DE102022206729A1 - System und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10), wobei das System (10) mindestens ein Isolationselement (1) mit einer Oberfläche (2) aufweist, wobei mindestens ein Bereich (3) der Oberfläche (2) des Isolationselements (1) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (4) beschichtet ist, wobei die Beschichtung (4) eine elektrisch leitfähige Salzschmelze aufweist und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

• Die Erfindung betrifft ein System und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
• Weltraumgestützte Satelliten bzw. Sonden werden häufig über Solaranlagen betrieben. Eine Solaranlage wird typischer Weise schichtweise aufgebaut, wobei mehrere, sehr empfindliche Solarzellenschichten durch z.B. eine Glasplatte bedeckt sind.
• Eine solche Glasplatte wirkt elektrisch isolierend und soll die Solarzellen, insbesondere vor Beschädigungen, schützen. Beispielsweise versteift die Glasplatte die Struktur der Solaranlage und schützt die Solarzellen vor mechanischen Beanspruchungen und Beschädigungen.
• Satelliten bzw. Sonden können im Weltall Sonnenwinden ausgesetzt sein, wobei sich die in den Sonnenwinden enthaltenen elektrisch aufgeladenen Teilchen, wie z.B. Elektronen, auf der dem Sonnenwind zugwandten Oberseite der Glasplatte ansammeln und so die Oberseite elektrisch aufladen. Andererseits können Ladungsträger, z.B. Überschusselektronen durch die Lichteinwirkung der Sonne, insbesondere den ultravioletten Anteil des Sonnenspektrums, in Folge des Photoeffekts aus der Glasplatte ausgelöst werden. Durch das Ansammeln und/oder das Auslösen der elektrisch geladenen Teilchen kann relativ zur mittleren Ladungsdichte der Glasplatte, insbesondere der Oberseite der Glasplatte, ein lokaler Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel entstehen. In beiden Fällen kann eine gefährliche Potentialdifferenz zwischen einem Punkt höheren Potentials und einem Punkt niedrigeren Potentials entstehen. Der Punkt höheren Potentials kann z.B. die elektrisch aufgeladene Oberfläche der Glasplatte, insbesondere eine sonnenabgewandte Oberfläche sein. Der Punkt niedrigeren Potentials kann eine andere Stelle der Glasplatte, z.B. eine sonnenzugewandte Seite der Glasplatte, sein oder auch ein Punkt auf den Solarzellen oder auf einem anderen Teil des Satelliten sein. Die Glasplatte wirkt hierbei wie ein elektrischer Isolator, d.h. die Glasplatte ist elektrisch nichtleitend. Die Potentialdifferenz kann somit im schlimmsten Fall zu einem elektrischen Durchschlag zwischen den beschrieben Punkten unterschiedlichen Potentials, also z.B. der Oberseite der Glasplatte und z.B. einer anderen Stelle der Glasplatte bzw. den Solarzellen oder dem Satelliten führen. Bei einem solchen elektrischen Durchschlag bildet sich für kurze Zeit leitendes Plasma in z.B. dem Material der Glasplatte, wodurch die Potentialdifferenz zwar ausgeglichen wird, allerdings die Glasplatte, insbesondere die Solarzellen oder der Satellit, irreversibel beschädigt werden können.
• Daher stellt sich das technische Problem, ein System zu schaffen, welches die Gefahr eines elektrischen Durchschlags reduziert.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Vorgeschlagen wird daher ein System, wobei das System mindestens ein Isolationselement mit einer Oberfläche aufweist, wobei mindestens ein Bereich der Oberfläche des Isolationselements zumindest teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, wobei die Beschichtung eine elektrisch leitfähige Salzschmelze aufweist.
• Das Isolationselement ist ein Feststoff, d.h. das Isolationselement ist, insbesondere in dem in dieser Offenbarung definierten Umgebungsdruck- und/oder Temperaturbereich, in einem festen Aggregatzustand. Der elektrische Widerstand bzw. der elektrische Leitwert des Isolationselements ist vorzugsweise richtungsunabhängig, also isotrop, sodass der spezifische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit als skalarer Wert angegeben werden kann. Das Isolationselement ist vorzugsweise nichtleitend. D.h. das Isolationselement weist vorzugsweise zumindest in einer Raumrichtung einen spezifischen Widerstand mit einem Wert in einem Bereich von 10^3 Ohmmeter bis 10^17 Ohmmeter auf bzw. eine elektrische Leitfähigkeit mit einem entsprechenden Kehrwert des spezifischen Widerstands. Das Isolationselement kann insbesondere aus einem Gestein, einem Mineral o. ä., insbesondere aus Glas oder Strontiumtitanat, hergestellt sein.
