EP1781841A1 - Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number
EP1781841A1
EP1781841A1 EP05787076A EP05787076A EP1781841A1 EP 1781841 A1 EP1781841 A1 EP 1781841A1 EP 05787076 A EP05787076 A EP 05787076A EP 05787076 A EP05787076 A EP 05787076A EP 1781841 A1 EP1781841 A1 EP 1781841A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microstructure
nanostructure
pulses
produced
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05787076A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hansen
Ursus KRÜGER
Manuela Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1781841A1 publication Critical patent/EP1781841A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/605—Surface topography of the layers, e.g. rough, dendritic or nodular layers

Definitions

  • the invention relates to a surface having a haftungsver ⁇ reducing microstructure and a method for producing such a surface elektroche ⁇ mix.
  • Adhesion-reducing surfaces of the type mentioned come z. B. as so-called lotus effect surfaces are used and are for example in DE 100 15 855 Al ⁇ written .
  • lotus effect surfaces are used and are for example in DE 100 15 855 Al ⁇ written .
  • such surfaces are characterized by a microstructure which can be obtained by a layer deposition from solutions, but also by an electrolytic deposition. This mimics an effect observed on the leaves of the lotus flower, according to which the microstructure produced, which for this purpose has elevations and depressions with a radius of 5 to 100 ⁇ m, reduces the adhesion of water and dirt particles. In this way, contamination of the corresponding surface can be counteracted.
  • z. B. lime deposits vermei ⁇ the.
  • the object of the invention is to specify a surface with an adhesion-reducing microstructure or a production method for this surface, wherein the effect of reducing the adhesion should be comparatively strongly pronounced.
  • a ge ⁇ solves in which the surface by electrochemical pulses Plating is prepared, wherein a microstructure on ⁇ overlapping nanostructure by reverse pulse plating is generated.
  • the superposition of the microstructure by a Na ⁇ carried nanostructure according to the invention characterized in that on the O- ber laketopologie with radii of curvature of heatnpro ⁇ fils is prepared in the micrometer range (microstructure) atrento ⁇ topology, whose radii of curvature preferably in the range of a few nanometers to 100 nanometers ( Nanostructure).
  • the formation of the nanostructure on the microstructure is achieved by reverse pulse plating with current pulses of a length in the millisecond range. Depending on the choice of process parameters such as pulse length and deposition density, the microstructure can be produced simultaneously or separately.
  • the nanostructure of the surface in combination with the microstructure advantageously improves the effect of reducing the adhesion of substances on the surface. As a result, the lotus effect of the surface is advantageously improved.
  • the pulse length in the method step for producing the nanostructure is less than 500 ms.
  • favorable deposition be set at the surface to be generated, so that the nanostructure generated in its dimensions ge sufficiently different from the microstructure produced.
  • the individual current pulses are advantageously in the range between 10 and 250 milliseconds in terms of their length. It has been found that the nanostructure of the surface is advantageously particularly pronounced in the case of the mentioned parameters.
  • the cathodic pulses have at least three times the length of the a nodonic pulses.
  • cathodic pulses within the meaning of He-making ⁇ those pulses are perceived, at which there is ei ⁇ ner deposition on the surface, while the view anodic pulses produce a resolution of the surface.
  • the needle-like basic elements of the nanostructure advantageously be generated with a high density on the microstructure, which favors to ER- targeting Lotus effect.
  • the reverse pulse plating the cathodic pulses are performed with a higher current density than the anodic see pulses.
  • the deposition rate of the cathodic pulses is increased in comparison to the removal rate of the anodic pulses, so that advantageously a layer ⁇ growth of the nanostructuring is generated.
  • NATURALLY The measures of a modification of the pulse duration and the variation of the current density can be combined with one another. In each case, an optimum is to be found by setting the mentioned parameters for the material to be deposited.
  • the pulse length is at least one second in an upstream process step for producing the microstructure.
  • the required time may advantageously Mikro ⁇ low electrochemically ⁇ chemical means are produced in the structure of the surface if it does not or not generation of sufficient severity in the process step for Er ⁇ arises the nanostructure.
  • the surface is additionally produced with a macrostructure which superimposes the microstructure.
  • the macrostructure can be electrochemically or by other means z. B. be made mechanically.
  • a topography of the surface of a macrostructure understood here logy whose geometric Abmes ⁇ solutions of the elementary structural components by at least ei ⁇ ne order of magnitude greater than that of the microstructure. For a wavy macrostructure, this would mean for the radius of the waves, for example, that this in corresponding
  • the macrostructure advantageously permits an additional increase in the adhesion-reducing properties of the surface.
