EP1924720A2 - Verfahren zum aufbringen einer porösen glasschicht - Google Patents

Verfahren zum aufbringen einer porösen glasschicht

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EP1924720A2
EP1924720A2 EP06792064A EP06792064A EP1924720A2 EP 1924720 A2 EP1924720 A2 EP 1924720A2 EP 06792064 A EP06792064 A EP 06792064A EP 06792064 A EP06792064 A EP 06792064A EP 1924720 A2 EP1924720 A2 EP 1924720A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
porous glass
composite material
layer
glass layers
layers according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06792064A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Clemens Ottermann
Jörn POMMEREHNE
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott 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 Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP1924720A2 publication Critical patent/EP1924720A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
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    • Y10T428/249961—With gradual property change within a component
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    • Y10T428/249978—Voids specified as micro
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249982—With component specified as adhesive or bonding agent

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a porous glass layer and a composite material with a porous glass layer.
  • the degree of porosity of the glass layer can not be adjusted arbitrarily.
  • the degree of porosity of an etched glass layer is usually not very homogeneous, as a rule, the porosity of the layer decreases with increasing depth. It can be prepared by etching, no thicker layers.
  • the invention is based on the object, a method for applying at least one porous
  • a further object of the invention is to provide a method which makes it possible to provide glass layers with different degrees of porosity in a system. It should be possible to provide glass layers of different thickness and different porosity.
  • the degree of porosity should be adjustable over the entire layer thickness, so that it is also possible to apply layers having a substantially homogeneous porosity or a selectively gradually changing porosity.
  • a further object of the invention is to provide a composite material which is nanostructured and has optically or chemically active properties.
  • the object of the invention is already achieved by a method for applying porous glass layers and by a composite material according to the independent claims.
  • the invention provides a method for applying porous glass layers, wherein a substrate and a
  • Material source is provided and deposited by means of a PVD process on the substrate, a glass layer with a degree of porosity of more than one percent.
  • the invention provides a method for applying glass layers, comprising the following steps: providing at least one substrate, providing at least one material source and depositing at least one porous glass layer.
  • the porous glass layer is deposited with a degree of porosity of over 1%.
  • the porous glass layer is deposited on the substrate by means of a PVD process, in particular by means of evaporation.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • PVD process can be performed in one process step and is much less expensive than conventional etching.
  • porosity of the glass layer can be specifically controlled in the PVD process. So it is possible to have a glass layer with an im
  • the porous glass layer is preferably as
  • the invention is provided, specifically gradient layers, ie layers with a Porosity, which changes from outside to inside, to produce.
  • the inventive method is suitable for almost all types of substrates, in particular, plastic substrates can be used.
  • plastic substrates can be used.
  • a PVD process is possible to coat even larger substrates, such as windows, displays, etc. This can be done in a preferred manner in continuous systems.
  • the material source is a glass target.
  • the glass can be converted into the gas phase, for example, by evaporation, for example by electron beam evaporation, or by sputtering, and then deposited on the substrate.
  • the deposition rate and the pressure in the system, the degree of porosity of the depositing layer can be controlled. As a rule, higher deposition rates and / or a higher partial pressure lead to higher porosities.
  • composition of the residual gas can be further special properties of the layer, such as. Adhesion to plastic or functional properties, can be adjusted.
  • Electron-steel vapor deposition methods which are known to the person skilled in the art have the advantage that the substrate temperatures can be kept very low and also substrates made of a polymer material can be coated.
  • the low thermal load by the Vaporizing also allows the use of photolithographic techniques and in particular the application of a heat-sensitive photoresist or photoresist.
  • individual layers of porous glass can then be applied in a structured manner. This comprises carrying out the following method steps once or several times from coating a substrate with a photosensitive resist layer, photolithographically structuring the applied resist layer, coating the thus pre-structured substrate with a porous resist
  • the evaporation in particular the electron beam evaporation, is characterized by an increased deposition rate compared to sputtering.
  • the degree of porosity specified is defined as the total porosity, ie the numerical indication in percent of the proportion of the pore volume in the total volume, with both the open and the closed pores being included.
  • the detection of the integral degree of porosity can be accomplished by determining the layer density (e.g., by grazing incidence X-ray reflection experiments (GIXE)), or by mass occupancy
  • the (open) pore sizes can also be determined by means of diffusion experiments, wherein the layer is exposed to tracer molecules of different sizes and the diffusion of these substances into the layer under a certain size is proved. Furthermore, transmission or scanning electron micrographs or light microscope images at layer cross sections for determining the pore size and distribution (open and closed) are possible.
  • the degree of porosity can also be carried out by IR spectroscopy.
  • IR spectroscopy is generally carried out in the near and middle IR region (4,000 cm “1 to 400 cm “ 1 ) and can provide information on the composition and structure of ODS. For example, by comparing the intensities of IR absorption bands, the relative proportion of layer constituents can be determined.
  • Another field of application of IR spectroscopy to ODS is the detection of impurities, such as water or silanol groups, with their characteristic absorption bands at 3350 cm -1 (-OH) and 3650 cm -1 (hydrogen-bonded silanol groups).
  • impurities such as water or silanol groups
  • porosity is caused, inter alia, by the fact that, especially at high deposition rates, there is stem growth of glass layers on the
  • Substrate surface comes.
  • the spaces between the individual stems lead to a porous structure of the glass layer.
  • a glass layer is also understood to mean a partially crystalline layer, that is to say a layer in which the deposited glass does not completely have an amorphous structure.
  • the deposition rate when applying a porous glass layer is between 0.1 and 10 ⁇ m / min, more preferably between 0.5 and 8 ⁇ m / min and particularly preferably between 1 and 4 ⁇ m / min.
  • a substrate temperature of 12O 0 C is not exceeded, it is even possible substrate temperatures of 100 0 C or 8O 0 C not to be exceeded.
  • organic material in particular OLEDs can be coated.
  • layer thicknesses with a thickness of 1 nm to 1000 ⁇ m are made possible.
  • a material source is provided, from which a layer grows, which results in at least one binary system. It has been found that both the optical and the mechanical properties of such at least binary glass layers are significantly better. It is believed that such binary systems are less prone to crystallization so that semi-crystalline structures that are detrimental to both the optical and mechanical properties of the glass are substantially avoided.
  • metal oxides are well suited to the formation of such a binary system.
  • the porous glass layer is deposited in one process step.
  • the at least one porous glass layer is deposited at a pressure of more than 10 -3 mbar, preferably 10 -2 mbar.
  • the at least one porous glass layer is doped at least in sections for a specific change of the optical or other properties.
  • Doping by foreign atoms can be achieved, for example, by co-evaporation of a doping material, in particular of 3/5-elements such as aluminum, arsenic, gallium,
  • Phosphorus or antimony can be achieved.
  • Such dopants are particularly important in electrical engineering, for which purpose porous glass layers produced by means of the method according to the invention are used inter alia.
  • the porous glass layer preferably has an average pore cross section between 1 nm and 100 ⁇ m, preferably between 100 nm and 10 ⁇ m. It is possible to provide a wide range of different pore cross sections for different applications.
  • the pore cross section usually moves within the scope of the fine porosity.
  • the porosity of the glass layer ie the degree of porosity and the average pore cross section
  • the deposition rate can be controlled via the deposition rate, the process pressure and the substrate temperature. It has been found that higher deposition rates and higher process pressures usually lead to higher porosity. Even lower temperatures usually lead to higher porosities.
  • water vapor is added during the deposition, in particular for controlling the degree of porosity. It has been shown that the degree of porosity is substantially increased by the introduction of water vapor. It is assumed that chemical precipitation and forming OH groups form clumps or conglomerates upon precipitation, which increase the degree of porosity.
  • an organic substance in particular methane, ethane or acetylene may alternatively be added. It is suspected that the incorporation of residual organic groups creates cavities that result in an increased degree of porosity.
  • nanoparticles that is to say particles having a dimension of approximately 1 to 10 nm, are mechanically dusted during the deposition. Such nanoparticles become porous in the depositing
  • the porous glass layer forms a membrane, ie a porous wall for the separation of liquids or gases.
  • a membrane ie a porous wall for the separation of liquids or gases.
  • the production of membranes may involve the detachment of layers from the carrier substrate, for example by mechanical thermal or chemical means.
  • the carrier substrate may be dissolved or removed, such as by etching away, in particular by ion beam, chemically or by dissolving the support (for example a water-soluble support substrate in water).
  • Suitable substrates are, in particular, polymers, in particular polyethylene oxides. Due to process temperatures of below 8O 0 C, it is possible to coat by means of the method according to the invention also such materials.
  • a substrate comprising a metal can also be used.
  • Carrier material used thus, a chiral membrane is easily generated which can be used to separate enantiomers.
  • a catalytically active substance is deposited with.
  • the porous glass layer thus forms a catalytically active material, which benefits the large surface of such a porous layer.
  • crystalline sections are also deposited.
  • titanium dioxide is deposited.
  • a titanium dioxide-containing layer can be used, for example, in photochemistry. In particular, it can be added in an aqueous environment Irradiation with light release oxygen and hydrogen.
  • a layer comprising titanium oxide has a large surface area and effectively generates nascent oxygen, which has further oxidizing and antibacterial effects, so that the training can be used, inter alia, for the purification and treatment of water.
  • Co-evaporation or dusting of other materials layers can be created with a variety of composition.
  • dyes, nanomaterials or organometallic complexes can be added, which can be produced layers for a variety of applications.
  • the porous glass layer is impregnated with a polymer solution.
  • the cavities are thus at least partially filled with a polymer solution.
  • the polymer solution may itself be part of a functional layer or carrier of substances with chemical or optical properties due to their chemical or optical properties.
  • a monomer solution that is to say a solution which comprises at least one monomer, the monomer (s) first being polymerized out in the layer.
  • porous glass layer It is intended to fill the porous glass layer with semiconducting material. Upon irradiation with light, electrons are dissolved out in the semiconductive material, which are transported separately to the electrodes at the phase boundaries.
  • a substrate material produced in this way can be used in particular in photovoltaics or photochemistry. It is also provided according to the invention to fill the porous glass layer at least partially with an electrically conductive material. Such layer systems can then be used in particular in electrical engineering and electronics, for example for accumulators.
  • gradient layers with varying porosity can be deposited. It can be a
  • Gradient layer can be generated both with outwardly increasing and decreasing degree of porosity.
