wird angenommen, dass die Ozonerzeugungseffizienz gegenüber Strukturen, die z. B. geringfügige Variationen in der Beabstandung des Zwischenraums aufweisen, hoch sensibel ist, so dass in dem Entladeraum Stellen vorhanden sind, die sich leicht entladen und solche, die sich nicht leicht entladen. In der Probe 1, deren Barriereschichtoberfläche gegenüber einer Diffusion der elektrischen Ladungen beständiger ist, wird die als nächstes anstehende Ladung für eine Weile, nachdem die Entladung verursacht worden ist, aufgrund von verbleibenden elektrischen Ladungsverteilungen nicht so ohne Weiteres erzeugt, was zur Folge hat, dass theoretisch davon ausgegangen wird, dass eine Positionskonzentration der Entladung zur Entspannung tendiert. Demgegenüber wird in der Probe 3 berücksichtigt, dass die Entstehung der elektrisch leitfähigen Schicht einen Ausgleich der Verteilungen der elektrischen Ladungen, die übermäßig beschleunigt werden sollen, bewirkt, wodurch die Entladung an Stellen vereinfacht wurde, wo die Entladung ursprünglich ohne weiteres verursacht werden konnte. Folglich wird in Betracht gezogen, dass die sich einmal gebildeten entladenen Produkte erneut zerstört werden.
Es folgt nun eine Erläuterung der Beobachtungsergebnisse der Oberfläche der Barriereschicht 3.
Zunächst wurde auf die Oberfläche der Barriereschicht 3 ein Sputtervorgang mit Au angewendet, um die Proben A und B zu erzeugen. Dadurch dass der Au-Sputtervorgang für eine Zeitspanne von 20 Sekunden unter vorbestimmten Bedingungen ausgeführt wurde, betrug eine geplante Schichtdicke auf der Probe A eine Dicke von 50 nm, während dadurch, dass das der Au-Sputtervorgang für eine Zeitspanne von 40 Sekunden unter den gleichen vorbestimmten Bedingungen ausgeführt wurde, eine geplante Schichtdicke auf der Probe B eine Dicke von 100 nm betrag. Die Probe A weist eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf, die auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 entstanden sind. Die Probe B hingegen weist elektrisch leitfähige Mikropartikel 4 auf, die mit einander so gekoppelt sind, dass sie eine elektrisch leitfähige Schicht bilden.

Die Oberflächen von diesen Proben A und B wurden unter Verwendung von einem RSM (Rastersondenmikroskop), MultilMode8, hergestellt von der Firma Bruker AXS GmbH betrachtet. Als Kontrollstation wurde ein Nanoskop Modell V verwendet. Das RSM wurde im PF-QNM-Modus verwendet, wobei eine Abtastgröße 500 x 500 nm betrug. Das Betrachtungsergebnis wurde wie in Tabelle 1 aufgezeigt. [Tabelle 1]

	Quadratische Rauheit (nm)	Mittlere Rauheit Ra (nm)	Maximales vertikales Intervall Rmax (nm)	Vorspannungsgrad	Kurtose
Probe A	3,77	2,54	39,1	-0,347	7,00
Probe B	3,10	1,72	39,7	4,24	31,9

	Die Anzahl der gemessenen Partikel	Max. Partikelgröße (nm)	Min. Partikelgröße (nm)	Mittlere Partikelgröße (nm)	Standardabweichung (nm)
Probe A	155	122,9	6,1	23,8	17,2
Probe B	127	133,5	6,9	33,5	22,1

	Die Anzahl der gemessenen Partikel	Die Anzahl der gemessenen Zwischen- Partikel- räume	Max. Zwischen- Partikel- Abstand (nm)	Min. Zwischen- partikel- Abstand (nm)	Mittlerer Zwischen- Partikel- Abstand (nm)	Standardabweichung (nm)
Probe A	155	469	21,5	0,9	5,8	4,7
Probe B	127	253	29,0	0,9	6,6	4,0

	Oberflächenwiderstand (MΩ/cm)	(Mittlere Dicke / Max. Höhe) x 100 (%)
Probe A	1,6	37
Probe B	0,035	82

