DE102020109113A1

DE102020109113A1 - Gegenstand mit aktiv wirkender Anti-Haft Oberfläche

Info

Publication number: DE102020109113A1
Application number: DE102020109113.3A
Authority: DE
Inventors: Ralph Wilken; Uwe Specht; Thomas Lukasczyk
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: WO2021198414A1; US20230150868A1; EP4126778A1

Abstract

Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine transparente Interdigitalstruktur angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine transparente Interdigitalstruktur angeordnet ist. Sie betrifft ferner die Verwendung einer entsprechenden transparenten Deckschicht in Kombination mit einer transparenten Interdigitalstruktur zur Verbesserung der Reinigbarkeit und/oder zur Verringerung der Anhaftung von Verunreinigungen sowie zur Entfernung von Schnee und Eis und zur Vermittlung von Anti-Fog-Eigenschaften. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen beschichteten Substrates.
Stand der Technik
Eine Verunreinigung von Oberflächen ist in vielen Bereichen nicht nur aus ästhetischen Gründen unerwünscht, sondern diese Verunreinigungen vermindern oder verhindern oft die Funktion des eigentlichen Gegenstandes. Dabei ist die Art der Verschmutzungen bzw. Anlagerungen an Oberflächen vielfältig: In Bereichen von Bauwerkoberflächen handelt es sich dabei häufig um Partikel aus natürlichen Materialien wie zum Beispiel Staub, aber auch um Ablagerungen, die aus Umweltbelastungen entstehen, wie zum Beispiel Ruß. Auch biologische Bewachsungen zum Beispiel durch Algen treten auf. Solche biologische Belegung von Oberflächen spielt insbesondere im maritimen Bereich eine große Rolle, wo für Oberflächen, die in Kontakt mit Wasser sind, verstärkte Belegungen durch Algen und sogar höherer Organismen, wie zum Beispiel Seepocken, zu beobachten sind.
Besonders kritisch sind Oberflächenverschmutzungen für optische Instrumente, da sie Messungen beeinträchtigen, verfälschen oder sogar unmöglich machen können.
Es gibt im Stand der Technik eine Vielzahl von Ansätzen, um Anlagerungen auf Oberflächen zu verhindern oder zu reduzieren:

Im Bereich Architektur finden photokatalytisch wirkende Beschichtungen Anwendung. Durch den photokatalytischen Effekt werden organische Adsorbate und/ oder Verunreinigungen zersetzt und damit abgereinigt. Anorganische Substanzen oder Partikel können mit dieser Methode nicht abgereinigt werden.

In der Schifffahrt sind Anti-Fouling-Lacke im Einsatz, um den Bewuchs der Schiffsrümpfe mit Seepocken und anderen (Mikro-)Organismen zu verhindern (Treibstoffverbrauch). Der Effekt beruht häufig darauf, dass bewuchshemmendes Material aus dem Lack kontinuierlich freigesetzt und damit in die Umgebung abgegeben wird. Häufig sind diese Lacke (zinn- oder) kupferbasiert, demnach mit einer hohen Umweltbelastung verbunden. Zudem verhindert die geringe Transparenz dieser Beschichtungen die Anwendung auf transparenten Oberflächen, wie sie bei optischen Instrumenten oder Fenstern bzw. Bullaugen vorliegen.
Die Dielektrophorese (DEP) ermöglicht über im Allgemeinen leitfähige Interdigitalstrukturen das Freihalten oder die Partikelentfernung von Oberflächen. In wässriger Umgebung werden die Partikel in einem inhomogenen elektrischen Feld durch einen negativen DEP-Effekt von den Substratoberflächen abgestoßen. Die Erzeugung des elektrischen Feldes erfolgt durch eine aufeinander abgestimmte Anordnung von Elektroden (z.B. Interdigitalstrukturen) (Hawari et al. 2015). Die so abgestoßenen Partikel können mit einem Wasserstrom (Regen, Wasserströmung etc.) von der Oberfläche abgespült werden. Nachteil bei dieser Methode ist, dass die benötigten Interdigitalstrukturen nicht transparent und daher für optische / sensorische / transparente Anwendungen unbrauchbar sind.
Mittels selektiven Laserabtrag durch einen Femtosekunden-Laser lassen sich transparente Interdigitalstrukturen aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) Schichten auf Glasoberflächen zum Einfangen von Partikeln mittels positiver DEP herstellen (Xu et al. 2007 - 2007). Nachteile der in diesem Dokument beschriebenen Technik sind folgende:

1. Eingeschränkte Alterungsstabilität (Korrosion / Abrasion)
2. Inhomogene Transmission (durch Interferenz der ITO-Schicht)
3. Undefinierte Dielektrizitätskonstante zwischen Leiterbahnen der Interdigitalstrukturen mit Einfluss auf den DEP-Effekt
4. Erhöhte Leistungsaufnahme (geringer Wirkungsgrad) während DEP
5. Anfälligkeit gegenüber Bewuchs und Verschmutzung, insbesondere im Bereich der mittels Laserablation erzeugten Gräben