  • a layer with an alternating degree of porosity can be deposited according to the invention in one process step.
  • electroluminescent materials can be used for the production of light-emitting components.
  • a sealing layer is applied to the porous glass layer.
  • a sealing layer may be, for example, a glass layer having a high density, which also applied or deposited by means of a PVD process. This can be done in a particularly simple manner in one process step. Thus, it is intended to change the process parameters in such a way that a dense layer is deposited at the end. This can be done in particular by reducing the deposition rate and / or reducing the pressure in the system.
  • Such a sealing layer preferably comprises a binary system and may additionally be deposited by ion beam compression or plasma action, resulting in a further increase in density.
  • the invention further relates to an alternative method for producing porous glass layers.
  • At least a first substance and a second substance are provided. From the two materials then a composite material is produced.
  • the first fabric may comprise a glass which is formed into a composite with a filler as a second fabric. It is also provided according to the invention that a glass forms only in the production of the composite material.
  • the first substance can initially be present in crystalline form and be deposited on the substrate, where it solidifies like a glass. The second material is finally at least partially removed so that a porous glass layer remains.
  • the second fabric can be considered a filler and is removed by a suitable method so that voids remain.
  • the result is a porous glass layer.
  • a glass layer is also understood as meaning layers which, in addition to glass, also comprise non-vitreous substances. It is conceivable both a complete removal of the second substance as well as a partial removal of the second substance. In particular, it is provided to remove the second material only partially, the way that cavities occur, but residues of the second substance remain as binders of individual glass particles.
  • This embodiment of the invention enables both the formation of a porous glass layer on a substrate, wherein the first and the second substance are deposited, for example, as well as the production of a porous layer as a single layer, without using a substrate.
  • a glass is used as the first substance.
  • a crystalline material which forms a vitreous structure only when it is deposited on a substrate.
  • the first and the at least second substance are provided as a mixture of substances, that is to say for example as a solution or a dispersion.
  • the substances segregate at least partially by phase separation.
  • the Mixture has a structure that does not allow the formation of a porous glass layer due to the fine distribution of the first substance.
  • the substances segregate such that a structure with sufficiently large inclusions of a filler is formed. The filler is then removed and a porous glass layer remains.
  • the composite material could still be referred to as a mixture, the inclusions of the second
  • Substance in the first substance takes on average only more volume, so that the production of a layer with a measurable degree of porosity is possible.
  • the substances are at least partially segregated only after the production of the composite material. This is done in particular by the action of electromagnetic radiation, in particular by the action of light or by the action of electrically charged particles, in particular by the action of ions.
  • This approach has the advantage that over the duration of the action of the electromagnetic radiation, the degree of segregation and thus the pore size can be influenced.
  • the separation can also be effected by heating.
  • At least one of the substances is provided as granules.
  • the grain size and particle size distribution of the substances is provided as granules.
  • Porosity and the porosity distribution of the porous glass layer can be adjusted. According to the invention, it is provided both to provide the filler or a glass as granules, as well as to provide filler and glass as granules. Granules can be used to produce porous glass layers with relatively large pores.
  • producing the composite material comprises pressing a granulate. This procedure is particularly suitable when a glass granulate is provided and the filler is also intended to serve as an adhesive of the individual glass grains. By pressing arises on the
  • At least one glass granulate is sintered during the production of the composite material.
  • it is provided to subject a mixture of a glass granulate and a salt to a sintering process.
  • the sintering process is preferably controlled so that essentially connect the glass grains at their points of contact with each other.
  • the salt can then easily be dissolved out and a porous glass layer remains behind.
  • the salt salt crystals are particularly provided, which can be easily dissolved with water as a solvent.
  • the size of the salt crystals is adapted to the desired pore size or the desired pore size distribution.
  • the second substance is at least partially etched away in an etching bath.
  • etching can also be Use blends of two different glasses when using an etchant that acts essentially on only one component.
  • the invention further relates to a composite material which comprises a deposited glass layer with a degree of porosity of more than 1% or a layer produced by means of a method according to the invention.
  • a composite material is characterized by a high degree of robustness and is in particular by means of one of the inventive method much easier to produce than conventional composite materials with a porous layer.
  • the invention further includes a composite material comprising at least one deposited porous glass layer.
  • the deposited porous glass layer has a degree of porosity of over 1%.
  • the porous glass layer is deposited by means of a PVD process, in particular by evaporation.
  • the composite substrates according to the invention can be produced, in particular produced, with a method for applying porous glass layers or with a method for applying glass layers or with a method for producing porous glass layers.
  • the composite material may comprise both a single porous glass layer, as well as a substrate, which with a porous according to the invention
  • composite material is thus understood any material which comprises at least two functional components.
  • a composite material according to the invention can be used for a whole range of applications.
  • membranes can be provided.
  • the porous layer is deposited on a carrier substrate, the carrier substrate is then thinned out and at least partially removed.
  • a substrate can be used which can be dissolved or etched away.
  • the composite material in electrochemistry.
  • the material is characterized by a high corrosion resistance even at higher temperatures and by a mechanical robustness.
  • a porous glass layer has good wetting properties, especially in the case of water-soluble compounds.
  • a membrane formed from a composite material according to the invention can be used in fuel cells.
  • Such a membrane with a glass layer has the advantage, in contrast to conventional polymer membranes, that it undergoes much less aging.
  • ion-selective membranes can be produced.
  • the transport medium comprises a polymer, in particular a polyethylene oxide. Due to low possible layer thicknesses, extremely flat battery cells can be produced.
  • the inventive method has the advantage that the degree of porosity can be set almost arbitrarily.
  • the composite material according to the invention is also provided for catalysts.
  • catalysts for example, by coevaporation of catalytic substances, membranes can be produced which are catalytically active.
  • a multi-layer system may be used in whose layers various reaction materials are provided. The resulting through the pores
  • Separation of the sites of a catalytic reaction means that unwanted side reactions can be largely prevented.
  • the vapor-deposited glass layers according to the invention can furthermore be used for substance separation. It is intended to use such layers as a molecular sieve or molecular filter. It is possible to set the pore size to a very narrow range. This allows individual molecules, ions, etc. to be removed selectively. It is advantageous that substances which have a highly corrosive or chemically aggressive action can easily be separated with a composite material according to the invention.
  • chiral membranes can be used to separate enantiomers.
  • at least one chiral material can be introduced into the porous layer, for example by dusting on chiral material.
  • the composite material according to the invention can also be used in the medical field. It has high biocompatibility, is not attacked by body cells and can therefore be used both for medical applications in and out of the body. In particular, the use of such a material for dialysis is provided. It is also envisaged to use the composite material according to the invention in the manufacture of implants.
  • the layer of porous glass can be used, for example, as a carrier material in which biological structures can grow.
  • the composite material according to the invention in optoelectronics. It is possible to produce thin layers which are wavelength-selective, that is to say they influence only certain wavelengths, for example by scattering or interference effects. Process parameters as well as doping and co-evaporation of other materials can be used to produce layers with a wide variety of optical properties, and optical filters, mirror switches and cavities can be produced in a simple manner, for example. Such layers can also be used for optical data storage.
  • Porous vapor deposition glass in particular enables a simple process for producing photonic crystals or a use of the composite substrate according to the invention in photonic applications.
  • Photonic applications include, for example, optical switches or optical filters.
  • Optical switches are a component in optical networks that switch, for example, light signals between different optical waveguides, without having to convert the signals beforehand into electrical signals.
  • Photonic crystals are characterized in particular by a spatially periodically varying refractive index.
  • the properties of the photonic crystals can be controlled in particular by the size of the pores.
  • the pores can be filled with selected materials. Possible materials here may be ferroelectric, ferromagnetic and / or polymeric materials.
  • the properties of the photonic crystals can be controlled by the size of the pores and / or the materials for pore filling. The behavior of the structure can then be controlled via external electrical, magnetic and / or optical fields.
  • the glass can be deposited with the abovementioned materials as a partner, preferably structured, in order to achieve the desired optical effect.
  • Further examples of the aforementioned partners include wavelength-dependent nanoparticles or dyes.
  • porous glass layers according to the invention are provided according to the invention in particular as interference and Entspieglungs slaughter.
  • a porous glass layer has a lower refractive index than a compact one
  • the thickness of the layer is preferably approximately H of the wavelength to be attenuated, and in the case of oblique incidence, thicker layers are to be used.
  • lenses, DOEs or Fresnel lenses can also be produced from differently dense material.
  • the use of the composite material according to the invention is e.g. as a matrix also in photovoltaics, electroluminescence, photoluminescence or photochemistry provided.
  • the substances required to produce a photochemically or electrochemically active layer can be co-evaporated in one step and deposited in and distributed over the porous glass layer.
  • the layers thus formed have one very high surface.
  • gases released for example, can be specifically filtered out through a porous glass layer.
  • the porous glass layer is particularly beneficial in that glass has a high dielectric strength.
  • the invention therefore also relates to an ion-selective electrode, an accumulator, a catalyst material, a filter, a carrier material for biological structures, an implant for human or animal organisms, an optical data storage, an optoelectronic component, an electrical component and a capacitor, each comprising at least a composite material according to the invention.
  • the invention relates to an anti-fog layer or anti-frost layer.
  • hydrophilic layers can be formed by which condensation of water or ice formation on a surface can be prevented for at least a limited period of time.
  • the water is absorbed by the porous layer and, after the carrier substrate has heated to the ambient temperature or have adapted to the temperatures of the surface and the environment, discharged.
  • Such an anti-fogging layer or anti-frost layer is particularly suitable because of its temperature resistance for a whole range of applications, such as vehicle windows, vision aids or refrigerators.
  • the anti-fogging or anti-frost effect of the layer can be improved by nanoparticles, in particular by dusted silicon nanoparticles.
  • the hydrophilic property can be improved by organic polymers, in particular a polyurethane or a polyvinyl alcohol.
  • a porous glass layer is impregnated with an organic polymer.
  • the polymer is then allowed to drain so that the pores are at least partially open again but wetted with the polymer.
  • the polymer is then cured.
  • a polymer solution can be used.
  • the polymer is cured by a polymerization that can be generated, for example, by irradiation with UV light.
  • the result is a porous glass layer that has a polymer coating.