Die maximalen Schichtdicken in sowohl der Probe A als auch der Probe B waren gleich groß, jedoch wies die Probe A gemäß der vorliegenden Erfindung eine mittlere Rauigkeit auf, die größer ist als jene der Probe B. Von diesem Standpunkt aus kann davon ausgegangen werden, dass die Oberfläche der Barrierschicht 3 der Probe A gerade durch eine Au-Schicht bedeckt wird. Daneben weist die Probe A, vom Standpunkt der Vorspannungswerte und der Kurtose aus betrachtet, eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf, die voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind, wie in 17 gezeigt ist, in der eine Gesamtoberflächenrauigkeit um so viel größer ist, dass davon auszugehen ist, dass die Erhebungen und Vertiefungen der Mikropartikel 4 in ihrer Anzahl einander nahezu entsprechen. Demgegenüber weist die Probe B, wie in 18 dargestellt, eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 auf, die miteinander derart verbunden sind, dass sie eine elektrisch leitfähige Schicht bilden, bei der davon auszugehen ist, dass die Vertiefungen der Mikropartikel 4 ausgeprägter sind als deren Erhebungen.
Anhand der vorstehenden Betrachtung konnte bestätigt werden, dass die Probe A, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, elektrisch leitfähige Mikropartikel 4 aufwies mit einer mittleren Partikelgröße von 25 nm oder weniger. Zusätzlich wurde bestätigt, dass, was die Probe A gemäß der vorliegenden Erfindung anging, eine mittlere Dicke der großen Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 gleich 37 % der maximalen Höhe der elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 entsprach.
Es folgt nun eine Beschreibung vorteilhafter Arbeitsabläufe gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Wie beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Barriereschicht 3 verwendet, auf deren Oberfläche eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 verbunden sind, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, jedoch voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind. Diese Mikropartikel 4 können somit die Entladeeffizienz in der Entladespule 1 erhöhen.
Aufgrund der vorstehend erwähnten verbundenen Struktur der Mikropartikel 4 können elektrisch leitfähige Teile (d. h. die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4) praktisch auf Wegen gebildet werden, über die elektrische Ladungen auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 ankommen und diffundieren. Solche Mikropartikel 4 wirken als Elemente, die ein Fortbewegen der elektrischen Ladungen eher nicht verhindern. Aufgrund der Bildung der Mikropartikel 4 kann die Bewegung der elektrischen Ladungen beschleunigt werden, was dazu führt, dass sich die elektrischen Ladungen, die auf der Barriereschichtoberfläche gegen Ende der Entladung zur Entladung ankommen, rascher einer Diffusionsentspannung auf der Barriereschichtoberfläche unterziehen können. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Entladeeffizienz der Entladespule 1.
Falls im Übrigen keine elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 gebildet werden (siehe 19), kann die Diffusionsentspannung der auf der Barrierschicht 3 ankommenden elektrischen Ladungen nicht ohne weiteres beschleunigt werden. In diesem Fall neigen die elektrischen Ladungen dazu, für längere Zeit auf der Oberfläche der Barriereschicht 3 zu verbleiben, was bedeutet, dass die nächste Entladung ohne Anlegen eines stärkeren elektrischen Felds nicht so ohne weiteres möglich ist. In einem Fall, wo ein solches stärkeres elektrisches Feld angelegt wird, besteht die Tendenz, dass andere Objekte als die Gewünschten erzeugt werden, wodurch die Entladeeffizienz vermindert wird, sobald diese Art von unerwünschten Objekte erzeugt wird.
Ein zweiter Vorteil resultiert aus den Formen der elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4. Da die Mikropartikel 4 als winzige Vorsprünge ausgebildet sind, konzentriert sich das elektrische Feld leichter auf deren Spitzen auf der Oberfläche der Barriereschicht 3. Diese Konzentration des elektrischen Felds vereinfacht zudem die Erzeugung der nächsten Entladung.
In Fällen, wo die vorstehenden Mikropartikel 4 nicht elektrisch isoliert sind und sich stattdessen miteinander verfestigen, so dass sie eine elektrisch leitfähige Schicht bilden, verkleinert sich natürlich ein freiliegender Bereich der Barriereschicht 3, wodurch die Entladeeffizienz vermindert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 so ausgebildet, dass sie eine durchschnittliche Partikelgröße von 25 nm oder weniger aufweisen. Somit ist eine Steigerung der Entladeeffizienz möglich. Wenn die mittlere Partikelgröße auf einen Betrag von mehr als 25 nm eingestellt ist, tritt eine elektrische Leitfähigkeit in einer näherungsweise elektrisch leitfähigen Schicht auf, die durch solche größeren Partikel gebildet wird, was eine verminderte Entladeeffizienz zur Folge hat.