• Die Oberfläche begrenzt ein Innenvolumen des Isolationselements. Die Oberfläche weist einen oder mehrere Bereiche auf. Ein Bereich der Oberfläche ist z.B. eine Oberseite des Isolationselements. Ein weiterer Bereich ist z.B. eine Unterseite des Isolationselements. Weitere Bereiche können z.B. Seitenflächen des Isolationselements sein, wobei die Oberseite der Unterseite gegenüber liegt und die Ober- und Unterseite über die Seitenflächen das Innenvolumen des Isolationselements begrenzen. Bezugnehmend auf das zuvor erwähnte Beispiel der Solaranlage, ist die Oberseite des Isolationselements insbesondere die Seite des Isolationselements, welche zu einer Einwirkungsrichtung der Sonne hin orientiert ist. In Folge eines Sonnenwinds können sich Ladungsträger auf der Oberfläche ansammeln. Aufgrund der niedrigen elektrischen Leitfähigkeit des Isolationselements können sich diese Ladungsträger nicht von der Oberfläche zu einem Punkt niedrigeren Potentials bewegen. Mit anderen Worten weist die Oberfläche des Isolationselements eine elektrische Aufladbarkeit auf, d.h. die Ladungsträger können eine gefährliche Potentialdifferenz erzeugen.
• Der zumindest eine Bereich kann die zuvor beschriebene Oberseite der Glasplatte sein. D.h. der Bereich ist insbesondere der Teil der Oberfläche des Isolationselement, der z.B. durch die Ladungsträger des Sonnenwinds elektrisch aufgeladen werden kann. Die Beschichtung verringert diese elektrische Aufladbarkeit des zumindest einen Bereichs des Isolationselements. Hierzu weist die Beschichtung eine Salzschmelze auf. Die Salzschmelze ist eine elektrisch leitende Flüssigkeit, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, besonders bevorzugt eine aprotische ionische Flüssigkeit. Insbesondere weist die Salzschmelze eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf als das Isolationselement. Die Salzschmelze weist, insbesondere molekulare, Anionen und Kationen auf, wobei diese innerhalb der Salzschmelze frei beweglich sind. Sobald Ladungsträger, insbesondere Elektronen, z.B. im Zusammenhang mit einem Sonnenwind, auf das System, insbesondere auf die Beschichtung bzw. eine Außenseite der Beschichtung, treffen, können diese durch die in der Salzschmelze enthaltenen Anionen und/oder Kationen aufgenommen werden. Ein durch das Auftreffen der Ladungsträger entstehender lokaler Elektronenüberschuss, z.B. an der Außenseite der Beschichtung, kann durch die Anionen und Kationen delokalisiert, also kompensiert, werden. Eine Potentialdifferenz zwischen einem Punkt der Außenseite und einem Punkt niedrigeren Potentials kann durch die Beschichtung also ausgeglichen oder zumindest abgeschwächt werden. Die Außenseite der Beschichtung ist insbesondere die Seite der Beschichtung, die nicht an das Isolationselement, sondern z.B. an eine Umgebung des Systems, z.B. das Weltall, angrenzt.
• Eine Orientierung des Systems im Raum und der Komponenten des System zueinander kann durch ein, insbesondere systemgebundenes, kartesisches Koordinatensystem beschrieben werden. So kann eine Hochachse des Koordinatensystems normal zur Oberfläche, insbesondere normal zu dem mindestens einen Bereich der Oberfläche, des Isolationselements orientiert sein. Die Hochachse kann einer Einstrahlrichtung der Sonne entgegen orientiert sein. Die Einstrahlrichtung bezieht sich also auf die Richtung, aus der Ladungsträger auf die Beschichtung treffen können. Eine Querachse und/oder Längsachse des Koordinatensystems kann parallel zur Oberfläche des Isolationselements, insbesondere parallel zu dem mindestens einen Bereich der Oberfläche, orientiert sein.
• Das vorgeschlagene System hat also zum Vorteil, dass die elektrische Aufladbarkeit der Oberfläche des Isolationselements, bzw. eines Bereichs der Oberfläche, mit Hilfe der Beschichtung verringert wird oder zumindest abgeschwächt wird und so die Gefahr eines elektrischen Durchschlags verringert ist, d.h. das Isolationselement ist durch die Beschichtung vor einem elektrischen Durchschlag, z.B. in Folge eines Sonnenwinds, besser geschützt.