  • porous glass layers are described in DE 3222675, EP 310911, DE 3733636, EP 389896, DE 3909341, DE 3909341, DE 4005366, DE 4111879, EP 508343 and WO 05042798, the entire disclosure content of which is hereby incorporated.
  • the respective components can also form the substrate of the composite material and thus can be part of such a composite material.
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of a composite material according to the invention.
  • Fig. 2 shows schematically another
  • Fig. 3 shows schematically a PVD system for carrying out a method according to the invention.
  • Fig. 4 shows schematically a data memory according to the invention.
  • Fig. 5 shows schematically an electrode according to the invention.
  • Fig. 6 shows schematically an implant according to the invention.
  • Fig. 7 shows schematically a flow chart of a method according to the invention.
  • FIGS. 8 and 9 schematically show the production of a porous glass layer by means of phase separation.
  • FIGS. 10 to 12 schematically show the steps for producing a porous glass layer with another alternative method.
  • the composite material 1 comprises a substrate 2, configured here as a plastic substrate.
  • a porous glass layer 3 is deposited by means of a PVD method.
  • the porous glass layer 3 in this embodiment has a thickness of between 100 and 600 nm.
  • the composite material 1 is suitable for a variety of applications.
  • FIG. 2 schematically shows another embodiment of a composite material 1 according to the invention.
  • the composite material 1 comprises a substrate 2 made of one
  • the layers could also be deposited under plasma action and / or plasma-assisted. This is how a compacted layer can be deposited which has only a very low or no measurable porosity.
  • FIG. 3 schematically shows a PVD installation 10 for carrying out the method according to the invention and suitable for producing a composite material according to the invention.
  • the substrate 2 which can be disposed in a substrate holder 17, is coated by an electron beam method.
  • an electron source 11 is arranged in the system 10. Via a deflection magnet 12, the electron beam emitted by the electron source 11 is directed onto a disk-shaped target 13.
  • the target 13 is rotatable about the axis of rotation 14 in order to achieve as uniform a deposition rate as possible.
  • a target 13 or material source is a disc of low-melting borosilicate glass is provided, which in this embodiment, a metal oxide and thus forms a binary system in the deposited state on the substrate 2.
  • the target 13 is vaporized by the electron beam and deposits on the substrate 2.
  • Secondary ions are between the substrate 2 and the target 13 two electrodes 15 are arranged on which a voltage can be applied and an electric field can be generated.
  • the direction of the field is marked with an arrow 16.
  • the system is evacuated via a pump 18. About a control valve 19, the system pressure can be controlled. By means of the pump 18 and the control valve 19, the porosity of the deposited on the substrate 2 layer can already be controlled.
  • a supply of water vapor 23 is still provided in the PVD system 10.
  • the supply of water vapor can also be controlled via a control valve 22.
  • organic gases can also be supplied.
  • system 10 comprises a feed for solid particles 21, which can also be regulated via a control valve 20.
  • the solid particles may be supplied in a fluid stream, for example an argon atmosphere, via the valve.
  • These can be, for example, nanoparticles which form a nanostructured layer on the substrate 2.
  • optically active substances can be supplied, by means of which an optical functional layer is deposited on the substrate.
  • Glasses which have the following composition ranges in percent by weight have proven particularly suitable as vapor-deposition glass for a method according to the invention for applying porous glass layers:
  • Preferred vapor-deposited glasses from these groups are glasses having the following composition in percent by weight:
  • compositions do not relate to the deposited layers, but the composition changes upon vapor deposition.
  • the preferred glasses used have in particular the properties listed in the table below:
  • the evaporation glass Type 8329 Schott has proven, which has the following composition in weight percent:
  • the electrical resistance of the starting material is approximately 10 10 ⁇ / cm (at 100 0 C),
  • This glass also has a refractive index of about 1.470 in pure form.
  • the dielectric constant ⁇ is about 4.8 (at 25 ° C, IMHz), tg ⁇ is about 45 x 10 "4 (at 25 ° C, 1 MHz). Due to the vapor deposition process and the different volatility of the components of this system are readily apparent different stoichiometries between the target material and the vapor deposited layer Deviations in the deposited layer are indicated in brackets.
  • FIG. 4 schematically shows a data memory 30 according to the invention.
  • This is a substrate which is coated with a porous glass layer having optical properties. Shown here is a disk storage, whose detailed structuring is not shown.
  • the electrode comprises a metal substrate 41, which is coated on the electrode plate with a porous glass layer.
  • Such an electrode 40 may be used, for example, for a high power capacitor (not shown).
  • the implant 50 here is a bone implant which is coated with a porous glass layer.
  • the porous glass layer 50 increases the mechanical stability of the surface and at the same time serves as a carrier substrate for the body's own material. Thus, such an implant grows better in the body and the porous glass layer has a high resistance to bioresistance.
  • FIG. 7 shows schematically a flowchart 60 of a method according to the invention.
  • a substrate is provided 61.
  • a source of material is provided 62.
  • the substrate becomes porous
  • Glass layer is vapor-deposited 63 and nanoparticles are dusted in parallel 64.
  • the result is a substrate with a nanostructured surface, then the substrate by means of a coating process from the liquid phase, such as spin coating, dip coating method or a 65.
  • optically active materials can be introduced into the substrate by means of a spin-coating method.
  • the spin-coating solution may comprise a polymer and a solvent to form a solid compound with the porous glass layer by evaporation of the solvent.
  • FIG. 8 and 9 show schematically the production of a porous glass layer by means of phase separation.
  • a composite material 1 comprising a substrate 2 and a two-component layer 5 is provided.
  • the bicomponent layer 5 comprises a mixture of two different substances.
  • the composite material 1 was exposed to UV irradiation. Due to the irradiation, the two substances have partially segregated. After removal of a component, a porous glass layer 3 has remained.
  • FIGS. 10 to 12 An alternative embodiment of a method for producing a porous glass layer is shown schematically with reference to FIGS. 10 to 12.
  • Fig. 10 shows a two-component layer 5, which is pressed from a glass granules and a salt granules.
  • the salt grains are shown as black particles.
  • FIG. 11 shows the two-component layer 5, after which it has been subjected to a sintering process.
  • the individual glass and salt particles are fused together at their interfaces. Subsequently, the salt is dissolved out in water so that a porous glass layer remains, as shown schematically in FIG. 12.
  • FIGS. 13a to 13c show the production of a structured porous glass layer 3.
  • a mask 6 for example in the form of a photoresist, is applied by a method known to a person skilled in the art and patterned photolithographically.
  • the structuring corresponds to the negative image of the structure to be generated.
  • a porous glass layer 3 is deposited on the structured side of the substrate 2.
  • a glass layer 3 is deposited directly on the substrate 2.
  • the porous glass layer 3 may be applied, for example, by electron beam evaporation or plasma ion beam assisted electron beam evaporation.
  • located on the mask 6 areas of the deposited glass layer 3 are removed by means of lift-off.
  • the photoresist is removed, for example, in acetone.
  • the deposited glass layer 3 in the areas of the recesses of the mask forms the desired positive structure on the substrate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer porösen Glasschicht. Es wird vorgeschlagen, eine poröse Glasschicht mittels eines PVD-Verfahrens aufzubringen. Porositätsgrad und mittlere Porengröße können über die Prozessparameter wie Druck und Abscheiderate sowie durch gezieltes Zusetzen von Fremdstoffen variiert werden.

Description

Verfahren zum Aufbringen einer porösen Glasschicht
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer porösen Glasschicht sowie ein Verbundmaterial mit einer porösen Glasschicht.
Hintergrund der Erfindung
Die Erzeugung poröser Glasschichten auf einem Substrat ist bekannt. So beschreibt die EP 708 061 (Yazawa et al . ) die
Erzeugung einer porösen Glasschicht durch ein Ätzverfahren.
Bekannte Ätzverfahren zum Erzeugen poröser Glasschichten haben den Nachteil, dass sie sehr aufwendig sind. So sind mehrere Verfahrensschritte zur Erzeugung einer porösen
Glasschicht nötig. Zum anderen kann der Porositätsgrad der Glasschicht nicht beliebig eingestellt werden. Darüber hinaus ist der Porositätsgrad einer geätzten Glasschicht zumeist nicht sehr homogen, in der Regel nimmt die Porosität der Schicht mit zunehmender Tiefe ab. Es lassen sich mit Ätzverfahren auch keine dickeren Schichten herstellen .
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt dem gegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen zumindest einer porösen
BESTATIGUNGSKOPIE Glasschicht bereitzustellen, welches möglichst einfach und kostengünstig ist.
Weiter ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht in einer Anlage Glasschichten mit unterschiedlichen Porositätsgraden bereitzustellen. Es sollen Glasschichten unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Porosität bereitgestellt werden können .
Der Porositätsgrad soll über die gesamte Schichtdicke einstellbar sein, so dass es auch möglich ist, Schichten mit einer im Wesentlichen homogenen Porosität oder einer sich gezielt graduell ändernden Porosität aufzubringen.
Weiter ist Aufgabe der Erfindung, ein Verbundmaterial bereitzustellen, welches nanostrukturiert ist und optisch oder chemisch aktive Eigenschaften aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten sowie durch ein Verbundmaterial gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten vor, wobei ein Substrat und eine
Materialquelle bereitgestellt wird und mittels eines PVD- Verfahrens auf dem Substrat eine Glasschicht mit einem Porositätsgrad von über einem Prozent abgeschieden wird. Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten vor, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen zumindest eines Substrats, Bereitstellen zumindest einer Materialquelle und Abscheiden zumindest einer porösen Glasschicht. In einer Ausführungsform wird die poröse Glasschicht mit einem Porositätsgrad von über einem 1 % abgeschieden. Vorzugsweise wird dabei die poröse Glasschicht mittels eines PVD-Verfahrens, insbesondere mittels Verdampfens, auf dem Substrat abgeschieden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass es mittels eines PVD (Physical Vapor Deposition) -Verfahrens möglich ist, poröse Glasschichten abzuscheiden. Ein solches
PVD-Verfahren lässt sich in einem Prozessschritt durchführen und ist wesentlich weniger aufwendig als herkömmliche Ätzverfahren. Zudem kann beim PVD-Verfahren die Porosität der Glasschicht gezielt gesteuert werden. So ist es möglich, eine Glasschicht mit einer im
Wesentlichen homogenen Porosität aufzubringen, wohingegen bekannte Ätzverfahren zumeist Porositätsgrade haben, die von Substratseite zur Außenseite hin zunehmen.