  • the macrostructure of the surface can advantageously have additional functions, such. B. egg ⁇ ner improve the flow characteristics of the surface.
  • the surface according to the invention solves the previously mentioned problem by superimposing on the microstructure a nanostructure produced by pulse-plating. With this surface construction according to the invention, the already mentioned advantages, in particular an improvement of the adhesion-reducing properties of the surface, can be achieved.
  • this is superhydrophobic.
  • the superhydrophobic properties cause insbe ⁇ sondere poor wettability of the surface for what ⁇ ser, so forming individual droplets on the surface befindliches water, by virtue of a contact angle for O berflache of more than 140 ° easily roll off, while also possibly on the Contain surface with dirt ⁇ tear. Therefore, surfaces with superhydrophobic properties are particularly suitable for forming the surface as a lotus effect surface.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of an embodiment of the surface according to the invention in a schematic section
  • Figure 2 shows the surface profile of a lotus effect surface as an embodiment of the Ober ⁇ surface according to the invention in section
  • FIG. 3 shows perspective views of the lotus effect surface according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a body 11 with a surface whose adhesion properties are reduced.
  • the surface 12 can be described schematically by a superposition of a macrostructure 12 having a microstructure 13 and a nanostructure 14.
  • the microstructure produces a waviness of the surface.
  • the microstructure is interpreted by semi-spherical elevations on the wavy macrostructure 12.
  • the nanostructure 14 is represented in FIG. 1 by nubs which are located on the hemispherical elevations (microstructure) and in the parts of the macrostructure 12 which form the depressions of the microstructure 13 and which are located between the elevations.
  • ⁇ is a relatively large contact angle ⁇ , which is defined by an angle leg 16a, the paral ⁇ lel to the surface, and an angle leg 16b, which forms a tangent to the skin of the water droplet, through the edge of the contact surface of the water droplet 15 with the Surface (or more precisely the angle leg 16a) runs. Shown in FIG. 1 is a contact angle ⁇ of more than
  • Pulse length (reverse pulses): 240 ms at 10 A / dm 2 cathodic, 40 ms at 8 A / dm 2 anodic
  • Electrolyte contained 50 g / l Cu, 20 g / l free cyanide, 5 g / l KOH
  • the surface is electrochemically generated in the following with ⁇ means of an SPM (Scanning Probe Microscope - AFM or also called A- Tomic Force Microscope) has been studied.
  • SPM Sccanning Probe Microscope - AFM or also called A- Tomic Force Microscope
  • FIG. 2 A section of the generated surface is shown in section in FIG. 2 as a measurement result of the SPM, with the profile being excessively elevated.
  • a waveform 18 is entered in FIG. 2, which illustrates the macrostructure superimposed on the surface structure.
  • the microstructure 13 can be recognized as a sequence of needle-like elevations 19 and depressions 20.
  • the nanostructure 14 can be recognized, which results from a narrow sequence of elevations and depressions, which are no longer to be resolved in the scale shown in FIG. 2 and can therefore only be seen as a thickening of the profile line of the surface profile.
  • FIG. 3a shows a perspective view of the SPM receptacle of the copper surface.
  • a square area of 100x100 microns has been selected as a section, with the Microstructure 13 determining, needle-like elevations 19 are clearly visible.
  • the resulting image reminds the viewer of a "coniferous forest” with the interstices between the "conifers” (elevations 19) forming the depressions 20.
  • the surface according to FIG. 3 a too is shown elevated in order to illustrate the elevations 19 and the depressions 20 of the microstructure 13.
  • the microstructure 13 is furthermore superimposed on a nanostructure 14.
  • the ridges 19 and depressions 20 appear more like a waviness of the surface (but not ness of Figure 2 may be confused due to the different scale with the wavy ⁇ ).
  • This wavy ⁇ are superimposed ness further increases smallest recesses 19n and 20n which rakter imagine the nanostructure of the surface cha ⁇ .
  • These, too, are pronounced in their structure of the expression of a "coniferous forest" already explained with reference to FIG. 3a, the geometrical dimensions of which are smaller by approximately two orders of magnitude, that is to say can not be recognized at the scale selected in FIG.
  • the bracket always comprises only a section of the respective structure, which contains an elevation and a depression, so that the brackets allow one another in each case within a figure a comparison of the orders of magnitude of the structures in relation to one another.
  • the measured for a drop of water was sene contact angle 152 °.
  • the superhydrophobic properties of the copper layer shown, which act a lotus effect be ⁇ is achieved by a combination of at least the micro ⁇ structure 13 and the nanostructure 14, wherein the superposition of a macro-structure 12, the observed effects improved.