Xu et al. setzt dabei die DEP-Technik zu einem anderen Einsatzzweck als Anhaftungsverhinderung ein: Hier geht es primär darum, die Anhaftung bestimmter Partikel an bestimmten Stellen einer Oberfläche zu erhöhen.
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Oberflächen bereitzustellen, die unter der Berücksichtigung von optischen Anforderungen des jeweiligen Substrates über die Möglichkeit einer verbesserten Anhaftungsverhinderung bzw. einer verbesserten Lösbarkeit von Anhaftungen verfügen, wobei auch eine verbesserte Stabilität der erwünschten Funktion vorhanden sein sollte. Bevorzugt war es dabei Aufgabe, dass die Oberfläche sogar über eine verbesserte Anhaftungsverhinderung/Reinigbarkeit verfügt, als sie aufgrund von Dielektrophorese alleine möglich wäre und/oder einen verringerten Energieeinsatz für die Dielektrophorese zu ermöglichen, ohne Einbußen im gewünschten Effekt hinnehmen zu müssen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine transparente Interdigitalstruktur angeordnet ist.
„Transparent“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet in seiner breitesten Definition, dass im senkrechten Einfall des Lichtes zur Oberfläche die Transmission mindestens einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm bis 11 µm > 30% ist. Dabei ist im Zweifelsfall in ganzzahligen Nanometerschritten, beginnend bei 250 nm, zu prüfen. Bevorzugt bedeutet Transparenz im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Transmission von mindestens 10, weiter bevorzugt mindestens 100 Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 11 µm, zu prüfen in den vorbeschriebenen Schritten, > 30% ist. Noch weiter bevorzugt ist, dass die Transmission von zwei Drittel der Wellenlängen (jeweils in 1 nm-Schritten) in einem Block 100 von nebeneinanderliegenden Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 11 µm > 30% ist. Besonders bevorzugt ist, dass die Transmission von zwei Drittel der Wellenlängen (jeweils in 1 nm-Schritten) in einem Block 100 von nebeneinanderliegenden Wellenlängen im Bereich von 380 nm bis 780 nm > 30% ist.
Die nachfolgende Definition für „Transparent“ ist im Sinne dieses Textes zusätzlich gültig, bevorzugt gilt jedoch die im vorherigen Absatz beschriebene, auf der Transmission basierende Definition.
„Transparent“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet in seiner breitesten Definition, dass der Absorptionskoeffizient mindestens einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm bis 11 µm < 10 × $11 μ m < 10 \times \frac{1}{c m}$
ist. Dabei ist im Zweifelsfall in ganzzahligen Nanometerschritten, cm beginnend bei 250 nm, zu prüfen. Bevorzugt bedeutet Transparenz im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der Absorptionskoeffizient von mindestens 10, weiter bevorzugt mindestens 100 Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 11 µm, zu prüfen in den vorbeschriebenen Schritten, < 10 x $< 10 \times \frac{1}{c m}$
ist. Noch weiter bevorzugt ist, dass der Absorptionskoeffizient von zwei Drittel der Wellenlängen (jeweils in 1 nm-Schritten) in einem Block 100 von nebeneinanderliegenden Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 11 µm < 10 x $11 μ m < 10 \times \frac{1}{c m}$
ist. Besonders bevorzugt ist, dass der Absorptionskoeffizient von zwei Drittel der Wellenlängen (jeweils in 1 nm-Schritten) in einem Block 100 von nebeneinanderliegenden Wellenlängen 1 im Bereich von 380 nm bis 780 nm x 10 x $780 nm < 10 \times \frac{1}{c m}$
ist.
Ein Beispiel für eine Interdigitalstruktur im Sinne des vorliegenden Textes ist die 1. Mit Bezug auf die 1 wird nachfolgend für diesen Text der Begriff „Interdigitalstruktur“ definiert:

Eine Interdigitalstruktur besteht aus mindestens zwei ineinandergreifenden sich nicht berührenden Elektroden (1a, 1b). Dabei weisen diese Elektroden jeweils mindestens zwei Leiter auf, die nur an einem Leiterende elektrisch verbunden (3) sind und die einen ausreichenden Abstandsbereich (2) zueinander aufweisen, um mindestens einem Leiter der oder einer der anderen Elektroden (1a, 1b), zwischen den zwei Leitern ausreichend Platz zu geben, so dass es nicht zu einem elektrischen Kontakt zwischen den mindestens zwei Elektroden kommt.

Die Länge der Leiter ist um ein Vielfaches größer als die Breite der Leiter (≥ Faktor 2, weiter bevorzugt ≥ Faktor 10). Die Breite der Leiter ist um ein Vielfaches größer als die Höhe der Leiter (≥ Faktor 2, weiter bevorzugt ≥ Faktor 5). Die Höhe der Leiter ist im Wesentlichen gleich. Der Abstand zwischen den sich nicht berührenden Leitern ist bevorzugt im Wesentlichen gleich. Die Grundflächen aller Elektroden liegen bevorzugt in derselben Fläche. Diese Fläche kann eben oder auch gekrümmt sein. Die Leiter können linear oder gekrümmt sein.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, transparente Interdigitalstrukturen im Sinne der vorliegenden Erfindung in Kombination mit transparenten Deckschichten zu erzeugen. Hierzu hat sich als besonders geeignet ein Verfahren herausgestellt, bei dem der Bereich der (zukünftigen) Interdigitalstruktur auf der Oberfläche des Substrates mit einem für die Interdigitalstruktur geeigneten Material flächig beschichtet wird und nachfolgend die Leiterbahnen der Interdigitalstruktur dadurch erzeugt werden, dass die Abstandsbereiche zwischen den Leiterstrukturen chemisch oder physikalisch, insbesondere mittels Laser, so bearbeitet werden, dass eine elektrische Isolierung zwischen den Leitern vorliegt. Dies kann durch ggf. unter Einbeziehung von Material aus dem Substrat in den Abstandsbereichen durch chemische oder physikalische Modifikation des Materials für die Interdigitalstruktur und/oder unter lokaler Entfernung oder Dickenverringerung des in den (zukünftigen) Abstandsbereichen vorhandenem Materials erfolgen, insbesondere mittels eines Lasers oder durch einen chemischen Prozess. Hierzu sei auch auf weiter unten verwiesen.
Mit dieser Technologie und der Auswahl einer geeigneten Deckschicht ist es überraschend unkompliziert möglich, das erfindungsgemäße Substrat herzustellen.
Die erfindungsgemäße Kombination aus transparenter Deckschicht und transparenter Interdigitalstruktur ermöglicht somit den Einsatz der Vorteile der Interdigitalstruktur für alle Anwendungen, bei denen es auf Durchlässigkeit einer oder mehrerer Wellenlängen im Bereich der Beschichtung des Substrates ankommt. Insbesondere optische Instrumente, aber auch jede Substratoberfläche, bei der ein „Durchscheinen“ wenigstens eines Wellenlängenbereichs wünschenswert ist, können mit dem erfindungsgemäß einzusetzenden Beschichtungssystem wirksam vor unerwünschten Anhaftungen geschützt werden oder so ausgestaltet werden, dass sie leichter reinigbar sind.
Dabei ist es nicht notwendig, dauerhaft an die Interdigitalstruktur Spannung anzulegen. So ist es zum Beispiel denkbar, dass dann, wenn ein Reinigungsvorgang eingeleitet werden soll (oder gerade möglich ist), die Interdigitalstruktur mit Spannung, bevorzugt Wechselspannung, zu versehen, sodass Wechselfelder entstehen, die Partikel und Verschmutzungen abstoßen, die sich an der Oberfläche der transparenten Deckschicht angelagert haben. Je nach Bedarf ist es natürlich auch möglich, die Interdigitalstruktur dauerhaft mit elektrischer (Wechsel-)Spannung zu versehen.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die transparente Deckschicht eine aus der Gasphase abgeschiedene Schicht oder eine Sol-Gel-Schicht, bevorzugt eine mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, weiter bevorzugt eine mittels plasmagestützter physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung erzeugte Schicht ist.
Mit diesem bevorzugten Beschichtungsverfahren lassen sich die erfindungsgemäß einzusetzenden transparenten Deckschichten gut erzeugen. Bei der Auswahl der geeigneten Abscheidungsmethode wird der Fachmann auch die gewünschten Eigenschaften der transparenten Deckschicht, insbesondere in Bezug auf den Einsatzzweck des beschichteten Substrates hin berücksichtigen.
Beispielhaft eignen sich bevorzugt die folgenden Methoden für die Erzeugung der jeweiligen Eigenschaft der Deckschicht, ohne dies als Einschränkung zu sehen:

- Photokatalyse: physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, ggf. mit nachfolgender Temperung zur Abscheidung von photokatalytisch aktivem Titandioxid, insbesondere in der Modifikation Anatas,
- Mechanischer Schutz: Sol-Gel-Beschichtung, plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung zur Abscheidung harter Si-Oxidschichten bzw. plasmapolymerer siliziumhaltiger Beschichtungen
- Anti-Haft-Effekt: plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung zur Abscheidung plasmapolymerer siliziumhaltiger Beschichtungen mit niedriger Oberflächenenergie, bevorzugt < 22 mN/m
- Elektrische Isolationswirkung: Sol-Gel-Beschichtung (Vorteil: Bildung fehlstellenarmer Beschichtungen) / mittels plasmagestützter chemischer Gasphasenabscheidung abgeschiedene siliziumhaltige Beschichtungen oder aluminiumhaltige Beschichtungen
- Verstärkung des dielektrophoretischen Effekts: physikalische Gasphasenabscheidung, chemische Gasphasenabscheidung zur Abscheidung von titanhaltigen Beschichtungen.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die transparente Deckschicht zu ≥ 85 at-% Si, C, F und O, bevorzugt ≥ 90 at-% Si, C, F und O, weiter bevorzugt ≥ 95 at-% Si, C, F und O oder ≥ 85 at-% Ti und O, bevorzugt zu ≥ 90 at-% Ti und O, weiter bevorzugt zu ≥ 95 at-% Ti und O oder ≥ 85 at-% Al und O, bevorzugt ≥ 90 at-% Al und O, weiter bevorzugt ≥ 90 at-% Al und O umfasst, gemessen mittels XPS und bezogen auf die mittels XPS erfassten Atome.
Die bevorzugten Schichtzusammensetzungen für die transparente Deckschicht stellen dabei siliziumorganische oder organische transparente Deckschichten, insbesondere plasmapolymere transparente Deckschichten dar, wobei es weiter bevorzugt ist, dass der Anteil von Silizium in diesen Schichten wenigstens 5 at.-% im Sinne der obigen Definition ist. Siliziumorganische Schichten sind dabei bevorzugt fluorfrei.
Eine alternative bevorzugte Deckschicht ist eine solche, die auf Titanoxiden, insbesondere auf Titandioxid basiert. Eine weitere Alternative ist dabei eine solche transparente Deckschicht, die auf Aluminiumoxiden basiert.
Dabei bedeutet, dass eine Schicht auf einem bestimmten Material „basiert“ im Sinne des vorliegenden Textes, dass das entsprechende Material die genannte Verbindung (oder Verbindungsgruppe) zu wenigstens 50 % umfasst, weiter bevorzugt zu wenigstens 70 %, weiter bevorzugt zu wenigstens 90 % umfasst, wobei sogar bevorzugt sein kann, dass das entsprechende Material aus der Verbindung oder der Verbindungsgruppe besteht.
Eine „Verbindungsgruppe“ im Sinne der obigen Definition besteht dabei aus denjenigen Verbindungen, die unter die allgemeine Definition fallen. Ein Beispiel hierfür sind „Titanoxide“, die die Gruppe sämtlicher Titandioxide und Suboxide des Titans in allen Kristallstrukturen umfasst.
Es hat sich herausgestellt, dass die genannten bevorzugten Materialien für die Deckschichten besonders geeignet sind, Deckschichten zu erzeugen, die zum einen transparent sind und zum anderen aber auch weitere, unten weiter beschriebene, wünschenswerte Eigenschaften besitzen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die Interdigitalstruktur aus einem Material besteht auf Basis einer Zusammensetzung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium-Zinn-Oxid, Zinkoxid, Fluor-Zinn-Oxid, Aluminium-Zink-Oxid, Antimon-Zinn-Oxid, elektrisch leitfähigem transparentem Lack und Graphen, wobei Indium-Zinn-Oxid bevorzugt ist.
Es hat sich herausgestellt, dass aus den genannten Materialien besonders effektiv transparente Interdigitalstrukturen herstellbar sind. Dies gilt ganz besonders, wenn das bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren, das weiter unten beschrieben ist, eingesetzt wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die Dicke der Interdigitalstruktur 10 nm - 10 µm, bevorzugt 20 nm - 1 µm und weiter bevorzugt 30 nm - 500 nm beträgt und/oder wobei die Dicke der Deckschicht 50 nm - 10µm, bevorzugt 100 nm - 5 µm und weiter bevorzugt 200 nm - 3µm beträgt.
Mit „Dicke“ ist dabei die mittlere Stärke der (flächigen) Interdigitalstruktur bzw. der (flächigen) Deckschicht zu verstehen.
Es hat sich herausgestellt, dass mit diesen bevorzugten Bereichen für die Dicke der Interdigitalstruktur bzw. die Dicke der Deckschicht besonders effektiv das Ziel erreicht werden kann, die Anhaftung von unerwünschten Partikeln und/oder Mikroorganismen herabzusetzen oder die Reinigbarkeit zu erhöhen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die Zwischenräume zwischen den Leitern der ineinandergreifenden Elektroden der Interdigitalstruktur wenigstens teilweise mit Material gefüllt ist, das aus dem Material der Interdigitalstruktur entstanden ist.
Dabei bedeutet „Material, das aus dem Material der Interdigitalstruktur entstanden ist“, dass es sich um ein Material handelt, das während des Erzeugens der eigentlichen Interdigitalstruktur umgewandelt wurde und/oder chemisch verändert wurde. Dieses Material nimmt dann wenigstens teilweise mit Bezug auf die 1 den Raum (2) zwischen den Interdigitalstrukturen ein. Dies bedeutet wiederum, dass die erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende Interdigitalstruktur nicht aus einem rein ablativen Verfahren erzeugt wurde, sondern ein Verfahren, das das Material, aus dem die Interdigitalstruktur besteht, (auch) umwandelt, bevorzugt so, dass eine Isolierung zwischen den Leiterbahnen der einzelnen Elektroden der Interdigitalstruktur besteht. Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass die Erzeugung der Interdigitalstruktur teilweise unter Ablation und teilweise unter entsprechender Umwandlung erfolgen kann. Dabei sind solche Umwandlungen insbesondere chemische Veränderungen, wie zum Beispiel Oxidierungen und An- oder Abreicherungen einzelner Elemente oder physikalische Veränderungen, wie zum Beispiel Umkristallisierungen
Sofern nicht sämtliches Material aus dem Zwischenraum zwischen den einzelnen Elektroden der Interdigitalstruktur abgetragen wird, hat dies insbesondere den Vorteil, dass die nachfolgende Beschichtung mittels der Deckschicht homogener ist. Die Erhöhungen, die die Elektroden der Interdigitalstruktur gegenüber dem Zwischenraum zwischen ihnen darstellen werden dadurch wenigstens teilweise nivelliert. Dies führt dazu, dass die transparente Deckschicht, insbesondere, wenn sie in einem physikalischen Gasabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren), chemischen Gasabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) oder plasmagestützten chemischen Gasabscheidungsverfahren (PE-CVD-Verfahren) erzeugt wurde.
Gleichzeitig lässt das Vorhandensein von Material, das aus dem Material der Interdigitalstruktur entstanden ist, in den Zwischenräumen der Interdigitalstruktur auf ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren für die Interdigitalstruktur schließen (vgl. weiter unten).
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die Deckschicht im Bereich der Interdigitalstruktur komplett geschlossen ist.
Hierdurch kann die Deckschicht insbesondere eine Schutzfunktion gut erfüllen, sie führt dazu, dass die Interdigitalstruktur bei geeigneter Ausgestaltung der Deckschicht nach außen hin elektrisch isoliert ist, was besonders bei Einsätzen mit Wasserberührung von Bedeutung ist, und sie kann ihre bevorzugten Zusatzfunktionen besonders geeignet erfüllen (vgl. auch weiter unten).
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen dem Substrat und der Deckschicht genau in einer Ebene die Interdigitalstruktur angeordnet ist.
„Genau in einer Ebene“ bedeutet im Sinne dieses Textes, dass die Grundflächen aller Elektroden der Interdigitalstruktur in derselben Fläche liegen. Diese Fläche kann eben oder auch gekrümmt sein.
Der Vorteil davon, die Interdigitalstruktur genau in einer Ebene anzuordnen, liegt darin, dass dadurch besonders homogene (Wechsel-)Felder erzeugt werden können. Somit ist es möglich, die Oberfläche des beschichteten Substrates mit einer gleichmäßigen Absto-ßungskraft für unerwünschte Ablagerungen zu versehen. Weiterhin ermöglicht die Anordnung in einer Ebene eine einfachere Herstellung der erfindungsgemäßen Anti-Haft Oberfläche. Weiterhin lässt sich die Interdigitalstruktur selbst so besonders effektiv herstellen. Mehrere Ebenen zum Aufbau einer oder mehrerer Interdigitalstrukturen würde zu einem deutlich komplizierteren Lagenaufbau führen, der einer Vervielfachung von Verfahrensschritten bedürfen würde.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei die Deckschicht eine oder mehrere der folgenden Funktionen aufweist:

- mechanischer Schutz für die Interdigitalstruktur,
- chemischer Schutz für die Interdigitalstruktur,
- elektrische Isolation der Interdigitalstruktur,
- Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Beschichtung des Substrates,
- Anpassung der Transmission oder Reflektivität von Interdigitalstruktur und dem Material in den Zwischenräumen der Interdigitalstruktur für wenigstens eine Wellenlänge, bevorzugt für den Bereich des sichtbaren Lichtes,
- Verringerung der Reflexion,
- Verringerung der Anhaftung von Mikroorganismen,
- Verringerung der Anhaftung von Verschmutzungen und
- Photokatalytische Wirkung.

Dabei ist es bevorzugt, dass die transparente Deckschicht 2, 3, 4 oder mehr der genannten Funktionen aufweist.
Dabei bedeutet mechanischer Schutz für die Interdigitalstruktur, dass die Deckschicht eine gegen Abrieb und bevorzugt weitere mechanische Beanspruchung widerstandsfähigere Struktur besitzt als die Interdigitalstruktur.
Chemischer Schutz für die Interdigitalstruktur bedeutet analog, dass die Deckschicht eine Ausgestaltung besitzt, die sie widerstandsfähiger gegen die üblichen chemischen Angriffe auf die Interdigitalstruktur, bevorzugt also durch Wasser, Säuren, Basen und/oder Sauerstoff, Lösungsmittel, verglichen mit der Interdigitalstruktur selbst macht.
Elektrische Isolation der Interdigitalstruktur bedeutet dabei, dass die Beschichtung so ausgestaltet ist, dass bei Anlegen einer Gleichspannung an eine Elektrode der Interdigitalstruktur bevorzugt kein Gleichstrom, höchstens aber ein um den Faktor 10 kleinerer Gleichstrom, von der Interdigitalstruktur durch die Deckschicht zum umgebenden Medium, bevorzugt Wasser fließt. Dies hat den Vorteil, dass, sofern die Interdigitalstruktur mit Spannung belegt wird, Stromverluste vermieden oder zumindest wesentlich verringert werden. Zudem kann die Interdigitalstruktur mit einer derartigen Beschichtung auch in Wassern mit höherem Salzgehalt und dadurch einer höheren Leitfähigkeit des umgebenden Mediums sicher betrieben werden.
Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Beschichtung des Substrats bedeutet, dass durch die Deckschicht die Dielektrizitätskonstante der Gesamtbeschichtung des Substrates erhöht wird. Dies hat den Vorteil, dass die gewünschten Abstoßungseffekte aufgrund einer erhöhten Dielektrizitätskonstante bei gleicher Spannung höher sind, was zu Energieeinsparung führt.
Anpassung der Transmission oder Reflektivität von Interdigitalstrukturen und dem Material in den Zwischenräumen der Interdigitalstruktur für wenigstens eine Wellenlänge bedeutet dabei, dass durch die Deckschicht die Unterschiede zwischen Transmission und/oder Reflektivität des Materials der Interdigitalstruktur und des Materials in den Zwischenräumen der Interdigitalstruktur, von der Außenseite der Deckschicht gemessen, verringert werden. Insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichtes führt die Interdigitalstruktur häufig dazu, dass es Farb- und/oder Transmissionsunterschiede zwischen der Interdigitalstruktur und den Zwischenräumen gibt. Dies ist durch die Auswahl einer geeigneten transparenten Deckschicht sowohl hinsichtlich der Materialzusammensetzung als auch der Schichtdicke im bevorzugten erfindungsgemäßen beschichteten Substrat möglich.
Verringerung der Reflexion bedeutet dabei, dass die Transmission des Schichtsystems auf dem Substrat verbessert (erhöht) wird. Verringerung der Reflexion bedeutet dabei bevorzugt nicht, dass eine auf dem Substrat auftretende Reflexion verringert wird. Der Vorteil einer Verringerung der Reflexion ist insbesondere darin zu sehen, dass eine höhere Lichtausbeute, bzw. eine erhöhte Ausbeute im Bereich der gewünschten Wellenlänge möglich ist.
Verringerung der Anhaftung von Mikroorganismen bedeutet dabei, dass Mikroorganismen (hier sind ausnahmsweise auch höhere Organismen mit umfasst) durch die Deckschicht stärker an einer Anlagerung gehindert werden, auch dann, wenn die Interdigitalstruktur nicht mit Spannung beaufschlagt ist.
Verringerung der Anhaftung von Verschmutzungen ist dabei analog zur Definition der Verringerung einer Anhaftung von Mikroorganismen zu verstehen.
Beide letztgenannten Verringerungen sind zentral wünschenswert im Sinne der vorliegenden Erfindung, zum einen, um das optische Erscheinungsbild zu bewahren, zum anderen insbesondere auch, um die Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten.
Photokatalytische Wirkung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dabei, dass unter Einfluss von Strahlung im Wellenlängenbereich, wie er oben für Transparenz definiert wurde, Katalysereaktionen an der Oberfläche der Deckschicht ablaufen können. Dies hat insbesondere Vorteile, wenn dadurch bevorzugt organische Adsorbate, filmische Verunreinigungen und/oder anhaftende Partikel zersetzt werden. Schichten nach WO2019/121887 A1 oder WO2009/121970 A2 können bevorzugt eingesetzt werden, um antimikrobielle und/oder biozide Eigenschaften zu erzielen.
Schichten nach WO 2019/121518 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um den Korrosionsschutz, Schutz vor chemischem Angriff, die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit, die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit, als Trennschicht und/ oder als Kratzschutz zu erzielen.
Schichten nach WO2018/010987 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um den Korrosionsschutz und/oder Schutz vor chemischem Angriff zu erzielen.
Schichten nach WO2015/044247 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um den Korrosionsschutz, Schutz vor chemischem Angriff, die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit, die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit und / oder Kratzschutz zu erzielen oder als Trennschicht zu fungieren.
Schichten nach WO 2011/061339 A1 oder WO 2009/153306 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um den Gleitreibungskoeffizienten, die Oberflächenenergie zu verringern und/ oder die Abrasionsbeständigkeit und /oder Haptik zu verbessern.
Schichten nach WO 2010/125178 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um den Korrosionsschutz und/oder Schutz vor chemischem Angriff zu erzielen.
Schichten nach WO 2010/089333 A1 können bevorzugt eingesetzt werden, um die Verbesserung der Reinigungsfähigkeit und / oder Kratzschutz zu erzielen oder als Trennschicht zu fungieren und/oder die Oberflächenenergie zu verringern.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen Deckschicht und dem Substrat eine transparente Zwischenschicht angeordnet ist, die eine oder eine oder mehrere der folgenden Funktionen aufweist:

- mechanischer Schutz für die Interdigitalstruktur,
- chemischer Schutz für die Interdigitalstruktur,
- elektrische Isolation der Interdigitalstruktur,
- Anpassung der Transmission oder Reflektivität von Interdigitalstruktur und dem Material in den Zwischenräumen der Interdigitalstruktur für wenigstens eine Wellenlänge, bevorzugt für den Bereich des sichtbaren Lichtes,
- Verringerung der Reflexion,
- Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Beschichtung des Substrates und
- Verbesserung der Haftung innerhalb der Beschichtung und/oder der Beschichtung mit dem Substrat.

Für die Definitionen der Funktion der Zwischenschicht gilt das für die Deckschicht Gesagte analog.
Der Vorteil von einer erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden Zwischenschicht liegt neben den zusätzlichen Funktionsverbesserungen insbesondere auch darin, dass durch eine geeignete Zwischenschicht Funktionsverbesserungen erzielt werden können, die möglicherweise durch eine geeignete Deckschicht nicht oder wenigstens nicht zusätzlich erreicht werden könnten. So kann es zum Beispiel sein, dass die Deckschicht vor allen Dingen dem mechanischen Schutz dient, während die Zwischenschicht eine Isolierung für die Interdigitalstruktur bewirkt oder eine Anhaftungsverbesserung zwischen Deckschicht und Interdigitalstruktur gewährleistet.
Dem Fachmann stehen eine Vielzahl von Materialien zur Verfügung, um der jeweiligen Deckschicht bzw. Zwischenschicht die gewünschten Eigenschaften zu vermitteln. Dabei hat er aber im Sinne der vorliegenden Erfindung darauf zu achten, dass beide Schichten (sofern beide eingesetzt werden) transparent im Sinne der vorliegenden Definition sind. Überraschend in diesem Zusammenhang ist, dass sich durch die Kombination der entsprechenden Schichten mit den Interdigitalstrukturen trotz des Erfordernisses der Transparenz additive Effekte z. B. in Bezug auf Reinigbarkeit und Anhaftungsverringerung erzielen lassen sowie Kombinationen von Effekten, wie z. B. Verbesserung der Reinigbarkeit und Einsparung des dafür erforderlichen Energiebedarfes.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei das Substrat an seiner Oberfläche transparent oder reflektiv ist.
Reflektiv im Sinne dieses Textes bedeutet dabei, dass der Reflexionsgrad für mindestens eine Wellenlänge im senkrechten Einfall des Lichtes zur Oberfläche im Wellenlängenbereich von 250 nm bis 11 µm ≥ 70 % ist. Für die bevorzugten Definitionen für „reflektiv“ sowie für die Bestimmung gilt das in der Definition zu „Transparenz“ Gesagte analog.
Ein Substrat, das an seiner Oberfläche transparent ist, kann dabei zum Beispiel ein optisches Gerät sein; ein Substrat, das an seiner Oberfläche reflektiv ist, kann zum Beispiel eine optisch ansprechend gestaltete Oberfläche beispielsweise eines Bauteils sein.
Dementsprechend sind bevorzugte erfindungsgemäße Substrate mit transparenter Deckschicht solche, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus optischem Bauteil, bevorzugt Fenster, Linse, Spiegel, Display, insbesondere für den maritimen Bereich, Gebäudeaußenhaut oder Teil davon, Fahrzeugteil, bevorzugt Scheinwerfer, Blinker, Sensor, Scheibe oder Spiegel, Geschirr, (Straßen-)Schilder, Leuchtmittel, Sensor, Sensorgehäuse, medizinisches Instrument, transparente Oberflächen für die Photovoltaik, Aquarium, Kameraobjektive, Bioreaktoren, Gewächshäuser, insbesondere Gewächshäuserinnenseiten.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Sinne des vorliegenden Textes eine Gebäudeaußenhaut die Außenfläche auch von anderen Bauwerken wie zum Beispiel Brücken, Kaimauern usw. gemeint sein kann.
Bei diesen bevorzugten erfindungsgemäßen Substraten lässt sich die Kombination aus Transparenz und Schmutzanhaftungsverringerung bzw. Reinigungserleichterung besonders vorteilhaft einsetzen.
Teil der Erfindung ist auch die Verwendung einer transparenten Deckschicht in Kombination mit einer transparenten Interdigitalstruktur jeweils wie oben definiert, bevorzugt in den jeweils bevorzugten Formen, zur Verbesserung der Reinigbarkeit und/oder zur Verringerung der Anhaftung von Verunreinigungen, insbesondere Mikroorganismen.
Die Verwendung der beschichteten Interdigitalstruktur durch Anlegen eines bevorzugt hochfrequenten Wechselfeldes stellt einen wesentlichen Kern der Erfindung dar. Sie ermöglicht, ohne an eine Theorie gebunden zu sein, durch Ausnutzung des negativen dielektrophoretischen Effekts, dass unerwünschte Anhaftungen entweder nicht an der Oberfläche des Substrates (im eigentlichen Sinne an der Oberfläche der Deckschicht) anhaften und/oder Anhaftungen gelöst und weggespült werden und/oder Anhaftungen leichter entfernt werden können.
Dabei ist es bei der erfindungsgemäßen Verwendung möglich, dass die Interdigitalstruktur sowohl dauerhaft als auch nur zeitweise mit Spannung belegt werden kann. So bietet es sich beispielsweise bei Gebäudehüllen an, eine Spannung nur dann anzulegen, wenn ohnehin die Reinigungswirkung zum Beispiel durch natürlichen Regen gegeben ist. Selbstverständlich kann die Spannung auch bei einem aktiven Reinigungsprozess hinzugeschaltet werden.
Teil der Erfindung ist auch die Verwendung einer transparenten Deckschicht in Kombination mit einer transparenten Interdigitalstruktur jeweils wie oben definiert, bevorzugt in den jeweils bevorzugten Formen, zur Entfernung von Schnee und Eis und/oder zur Vermittlung von Antifog-Eigenschaften
Unter „Antifog-Eigenschaften“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass bei Kondensation übersättigten Wasserdampfs an einer Oberfläche die Bildung von Wassertropfen verringert, im besten Fall vermieden wird. Dies wird im Regelfall gut durch eine Verbesserung (Erhöhung) der hydrophilen Eigenschaften der Oberfläche, insbesondere durch eine Erhöhung der Oberflächenenergie bewirkt. Im Fall der erfindungsgemäßen Oberfläche kann die Benetzbarkeit der Oberfläche durch Wasser mittels der erzeugten elektrischen Felder erhöht werden.
Sofern für die Anlagerungsverhinderung/Entfernung von Materialien wie zum Beispiel Schnee und Eis Wärme erforderlich ist, kann diese auch durch elektrische Beaufschlagung der Interdigitalstruktur (zusätzlich zu den übrigen Effekten) erzeugt werden.
Teil der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen beschichteten Substrates, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Substrates, bevorzugt wie es oben als bevorzugt definiert ist,
b) Erzeugen einer transparenten Interdigitalstruktur, bevorzugt wie sie weiter oben als bevorzugt definiert ist und
c) Beschichten des Substrates und der Interdigitalstruktur mit einer transparenten Deckschicht, bevorzugt wie sie weiter oben als bevorzugt definiert ist.