• In Bezug auf das vorgeschlagene System haben die Erfinder zudem erkannt, dass über die elektrisch leitfähige Beschichtung des Isolationselements Rückschlüsse auf die Oberflächenbeschaffenheit des Isolationselements, wie z.B. eine Form und/oder eine Orientierung des mit der Beschichtung beschichteten Bereichs der Oberfläche, gezogen werden kann. So kann beispielsweise ein Mineral, wie z.B. Strontiumtitanat, eine Oberfläche mit verschiedenen Bereichen aufweisen, die jeweils z.B. eine unterschiedliche Form und/oder Orientierung aufweisen. Wird die Oberfläche oder ein Bereich der Oberfläche mit der Beschichtung beschichtet, so kann z.B. über einen durch die Beschichtung geleiteten Strom ein Rückschluss auf die Form und/oder Orientierung des beschichteten Bereichs gezogen werden. Ein solcher Strom kann beispielsweise durch gezielten Beschuss des beschichteten Bereichs mit Elektronen, z.B. mit Hilfe eines Elektronenmikroskops, in die Beschichtung eingeleitet werden. So kann die Oberflächenbeschaffenheit des Isolationselements äußerst genau vermessen werden, was einen weiteren technischen Effekt der Erfindung darstellt.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung transparent. Insbesondere weist ein Transmissionsgrad der Beschichtung, insbesondere ebenfalls ein Transmissionsgrad des Isolationselements, für Licht, insbesondere für Licht im sichtbaren Bereich, insbesondere für Licht mit Wellenlängen in einem Wertebereich zwischen 380 Nanometern bis 780 Nanometern, einen Transmissionswert in einem Bereich von 0,9 bis 1 auf. Dies hat den Effekt, dass Licht, insbesondere Sonnenlicht, vor einem Auftreffen auf die Solarzellen die Beschichtung nahezu vollständig durchdringt und die im Licht enthaltende Energie nicht durch Absorption in der Beschichtung oder Reflexion an der Beschichtung maßgeblich gemindert wird. Eine solche Solarzelle, insbesondere eine Solaranlage, kann Teil des Systems sein. Insbesondere bei der Verwendung des Systems in einer Solaranlage kann das Isolationselement ebenfalls transparent sein, so dass Licht das Isolationselement nahezu vollständig durchdringen kann.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Salzschmelze eine aprotische ionische Flüssigkeit. Eine aprotische ionische Flüssigkeit ist beispielsweise 1-Butyl-1-methylpyrrolidiniumdicyanamid, auch als BMP DCA bezeichnet. Aprotische ionische Flüssigkeiten können keine Wasserstoffanionen und/oder Wasserstoffkationen bilden. Dies hat zu Vorteil, dass in der aprotischen ionischen Flüssigkeit keine Wasserstoff-Bindungen entstehen können, welche die elektrische Leitfähigkeit der Salzschmelze verringern würden. Somit können aprotische Flüssigkeiten, z.B. gegenüber protischen ionischen Flüssigkeiten, eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Ferner weisen aprotische ionische Flüssigkeiten, z.B. gegenüber protischen ionischen Flüssigkeiten, einen niedrigeren Dampfdruck auf. Dies macht die aprotische ionische Flüssigkeit für die Verwendung im Hochvakuum, insbesondere Ultrahochvakuum, vorzugsweise im Weltall, besonders geeignet. Aprotische ionische Flüssigkeiten wie BMP DCA zeichnen sich außerdem noch dadurch aus, dass sie thermisch und elektrochemisch besonders stabil, insbesondere gegenüber protischen ionischen Flüssigkeiten, sind.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Salzschmelze 1-Butyl-1-methylpyrrolidiniumdicyanamid. Insbesondere kann eine so gebildete Beschichtung eine Schichtdicke von weniger als einem Mikrometer aufweausisen. Vorzugsweise ist eine so ausgebildete Beschichtung transparent mit einem Transmissionsgrad zwischen 0,9 und 1. BMP DCA zeichnet sich durch vorteilhafte Eigenschaften wie beispielsweise eine gegenüber anderen Salzschmelzen besonders hohe Resilienz gegen chemische oder elektrochemische Oxidations- und Reduktionsprozesse aus. Zudem ist BMP DCA schwer brennbar. Zusammenfassend hat sich BMP DCA in Versuchen als besonders geeignete Salzschmelze erwiesen.