Die poröse Glasschicht ist bevorzugterweise als
Funktionsschicht ausgebildet. Einschlüsse von Hohlräumen in abgeschiedenen Glasschichten sind nach dem bekannten Stand der Technik nicht erwünscht. Die Erfinder haben dagegen herausgefunden, dass eine Schicht bereit gestellt werden kann, die wegen der Porosität als Funktionsschicht dient, also die Porosität bestimmte Funktionen der Schicht, die im Folgenden näher beschrieben werden, erst ermöglicht.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, gezielt Gradientenschichten, also Schichten mit einem Porositätsgrad, der sich gezielt von außen nach innen ändert, zu erzeugen. Insbesondere ist gemäß der Erfindung vorgesehen, Schichten mit einer hohen Anfangsporosität auf Substratseite und einer geringeren Porosität auf der Außenseite zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für nahezu alle Arten von Substraten, insbesondere können auch KunststoffSubstrate verwendet werden. Mittels eines PVD- Verfahrens ist möglich, auch größere Substrate, wie Fenster, Displays etc. zu beschichten. Dies kann in bevorzugter Weise in Durchlaufanlagen erfolgen.
Als Materialquelle wird ein Glastarget bereitgestellt. Das Glas kann beispielsweise durch Verdampfung, beispielsweise durch Elektronenstrahlverdampfung, oder durch Sputtern in die Gasphase überführt werden und scheidet sich dann auf dem Substrat ab.
Unter anderem über die Abscheiderate und über den Druck in der Anlage kann der Porositätsgrad der sich abscheidenden Schicht gesteuert werden. In der Regel führen dabei höhere Abscheideraten und/oder ein höherer Partialdruck zu höheren Porositäten.
Über die Zusammensetzung des Restgases lassen sich weiter spezielle Eigenschaften der Schicht, wie z.B. Haftfähigkeit auf Kunststoff oder auch Funktionseigenschaften, eingestellt werden.
An sich dem Fachmann bekannte Abscheideverfahren mittels Elektronenstahlverdampfung haben den Vorteil, dass sich die Substrattemperaturen sehr niedrig halten lassen und sich auch Substrate aus einem Polymermaterial beschichten lassen. Die geringe thermische Belastung durch das Verdampfen ermöglicht zudem die Anwendung von photolithographischen Techniken und dabei insbesondere die Anwendung eines wärmeempfindlichen Photolacks oder Photoresists . Somit können dann auch einzelne Schichten aus porösem Glas strukturiert aufgebracht werden. Dies umfasst das einmalige oder mehrmalige Ausführen der nachfolgenden Verfahrensschritte aus Beschichten eines Substrates mit einer photosensitiven Resistschicht , photolithographisches Strukturieren der aufgebrachten Resistschicht, Beschichten des somit vorstrukturierten Substrates mit einer porösen
Glasschicht und Lift-Off der Resistschicht. Darüber hinaus zeichnet sich das Verdampfen, insbesondere das Elektronenstrahlverdampfen, durch eine gegenüber dem Sputtern erhöhte Abscheiderate aus.
Der in Prozent angegebene Porositätsgrad im Sinne dieser Anmeldung ist definiert als Gesamtporosität, also die zahlenmäßige Angabe in Prozent über den Anteil des Porenvolumens am Gesamtvolumen, wobei sowohl die offenen als auch die geschlossenen Poren mit eingehen.
Der Nachweis des integralen Porositätsgrads kann zum Beispiel über die Bestimmung der Schichtdichte erfolgen (z.B. mittels Röntgenreflexionsexperimente mit streifendem Einfall (GIXE) ) , oder ist aus der Massenbelegung der
Schicht (bei der Herstellung über Schwingquarzmessungen erhältlich) und die geometrischen Schichtdicke (optisch bestimmbar) relativ zur Dichte des kompakten Ausgangsmaterials oder eines kompakten Glases mit gleicher chemischer Zusammensetzung wie die Schicht errechenbar.
Die (offenen) Porengrößen können auch mittels Diffusionsexperimenten ermittelt werden, wobei die Schicht Tracermolekülen unterschiedlicher Größe ausgesetzt wird und die Eindiffusion dieser Stoffe in die Schicht unter einer gewissen Größe wird nachgewiesen. Weiter sind Transmissions- oder Rasterelektronenaufnahmen oder Lichtmikroskopaufnahmen an Schichtquerschnitten zur Bestimmung der Porengröße und -Verteilung (offen und geschlossen) möglich.
Der Porositätsgrad kann auch über IR-Spektroskopie durchgeführt werden. IR-Spektroskopie wird im allgemeinen im nah- und mittleren IR-Gebiet (4.000 cm"1 bis 400 cm"1) durchgeführt und kann Aufschluss über die Zusammensetzung und Struktur von ODS geben. Zum Beispiel kann durch den Vergleich der Intensitäten von IR-Absorptionsbanden der relative Anteil von Schichtkonstituenten bestimmt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet der IR-Spektroskopie an ODS ist die Detektion von Verunreinigungen, wie Wasser oder Silanolgruppen, mit ihren charakteristischen Absorptionsbanden bei 3350 cm"1 (-OH) und 3650 cm"1 (Wasserstoffgebundene Silanolgruppen) . Über die Anwesenheit dieser Verunreinigungen können Rückschlüsse auf die Porosität der ODS gezogen werden (Maissei, Glang, "Handbook of Thin Film Technology", McGraw-Hill (1970)).
Es wird vermutet, dass die Porosität unter anderem dadurch zustande kommt, dass insbesondere bei hohen Abscheideraten es zu Stengelwachstum von Glasschichten auf der
Substratoberfläche kommt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Stengeln führen zu einer porösen Struktur der Glasschicht .
Unter Glasschicht im Sinne der Anmeldung wird auch eine teilkristalline Schicht verstanden, also eine Schicht, bei der das abgeschiedene Glas nicht vollständig eine amorphe Struktur hat. In bevorzugter Weise liegt die Abscheiderate beim Aufbringen einer porösen Glasschicht zwischen 0,1 und 10 μm/min) , besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 8 μm/min und besonders bevorzugt zwischen 1 und 4 μm/min.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Abscheideraten von über 0,5 μm/min) die abgeschiedenen Strukturen zunehmend porös werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es so möglich, Glasschichten mit einer Porosität zwischen 1 und 60 %, insbesondere zwischen 5 und 50 % zu erzeugen. Schichten mit derartigen Porositätsgraden eignen sich für eine ganze Reihe von Anwendungszwecken. Eine Schicht mit einem Porositätsgrad von über 60 % hat dagegen den Nachteil, dass die mechanische Stabilität sehr eingeschränkt ist.
In bevorzugter Weise wird eine Substrattemperatur von 12O0C nicht überschritten, es ist sogar möglich Substrattemperaturen von 1000C oder von 8O0C zu nicht zu überschreiten. So lässt sich auch organisches Material, insbesondere OLEDs beschichten.
Dies ist insbesondere möglich, wenn die poröse Glasschicht mittels eines Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahrens abgeschieden wird.
Gemäß der Erfindung werden Schichtdicken mit einer Dicke von 1 nm bis 1000 μm ermöglicht.
Es kann also von der Monolage bis hin zu Schichten im Millimeter-Bereich eine nahezu beliebig dicke poröse Schicht erzeugt werden. Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Materialquelle bereitgestellt, aus der eine Schicht aufwächst, die zumindest ein binäres System ergibt. Es hat sich herausgestellt, dass sowohl die optischen als auch die mechanischen Eigenschaften von solchen zumindest binären Glasschichten wesentlich besser sind. Es wird vermutet, dass solche binären Systeme weniger zum Kristallisieren neigen, so dass teilkristalline Strukturen, die sowohl für die optischen als auch für die mechanischen Eigenschaften des Glases nachteilig sind, im Wesentlichen vermieden werden.
Insbesondere Metalloxyde eignen sich gut zur Ausbildung eines solchen binären Systems.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zumindest zwei verschiedene Materialquellen bereitgestellt. So ist es möglich, eine Mischstruktur zu erzeugen.
Insbesondere ist vorgesehen, durch Bereitstellen zweier Materialquellen, deren jeweilige Abscheiderate variiert werden kann, Schichten mit einer sich graduell ändernden Materialzusammensetzung zu erzeugen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die poröse Glasschicht in einem Prozessschritt abgeschieden. Im Unterschied zu herkömmlichen Ätzverfahren ist es gemäß der Erfindung möglich, in einer Vakuumkammer in einem Verfahrensschritt eine poröse Schicht zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher wesentlich billiger und einfacher als herkömmliche Ätzverfahren.
Das Abscheiden der zumindest einen porösen Glasschicht erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einem Druck von über 10~3 mbar, bevorzugt von 10~2 mbar. P2006/008968
Es hat sich herausgestellt, dass für ein PVD-Verfahren verhältnismäßig hohe Drücke dazu führen, dass sich bevorzugt poröse Schichten abscheiden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die zumindest eine poröse Glasschicht zur gezielten Änderung der optischen oder sonstigen Eigenschaften zumindest abschnittsweise dotiert. Eine Dotierung durch Fremdatome kann beispielsweise durch Co-Verdampfung eines Dotierungsmaterials, insbesondere von 3/5-Elementen wie Aluminium, Arsen, Gallium,
Phosphor oder Antimon erreicht werden. Solche Dotierungen sind besonders in der Elektrotechnik wichtig, wofür mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte poröse Glasschichten unter anderem verwendet werden.
Die poröse Glasschicht hat in bevorzugter Weise einen mittleren Porenquerschnitt zwischen 1 nm und 100 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 μm. Es ist möglich, ein breites Spektrum verschiedener Porenquerschnitte für unterschiedliche Anwendungen bereitzustellen. Der Porenquerschnitt bewegt sich dabei zumeist im Rahmen der Feinporosität. Insbesondere lassen sich, beispielsweise für ionenselektive Membranen auch poröse Glasschichten mit Porenquerschnitten von einem 1 nm bis 10 nm erzeugen.