  • suitable process parameters such lotus effect surfaces can be produced for different layer materials (for example, silver coatings have also been successfully tested) and for liquids with different wetting behavior.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oberfläche mit eine haftungsvermindernden Mikrostruktur und ein Verfahren zu deren Herstellung. Solche haftungsvermindernden Mikrostrukturen sind bekannt, um beispielsweise unter Ausnutzung des so genannten Lotus-Effektes selbstreinigende Oberflächen auszubilden. Erfindungsgemäss ist es vorgesehen, dass die Oberfläche elektrochemisch mittels Reverse Pulse Plating hergestellt wird, wobei die an sich bekannte Mikrostruktur erzeugt wird und gleichzeitig oder in einem nachgelagerten Verfahrensschritt eine die Mikrostruktur überlagernde Nanostruktur erzeugt wird. Dies lässt sich beispielsweise erreichen, indem die Pulslänge der beim Reverse Pulse Plating verwendeten Strompulse im Millisekundenbereich mit einem Pulslängenverhältnis von grosser 1:3 (anodisch:kathodisch) gewählt wird. Die erzeugte Mikrostruktur, bestehend aus Erhebungen (19) und Vertiefungen (20) wird dann durch um Grössenordnungen kleinere Erhebungen (19n) und Vertiefungen (20n) der Nanostruktur überlagert, wodurch sich der durch die Oberfläche erzielte Lotus-Effekt vorteilhaft verbessern lässt.

Description

Beschreibung
Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Oberfläche mit einer haftungsver¬ mindernden Mikrostruktur sowie ein Verfahren zum elektroche¬ mischen Herstellen einer solchen Oberfläche.
Haftungsvermindernde Oberflächen der eingangs genannten Art kommen z. B. als so genannte Lotus-Effekt-Oberflächen zum Einsatz und sind beispielsweise in der DE 100 15 855 Al be¬ schrieben. Gemäß dieser Druckschrift zeichnen sich derartige Oberflächen durch eine Mikrostruktur aus, welche durch eine Schichtabscheidung aus Lösungen, jedoch auch durch eine e- lektrolytische Abscheidung gewonnen werden kann. Hierdurch wird ein an den Blättern der Lotusblume beobachteter Effekt nachgeahmt, demgemäß die erzeugte Mikrostrukturierung, welche zu diesem Zweck Erhebungen und Vertiefungen mit einem Radius von 5 bis 100 μm aufweisen muss, die Haftung von Wasser sowie Schmutzpartikeln herabsetzt. Hierdurch kann einer Verschmut¬ zung der entsprechenden Oberfläche entgegengewirkt werden. Des Weiteren lassen sich z. B. auch Kalkablagerungen vermei¬ den.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur bzw. ein Herstel¬ lungsverfahren für diese Oberfläche anzugeben, wobei die Wir¬ kung der Haftungsverminderung vergleichsweise stark ausge- prägt sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge¬ löst, bei dem die Oberfläche durch elektrochemisches Pulse Plating hergestellt wird, wobei eine die Mikrostruktur über¬ lagernde Nanostruktur durch Reverse Pulse Plating erzeugt wird. Die Überlagerung der Mikrostruktur durch eine Na¬ nostruktur erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass auf der O- berflächentopologie mit Krümmungsradien des Oberflächenpro¬ fils im Mikrometerbereich (Mikrostruktur) eine Oberflächento¬ pologie hergestellt wird, deren Krümmungsradien bevorzugt im Bereich von wenigen Nanometern bis 100 Nanometern liegen (Na¬ nostruktur) . Die Ausbildung der Nanostruktur auf der Mikro- struktur wird durch das Reverse Pulse Plating mit Strompulsen einer Länge im Millisekungenbereich erreicht. Dabei kann je nach Wahl der Verfahrensparameter wie Pulslänge und Abschei- destromdichte die Mikrostruktur gleichzeitig oder gesondert hergestellt werden.
Die Nanostruktur der Oberfläche verbessert im Zusammenwirken mit der Mikrostruktur vorteilhaft den Effekt der Haftungsver¬ minderung von Stoffen auf der Oberfläche. Hierdurch wird vor¬ teilhaft der Lotuseffekt der Oberfläche verbessert.
Es ist zwar aus der US 5,853,897 bekannt, Schichten mit einer rauen Oberfläche galvanisch mittels Pulse Plating herzustel¬ len, jedoch sollen die gemäß diesem Dokument erzeugten Schichten lediglich optischen Anwendungen dienen, da sie in einem weiten Wellenlinienspektrum des Lichtes hervorragende Licht schluckende Eigenschaften aufweisen. Hierzu genügt be¬ reits die Ausbildung einer so genannten dendritischen Mikro¬ struktur, ohne dass dieser eine Nanostruktur überlagert wer¬ den müsste.