• In einer weiteren Ausführungsform weist die Beschichtung eine Schichtdicke in einem Wertebereich von 10 Nanometern bis 100 Nanometern auf. Vorzugsweise wird die Schichtdicke entlang einer Geraden bemessen, die normal zur Oberfläche des Isolationselements orientiert ist. Die Schichtdicke kann der Wert des Abstands zwischen einem Punkt der Oberfläche des Isolationselements und einem Punkt an einer Außenseite der Beschichtung sein, wobei die Punkte Schnittpunkte der Geraden mit jeweils der Oberfläche bzw. der Außenseite sind. Der Wert der Schichtdicke wird vorzugsweise als Mittelwert mehrerer Schichtmessungen bestimmt. Der Wert der Schichtdicke kann beispielsweise mit Hilfe einer reflektometrischen oder ellipsometrischen Schichtmessung bestimmt werden. Die Schichtdicken aus dem angegebenen Wertbereich haben sich in Versuchen als besonders vorteilhaft für das Erzielen der zuvor genannten technischen Effekte erwiesen. Durch eine Schichtdicke mit einem Wert aus dem angegebenen Wertebereich kann zudem ein besonders geringes Gewicht des Systems erreicht werden, was besonders vorteilhaft für die Verwendung des Systems in weltraumgestützten Solaranlagen bzw. Satelliten ist sowie die Materialkosten entsprechend begrenzt.
• In einer weiteren Ausführungsform weist die Beschichtung eine Permittivitätszahl mit einem Wert in einem Bereich von 1 bis 30 auf, besonders vorzugsweise 10 bis 30, äußerst vorzugsweise 20 bis 30. Mit anderen Worten, die Beschichtung ist dielektrisch. Ein externes elektrisches Feld, welches, z.B. ausgehend von externen Ladungsträger, auf das System, insbesondere die Beschichtung, wirkt, wird durch eine Polarisation der dielektrischen Beschichtung abgeschwächt. Hierzu verschieben sich z.B. die Anionen und Kationen relativ zueinander in Folge eines solchen elektrischen Feldes. Die Permittivitätszahl ist ein Maß für die elektrische Polarisierbarkeit der Beschichtung, wobei gilt, je höher die Permittivitätszahl desto besser ist die Beschichtung zur Kompensation bzw. Abschwächung eines externen elektrischen Feldes geeignet. Mit Hilfe einer solchen Beschichtung wird die Gefahr eines elektrischen Durchschlags also weiter verringert. Die Polarisation der Beschichtung kann sich in einen temperaturunabhängigen Verschiebungsanteil der Anionen und/oder Kationen, z.B. in Folge eines äußeren elektrischen Felds, und einen temperaturabhängigen Orientierungsanteil der Anionen und/oder Kationen, z.B. in Folge permanenter elektrischer Dipole der Anionen und/oder Kationen, unterteilen. Über die, insbesondere makroskopisch messbare, Permittivitätszahl kann also auf die, insbesondere mikroskopische molekulare, elektrische Polarisation der Anionen und/oder Kationen geschlossen werden, z.B. mittels der Debye-Gleichung oder der Clausius-Mossotti-Gleichung, wobei zur Auswertung der Gleichungen und Bestimmung des Verschiebungs- und/oder Orientierungsanteils eine molare Masse, ein permanentes Dipolmoment, sowie eine Dichte der Beschichtung, insbesondere der Salzschmelze bzw. der Anionen und/oder der Kationen, vorbestimmt sein können.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung in einem Temperaturbereich von -150 °C bis +350 °C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von -100 °C bis 100 °C, flüssig. Flüssig bedeutet, dass die Salzschmelze in einem flüssigen Aggregatzustand ist. Der Temperaturbereich bezieht sich hierbei auf eine, insbesondere mittlere, Temperatur der Beschichtung. Dies kann insbesondere den physikalischen Hintergrund haben, dass die Anionen und Kationen in der Salzschmelze entsprechend unstrukturiert angeordnet sind und/oder die Anionen und Kationen eine entsprechende Größe haben, die die Kristallisation und/oder das Verdampfung in dem genannten Temperaturbereich behindert. Dies hat den technischen Effekt, dass die Beschichtung im Hochvakuum, Ultrahochvakuum, insbesondere im Weltall, als auch auf der Erde verwendet werden kann ohne zu verdampfen oder zu kristallisieren. Dies ist insbesondere für die Verwendung des Systems in weltraumgestützten Solaranlagen bzw. Satelliten vorteilhaft. Zudem hat sich in Versuchen gezeigt, dass ein flüssiger Aggregatzustand sich besonders vorteilhaft auf das Erzielen der in dieser Offenbarung genannten technischen Effekte der Erfindung auswirkt.