Gemäß der Erfindung kann die Porosität der Glasschicht, also der Porositätsgrad und der mittlere Porenquerschnitt über die Abscheiderate den Prozessdruck und die Substrattemperatur gesteuert werden. Es hat sich herausgestellt, dass höhere Abscheideraten und höhere Prozessdrücke in der Regel zu einer höheren Porosität führen. Auch niedrigere Temperaturen führen in der Regel zu höheren Porositäten. Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird, insbesondere zur Steuerung des Porositätsgrades, beim Abscheiden Wasserdampf zugesetzt. Es hat sich gezeigt, dass durch das Einbringen von Wasserdampf der Porositätsgrad wesentlich erhöht wird. Es wird vermutet, dass durch chemische Wechselwirkung und sich bildende OH-Gruppen sich beim Abscheiden Klumpen oder Konglomerate bilden, die den Porositätsgrad erhöhen.
Zur Erhöhung des Porositätsgrades kann alternativ ein organischer Stoff, insbesondere Methan, Ethan oder Acetylen zugesetzt werden. Man vermutet, dass durch Einbau organischer Restgruppen Hohlräume entstehen, die einen erhöhten Porositätsgrad zur Folge haben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden während des Abscheidens Nanopartikel, also Teilchen mit einer Abmessung von etwa 1 bis 10 nm mechanisch eingestäubt. Derartige Nanopartikel werden in der sich abscheidenden porösen
Glasschicht eingebaut und führen zu einer Schicht mit einer nanoskalen Strukturierung.
Die poröse Glasschicht bildet bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Membran, also eine poröse Wand zur Trennung von Flüssigkeiten oder Gasen. Insbesondere sind durch gezielte Anpassung des Porositätsgrades und des mittleren Porenquerschnitts semipermeable Membranen herstellbar, mit denen eine Stofftrennung möglich ist.
Dass Herstellen von Membranen kann insbesondere das Ablösen von Schichten, vom Trägersubstrat umfassen, etwa auf mechanischem thermischem oder chemischem Wege. Auch kann das Trägersubstrat aufgelöst oder entfernt werden, etwa durch Wegätzen, insbesondere mittels Ionenstrahl, chemisch oder durch Auflösen des Trägers (beispielsweise eines wasserlöslichen Trägersubstrats in Wasser) .
Als Substrate kommen insbesondere Polymere, insbesondere Polyethylenoxide in Betracht . Aufgrund von Prozesstemperaturen von unter 8O0C ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch derartige Materialien zu beschichten.
Alternativ, insbesondere zur Ausbildung von Elektroden, kann auch ein ein Metall umfassendes Substrat verwendet werden .
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird ein chirales
Trägermaterial verwendet. So wird in einfacher Weise eine chirale Membran erzeugt, die zur Trennung von Enantiomeren verwendet werden kann.
Alternativ oder in Kombination können auch chirale
Verbindungen eingedampft oder eingestäubt werden, um auch der porösen Glasschicht chirale Eigenschaften zu verleihen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird ein katalytisch wirkender Stoff mit abgeschieden. Die poröse Glasschicht bildet so ein katalytisch wirkendes Material, dem die große Oberfläche einer solchen porösen Schicht zugute kommt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auch kristalline Abschnitte abgeschieden werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird Titandioxyd abgeschieden. Eine Titandioxyd umfassende Schicht kann beispielsweise in der Photochemie eingesetzt werden. Insbesondere lässt sich in wäßriger Umgebung bei Bestrahlung mit Licht Sauerstoff und Wasserstoff freisetzen. Eine Titanoxid umfassende Schicht hat eine große Oberfläche und erzeugt effektiv naszierenden Sauerstoff, der weiter oxidierende und antibakterielle Wirkung hat, so dass die Weiterbildung u.a. zur Reinigung und Aufbereitung von Wasser eingesetzt werden kann.
Generell können durch Co-Verdampfen beziehungsweise Einstäuben anderer Materialien Schichten mit verschiedenartigster Zusammensetzung geschaffen werden. Dabei können Farbstoffe, Nanomaterialien oder metallorganische Komplexe zugesetzt werden, wodurch sich Schichten für verschiedenste Einsatzbereiche erzeugen lassen .
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die poröse Glasschicht mit einer Polymerlösung getränkt. Die Hohlräume werden also mit einer Polymerlösung zumindest teilweise ausgefüllt. Die Polymerlösung kann dabei selbst aufgrund ihrer chemischen oder optischen Eigenschaften Teil einer Funktionsschicht oder Träger von Stoffen mit chemischen oder optischen Eigenschaften sein.
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, eine Monomerlösung, also eine Lösung die zumindest ein Monomer umfasst zu verwenden, wobei das oder die Momomere erst in der Schicht auspolymerisiert werden.
Es ist vorgesehen, die poröse Glasschicht mit halbleitendem Material zu verfüllen. Bei Bestrahlung mit Licht werden in dem halbleitenden Material Elektronen herausgelöst, welche an den Phasengrenzen getrennt zu den Elektroden transportiert werden. Ein derartig hergestelltes Substratmaterial lässt sich insbesondere in der Photvoltaik oder Photochemie verwenden. Auch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die poröse Glasschicht zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Material zu füllen. Derartige Schichtsysteme können dann insbesondere in der Elektrotechnik und Elektronik verwendet werden, beispielsweise für Akkumulatoren .
Erfindungsgemäß lassen sich Gradientenschichten mit variierender Porosität abscheiden. Dabei kann eine
Gradientenschicht sowohl mit nach außen zunehmenden als auch abnehmenden Porositätsgrad erzeugt werden.
Es ist aber auch vorgesehen, eine Schicht mit alternierendem Porositätsgrad abzuscheiden. Eine solche Schicht mit alternierendem Porositätsgrad kann gemäß der Erfindung in einem Prozessschritt abgeschieden werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Schicht mit einem elektroluminiszenten Material zu versehen. Derartige elektroluminiszente Materialien lassen sich für die Herstellung von lichtemittierenden Bauteilen verwenden .
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, derartige
Schichten mit einem elektroluminiszenten Material in der Optoelektronik einzusetzen.
Neben der einfachen Herstellbarkeit solcher Schichten ist die thermische Belastbarkeit von Glas ein großer Vorteil .
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird auf die poröse Glasschicht eine Versiegelungsschicht aufgebracht. Eine solche Versiegelungsschicht kann beispielsweise eine Glasschicht mit einer hohen Dichte sein, die ebenfalls mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht beziehungsweise abgeschieden werden kann. Dies kann in besonders einfacher Weise in einem Prozessschritt erfolgen. So ist vorgesehen, die Prozessparameter derart zu verändern, dass am Ende eine dichte Schicht abgeschieden wird. Dies kann insbesondere durch Verringerung der Abscheiderate und/oder Verringerung des Drucks in der Anlage erfolgen. Eine solche Versiegelungsschicht umfasst in bevorzugter Weise ein binäres System und kann zusätzlich unter Ionenstrahlverdichten oder Plasmaeinwirkung abgeschieden werden, was eine weitere Steigerung der Dichte zur Folge hat.
Auch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, eine poröse Glasschicht abzuscheiden, diese mit einer Lösung, insbesondere einer Monomer- oder Polymerlösung zu tränken und gegebenenfalls nach Trocknung bzw. Polymerisierung mit einer dichten Glasschicht zu versiegeln.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein alternatives Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten.
Gemäß diesem Verfahren werden zumindest ein erster Stoff und ein zweiter Stoff bereitgestellt. Aus den beiden Stoffen wird sodann ein Verbundmaterial herstellt.
Beispielsweise kann der erste Stoff ein Glas umfassen welches mit einem Füllstoff als zweitem Stoff zu einem Verbundmaterial geformt wird. Auch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass sich ein Glas erst bei der Herstellung des Verbundmaterials bildet. Insbesondere kann der erste Stoff zunächst in kristalliner Form vorliegen und auf dem Substrat abgeschieden werden, wobei der dort glasartig erstarrt . Der zweite Stoff wird schließlich zumindest teilweise entfernt, so dass eine poröse Glasschicht zurück bleibt.
Der zweite Stoff kann also als Füllstoff angesehen werden und wird durch ein geeignetes Verfahren entfernt, so dass Hohlräume zurückbleiben. Als Ergebnis entsteht eine poröse Glasschicht. Im Sinne der Erfindung werden unter einer Glasschicht auch Schichten verstanden, die neben Glas auch nicht glasartige Stoffe umfassen. Denkbar ist sowohl eine vollständige Entfernung des zweiten Stoffes als auch eine teilweise Entfernung des zweiten Stoffes. Insbesondere ist vorgesehen, den zweiten Stoff nur teilweise zu entfernen, der Art dass zwar Hohlräume entstehen, Reste des zweiten Stoffes aber als Bindemittel einzelner Glaspartikel zurückbleiben.
Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht sowohl das Ausbilden einer porösen Glasschicht auf einem Substrat, wobei der erste und der zweite Stoff beispielsweise abgeschieden werden, als auch das Herstellen einer porösen Schicht als einzelne Schicht, ohne ein Substrat zu verwenden .
Bevorzugterweise wird als erster Stoff ein Glas verwendet. Verwendet kann aber auch ein kristallines Material, welches erst beim Abscheiden auf einem Substrat eine glasartige Struktur bildet.
Um eine Struktur des Verbundmaterials zur erreichen, die die Erzeugung einer porösen Struktur ermöglicht, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der erste und der zumindest zweite Stoff als Stoffgemisch, also beispielsweise als eine Lösung oder eine Dispersion bereitgestellt werden. Während der Herstellung des Verbundmaterials entmischen sich die Stoffe zumindest teilweise durch Phasenseparation. Die Mischung hat eine Struktur, die aufgrund der feinen Verteilung des ersten Stoffes nicht die Ausbildung einer porösen Glasschicht ermöglicht. Während der Herstellung des Verbundmaterials, also beispielsweise beim Abscheiden einer Schicht, entmischen sich die Stoffe der Art, dass eine Struktur mit hinreichend großen Einschlüssen eines Füllstoffes entsteht. Der Füllstoff wird sodann entfernt und eine poröse Glasschicht bleibt zurück. Im Sinne der Erfindung könnte also auch das Verbundmaterial noch als Mischung bezeichnet werden, die Einschlüsse des zweiten
Stoffes im ersten Stoff nehmen im Mittel nur mehr Volumen ein, so dass die Herstellung einer Schicht mit einem messbaren Porositätsgrad möglich wird.