Vorteilhaft liegt die Pulslänge beim Verfahrensschritt zum Herstellen der Nanostruktur bei weniger als 500 ms. Damit können bei diesem Verfahrensschritt günstige Abscheidungspa- rameter an der zu erzeugenden Oberfläche eingestellt werden, damit sich die erzeugte Nanostruktur in ihren Abmessungen ge¬ nügend von der erzeugten Mikrostruktur unterscheidet.
Die Strompulse beim Reverse Pulse Plating werden die Strom¬ pulse durch jeweilige Umkehrung der Polarität des Abschei¬ destromes erzeugt, so dass vorteilhaft ein starkes zeitliches Gefälle bei den Ladungsverschiebungen an der Oberfläche er¬ reicht werden kann. Vorteilhaft liegen die einzelnen Strom- pulse hinsichtlich ihrer Länge im Bereich zwischen 10 und 250 Millisekunden. Es hat sich gezeigt, dass sich bei den genann¬ ten Parametern die Nanostruktur der Oberfläche vorteilhaft besonders stark ausprägt.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mindestens die dreifache Länge der a- nodischen Pulse haben. Als kathodische Pulse im Sinne der Er¬ findung werden diejenigen Pulse aufgefasst, bei der es zu ei¬ ner Abscheidung auf der Oberfläche kommt, während die anodi- sehen Pulse eine Auflösung der Oberfläche hervorrufen. Für das angegebene Verhältnis zwischen kathodischen und anodi¬ schen Pulsen hat es sich gezeigt, dass die nadelartigen Grundelemente der Nanostruktur vorteilhaft mit einer hohen Dichte auf der Mikrostruktur erzeugt werden, was den zu er- zielenden Lotuseffekt begünstigt.
Eine andere Möglichkeit besteht vorteilhafterweise darin, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mit einer höheren Stromdichte durchgeführt werden als die anodi- sehen Pulse. Auch durch diese Maßnahme wird die Abscheiderate der kathodischen Pulse im Vergleich zur Abtragungsrate der anodischen Pulse erhöht, so dass vorteilhaft ein Schicht¬ wachstum der Nanostrukturierung erzeugt wird. Selbstverständ- lieh können die Maßnahmen einer Modifikation der Pulsdauer und der Variation der Stromdichte untereinander kombiniert werden. Dabei ist unter Einstellung der genannten Parameter für das abzuscheidende Material jeweils ein Optimum zu fin- den.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Pulslänge bei einem vorgelagerten Verfahrensschritt zum Herstellen der Mikrostruktur mindestens eine Sekunde beträgt. Mit Pulslängen im Sekundenbereich kann die geforderte Mikro¬ struktur der Oberfläche vorteilhaft zeitgünstig auf elektro¬ chemischem Wege hergestellt werden, wenn diese nicht oder nicht mit genügender Ausprägung im Verfahrensschritt zur Er¬ zeugung der Nanostruktur entsteht.
Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Oberfläche zusätzlich mit einer Makrostruktur herge¬ stellt, die die Mikrostruktur überlagert. Die Makrostruktur kann elektrochemisch oder auf anderem Wege z. B. mechanisch hergestellt werden. Als Makrostruktur wird hierbei eine Topo- logie der Oberfläche verstanden, deren geometrischen Abmes¬ sungen der elementaren Strukturbestandteile um mindestens ei¬ ne Größenordnung größer ist als die der Mikrostruktur. Bei einer welligen Makrostruktur würde dies für den Radius der Wellen zum Beispiel bedeuten, dass dieser in entsprechendem
Maße größer ist als die Radien der Erhebungen bzw. Vertiefun¬ gen der Mikrostruktur. Die Makrostruktur erlaubt vorteilhaft eine zusätzliche Steigerung der haftungsvermindernden Eigen¬ schaften der Oberfläche. Weiterhin kann die Makrostruktur der Oberfläche vorteilhaft zusätzliche Funktionen, wie z. B. ei¬ ner Verbesserung der Strömungseigenschaften der Oberfläche übernehmen. Die Erfindungsgemäße Oberfläche löst die bereist erwähnte Aufgabe dadurch, dass der Mikrostruktur eine durch Pulse PIa- ting erzeugte Nanostruktur überlagert ist. Mit diesem erfin¬ dungsgemäßen Oberflächenaufbau lassen sich die bereits ge- nannten Vorteile, insbesondere eine Verbesserung der haf- tungsvermindernden Eigenschaften der Oberfläche erzielen.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Oberfläche ist diese superhydrophob. Dies bedeutet, dass die Haftung von Wasser oder anderen hydrophilen Substanzen besonderes stark herabge¬ setzt ist. Die superhydrophoben Eigenschaften bewirken insbe¬ sondere eine schlechte Benetzbarkeit der Oberfläche für Was¬ ser, so dass auf der Oberfläche befindliches Wasser einzelne Tropfen ausbildet, die aufgrund eines Kontaktwinkels zur O- berflache von mehr als 140° leicht abperlen und dabei evtl. ebenfalls auf der Oberfläche befindliche Schmutzpartikel mit¬ reißen. Daher eignen sich Oberflächen mit superhydrophoben Eigenschaften besonderes gut zur Ausbildung der Oberfläche als Lotus-Effekt-Oberfläche.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In den einzelnen Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente mit je¬ weils den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese nur insoweit mehrfach erläutert werden, wie sich Unterschiede zwischen den Figuren ergeben. Es zeigen
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Oberfläche im schematischen Schnitt, Figur 2 das Oberflächenprofil einer Lotus-Effekt-Oberfläche als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ober¬ fläche im Schnitt und Figur 3 perspektivische Darstellungen der Lotus-Effekt- Oberfläche gemäß Figur 2.