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Beschichtung in einem Umgebungsdruckbereich von 10 Nanopascal bis 5000 Hektopascal flüssig. Vorzugsweise ist die Beschichtung in allen Wertekombinationen des genannten Umgebungsdruckbereichs und der zuvor genannten Temperaturbereiche flüssig. Besonders vorzugsweise ist ein Dampfdruck der Beschichtung, insbesondere der Salzschmelze, insbesondere bei einem oder allen Temperaturwerten der genannten Temperaturbereiche, geringer als 10 Picopascal. Der physikalische Hintergrund entspricht dem zum Temperaturbereich Offenbarten. Dies hat den technischen Effekt, dass die Beschichtung im Hochvakuum, Ultrahochvakuum, insbesondere im Weltall, als auch bei Umgebungsdruck auf der Erde verwendet werden kann ohne zu verdampfen oder zu kristallisieren. Dies ist insbesondere für die Verwendung des Systems in weltraumgestützten Solaranlagen bzw. Satelliten vorteilhaft.
• In einer weiteren Ausführungsform weist die Beschichtung eine elektrische Leitfähigkeit mit einem Wert auf, der größer oder gleich 0,05 S/m ist. Vorzugsweise weist die Beschichtung eine elektrische Leitfähigkeit mit einem Wert aus einem Wertebereich von 0,05 S/m bis 3 S/m auf, besonders vorzugsweise aus einem Wertebereich von 1 S/m bis 3 S/m. Der elektrische Widerstand bzw. der elektrische Leitwert der Beschichtung ist vorzugsweise richtungsunabhängig, also isotrop, sodass die Leitfähigkeit bzw. der spezifische Widerstand als skalarer Wert angegeben werden kann. Vorzugsweise weist die Beschichtung in zumindest einer Raumrichtung eine elektrische Leitfähigkeit mit einem Wert von größer/gleich 0,05 S/m auf bzw. einen spezifischen Widerstand mit einem entsprechenden Kehrwert. Vorzugsweise orientiert sich die Raumrichtung normal oder parallel zur Oberfläche des Isolationselements, insbesondere entlang der Geraden, die zur Bestimmung der Schichtdicke der Beschichtung herangezogen wird. In Versuchen hat sich gezeigt, dass die Beschichtung mit einer elektrischen Leitfähigkeit von größer/gleich 0,05 S/m für das Erzielen der in dieser Offenbarung genannten Effekte besonders vorteilhaft ist.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System ferner mindestens eine Schnittstelle zum Potentialausgleich zwischen einem Punkt der Beschichtung und einem Punkt niedrigeren Potentials. Bei der Schnittstelle zum Potentialausgleich kann es sich um einen elektrischen Leiter, z.B. einen Draht, zwischen einem Punkt der Beschichtung und einem Punkt niedrigeren Potentials handeln. Der Punkt der Beschichtung kann z.B. ein Punkt an der Außenseite der Beschichtung sein. Der Punkt niedrigeren Potentials kann z.B. ein Punkt des Bezugspotentials sein, auf welches sich die auszugleichende Potentialdifferenz bezieht. Der Punkt des niedrigeren Potentials kann z.B. auf oder in einem Massekörper angeordnet sein. Ein solcher Massekörper kann z.B. ein Grundkörper, insbesondere metallisches Gehäuse, eines Satelliten sein. Der Massekörper, insbesondere der Satellit, können Teil des Systems sein. Die Schnittstelle verbindet also einen Punkt der Beschichtung mit dem Punkt niedrigeren Potentials elektrisch. Dies hat den technischen Effekt, dass Ladungsträger, insbesondere Elektronen, die auf die Beschichtung treffen, über die Schnittstelle aus der Beschichtung abgeleitet werden können. So können gefährliche Potentialdifferenzen ausgeglichen werden bzw. entstehen überhaupt nicht. Dies verringert in vorteilhafter Weise die Gefahr eines elektrischen Durchschlags.
• Weiter vorgeschlagen wird ein Herstellungsverfahren für ein System, wobei das System mindestens ein Isolationselement mit einer Oberfläche aufweist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst:
• - Aufbringen einer Salzschmelze in zumindest einem Teilbereich des Bereichs der Oberfläche,
• - Verteilen der Salzschmelze in dem Bereich, so dass die Salzschmelze den Bereich beschichtet.
• Mittels des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens kann ein System hergestellt werden, welches einen oder alle der in dieser Offenbarung genannten technischen Effekte erzielen kann.
• Das Aufbringen kann z.B. mittels einer Pipette erfolgen. Der Teilbereich des Bereichs umfasst insbesondere einen Mittelpunkt des Bereichs. Durch Aufbringen der Salzschmelze in der Nähe des Mittelpunkts lässt sich die Salzschmelze besonders gleichmäßig in dem mindestens einen Bereich verteilen.