Alternativ oder in Kombination ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Stoffe erst nach der Herstellung des Verbundmaterials zumindest teilweise entmischt werden. Dies erfolgt insbesondere durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere durch Einwirkung von Licht oder durch Einwirkung von elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere durch Einwirkung von Ionen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass über die Dauer der Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung der Grad der Entmischung und damit die Porengröße beeinflusst werden kann. Alternativ oder in Kombination kann die Entmischung auch durch Erwärmung erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zumindest einer der Stoffe als Granulat bereitgestellt. Über die Korngröße und Korngrößenverteilung kann der
Porositätsgrad und die Porositätsverteilung der porösen Glasschicht eingestellt werden. Gemäß der Erfindung ist sowohl vorgesehen, den Füllstoff oder ein Glas als Granulat bereitzustellen, als auch Füllstoff und Glas als Granulat bereitzustellen. Über ein Granulat lassen sich poröse Glasschichten mit verhältnismäßig großen Poren erzeugen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Herstellen des Verbundmaterials das Pressen eines Granulats. Diese Vorgehensweise eignet sich insbesondere, wenn ein Glasgranulat bereitgestellt wird und der Füllstoff zugleich als Kleber der einzelnen Glaskörner dienen soll. Durch dass Pressen entsteht an den
Berührungspunkten der einzelnen Glaskörner eine feste Verbindung und beim Entfernen des Füllstoffes verbleiben die Reste des Füllstoffes bevorzugt an diesen Berührungspunkten .
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Herstellung des Verbundmaterials zumindest ein Glasgranulat gesintert. Insbesondere ist vorgesehen, eine Mischung aus einen Glasgranulat und einem Salz einem Sinterprozess zu unterwerfen. Der Sinterprozess wird dabei bevorzugt so gesteuert, dass sich im Wesentlichen die Glaskörner an ihren Berührungspunkten miteinander verbinden. Das Salz kann dann leicht herausgelöst werden und es bleibt eine poröse Glasschicht zurück.
Als Salz sind besonders Kochsalzkristalle vorgesehen, die sich leicht mit Wasser als Lösungsmittel auflösen lassen.
Die Größe der Salzkristalle wird der gewünschten Porengröße oder der gewünschten Porengrößenverteilung angepasst.
Alternativ zum Auflösen des zweiten Stoffes, also des Füllstoffes wird der zweite Stoff in einem Ätzbad zumindest teilweise weggeätzt. Durch Ätzverfahren lassen sich auch Mischungen aus zwei verschiedenen Gläsern verwenden, wenn ein Ätzmittel verwendet wird, welches im Wesentlichen nur auf eine Komponente wirkt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verbundmaterial, welches eine abgeschiedene Glasschicht mit einem Porositätsgrad von über 1 % oder eine mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Schicht umfasst. Ein derartiges Verbundmaterial zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus und ist insbesondere mittels eines der erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich einfacher herzustellen als herkömmliche Verbundmaterialien mit einer porösen Schicht.
Die Erfindung beinhaltet weiterhin ein Verbundmaterial, welches zumindest eine abgeschiedene poröse Glasschicht umfasst. In einer Ausführungsform weist die abgeschiedene poröse Glasschicht einen Porositätsgrad von über 1 % auf. Vorzugsweise ist die poröse Glasschicht mittels eines PVD- Verfahrens, insbesondere mittels Verdampfens, abgeschieden.
Die erfindungsgemäßen Verbundsubstrate sind herstellbar, insbesondere hergestellt, mit einem Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten oder mit einem Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten oder mit einem Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten.
Gemäß der Erfindung kann das Verbundmaterial sowohl eine einzelne poröse Glasschicht umfassen, als auch ein Substrat, welches mit einer erfindungsgemäßen porösen
Glasschicht belegt ist. Unter Verbundmaterial wird also jedes Material verstanden, welches zumindest zwei Funktionskomponenten umfasst. Ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial kann für eine, ganze Reihe von Anwendungen verwendet werden.
Mittels der Erfindung können Membranen bereit gestellt werden. Dabei wird bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die poröse Schicht auf einem Trägersubstrat abgeschieden, dass Trägersubstrat wird sodann ausgedünnt und zumindest teilweise entfernt. Zum Ausdünnen eignen sich sowohl chemische als auch mechanische Verfahren. So kann ein Substrat verwendet werden, welches aufgelöst oder weggeätzt werden kann.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann auf ein Substrat verzichtet werden, so dass sich dessen Entfernung erübrigt.
Beispielsweise ist gemäß der Erfindung vorgesehen, das Verbundmaterial in der Elektrochemie zu verwenden. Dabei zeichnet sich das Material durch eine hohe Korrosionsresistenz auch bei höheren Temperaturen sowie durch eine mechanische Robustheit aus. Eine poröse Glasschicht hat gute Benetzungseigenschaften, insbesondere bei wasserlöslichen Verbindungen.
Abgeschieden auf einem polymeren Trägermaterial oder einem Metallsubstrat kann eine Membran, die aus einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial gebildet wird, in Brennstoffzellen eingesetzt werden.
Eine solche Membran mit einer Glasschicht hat im Gegensatz zu herkömmlichen Polymer-Membranen den Vorteil, dass sie wesentlich weniger einem Alterungsprozess unterliegt.
Über eine gezielte Einstellung der Porosität können ionenselektive Membranen erzeugt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, eine ionenselektive Membran für Akkumulatoren, insbesondere für Litiumionenzellen zu verwenden. Das Transportmedium umfasst dabei ein Polymer, insbesondere ein Polyethylenoxid. Durch geringe mögliche Schichtdicken lassen sich extrem flache Akku-Zellen herstellen .
Aber auch für eine ganze Reihe anderer Anwendungen werden ionenselektive Elektroden benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, dass der Porositätsgrad sich nahezu beliebig einstellen lässt.
Auch für Katalysatoren ist das erfindungsgemäße Verbundmaterial vorgesehen. So lassen sich beispielsweise durch Co-Verdampfung von katalytischen Stoffen Membranen erzeugen, welche katalytisch aktiv sind.
Dabei kann auch ein Mehrschichtsystem zum Einsatz kommen, in dessen Schichten verschiedene Reaktionsmaterialien bereitgestellt sind. Die durch die Poren resultierende
Trennung der Orte einer katalytischen Reaktion führt dazu, dass unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterbunden werden können.
Die erfindungsgemäßen Aufdampfglasschichten können des Weiteren zur Stofftrennung verwendet werden. So ist vorgesehen, derartige Schichten als molekulares Sieb beziehungsweise molekularen Filter zu verwenden. Es ist möglich, die Porengröße auf einen sehr engen Bereich einzustellen. So lassen sich einzelne Moleküle, Ionen etc. selektiv entfernen. Es ist von Vorteil, dass auch stark korrosiv oder chemisch aggressiv wirkende Stoffe sich mit einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial leicht trennen lassen. Durch Einbringen von chiralen Stoffen in das Substrat oder in die poröse Glasschicht lassen sich chirale Membranen zur Trennung von Enantiomeren erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein chiraler Stoff in die poröse Schicht eingebracht werden, etwa durch Einstäuben von chiralem Material.
Auch zur Trennung von Gasen, insbesondere im Bereich Osmose und Umkehr-Osmose lässt sich das erfindungsgemäße
Verbundmaterial verwenden. Durch die hohe mechanische Stabilität können solche Prozesse bei höheren Drücken gefahren werden als bei herkömmlichen rein polymeren Materialien .
Auch im medizinischen Bereich lässt sich das erfindungsgemäße Verbundmaterial verwenden. Es besitzt eine hohe Biokompatibilität, wird von Körperzellen nicht angegriffen und kann daher sowohl für medizinische Anwendungen in als auch außerhalb des Körpers verwendet werden. Insbesondere ist die Verwendung eines derartigen Materials zur Dialyse vorgesehen. Auch ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Verbundmaterial bei der Herstellung von Implantaten zu verwenden. Die Schicht aus porösem Glas kann dabei beispielsweise als Trägermaterial, in welchem biologische Strukturen wachsen können, verwendet werden.
Weiter ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Verbundmaterial in der Optoelektronik zu verwenden. Es lassen sich dünne Schichten erzeugen, die wellenlängenselektiv sind, das heißt nur bestimmte Wellenlängen beeinflussen, z.B. durch Streuung oder Interferenzeffekte. Über Prozessparameter sowie durch Dotierung und Co- Verdampfen von anderen Materialien lassen sich Schichten mit verschiedenartigsten optischen Eigenschaften erzeugen und es sind auf einfache Weise beispielsweise optische Filter, Spiegelschalter und Cavities herstellbar. Auch für die optische Datenspeicherung können derartige Schichten verwendet werden.
Poröses Aufdampfglas ermöglicht insbesondere ein einfaches Verfahren zum Herstellen von photonischen Kristallen oder eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundsubstrats in photonischen Anwendungen. Photonische Anwendungen umfassen beispielsweise optische Schalter oder optische Filter.
Optische Schalter stellen eine Komponente in optischen Netzen dar, die beispielsweise Lichtsignale zwischen verschiedenen Lichtwellenleitern schalten, ohne die Signale vorher in elektrische Signale umwandeln zu müssen.
Photonische Kristalle zeichnen sich insbesondere durch einen räumlich periodisch variierenden Brechungsindex aus. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können reproduzierbar die periodischen Eigenschaften eines solchen photonischen Kristalls erzielt werden. Dabei können die Eigenschaften der photonischen Kristalle insbesondere durch die Größe der Poren gesteuert werden. Weiterhin können die Poren mit ausgewählten Materialien befüllt werden. Mögliche Materialien hierbei können ferroelektrische, ferromagnetische und/oder polymerische Materialien sein. Dabei können die Eigenschaften der photonischen Kristalle durch die Größe der Poren und/oder die Materialien zur Porenfüllung gesteuert werden. Über externe elektrische, magnetische und/oder optische Felder kann dann das Verhalten des Struktur gesteuert werden. Durch die Aufdampftechnik kann das Glas mit den vorstehend genannten Materialien als Partner, vorzugsweise strukturiert, abgeschieden werden, um den gewünschten optischen Effekt zu erzielen. Weitere Beispiele für die vorstehend genannten Partner umfassen wellenlängenabhängige Nanopartikel oder Farbstoffe. Ein Vorteil dabei ist die einfache Prozessführung durch die Möglichkeit der gleichzeitigen Co-Verdampfung der Partner und ein Steuern der Porengröße.
