DE3337049C2 - - Google Patents

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feststoff bzw. einen Festkörper aus diesem Feststoff mit end­ licher Dicke mit vorzugsweise ebener oder flacher Geometrie. Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit der Einwirkung von Schwerionenstrahlung auf Feststoffe bzw. mit den aus solchen Bestrahlungen hervorgehenden Kernspuren. Diese Kernspuren sind Störungen des Festkörpergefüges entlang der Bahnen von energiereichen Ionen in Isolatoren, die zur Ein­ leitung eines Phasenumwandlungsprozesses eingesetzt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen neuen Feststoff anzugeben, dessen elektrische Eigen­ schaften im Vergleich zu den bekannten erheblich er­ weitert sind. Mit dem Feststoff bzw. einem daraus erzeugten Festkörper soll es u. a. möglich sein, elektromagnetische Strahlungen in einem bis­ her schwer zugänglichen Bereich zwischen ca. 1 µm und ca. 1 mm Wellenlänge gezielt zu erzeugen bzw. gezielt nachzuweisen.
Die Erfindung schlägt nun zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Feststoff bzw. Festkörper nach dem Oberbe­ griff der Patentansprüche die Merkmale vor, die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bis 3 angege­ ben sind. Zur Lösung der Aufgabe in bezug auf die Herstellung eines solchen Festkörpers schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, dessen Merkmale in den Kennzeichen der Patentansprüche 4-7 auf geführt sind.
Bei dem neuen Feststoff ist neben den besonderen Eigen­ schaften seiner Leitfähigkeit das Vorhandensein einer Vielzahl von ausgerichteten, metallischen Di­ polantennen im Mikromaßstab von Vorteil um die ge­ wünschte Eigenschaft bzgl. der angegebenen elektro­ magnetischen Strahlung zu erzielen. Dabei läßt sich der Abstand der Dipole sehr groß machen im Verhältnis zu atomaren Dipolen. Durch die Ausscheidung von Metallaggregaten entlang latenter Kernspuren entstehen in Isolatoren eine Vielzahl parallel orientierter Dipolantennen in Form feiner elektrisch leitender Metallnadeln. Entlang durch die Kernspuren festge­ legten Anisotropieachsen hat ein derartiges Komposit­ material eine ungewöhnlich hohe Dielektrizitätskon­ stante, vergleichbar der die Elektrizitätskonstante von Metallen. Quer zur Anisotropieachse jedoch ist die Dielektrizitätskonstante praktisch unverändert gegenüber dem ursprünglichen Isolatormaterial. Die elektromagnetischen Absorptions- und Emissionseigen­ schaften einer solchen, wohlorientierten Antennen­ ensembles sind neuartig und können vorteilhaften An­ wendungszwecken dienen.
Details des neuen Feststoffes bzw. Festkörpers sind anhand einer schematischen Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt im Schnitt einen flachen Festkörper in ebener Schichtform, dessen Grundmaterial 1 z. B. aus kupferübersättigtem Quarzglas besteht. Dabei ist es wichtig, daß ein metastabiles System vorliegt, welches zur Entmischung neigt. Das Material darf je­ doch kein Kristall sein, denn beim Kristallisieren würde ein Entmischvorgang auftreten, der die gewün­ schten Eigenschaften wieder zerstören würde. Ein bestimmter Bereich 2 des Festkörpers wurde nun mit schweren Ionen hoher Energie, z. B. 1011 Ionen pro cm2 Uran, Blei oder Xenon - bei der gezeigten Dar­ stellung in 45° Richtung geneigt zu der Oberfläche - bestrahlt, wodurch die latenten Kernspuren 3 er­ zeugt wurden. Nach der Bestrahlung wird der Fest­ körper einem Temperprozeß unterzogen, bis die Kern­ spuren 3 bzw. die aus der Bestrahlung hervorgehenden, der Kernspurrichtung folgenden Metallaggregationen zu metallischen Fäden zerschmolzen sind. Dies ge­ schieht ineinem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ca. 400°C.
Der entstandene Werkstoff besitzt nun besondere Eigen­ schaften, es sind eine Vielzahl von Dipolen 4 in Richtung der Kernspuren 3 entstanden (einer davon ist dicker gezeichnet). Diese Dipole weisen eine hohe Polarisierung auf, wobei in der einen Richtung 5 eine sehr hohe praktisch metallische Leitfähigkeit mit sehr hoher Polarisierbarkeit und in der anderen, dazu senk­ rechten Richtung 6 eine vernachlässigbare Leitfähig­ keit bzw. eine hohe Isolationswirkung entstanden ist. Die Richtung 5 bzw. die Dipolrichtung kann dabei senkrecht oder schräg zur Feststoffoberfläche 7 ge­ legen sein, d. h. die Bestrahlungsrichtung kann frei gewählt werden. Die Elektronenbeweglichkeit in der Richtung 5 und 6 in demnach stark unterschiedlich von einander.
Es entsteht ein neues, anisotropes Isolatormaterial mit sehr hoher, praktisch metallischer Dielektrizitäts­ konstante in der einen Vorzugsrichtung. Wählbar ist dabei die Art der Metallausscheidung, die Vorzugs­ richtung, die Länge der Metallantennen, wobei auch eingebettete Metallantennen möglich sind.
Das Grundprinzip bei dem vorliegenden neuen Feststoff ist, daß Edelmetalle ausgelöst bei hohen Temperaturen in einer dielektrischen Matrix, starke Tendenzen aufweisen, sich in Form von metallischen Büscheln an­ zuhäufen. Dieser Anhäufungsprozeß wird durch das Passieren eines oder einer Vielzahl von hoch ioni­ sierten Ionen ausgelöst. Er endet in einer Anordnung von metallischen Anhäufungen entlang der Ionenspur.
Die Erfindung schafft nun auf die beschriebene Art metallische Nadeln, z. B. orientierte mikroskopische Dipolantennen von identischer Länge in dem Festkörper. Entlang einer bevorzugten Achse von Anisotropie hat nun solch ein Kompositmaterial eine ungewöhnlich hohe Dielektrizitätskonstante bei niedrigen Frequenzen. Bei 90° zu der Dipolachse bleibt die Konstante wie bereits beschrieben jedoch ganz niedrig. Bei hohen Frequenzen zeigen die Resonanzabsorption oder die Emission von elektromagnetischer Strahlung durch ein solches, gut orientiertes System von Dipolantennen weitere neue wichtige Eigenschaften des Materiales.
  • Bezugszeichenliste
    1 Grundmaterial
    2 bestrahlter Bereich
    3 Kernspuren
    4 Dipol
    5 Richtung mit hoher elektrischer Leit­ fähigkeit
    6 Richtung mit niedriger elektrischer Leit­ fähigkeit
    7  Feststoffoberfläche