• Das Verteilen der Salzschmelze umfasst vorzugsweise, dass überschüssige Salzschmelze von der Oberfläche, insbesondere aus dem zu beschichtenden Bereich, entfernt wird, beispielsweise mittels eines Laborwischtuchs, um z.B. überschüssige Tröpfchen der Salzschmelze zu entfernen. So kann sichergestellt werden, dass die Lichtbrechung an der Beschichtung durch z.B. Tröpfchen nicht negativ beeinflusst wird. Ferner kann durch das Entfernen sichergestellt werden, dass sich z.B. beim Startvorgang eines Satelliten ins All keine Tröpfchen von der Oberfläche lösen und dann an anderer Stelle unvorhergesehene Effekte an insbesondere andere elektrische oder elektronische Komponenten hervorrufen.
• In Versuchen hat sich gezeigt, dass das zuvor erläuterte BMP DCA eine besonders geeignete Salzschmelze ist, da es eine Viskosität aufweist, die das Verteilen erleichtert. Insbesondere kann der Schritt des Verteilens umfassen, dass solange überschüssige Salzschmelze entfernt wird, bis eine gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Die überschüssige Salzschmelze wird z.B. mittels eines Laborwischtuchs entfernt. Dies hat zum Vorteil, dass eine gewünschte, insbesondere gleichmäßige, Schichtdicke der Beschichtung erzielt werden kann.
• Vorzugsweise umfass das Herstellungsverfahren ferner den Schritt:
• - Behandeln mindestens eines Bereichs der Oberfläche des mindestens einen Isolationselements mit Ozon,
• Vorzugsweise ist der Schritt des Behandelns dem Schritt des Aufbringens und Verteilens vorangestellt. Das Behandeln des mindestens einen Bereichs der Oberfläche umfasst, dass der Bereich zumindest teilweise von Ozonmolekülen umgeben ist. Ozon zersetzt, insbesondere organische, Stoffe bzw. Verunreinigungen und reinigt so den Bereich.
• Insbesondere erhöht die Behandlung mit Ozon die Hydrophilizität der Oberfläche, d.h. die Fähigkeit der Salzschmelze zur Tröpfchenbildung auf der Oberfläche wird durch Senkung der Grenzflächenenergie herabgesetzt. So kann besonders vorteilhaft eine gleichmäßige Beschichtung hergestellt werden. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren. Vorzugsweise wird das Ozon mittels ultraviolettem Licht, also mittels Licht mit Wellenlängen in einem Bereich von 100 Nanometern bis 380 Nanometern, insbesondere aus Sauerstoff, hergestellt, wobei der Sauerstoff z.B. Teil einer Umgebungsluft sein kann. Dies hat den Vorteil, dass das Ozon in unmittelbarer Nähe zum Bereich und kostengünstig erzeugt werden kann.
• Alternativ oder kumulativ bietet sich zum, insbesondere den anderen Schritten vorangestellten, Reinigen der Oberfläche auch z.B. ein chemisches Reinigen mittels RCA Reinigung an.
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, und
• 2 ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
• Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 10, welches zur Verwendung an einem weltraumgestützten Satelliten geeignet ist. Das System 10 umfasst ein als Glasplatte ausgebildetes, transparentes Isolationselement 1 sowie eine Beschichtung 4. Die Beschichtung 4 weist eine elektrisch leitfähige, flüssige Salzschmelze, z.B. 1-Butyl-1-methylpyrrolidiniumdicyanamid, auf.
• Ein Innenvolumen 11 des Isolationselements 1 wird durch eine Oberfläche 2 begrenzt. Insbesondere begrenzt die Oberfläche 2 das Innenvolumen 11 gegenüber einer Umgebung 100 des Systems 10. Die Oberfläche 2 des Isolationselements 1 setzt sich zumindest aus einer Oberseite 12, einer Unterseite 13 und Seitenflächen 14 zusammen, wobei die Oberseite 12 der Unterseite 12 gegenüberliegt und die Ober- und Unterseite 12, 13 über die Seitenflächen 14 eine geschlossene Oberfläche 2 bilden. Die Oberseite 12 bildet den Bereich 3 der Oberfläche 2, welcher mit der Beschichtung 4 beschichtet ist.
• Normal zur Oberseite 12 ist eine Hochachse Y eines systemfesten, kartesischen Koordinatensystems orientiert. Eine Längsachse X ist parallel zur Oberseite 12 orientiert. Eine Schichtdicke 5 der Beschichtung 4 wird entlang einer Geraden, die parallel zu der Hochachse Y zwischen einem Punkt des Bereichs 3 der Oberfläche 2 und einem Punkt einer Außenseite 15 der Beschichtung 4 bemessen, wobei die Punkte auf der beschriebenen Geraden liegen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform beträgt die Schichtdicke 5 z.B. 30 Nanometer.