Auf der Barriereschicht 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zudem ein elektrischer Widerstand zwischen zwei Punkten auf einen Betrag von 0,1 bis 10 MΩ/cm in einem Zustand eingestellt, wo die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 auf deren Oberfläche ausgebildet sind. In anderen Worten weist die Schicht, die als eine Schicht betrachtet werden kann, die aus der großen Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 besteht, insgesamt einen höheren Widerstand auf. In dieser vermeintlichen Schicht sind die Mikropartikel 4 voneinander getrennt, und ein Teil des Bereichs der Barriereschicht 3 kann immer noch freiliegend sein, wodurch die Entladeeffizienz verbessert wird.
Dennoch wird bevorzugt, dass eine Leitfähigkeit des elektrisch leitfähigen Materials, aus denen die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 bestehen, größer oder gleich 10⁴ S/m ist. Diese Leitfähigkeit ist so hoch, dass die elektrischen Ladungen sich ohne Weiteres zwischen den Mikropartikeln 4 bewegen können. Somit können die Elektronen, die an der Barriereschicht 3 angekommen sind, innerhalb einer kürzeren Zeitspanne diffundieren, was zu einer Erhöhung der Entladeeffizienz in der Entladespule 1 beiträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem bevorzugt, dass ein elektrisch leitfähiges Material, aus dem die elektrisch leitfähigen Mikropartikel bestehen, aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Au, Pt, Pd, Ir, Ru, Os, Ag, Rh und Cu ausgewählt wird. Diese Metallmaterialien weisen gegenüber der Entladung eine höhere Beständigkeit auf. Wenn somit solche Metallmaterialien verwendet werden, können elektrisch leitfähige Mikropartikel 4 bereitgestellt werden, die einer Verschlechterung aufgrund der Entladung standhalten. Dies trägt zur Produktion von Entladespulen bei, die eine höhere Entladeeffizienz über einen längeren Zeitraum aufweisen.
Ebenso wünschenswert ist es, die elektrisch leitfähigen Materialien aus einer Gruppe bestehend aus Au, Pt, Pd, Ir, Ru und Os zu wählen. Diese Metallmaterialien sind oxidationsbeständig, und ermöglichen somit eine höhere Dauerhaftigkeit. Es ist ebenso wünschenswert, Au oder Pt zu wählen, wobei insbesondere die Wahl von Au erwünscht ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es wünschenswert, dass die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 eine Dicke von 2 bis 20 nm aufweisen, wenn sie in einem abgeflachten Zustand gemessen werden. Wenn die Dicke weniger als 2 nm beträgt, kann eine Menge von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die mit der Barriereschicht 3 verbunden sind, weniger betragen als erwünscht ist. In einem solchen Fall können die Elektronen, die auf der Barriereschicht 3 ankommen, nicht so ohne weiteres innerhalb einer kürzeren Zeitspanne diffundieren. Wenn demgegenüber die Dicke über 20 nm beträgt, kann eine Menge von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die an der Barriereschicht 3 ankommen, viel höher sein als erwünscht ist. In diesem Fall kann die Entladeeffizienz aufgrund der Tatsache geringer sein, dass eine Freilegung der Barriereschicht 3 allzu stark verhindert wird.
Vom Standpunkt der elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 aus betrachtet, kann die Aussage getroffen werden, dass es wünschenswert ist, wenn die elektrisch leitfähigen Mikropartikel 4 eine mittlere Dicke aufweisen sollen, die 5 bis 50 % einer maximalen Höhe der Mikropartikel 4 entspricht. Wenn die Dicke weniger als 5 % dieses Werts ist, sind nahezu keine elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf der Barriereschicht 3 vorhanden. In diesem Zustand können die Elektronen, die auf der Barriereschicht 3 angekommen sind, nicht innerhalb einer kürzeren Zeitspanne diffundieren. Wenn demgegenüber die Dicke über 50 % dieses Werts ist, tritt eine Leitfähigkeit auf, die in einer Schicht auftreten soll, die aus den Mikropartikeln 5 bestehen soll, was die Entladeeffizienz vermindern kann.
Wenn die Entladespule 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wird, werden ein Elektrodenerzeugungsschritt, ein Barriereschicht-Erzeugungsschritt und ein Partikelerzeugungsschritt angewendet. In dem Partikelerzeugungsschritt wird eine Sputtertechnik unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Target angewendet. Durch diesen Sputtervorgang können Atome aus einem elektrisch leitfähigen Material, das in dem Target enthalten ist, zu einer Barriereschicht 3 hin emittiert werden, so dass die Atome mit der Barriereschichtoberfläche verbunden werden können. Die verbundenen Atome bilden eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln 4 (eigentlich eine Ansammlung von elektrisch leitfähigen Mikropartikeln, die so ausgebildet sind, dass sie eine Größe im Nanometerbereich aufweisen), die auf der Oberfläche angesammelt sind.
In dem Sputtervorgang werden die Atome aus einem leitfähigen Material emittiert und treffen in einem nahezu senkrechten Winkel auf die Oberfläche der Barriereschicht 3 auf. Dieses Auftreffen der Atome ist effektiv bei der Erzielung eines Aspektverhältnisses eines jeden der elektrisch leitfähigen Mikropartikels 4, wodurch die Mikropartikel 4 einfacher elektrisch isoliert werden, aber nahe beieinander angeordnet sein können.
Dementsprechend kann die vorliegende Ausführungsform die Entladespule mit einer höheren Entladeeffizienz und ein Produktionsverfahren für diese Entladespule bereitstellen.
Bezugszeichenliste