Die erfindungsgemäßen porösen Glasschichten sind gemäß der Erfindung insbesondere auch als Interferenz- und Entspieglungsschichten vorgesehen. Eine poröse Glasschicht hat einen geringeren Brechwert wie eine kompakte
Glasschicht. Bevorzugterweise beträgt bei senkrechtem Lichteinfall die Dicke der Schicht in etwa H der zu entspiegelnden Wellenlänge, bei schrägem Einfall sind dickere Schichten anzusetzen.
Mittels entsprechender Maskierungstechnik können ebenfalls Linsen, DOEs oder Fresnel-Linsen aus unterschiedlich dichtem Material hergestellt werden.
Durch Einbetten von Farbstoffen, Nanomaterialien oder Halbleitern ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials z.B. als Matrix auch in der Photovoltaik, Elektrolumineszenz, Photolumineszenz oder Photochemie vorgesehen.
Gemäß der Erfindung können die zur Erzeugung einer photochemisch oder elektrochemisch aktiven Schicht erforderlichen Stoffe in einem Schritt Co-verdampft werden und in und über die poröse Glasschicht verteilt abgeschieden werden. Die so gebildeten Schichten haben eine sehr hohe Oberfläche. Über photochemische Reduktions- oder Oxydationsprozesse lassen sich beispielsweise frei werdende Gase durch eine poröse Glasschicht gezielt heraus filtern.
Auch in der Elektrotechnik ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials, insbesondere mit einem Metallsubstrat vorgesehen.
Dabei kommt der porösen Glasschicht insbesondere zugute, dass Glas eine hohe Durchschlagsfestigkeit aufweist.
Die Erfindung betrifft daher auch eine ionenselektive Elektrode, einen Akkumulator, ein Katalysatormaterial, einen Filter, ein Trägermaterial für biologische Strukturen, ein Implantat für menschliche oder tierische Organismen, einen optischen Datenspeicher, ein optoelektronisches Bauteil, ein elektrotechnisches Bauteil und einen Kondensator, jeweils umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Verbundmaterial .
Weiter betrifft die Erfindung eine Anti-Beschlag-Schicht oder Anti-Frost-Schicht. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hydrophile Schichten bilden lassen, durch die sich eine Kondensation von Wasser oder eine Eisbildung auf einer Oberfläche zumindest für einen begrenzten Zeitraum verhindern lässt. Das Wasser wird dabei von der porösen Schicht aufgenommen und wird, nachdem sich das Trägersubstrat auf die Umgebungstemperatur erwärmt hat oder sich die sich die Temperaturen von Oberfläche und Umgebung angepasst haben, abgegeben. Eine derartige Anti-Beschlag- Schicht oder Anti-Frost-Schicht eignet sich insbesondere wegen ihrer Temperaturbeständigkeit für eine ganze Reihe von Anwendung, wie beispielsweise Fahrzeugscheiben, Sehhilfen oder Kühlgeräte. Die Anti-Beschlag- oder Anti-Frost-Wirkung der Schicht kann durch Nanopartikel, insbesondere durch eingestäubte Siliziumnanopartikel verbessert werden.
Weiter kann die hydrophile Eigenschaft durch organische Polymere, inbesondere ein Polyurethan oder ein Polyvinylalkohol verbessert werden. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird dabei eine poröse Glasschicht mit einem organischen Polymer getränkt. Sodann wird das Polymer ablaufen gelassen, so dass die Poren zumindest teilweise wieder offen sind, aber mit dem Polymer benetzt sind. Das Polymer wird dann ausgehärtet. Hierzu kann bei Anwendung eines Trockungsverfahrens eine Polymerlösung verwendet werden. Alternativ wird das Polymer durch eine Polymerisation ausgehärtet, die beispielsweise durch Bestrahlung mit UV-Licht erzeugt werden kann. So entsteht eine poröse Glasschicht, die einen Polymerüberzug aufweist .
Weitere Verwendungen von porösen Glasschichten sind in den DE 3222675, EP 310911, DE 3733636, EP 389896, DE 3909341, DE 3909341, DE 4005366, DE 4111879, EP 508343 und WO 05042798 beschrieben, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit inkorporiert wird.
Es versteht sich, dass die jeweiligen Bauteile auch das Substrat des Verbundmaterials bilden können und somit Teil eines solchen Verbundmaterials sein können.
Allgemeine Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 12 näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials .
Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials .
Fig. 3 zeigt schematisch eine PVD-Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 4 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Datenspeicher .
Fig. 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektrode.
Fig. 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Implantat .
Fig. 7 zeigt schematisch ein Flussbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 8 und 9 zeigt schematisch die Herstellung einer porösen Glasschicht mittels Phasenseparation.
Fig. 10 bis 12 zeigen schematisch die Schritte zur Herstellung einer porösen Glasschicht mit einem weiteren alternativen Verfahren.
Fig. 13. a bis 13. c zeigen schematisch die Herstellung einer beispielhaft strukturierten porösen Glasschicht. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials 1. Das Verbundmaterial 1 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel ein Substrat 2, hier ausgestaltet als KunststoffSubstrat . Auf der Oberseite des Substrats 2 ist mittels eines PVD-Verfahrens eine poröse Glasschicht 3 abgeschieden. Die poröse Glasschicht 3 hat bei diesem Ausführungsbeispiel eine Dicke zwischen 100 und 600 nm. Das Verbundmaterial 1 eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials 1. Das Verbundmaterial 1 umfasst ein Substrat 2 aus einem
Polymerwerkstoff. Auf das Substrats wurde mittels eines Elektronenstrahlverdampfungsverfahrens eine 100 bis 500 nm dicke poröse Glasschicht 3 mit einem Porositätsgrad zwischen 10 und 30 % abgeschieden. Die poröse Glasschicht 3 wurde sodann mit einer Versiegelungsschicht 4 versiegelt. Die Versiegelungsschicht wurde bei diesem Ausführungsbeispiel mit derselben Materialquelle (nicht dargestellt) aufgebracht wie die poröse Glasschicht 3. Um eine dichte Versiegelungsschicht 4 zu schaffen, wurde dazu die Abscheiderate der Anlage (nicht dargestellt) heruntergefahren und der Druck in der Anlage um etwa Faktor 10 verringert. Zusätzlich wurde die Versiegelungsschicht 4 mittels eines Ionenstrahl-Verdichtungsverfahren weiter verdichtet. Die Versiegelungsschicht 4 konnte so in einem Prozessschritt abgeschieden werden, hat aber keinen messbaren Porositätsgrad.
Anstelle des Ionenstrahls könnten die Schichten auch unter Plasmaeinwirkung und/oder plasmaunterstützt abgeschieden werden. So kann eine verdichtete Schicht abgeschieden werden, die nur eine äußerst geringe oder keine messbare Porosität aufweist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine PVD-Anlage 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und geeignet zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials. In der PVD-Anlage 10 wird das Substrat 2, welches in einem Substrathalter 17 angeordnet werden kann, mittels eines Elektronenstrahlverfahrens beschichtet.
Dazu ist in der Anlage 10 eine Elektronenquelle 11 angeordnet. Über einen Umlenkmagneten 12 wird der von der Elektronenquelle 11 ausgehende Elektronenstrahl auf ein scheibenförmiges Target 13 gerichtet. Das Target 13 ist bei dieser Ausführung zur Erreichung einer möglichst gleichmäßigen Abscheiderate um Rotationsachse 14 drehbar.
Als Target 13 beziehungsweise Materialquelle ist hier einen Scheibe aus niedrigschmelzendem Borosilikatglas vorgesehen, welches bei diesem Ausführungsbeispiel noch ein Metalloxyd umfasst und so im abgeschiedenen Zustand auf dem Substrat 2 ein binäres System bildet.
Durch den Elektrodenstrahl wird das Target 13 verdampft und scheidet sich auf dem Substrat 2 ab. Zum Ablenken von
Sekundärionen sind zwischen dem Substrat 2 und dem Target 13 noch zwei Elektroden 15 angeordnet, an denen eine Spannung anlegbar und ein elektrisches Feld erzeugbar ist. Die Richtung des Feldes ist mit einem Pfeil 16 markiert.
Die Anlage wird über eine Pumpe 18 evakuiert. Über ein Regelventil 19 kann der Anlagendruck geregelt werden. Mittels der Pumpe 18 und des Regelventils 19 kann schon die Porosität der auf dem Substrat 2 abgeschiedenen Schicht gesteuert werden.
Zur weiteren Beeinflussung ist in der PVD-Anlage 10 noch eine Zuführung für Wasserdampf 23 vorgesehen. Die Zuführung des Wasserdampfes kann ebenfalls über ein Regelventil 22 kontrolliert werden. Alternativ oder zusätzlich können auch organischen Gase zugeführt werden.
Beim Abscheiden führt der zugeführte Wasserdampf dazu, dass sich ein wesentlich höherer Porositätsgrad ergibt.
Weiter umfasst die Anlage 10 eine Zuführung für Feststoffpartikel 21, welche ebenfalls über ein Regelventil 20 regelbar ist.
Die Feststoffpartikel können in einem Fluidstrom, beispielsweise einer Argon-Atmosphäre über das Ventil zugeführt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Nanopartikel handeln, die auf dem Substrat 2 eine nanostrukturierte Schicht entstehen lassen.
Alternativ können optisch aktive Substanzen zugeführt werden, durch die eine optische Funktionsschicht auf dem Substrat abgeschieden wird.
Als besonders geeignet als Aufdampfglas für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten haben sich Gläser erwiesen, die folgende Zusammensetzungsbereiche in Gewichtsprozent aufweisen :
Komponenten Glasbereichl Glasbereich2 SiO2 75 - 85 65 - 75 3
B2O3 10 - 15 20 - 30
Na2O 1 -5 0,1 - 1
Li2O 0,1 - 1 0,1 - 1
K2O 0,1 - 1 0,5 - 5
Al2O3 1 - 5 0,5 - 5
Bevorzugte Aufdampfgläser aus diesen Gruppen sind Gläser mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
Komponenten Glasl Glas2
SiO2 84,1 % 71%
B2O3 11,0 % 26%
%Na2O «2,0 % 0,5%
Li2O «0,3 % 0,5%
K2O «0,3 % 1,0%
Al2O3 «2,6 % 1,0%
Es sei darauf hingewiesen, dass die genannten Zusammensetzungen sich nicht auf die abgeschiedenen Schichten beziehen, die Zusammensetzung ändert sich vielmehr beim Aufdampfen.