Mit diesem Verfahren werden die erfindungsgemäßen beschichteten Substrate hergestellt. Dabei ist es bevorzugt, dass Schritt b) wenigstens teilweise mittels eines Ablationsverfahrens, und/oder mittels Materialumwandlung, bevorzugt mittels eines Laserverfahrens erfolgt, wobei bevorzugt ein Laser mit einer Wellenlänge im Nah-IR-Bereich, weiter bevorzugt ein NdYAG-Laser, besonders bevorzugt ein NdYAG-Laser mit Flat-Top-Profil eingesetzt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass es im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders günstig ist, wenn ein Substrat eingesetzt wird, das wenigstens teilweise mit einer geschlossenen Schicht eines für eine Digitalstruktur geeigneten Materials beschichtet ist. In diesem Material kann nachträglich die gewünschte Interdigitalstruktur erzeugt werden. Hierbei sind grundsätzlich verschiedene Verfahren denkbar, so zum Beispiel analog zur Photolithographie ein Bestrahlen, wobei die nicht zu entfernenden bzw. nicht zu veränderten Bereiche, also die Bereiche der eigentlichen Interdigitalstruktur, durch Maskieren abgedeckt werden.
Eine einfache und besonders effektive Methode ist dabei, dass mittels einer Bestrahlung mittels Laser die Zwischenräume zwischen den Elektrodenbahnen der Interdigitalstruktur erzeugt werden. Entscheidend für diese Zwischenräume ist, dass sie so ausgestaltet sind, dass zwischen den einzelnen Elektroden der Interdigitalstruktur eine ausreichende Isolierung vorliegt. Dabei ist es grundsätzlich möglich, mit der Laserstrahlung das in den Zwischenräumen sich befindende Material abzutragen (Ablation) oder so umzuwandeln, dass die erwünschte Isolationseigenschaft gegeben ist. In besonders bevorzugten Verfahren wird eine Mischung aus beiden Effekten (Ablation und Materialumwandlung) ausgenutzt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die topographischen Unterschiede auf der Oberfläche zwischen Leiterbahn und Zwischenraum nicht zu groß werden. Dabei hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass für das entsprechende Verfahren ein Laser im Nah-IR-Bereich, insbesondere ein Nd:YAG-Laser, insbesondere ein ein Nd:YAG-Laser mit Flat-Top-Profil, besonders geeignet ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei nach Schritt a) und / oder vor Schritt c) eine Zwischenschicht aufgebracht wird, bevorzugt eine solche, wie sie weiter oben als bevorzugt definiert ist.
Die Vorteile der Zwischenschicht sind oben beschrieben. Durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Zwischenschicht kann nicht nur das Anhaftungsverhalten der erfindungsgemäß einzusetzenden Deckschicht auf den Interdigitalstrukturen und/oder der Interdigitalstrukturen auf dem Substrat verbessert werden, sondern es können gegebenenfalls noch weitere Eigenschaftsverbesserungen oder zusätzliche Effekte erzielt werden, die aus einer Kombination von Deckschicht und Interdigitalstruktur allein nicht oder nicht so gut erreicht werden könnten. Als Beispiel sei hier genannt, dass bei einer geeigneten Ausgestaltung der Zwischenschicht das gesamte Schichtsystem über eine verbesserte, das heißt erhöhte Gesamtdielektrizitätskonstante verfügt. Dann ist dem Fachmann beispielsweise die Ausgestaltung der Deckschicht zur Erzielung einer anderen bevorzugten Eigenschaft wie zum Beispiel einer Erhöhung des mechanischen Schutzes oder einer Verringerung der Anhaftung von Verschmutzungen freiere Hand gegeben.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Schritt c) durch ein Sprüh-, Tauch-, PVD-, CVD- oder ein PE-CVD Verfahren, bevorzugt durch ein PVD-, CVD- oder ein PE-CVD Verfahren erfolgt.
Diese Verfahren sind - wie bereits oben beschrieben - besonders geeignet, um der Deckschicht die gewünschten Eigenschaften zu vermitteln. Hierzu steht dem Fachmann eine Vielzahl von Literatur zur Verfügung, mittels derer er geeignete Maßnahmen ergreift.