1: Entladespule
2: Elektrode
3: Barriereschicht
4: elektrisch leitfähige Mikropartikel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015048773 A [0003]

Claims

Entladespule (1) zum Erzeugen einer Entladung durch eine dielektrische Barriereentladung, aufweisend: ein Paar von Elektroden (2), die einander über einem Entladeraum (S) gegenüberliegen, in welchem die Entladung erzeugt wird, wobei jede von den Elektroden eine Oberfläche aufweist, die der anderen Elektrode gegenüberliegt, wobei die Oberfläche zu dem Entladeraum freiliegt; ein Paar von Barriereschichten (3), die aus einem dielektrischen Material bestehen, wobei jede die Oberfläche einer Entsprechenden der Elektroden bedeckt, wobei jede der Barriereschichten eine Oberfläche aufweist, die zu dem Entladeraum freiliegt; und eine große Anzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln (4), die mit der Oberfläche einer jeder der Barriereschichten aggregiert verbunden sind, wobei die elektrisch leitfähigen Mikropartikel aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und voneinander elektrisch isoliert sind.
Entladespule nach Anspruch 1, wobei jedes von den elektrisch leitfähigen Mikropartikeln eine mittlere Partikelgröße von 25 nm oder weniger aufweist.
Entladespule nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche von jeder der Barriereschichten einen elektrischen Widerstand von 0,1 bis 10 MΩ/cm aufweist, wenn dieser zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten gemessen wird.
Entladespule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrisch leitfähige Material eine Leitfähigkeit von 10⁴ S/m oder mehr aufweist.
Entladespule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektrisch leitfähige Material ausgewählt ist aus einer Gruppe von Materialien bestehend aus Au, Pt, Pd, Ir, Ru, Os, Ag, Rh und Cu.
Entladespule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrisch leitfähigen Mikropartikel eine Tiefe von 2 bis 20 nm aufweisen, wenn sie gemessen werden, indem sie abgeflacht werden.
Entladespule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrisch leitfähigen Mikropartikel eine Tiefe aufweisen, die 5 bis 50 % einer maximalen Höhe der elektrische leitfähigen Mikropartikel entspricht, wenn die elektrisch leitfähigen Mikropartikel gemessen werden, indem sie abgeflacht werden.
Verfahren zum Herstellen einer Entladespule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Erzeugen der Elektroden; Erzeugen der Barriereschichten; und Erzeugen der elektrisch leitfähigen Mikropartikel auf der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten, wobei der Mikropartikelerzeugungsschritt ausgeführt wird durch ein Sputtern, wobei ein Target verwendet wird, das aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht, so dass bewirkt wird, dass Atome des elektrisch leitfähigen Materials des Target sich mit der Oberfläche einer jeden der Barriereschichten verbinden, so dass die elektrisch leitfähigen Mikropartikel darauf gebildet werden.