In Figur 1 ist ein Körper 11 mit einer Oberfläche darge- stellt, deren Haftungseigenschaften vermindert ist. Die Ober¬ fläche 12 lässt sich schematisch beschreiben durch eine Über¬ lagerung einer Makrostruktur 12 mit einer Mikrostruktur 13 und einer Nanostruktur 14. Die Mikrostruktur erzeugt eine Welligkeit der Oberfläche. Die Mikrostruktur ist durch halb- kugelförmige Erhebungen auf der welligen Makrostruktur 12 an¬ gedeutet. Die Nanostruktur 14 ist in Figur 1 durch Noppen dargestellt, welche sich auf den halbkugelförmigen Erhebungen (Mikrostruktur) sowie in den zwischen den Erhebungen befind¬ lichen Teilen der Makrostruktur 12, die die Vertiefungen der Mikrostruktur 13 bilden, befinden.
Die haftungsvermindernden Eigenschaften der durch die Überla¬ gerung der Makrostruktur 12, der Mikrostruktur 13 und der Na¬ nostruktur 14 gebildeten Oberfläche werden anhand eines Was- sertropfens 15 deutlich, der auf der Oberfläche eine Wasser¬ perle bildet. Durch die geringe Benetzbarkeit der Oberfläche einerseits und die Oberflächenspannung des Wassertropfens an¬ dererseits bildet sich zwischen dem Wassertropfen 15 und der
Oberfläche ein verhältnismäßig großer Kontaktwinkel γ aus, der definiert ist durch einen Winkelschenkel 16a, der paral¬ lel zur Oberfläche verläuft, und einen Winkelschenkel 16b, der eine Tangente an der Haut des Wassertropfens bildet, die durch den Rand der Kontaktfläche des Wassertropfens 15 mit der Oberfläche (bzw. genauer dem Winkelschenkel 16a) läuft. In Figur 1 dargestellt ist ein Kontaktwinkel γ von mehr als
140°, so dass es sich bei der schematisch dargestellten Ober¬ fläche um eine superhydrophobe Oberfläche handelt . Im Rahmen eines Versuches ist mittels Reverse Pulse Platings eine Lotus-Effekt-Oberfläche durch Abscheidung von Kupfer auf einer durch Elektropolieren geglätteten Oberfläche erzeugt worden. Hierbei wurden folgende Verfahrensparameter gewählt.
Erzeugung der Nanostruktur in einem Verfahrensschritt: Pulslänge (Reverse Pulse) : 240 ms bei 10 A/dm2 kathodisch, 40 ms bei 8 A/dm2 anodisch
Elektrolyt enthielt 50 g/l Cu, 20 g/l freies Cyanid, 5 g/l KOH
Die elektrochemisch erzeugte Oberfläche ist im Folgenden mit¬ tels eines SPM (Scanning Probe Microscope - auch AFM oder A- tomic Force Microscope genannt) untersucht worden. Mit einem SPM lassen sich Oberflächenstrukturen bis in den Nanometerbe- reich hin bestimmen und darstellen. Ein Ausschnitt der er¬ zeugten Oberfläche ist in Figur 2 als Messergebnis des SPM im Schnitt dargestellt, wobei das Profil überhöht ist. Im Bezug auf eine Nulllinie 17 ist ein Wellenverlauf 18 in Figur 2 eingetragen, der die Makrostruktur verdeutlicht, die der O- berflächenstruktur überlagert ist. Die Mikrostruktur 13 ist infolge der Überhöhung als eine Abfolge nadelartiger Erhöhun¬ gen 19 und Vertiefungen 20 zu erkennen. Weiterhin kann in be¬ stimmten Bereichen die Nanostruktur 14 erkannt werden, die sich aus einer engen Abfolge von Erhebungen und Vertiefungen ergibt, die im gemäß Figur 2 dargestellten Maßstab nicht mehr aufzulösen sind und daher nur als Verdickung der Profillinie des Oberflächenprofils zu erkennen sind.