• Weiter umfasst das System 10 zumindest eine Solarzelle 20, die an die Unterseite 13 des Isolationselements 1 angrenzt und eine Spannungsversorgung zum elektrischen Betrieb eines Satelliten ermöglicht, wenn z.B. Sonnenlicht, insbesondere sichtbares Sonnenlicht, auf die Solarzelle trifft.
• Eine Einstrahlrichtung der Sonne ist durch sieben parallele Pfeile dargestellt. Die Einstrahlrichtung ist entgegen der positiven Richtung der Hochachse Y orientiert. Weiter ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform dargestellt, dass Ladungsträger aus der Umgebung 100, insbesondere Elektronen, als Folge eines Sonnenwinds auf die Beschichtung treffen. Hierdurch kann es - wie eingehend erläutert zu einem lokalen Elektronenüberschuss und/oder zu einem lokalen Elektronenmangel kommen. In der gezeigten Ausführungsform ist ein lokaler Elektronenüberschuss durch ein Kreissymbol mit einem Minuszeichen dargestellt und ein lokaler Elektronenmangel ist durch ein Kreissymbol mit einem Pluszeichen dargestellt.
• In 1 ist beispielshaft ein lokaler Elektronenüberschuss an der Außenseite 15 der Beschichtung 4 dargestellt. Dieser lokale Elektronenüberschuss wird mittels der in der Salzschmelze enthaltenden Anionen und Kationen kompensiert, bzw. das durch den Elektronenüberschuss entstandene elektrische Feld kann mittels der Anionen und Kationen kompensiert werden.
• Dies ist genauer einem vergrößerten Bildausschnitt 30 dargestellt. Dort sind Moleküle, insbesondere die Anionen und Kationen, der Salzschmelze erkennbar. Die Anionen NNN sind durch ein Minussymbol und die Kationen N sind durch ein Plussymbol gekennzeichnet. In Folge des lokalen Elektronenüberschusses richten sich die Moleküle entlang der Feldlinien des zu kompensierenden elektrischen Feldes aus. Insbesondere bewegen sich die Anionen NNN von der Außenseite 15 der Beschichtung 4, also vom lokalen Elektronenüberschuss, weg und die Kationen N bewegen sich auf die Außenseite 15 zu. So kann eine Potentialdifferenz zwischen der Außenseite 15 und z.B. dem Bereich 3 der Oberfläche 2 des Isolationselements 1 ausgeglichen werden.
• Hierzu kann z.B. eine als Draht ausgebildete Schnittstelle 6 einen Punkt 7 der Beschichtung 4 mit einem Punkt 50 niedrigeren Potentials elektrisch verbinden. Der Punkt 50 niedrigeren Potentials kann z.B. ein Massekörper eines Satelliten sein, der über die Solarzellen 20 mit Strom versorgt wird.
• Ferner kann der lokale Elektronenüberschusses auch (zumindest) zum Teil durch eine (molekulare) Polarisation der Beschichtung 4 bzw. der Kationen N und/oder Anionen NNN kompensiert werden. Eine Potentialdifferenz muss also nicht zwingend über die Schnittstelle 6 ausgeglichen werden.
• 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 10. Das Herstellungsverfahren umfasst zumindest die folgenden drei Schritte S1, S2, S3.
• In einem ersten Schritt S1 wird mindestens ein Bereich 3 der Oberfläche 2 mindestens eines Isolationselements 1 mit Ozon behandelt. Hierzu wird das Isolationselement 1 in Umgebungsluft angeordnet und der Bereich 3 mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Hierdurch bildet sich Ozon, welches die Fähigkeit zur Tröpfchenbildung auf der Oberfläche herabsetzt, zusätzlich Verunreinigungen zersetzt und so den Bereich für das Aufbringen einer Salzschmelze vorbereitet.
• In einem weiteren Schritt S2 wird z.B. mittels einer Pipette die Salzschmelze, z.B. BMP DCA, in zumindest einem Teilbereich des Bereichs 3 der Oberfläche 2 aufgebracht. Dieser Teilbereich ist mittig, also um einen Mittelpunkt, in dem Bereich 3 angeordnet. Die mittels der Pipette aufgebachte Salzschmelze lässt sich von dem Teilbereich ausgehend leicht gleichmäßig im Bereich 3 verteilen.
• In einem weiteren Schritt S3 wird die Salzschmelze in dem Bereich 3 verteilt. Das Verteilen der Salzschmelze kann z.B. mittels eines Laborwischtuchs erfolgen. Zum Abschluss des Herstellungsverfahrens wird überschüssige Salzschmelze mit z.B. einem Laborwischtuch entfernt. So kann die zuvor erläuterte Schickdicke 5 erreicht werden.
• So wird das Isolationselement 1 also zumindest in dem Bereich 3 mit einer Beschichtung 4 beschichtet. Somit wird mittels des Herstellungsverfahrens ein erfindungsgemäßes System 10 hergestellt.
• Bezugszeichenliste