Claims (7)

1. Festkörper aus einem Feststoff endlicher Dicke, mit in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen unterschied­ licher elektrischer Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er in einer Richtung durch eine Vielzahl in einer dielektrischen Matrix zueinander achsparallel verlaufender Dipole aus metallischen Fäden elektrisch leitend ist, wobei deren Enden bis in oder in die Nähe der Ober- bzw. Unterfläche der Matrix des Festkörpers reichen und deren Richtung zu der Oberfläche senkrecht oder schräg ist und ihr Durchmesser gleichförmig im Bereich von wenigen µm und darunter liegt und daß er in einer zweiten, dazu senkrechten Richtung den dielektrischen Eigenschaften der Matrix entsprechend elektrisch isolierend ist.
2. Festkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Festkörpers ein metallübersättigtes, metastabiles Glas ist.
3. Festkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein normales Glas oder ein Quarzglas mit einem Gehalt von 10 bis 40% Kupfer ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Festkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die vorliegenden Verfahrensschritte
  • a) Herstellen einer Schicht metastabilen, metallüber­ sättigten Glases,
  • b) Bestrahlen der Schicht senkrecht oder schräg zu ihrer Oberfläche mit schweren Ionen vorbestimmter Energie, Ionenart und Flächendosis,
  • c) Tempern der bestrahlten Schicht bzw. Reifen der ge­ bildeten Metallkeime bis die Metallaggregate zu me­ tallischen Fäden verschmelzen bei Temperaturen von Raumtemperatur bis zu 400°C.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht innerhalb des Schrittes a) durch Ionenzerstäubung, durch Abscheiden aus der Gasphase oder durch gleichzeitiges Aufdampfen der Materialien erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer und Siliziumdioxid gleichzeitig aufgedampft werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit schweren Ionen von Uran, Blei oder Xenon mit einer Dichte von 1011/cm2 erfolgt.
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