Nähere Details lassen sich der Figur 3a entnehmen, die eine perspektivische Darstellung der SPM Aufnahme der Kupferober¬ fläche darstellt. Es ist ein quadratisches Gebiet von 100x100 μm als Ausschnitt ausgewählt worden, wobei die die Mikrostruktur 13 bestimmenden, nadelartigen Erhöhungen 19 deutlich zu erkennen sind. Das sich ergebende Bild erinnert den Betrachter an einen „Nadelwald", wobei die Zwischenräume zwischen den „Nadelbäumen" (Erhöhungen 19) die Vertiefungen 20 bilden. Auch die Oberfläche gemäß Figur 3a ist überhöht dargestellt, um die Erhöhungen 19 und die Vertiefungen 20 der Mikrostruktur 13 zu verdeutlichen.
Wie aus der perspektivischen Ansicht der Oberfläche gemäß 3b, die eine Ausschnittsvergrößerung der Darstellung gemäß Figur 3a darstellt, hervorgeht, ist der Mikrostruktur 13 weiterhin eine Nanostruktur 14 überlagert. In der weniger überhöhten Darstellung gemäß Figur 3b erscheinen die Erhöhungen 19 und Vertiefungen 20 eher wie eine Welligkeit der Oberfläche (die jedoch aufgrund des anderen Maßstabes nicht mit der Wellig¬ keit gemäß Figur 2 verwechselt werden darf) . Dieser Wellig¬ keit überlagert sind weiterhin kleinste Erhöhungen 19n und Vertiefungen 20n, welche die Nanostruktur der Oberfläche cha¬ rakterisieren. Auch diese erinnern in ihrem Aufbau der be- reits zu Figur 3a erläuterten Ausprägung eines „Nadelwaldes" wobei deren geometrische Abmessungen um ungefähr zwei Größen¬ ordnungen geringer ausfallen, also bei dem in Figur 3a ge¬ wählten Maßstab gar nicht zu erkennen ist.
Um die Größenverhältnisse zu verdeutlichen, sind in den Figu¬ ren 2 und 3 die Makrostruktur 12, die Mikrostruktur 13 und die Nanostruktur 14 jeweils mit einer Klammer gekennzeichnet. Die Klammer umfasst jeweils immer nur einen Ausschnitt der jeweiligen Struktur, der eine Erhebung und eine Vertiefung enthält, so dass die Klammern untereinander jeweils innerhalb einer Figur einen Vergleich der Größenordnungen der Struktu¬ ren im Verhältnis zueinander zulassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel betrug der für einen Wassertropfen gemes- sene Kontaktwinkel 152°. Die superhydrophoben Eigenschaften der dargestellten Kupferschicht, die einen Lotus-Effekt be¬ wirken, wird durch ein Zusammenspiel zumindest der Mikro¬ struktur 13 und der Nanostruktur 14 erreicht, wobei die Über- lagerung einer Makrostruktur 12 die beobachteten Effekte noch verbessert. Durch Auswahl geeigneter Prozessparameter können derartige Lotus-Effekt-Oberflächen für unterschiedliche Schichtmaterialien (erprobt wurden beispielsweise auch Sil¬ berschichten erfolgreich) und für Flüssigkeiten mit unter- schiedlichen Benetzungsverhalten erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum elektrochemischen Herstellen einer Oberflä¬ che mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur (13) dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch elektrochemische Pulse Plating her¬ gestellt wird, wobei eine die Mikrostruktur (13) überlagernde Nanostruktur (14) durch Reverse Pulse Plating erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge beim Verfahrensschritt zum Herstellen der Nanostruktur bei weniger als 500 ms liegt.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse min¬ destens die dreifache Dauer der anodischen Pulse haben.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reverse Pulse Plating die kathodischen Pulse mit einer höheren Stromdichte durchgeführt werden, als die anodi¬ schen Pulse.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge bei einem vorgelagerten Verfahrenschritt zum Herstellen der Mikrostruktur mindestens eine Sekunde be- trägt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zusätzlich mit einer Makrostuktur (12) hergestellt wird, die die Mikrostruktur (13) überlagert.
7. Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostruktur (13) eine durch Pulse Plating erzeugte
Nanostruktur (14) überlagert ist.
8. Oberfläche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche superhydrophob ist.
9. Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostruktur (13) und der Nanostruktur (14) eine Makrostruktur (12) überlagert ist.
EP05787076A 2004-08-26 2005-08-08 Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung Withdrawn EP1781841A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004041813A DE102004041813A1 (de) 2004-08-26 2004-08-26 Oberfläche mit einer haftungsvermindernden Mikrostruktur und Verfahren zu deren Herstellung
PCT/EP2005/053902 WO2006021507A1 (de) 2004-08-26 2005-08-08 Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1781841A1 true EP1781841A1 (de) 2007-05-09

Family

ID=35445971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05787076A Withdrawn EP1781841A1 (de) 2004-08-26 2005-08-08 Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080217180A1 (de)
EP (1) EP1781841A1 (de)
CN (1) CN101048537B (de)
BR (1) BRPI0514625A (de)
DE (1) DE102004041813A1 (de)
WO (1) WO2006021507A1 (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9005420B2 (en) * 2007-12-20 2015-04-14 Integran Technologies Inc. Variable property electrodepositing of metallic structures
US20100112286A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Bahadur Vaibhav A Superhydrophobic surfaces
US8545994B2 (en) * 2009-06-02 2013-10-01 Integran Technologies Inc. Electrodeposited metallic materials comprising cobalt
US8987632B2 (en) * 2009-10-09 2015-03-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Modification of surface energy via direct laser ablative surface patterning
MX2012012567A (es) 2010-04-28 2012-11-21 Kimberly Clark Co Metodo para aumentar la permeabilidad de una barrera epitelial.
KR101790815B1 (ko) 2010-04-28 2017-10-26 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크. 세포성 상호작용이 향상된 나노패턴화 의료 기구
PT2563450T (pt) 2010-04-28 2017-08-28 Kimberly Clark Co Dispositivo para entrega de medicação para a artrite reumatóide
US9522262B2 (en) 2010-04-28 2016-12-20 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Medical devices for delivery of siRNA
US8486319B2 (en) 2010-05-24 2013-07-16 Integran Technologies Inc. Articles with super-hydrophobic and/or self-cleaning surfaces and method of making same
US9303322B2 (en) * 2010-05-24 2016-04-05 Integran Technologies Inc. Metallic articles with hydrophobic surfaces
US9492952B2 (en) 2010-08-30 2016-11-15 Endo-Surgery, Inc. Super-hydrophilic structures
US20120143228A1 (en) 2010-08-30 2012-06-07 Agency For Science Technology And Research Adhesive structure with stiff protrusions on adhesive surface
KR102265775B1 (ko) 2011-10-27 2021-06-16 소렌토 쎄라퓨틱스, 인코포레이티드 고점도 생체활성 제제의 경피 전달 방법
WO2013061209A1 (en) 2011-10-27 2013-05-02 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Implantable devices for delivery of bioactive agents
US20170246439A9 (en) 2011-10-27 2017-08-31 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Increased Bioavailability of Transdermally Delivered Agents
CN104220079B (zh) 2011-12-29 2018-01-12 伊西康公司 在其表面上具有组织穿刺突起的粘合结构
US8926881B2 (en) 2012-04-06 2015-01-06 DePuy Synthes Products, LLC Super-hydrophobic hierarchical structures, method of forming them and medical devices incorporating them
US8969648B2 (en) 2012-04-06 2015-03-03 Ethicon, Inc. Blood clotting substrate and medical device
US9278374B2 (en) 2012-06-08 2016-03-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Modified surface having low adhesion properties to mitigate insect residue adhesion
DE102012112550A1 (de) 2012-12-18 2014-06-18 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur Metallisierung eines Werkstücks sowie ein Schichtaufbau aus einem Werkstück und einer Metallschicht
CN104321034B (zh) * 2013-01-11 2018-01-30 Bvw控股公司 可植入的超疏水表面
DE102014006739B3 (de) * 2014-05-12 2015-06-25 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit Nanostrukturen, nach dem Verfahren her- gestelltes Bauteil und Verwendung des Bauteils
DE102014113097A1 (de) 2014-09-11 2016-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Reduzieren der Schmutzhaftung an einem Substrat
CN106591896A (zh) * 2016-12-06 2017-04-26 南京理工大学 一种制备具有植物叶片结构超疏水铜表面的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5326454A (en) * 1987-08-26 1994-07-05 Martin Marietta Corporation Method of forming electrodeposited anti-reflective surface coatings