1

Isolationselement

2

Oberfläche

3

Bereich

4

Beschichtung

5

Schichtdicke

6

Schnittstelle

7

Punkt der Beschichtung

10

System

20

Solarzelle

30

vergrößerter Bildausschnitt

50

Punkt niedrigeren Potentials

100

Umgebung

NNN

Anion

N

Kation

S1

erster Schritt

S2

weiterer Schritt

S3

weiterer Schritt

X

Längsachse

Y

Hochachse

Claims (10)

1. System (10), wobei das System (10) mindestens ein Isolationselement (1) mit einer Oberfläche (2) aufweist, wobei mindestens ein Bereich (3) der Oberfläche (2) des Isolationselements (1) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (4) beschichtet ist, wobei die Beschichtung (4) eine elektrisch leitfähige Salzschmelze aufweist.
2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) transparent ist.
3. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze eine aprotische ionische Flüssigkeit ist.
4. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) eine Schichtdicke (5) in einem Wertebereich von 10 Nanometern bis 100 Nanometern aufweist.
5. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) eine Permittivitätszahl mit einem Wert in einem Bereich von 1 bis 30 aufweist.
6. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) in einem Temperaturbereich von -150 °C bis +350 °C flüssig ist.
7. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) in einem Umgebungsdruckbereich von 10 Nanopascal bis 5000 Hektopascal flüssig ist.
8. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) eine elektrische Leitfähigkeit mit einem Wert aufweist, der größer oder gleich 0,05 S/m ist.
9. System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) ferner mindestens eine Schnittstelle (6) zum Potentialausgleich zwischen einem Punkt (7) der Beschichtung (4) und einem Punkt (50) niedrigeren Potentials umfasst.
10. Herstellungsverfahren für ein System (10), wobei das System (10) mindestens ein Isolationselement (1) mit einer Oberfläche (2) aufweist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: - Aufbringen (S2) einer Salzschmelze in zumindest einem Teilbereich des Bereichs (3) der Oberfläche (2), - Verteilen (S3) der Salzschmelze in dem Bereich (3), so dass die Salzschmelze den Bereich (3) beschichtet.

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