Nachfolgend seien noch einige Hinweise zur Interdigitalstruktur gegeben: Es ist selbstverständlich, dass die Interdigitalstruktur aus einem Material bestehen muss, das leitfähig ist. Der Flächenwiderstand der leitfähigen Beschichtung ist bevorzugt < 200 Ohm, weiter bevorzugt < 100 Ohm, weiter bevorzugt < 50 Ohm, besonders bevorzugt < 20 Ohm. Dabei kommt es zu einem Transport von Elektronen, vorzugsweise ohne Veränderung des Materials. Die Interdigitalstruktur kann zum Beispiel aus Leitermaterial oder Halbleitermaterial, insbesondere dotiertem Halbleitermaterial oder aus Kombination dieser beiden Materialien ausgeführt sein.
Die Stegbreiten und Stegabstände legt der Fachmann nach Größe, Geometrie und Zusammensetzung (Dielektrizitätskonstante) der erwarteten Partikelverschmutzung oder Organismen (Biofouling) und der sich aus der Elektrodengeometrie bildenden Feldverteilung aus.
Die Steglängen legt der Fachmann nach elektrischer Leitfähigkeit der elektrischen leitfähigen Schicht aus. Besonders lange Stege sind hierbei vorteilhaft, um möglichst große Flächen rationell mit dem Anti-Fouling-Effekt auszustatten.
Die Anzahl der Stege der Interdigitalstruktur bestimmt schließlich die Fläche, die vor Verschmutzung geschützt werden soll.
Die Bereiche des Substrats, die keine Interdigitalstrukturen aufweisen sind bevorzugt am Rand des Substrats positioniert und können zur Spannungsversorgung der Interdigitalstruktur dienen.
Um die Funktionsweise der Interdigitalstruktur auch unter Wasser gewährleisten zu können (möglichst geringer Energieverbrauch), wird die Interdigitalstruktur bevorzugt flächig beschichtet, bevorzugt mit einer TiOx-Beschichtung. Hierbei werden nur geeignete Kontaktierungsstellen nicht mit der TiOx-Beschichtung versehen (z. B. durch Masken) oder die Beschichtung an diesen Stellen nachträglich wieder entfernt.
Durch Anlegen einer geeigneten Wechselspannung an die beiden Kontaktierungsstellen ist man in der Lage, die auf der Oberfläche liegenden Partikel zu entfernen.
Beispiel:
Verwendung eines Glassubstrats (25 × 25 × 1,1 mm; Floatglas) beschichtet mit einer 120 bis 160 nm dicken ITO Schicht, Lieferant Sigma Aldrich, Produktnummer 703192. Der Flächenwiderstand beträgt Rs = 8 - 12 Ohm, die Transmission T = 84% (bei 550 nm).
Die Laserbehandlung erfolgte mit einem Laser Nd:YAG wie folgt:

Prozessparameter: Typ: 300W Nd:YAG-Laser (Typ CL300 der Firma CleanLaser, Herzogenrath, Deutschland mit Stamp-Optikf(100) f-theta Linse) und Flat-Top-Profil; Wiederholfrequenz f = 40 kHz; Leistung P = 120 W; Geschwindigkeit v = 4590 mm/s, Spotgröße 459 µm.
Abfahren der mäandrierenden Spur analog zu 1 mit einem Zeilenversatz von 750 µm und einer Länge von 2 cm.
Es ergeben als Breite der einzelnen Leiter der beiden Elektroden 375 ± 18 µm. Der Abstand zwischen den Leitern der einzelnen Elektroden beträgt ebenfalls 375 +- 18 µm.

Die so erhaltene Oberfläche zeigt die folgenden Elementzusammensetzungen gemessen mittels XPS:

	C	O	Si	In	Sn
	(at%)	(at%)	(at%)	(at%)	(at%)
ITO-beschichtetes Glas in Bereichen ohne Laserbehandlung	41,6	37,1	-	18,8	2,5
ITO-beschichtetes Glas in Bereichen mit Laserbehandlung	12,6	56,5	12,6	16,5	1,7

Die Laserbehandlung führt zu einer partiellen Laserablation mit einer Abreicherung des Zinns bei gleichzeitigem Vorhandensein der Elemente aus dem Substrat.
Beschichtung der so erhaltenen Struktur mit einer TiO₂-Schicht gemäß Patentanmeldung DE 102013215835 mit einer Schichtdicke von 250 nm mit den folgenden Parametern:

- Beschichtungsaufbau: Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen ohne gekapseltes System; es wurde nur eine Einspeisung für den Titan-haltigen Precursor verwendet; als Reaktionspartner diente die Restfeuchte in der Atmosphäre
- Titan-Precursor: Titanisopropoxid (CAS: 546-68-9; Hersteller: ABCR; Reinheitsgrad: 97%)
- Trägergas Titan-Precursor: Stickstoff 5.0, 5 l/min
- Menge Titan-Precursor: 10 µl/min
- Precursor-Düse: Stahlrohr mit 4 mm Innendurchmesser
- Probenrasterung: mäanderförmig (Bewegung der Probe unter der feststehenden Düse)
- Zeilenabstand Probenrasterung: 4 mm
- Probengeschwindigkeit: 1,7 m/min
- Anzahl Beschichtungszyklen: 10
- Probentemperatur während der Beschichtung: 40 °C (Temperierung über Heiztisch)
- Abstand Beschichtungsdüse: 30 mm;
- Winkel Beschichtungsdüse: 0° (senkrecht zur Probe);