US5185073A (en) * 1988-06-21 1993-02-09 International Business Machines Corporation Method of fabricating nendritic materials
US6071398A (en) * 1997-10-06 2000-06-06 Learonal, Inc. Programmed pulse electroplating process
US6080504A (en) * 1998-11-02 2000-06-27 Faraday Technology, Inc. Electrodeposition of catalytic metals using pulsed electric fields
EP1225972A4 (de) * 1999-09-24 2006-08-30 Semitool Inc Musterabhaengige entwicklung des oberflaechenprofils von elektrochemisch abgeschiedenem metal
US6309528B1 (en) * 1999-10-15 2001-10-30 Faraday Technology Marketing Group, Llc Sequential electrodeposition of metals using modulated electric fields for manufacture of circuit boards having features of different sizes
DE10015855A1 (de) * 2000-03-30 2001-10-11 Basf Ag Anwendung des Lotus-Effekts in der Verfahrenstechnik
US6478943B1 (en) * 2000-06-01 2002-11-12 Roll Surface Technologies, Inc. Method of manufacture of electrochemically textured surface having controlled peak characteristics
DE10064520A1 (de) * 2000-12-22 2002-07-04 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen
US6827833B2 (en) * 2001-10-15 2004-12-07 Faraday Technology Marketing Group, Llc Electrodeposition of metals in high-aspect ratio cavities using modulated reverse electric fields
AU2003212164A1 (en) * 2002-06-25 2004-01-06 Integran Technologies Inc. Process for in-situ electroforming a structural layer of metallic material to an outside wall of a metal tube
US20040011432A1 (en) * 2002-07-17 2004-01-22 Podlaha Elizabeth J. Metal alloy electrodeposited microstructures
CN1182297C (zh) * 2002-12-10 2004-12-29 华中师范大学 超疏水、自洁净纳米结构表面纸

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006021507A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101048537B (zh) 2010-06-16
CN101048537A (zh) 2007-10-03
BRPI0514625A (pt) 2008-06-17
DE102004041813A1 (de) 2006-03-02
WO2006021507A1 (de) 2006-03-02
US20080217180A1 (en) 2008-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1781841A1 (de) Oberfläche mit einer haftungsvermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung
EP1843864B1 (de) Bauteil mit einer beschichtung zur verringerung der benetzbarkeit der oberfläche und verfahren zu dessen herstellung
DE10256097A1 (de) Kunststoffpulver für das Lasersintern
EP4182099B1 (de) Dressiertes stahlblech, dressierwalze sowie verfahren zur herstellung eines dressierten stahlbechs
DE102007023418A1 (de) Verfahren zum Aufrauen von Oberflächen für die spätere Aufbringung von Spritzschichten
EP0565070A1 (de) Verfahren zum galvanischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung
DE1771323A1 (de) Verfahren zum UEberziehen von Mctalloberflaechen mit einem fluorhaltigen Polymer
EP2026675A1 (de) Haftverschlussteil
DE102011102986A1 (de) Miteinander verbundene verschiedenartige Materialien und Verfahren
WO2016113290A1 (de) Bauelement mit durch prägen erzeugter oberflächenstruktur und verfahren zu dessen herstellung
DE102019214136A1 (de) Stahlblech mit einer deterministischen Oberflächenstruktur
EP4041467B1 (de) Stahlblech mit einer deterministischen oberflächenstruktur sowie verfahren zu dessen herstellung
EP2254709B1 (de) Unbenetzbare oberflächen
EP3925713A1 (de) Dressiertes und beschichtetes stahlblech sowie verfahren zu seiner herstellung
DE10344723B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines wenigstens ein Lagerauge aufweisenden Werkstückes
DE3336374C2 (de) Verfahren zur Herstellung der Oberfläche einer Farbübertragungswalze
WO2006082179A1 (de) Oberfläche mit einer die benetzbarkeit vermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung
WO2006082218A1 (de) Oberfläche mit einer die benetzbarkeit vermindernden mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung
EP1714693A1 (de) Metallmembranfilter
DE102021200744A1 (de) Verfahren zum Texturieren einer Dressierwalze, Dressierwalze und dressiertes Stahlblech
DE102016001774A1 (de) Verfahren zur thermischen Beschichtung und Bauteil
DE102020202896A1 (de) Auftrags-/Schöpfwalze und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102018221752A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur generativen Fertigung eines dreidimensionalen Werkstücks aus einer aluminiumhaltigen Metallschmelze
EP3140438B1 (de) Verzinktes werkstück mit verbesserter haftung für deckschichten
DE2247956C3 (de) Werkstück mit galvanisch aufgebrachtem Nickelüberzug und Bad zu dessen Abscheidung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070209

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20160418

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20160830