Das Substrat mit Beschichtung war durchsichtig für sichtbares Licht.
Die erzeugte Struktur wurde in einem Aquarium (T = 18 °C) mit Magnetrührer + Rührfisch getestet.
Die erzeugte Struktur wurde mit einer Spannung von 30 V_RMS und einer Frequenz von 1 kHz bis 1000 kHz mit linearer Steigerung in einem Zyklus von 1 Stunde betrieben. Nach 10 Tagen wiesen die erfindungsgemäßen Oberflächen eine 50 % geringere Anhaftung von Algen gegenüber einem unbeschichteten Substrat und eine 20 % geringere Anhaftung von Algen gegenüber einem Substrat mit beschichteten Interdigitalstrukturen ohne Spannungsversorgung auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/121887 A1 [0054]
WO 2009/121970 A2 [0054]
WO 2019/121518 A1 [0055]
WO 2018/010987 A1 [0056]
WO 2015/044247 A1 [0057]
WO 2011/061339 A1 [0058]
WO 2009/153306 A1 [0058]
WO 2010/125178 A1 [0059]
WO 2010/089333 A1 [0060]
DE 102013215835 [0096]

Claims

Substrat mit transparenter Deckschicht, wobei zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine transparente Interdigitalstruktur angeordnet ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach Anspruch 1, wobei die transparente Deckschicht eine aus der Gasphase abgeschiedene Schicht oder eine Sol-Gel-Schicht, bevorzugt eine mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, weiter bevorzugt eine mittels plasmagestützter physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung erzeugte Schicht ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die transparente Deckschicht ≥ 85 at-% Si, C, F und O, bevorzugt ≥ 90 at-% Si, C, F und O, weiter bevorzugt ≥ 95 at-% Si, C, F und O oder ≥ 85 at-% Ti und O, bevorzugt zu ≥ 90 at-% Ti und O, weiter bevorzugt zu ≥ 95 at-% Ti und O oder ≥ 85 at-% Al und O, bevorzugt ≥ 90 at-% Al und O, weiter bevorzugt ≥ 90 at-% Al und O umfasst, gemessen mittels XPS und bezogen auf die mittels XPS erfassten Atome.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interdigitalstruktur aus einem Material besteht auf Basis von einer Zusammensetzung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Indium-Zinn-Oxid, Zinkoxid, Fluor-Zinn-Oxid, Aluminium-Zink-Oxid, Antimon-Zinn-Oxid, elektrisch leitfähigem transparentem Lack und Graphen, wobei Indium-Zinn-Oxid bevorzugt ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Interdigitalstruktur 10 nm - 10 µm, bevorzugt 20 nm - 1 µm und weiter bevorzugt 30 nm - 500 nm beträgt und/oder wobei die Dicke der Deckschicht 50 nm - 10µm, bevorzugt 100 nm - 5 µm und weiter bevorzugt 200 nm - 3µm beträgt.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenräume zwischen den Leitern der ineinandergreifenden Elektroden der Interdigitalstruktur wenigstens teilweise mit Material gefüllt ist, das aus dem Material der Interdigitalstruktur entstanden ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht im Bereich Interdigitalstruktur komplett geschlossen ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Substrat und Deckschicht genau in einer Ebene die Interdigitalstruktur angeordnet ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht eine oder mehrere der folgenden Funktionen aufweist: - mechanischer Schutz für die Interdigitalstruktur, - chemischer Schutz für die Interdigitalstruktur, - elektrische Isolation der Interdigitalstruktur, - Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Beschichtung des Substrates, - Anpassung der Transmission oder Reflektivität von Interdigitalstruktur und dem Material in den Zwischenräumen der Interdigitalstrukturfürwenigstens eine Wellenlänge, bevorzugt für den Bereich des sichtbaren Lichtes, - Verringerung der Reflexion, - Verringerung der Anhaftung von Mikroorganismen, - Verringerung der Anhaftung von Verschmutzungen und - Photokatalytische Wirkung.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Deckschicht und dem Substrat eine transparente Zwischenschicht angeordnet ist, die eine oder eine oder mehrere der folgenden Funktionen aufweist: - mechanischer Schutz für die Interdigitalstruktur, - chemischer Schutz für die Interdigitalstruktur, - elektrische Isolation der Interdigitalstruktur, - Anpassung der Transmission oder Reflektivität von Interdigitalstruktur und dem Material in den Zwischenräumen der Interdigitalstrukturfürwenigstens eine Wellenlänge, bevorzugt für den Bereich des sichtbaren Lichtes, - Verringerung der Reflexion, - Erhöhung der Dielektrizitätskonstante der Beschichtung des Substrates und - Verbesserung der Haftung innerhalb der Beschichtung und/oder der Beschichtung mit dem Substrat.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat an seiner Oberfläche transparent oder reflektiv ist.
Substrat mit transparenter Deckschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus optischem Bauteil, bevorzugt Fenster, Linse, Spiegel, Display insbesondere für den maritimen Bereich, Gebäudeaußenhaut oder Teil davon. Fahrzeugteil, bevorzugt Scheinwerfer, Blinker, Sensor, Scheibe oder Spiegel, Geschirr, (Straßen-)Schilder, Leuchtmittel, Sensor, Sensorgehäuse, medizinisches Instrument, transparente Oberflächen für die Photovoltaik, Aquarium, Kameraobjektive, Bioreaktoren, Gewächshäuser, insbesondere Gewächshäuserinnenseiten.
Verwendung einer transparenten Deckschicht in Kombination mit einer transparenten Interdigitalstruktur wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert zur Verbesserung der Reinigbarkeit und/oder zur Verringerung der Anhaftung von Verunreinigungen, insbesondere Mikroorganismen und/oder zur Entfernung von Schnee und Eis und/oder zur Vermittlung von Anti-Fog-Eigenschaften.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrates wie in einem der Ansprüche 1 bis 13 definiert, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Substrates, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 11 oder 12 definiert, b) Erzeugen einer transparenten Interdigitalstruktur, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 3 oder 8 definiert und c) Beschichten des Substrates und der Interdigitalstruktur mit einer transparenten Deckschicht, bevorzugt wie in einem der Ansprüche 2, oder 9 definiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Schritt b) wenigstens teilweise mittels eines Ablationsverfahrens, und/oder Materialumwandlung, bevorzugt mittels eines Laserverfahrens erfolgt, wobei bevorzugt ein NdYAG-Laser eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei nach Schritt a) und vor Schritt c) eine Zwischenschicht aufgebracht wird, bevorzugt wie in Anspruch 10 definiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Schritt c) durch ein Sprüh-, Tauch-, PVD-, CVD- oder ein PE-CVD Verfahren, bevorzugt durch ein PVD-, CVD- oder ein PE-CVD Verfahren erfolgt.