Die bevorzugt verwendeten Gläser besitzen insbesondere die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Eigenschaften:
Als besonders geeignet zum Aufdampfen poröser Glasschichten hat sich das Aufdampfglas Typ 8329 der Firma Schott erwiesen, welches folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:
SiO2 84 ,1 %
B2O3 11 ,0 %
Na2O » 2, 0 % 1
K2O * 0, 3 % 2,3 % 'in der Schicht 3,3 %)
Li2O « 0,3 % J
Al2O3 * 2,6 (in der Schicht => 0,5 %,
Der elektrische Widerstand des Ausgangsmaterials beträgt ungefähr 1010 Ω/cm (bei 1000C),
Dieses Glas weist in reiner Form ferner einen Brechungsindex von etwa 1,470 auf.
Die Dielektrizitätskonstante ε liegt bei etwa 4,8 (bei 25°C, IMHz), tgδ beträgt etwa 45 x 10"4 (bei 25°C, 1 MHz). Durch den Aufdampfprozeß und die unterschiedliche Flüchtigkeit der Komponenten dieses Systems ergeben sich leicht unterschiedliche Stöchiometrien zwischen dem Targetmaterial und der aufgedampften Schicht. Die Abweichungen in der aufgedampften Schicht sind in Klammern angegeben.
Fig. 4 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Datenspeicher 30. Es handelt sich dabei um ein Substrat, welches mit einer porösen Glasschicht mit optischen Eigenschaften beschichtet ist. Dargestellt ist hier ein Plattenspeicher, dessen nähere Strukturierung nicht dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektrode 40. Die Elektrode umfasst ein Metallsubstrat 41, welches auf der Elektrodenplatte mit einer porösen Glasschicht beschichtet ist. Eine solche Elektrode 40 kann beispielsweise für einen Hochleistungskondensator (nicht dargestellt) verwendet werden.
Fig. 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Implantat 50. Das Implantat 50 ist hier ein Knochenimplantat, welches mit einer porösen Glasschicht beschichtet ist. Die poröse Glasschicht 50 erhöht die mechanische Stabilität der Oberfläche und dient gleichzeitig als Trägersubstrat für körpereigenes Material. So wächst ein solches Implantat besser im Körper an und die poröse Glasschicht hat eine hohe Bioresistenz.
Fig. 7 zeigt schematisch ein Flussbild 60 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß des Verfahrens wird ein Substrat bereitgestellt 61. Dann wird eine Materialquelle bereitgestellt 62. Das Substrat wird mit einer porösen
Glasschicht bedampft 63 und es werden parallel Nanopartikel eingestäubt 64. So entsteht ein Substrat mit einer nanostrukturierten Oberfläche, sodann wird das Substrat mittels eines Beschichtungsverfahrens aus der Flüssigphase, z.B. Spin-Coating, Dip-Coating-Verfahren oder eines Druckverfahrens, wie z.B. Ink-Jet Printing oder Siebdruck, getränkt 65. Es können beispielsweise optisch aktive Materialien mittels eines Spin-Coating-Verfahrens in das Substrat eingebracht werden. Die Lösung zum Spin-Coaten kann ein Polymer und ein Lösungsmittel umfassen und so durch Abdampfen des Lösungsmittels eine feste Verbindung mit der porösen Glasschicht eingehen.
Fig. 8 und 9 zeigen schematisch die Herstellung einer porösen Glasschicht mittels Phasenseparation. Wie in Fig. 8 dargestellt, wird ein Verbundmaterial 1 bereit gestellt, welches ein Substrat 2 und eine Zweikomponentenschicht 5 umfasst. Die Zweikomponentenschicht 5 umfasst eine Mischung aus zwei verschiedenen Stoffen.
Wie in Fig. 9 dargestellt, wurde das Verbundmaterial 1 einer UV-Bestrahlung ausgesetzt. Durch die Bestrahlung haben sich die beiden Stoffe teilweise entmischt. Nach Entfernung einer Komponente ist eine poröse Glasschicht 3 zurück geblieben.
Anhand der Figuren Fig. 10 bis 12 wird schematisch eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer porösen Glasschicht gezeigt.
Fig. 10 zeigt eine Zweikomponentenschicht 5, die aus einem Glasgranulat und einem Salzgranulat gepresst ist. Die Salzkörner sind als schwarze Partikel dargestellt.
Fig. 11 zeigt die Zweikomponentenschicht 5, nach dem sie einem Sinterprozess unterzogen wurde. Die einzelnen Glas- und Salzpartikel sind an ihren Grenzflächen miteinander verschmolzen. Anschließend wird das Salz in Wasser herausgelöst, so dass eine poröse Glasschicht zurück bleibt, wie in Fig. 12 schematisch dargestellt ist. Die Figuren 13. a bis 13. c zeigen die Herstellung einer strukturierten porösen Glasschicht 3. Auf die zu strukturierende Seite des Substrats 2 wird eine Maske 6, beispielsweise in Form eines Photoresists, mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht und photolithografisch strukturiert. Die Strukturierung entspricht dabei dem Negativbild der zu erzeugenden Struktur. Es wird eine poröse Glasschicht 3 auf der strukturierten Seite des Substrats 2 abgeschieden. Innerhalb der Aussparungen der Maske 6 wird eine Glasschicht 3 unmittelbar auf dem Substrat 2 abgeschieden. Die poröse Glasschicht 3 kann zum Beispiel mittels Elektronenstrahlverdampfung oder Plasma-Ionenstrahl- unterstützter Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht werden. Nachfolgend werden die auf der Maske 6 befindlichen Bereiche der abgeschiedenen Glasschicht 3 mittels Lift-Off entfernt. Hierzu wird der Photoresist zum Beispiel in Aceton abgelöst. Die abgeschiedene Glasschicht 3 in den Bereichen der Aussparungen der Maske bildet die gewünschte positive Struktur auf dem Substrat.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass jede Kombination von Merkmalen, die der Fachmann für sinnvoll halten würde, Gegenstand der Erfindung ist.
Bezugzeichenliste:
1 Verbundmaterial
2 Substrat
3 poröse Glasschicht
4 Versiegelungsschicht
5 Zweikomponentenschicht
6 Maske
10 PVD-Anlage
11 Elektronenquelle
12 Umlenkmagnet
13 Target
14 Rotationsachse
15 Elektrode
16 Pfeil
17 Substrathalter
18 Pumpe
19 Regelventil
20 Regelventil
21 Zuführung Feststoffpartikel
22 Regelventil
23 Zuführung Wasserdampf 30 optischer Datenspeicher
40 Elektrode
41 Metallsubstrat
42 Elektrodenplatte 50 Implantat
60 Flussdiagramm
61 Substrat bereitstellen
62 Materialquelle bereitstellen
63 Substrat bedampfen
64 Nanopartikel einstäuben
65 Material spin-coaten

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten umfassend die Schritte
- Bereitstellen zumindest eines Substrats,
- Bereitstellen zumindest einer Materialquelle,
- Abscheiden zumindest einer Glasschicht mit einem
Porositätsgrad von über einem 1 % mittels eines PVD- Verfahrens auf dem Substrat .
2. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheiderate zwischen 0,1 und 10 μm/min, bevorzugt zwischen 0,5 und 8 μm/min und besonders bevorzugt zwischen 1 und 4 μm/min liegt.
3. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porositätsgrad der zumindest einen porösen Glasschicht zwischen 1 % und 60 %, bevorzugt zwischen 5 % und 50 % liegt.
4. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrattemperatur von 120 0C, bevorzugt von 100 0C, besonders bevorzugt 80 0C nicht überschritten wird.
5. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest teilweise mittels Elektronenstrahlverdampfung abgeschieden wird.
6. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht mit einer Dicke zwischen 1 nm und 1000 μm abgeschieden wird.
7. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Materialquelle bereitgestellt wird, die eine Schicht ergibt, die zumindest ein binäres System umfasst .
8. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialquelle bereitgestellt wird, die ein Metalloxid abscheidet.
9. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei verschiedene Materialquellen bereitgestellt werden.
10. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht in einem Prozessschritt abgeschieden wird.
11. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine poröse Glasschicht bei einem Druck über 10"3 mbar, bevorzugt über 10"2 mbar abgeschieden wird.
12. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine poröse Glasschicht zumindest abschnittsweise dotiert wird.
13. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine poröse Glasschicht mit einem mittleren Porenquerschnitt zwischen 1 nm und 100 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 μm abgeschieden wird. [Anmerkung siehe Text]
14. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Glasschicht über die Abscheiderate gesteuert wird.
15. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der zumindest einen Glasschicht über die Substrattemperatur und/oder Prozesstemperatur gesteuert wird.
16. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der zumindest einen Glasschicht über den Prozessdruck gesteuert wird.
17. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abscheiden der porösen Glasschicht Wasserdampf zugesetzt wird.
18. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abscheiden zumindest ein flüchtiger organischer oder anorganischer Stoff, insbesondere Methan, Ethan und/oder Acetylen zugesetzt wird.
19. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abscheidens der zumindest einen porösen Glasschicht Nanopartikel, zugesetzt, insbesondere mechanisch eingestäubt werden.
20. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine poröse Glasschicht eine Membran bildet.
21. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Ablösen von Schichten vom Substrat und/oder das Entfernen, Auflösen oder Dünnen des Substrats umfasst.
22. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein Polymer, insbesondere ein Polyethylenoxid bereitgestellt wird.
23. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest ein Metall umfassendes Substrat bereitgestellt wird.
24. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein chirales Trägermaterial bereitgestellt wird und/oder oder zumindest ein chiraler Stoff in die poröse Schicht eingebracht wird.
25. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest ein katalytisch wirkender Stoff mit abgeschieden wird.
26. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kristalline Abschnitte abgeschieden werden.
27. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass TiO2 abgeschieden wird.
28. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mit einer Polymerlösung getränkt wird.
29. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens aus der Flüssigphase oder eines Druckverfahrens mit zumindest einem Stoff getränkt wird.
30. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest teilweise mit einem halbleitenden Material verfüllt wird.
31. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Material verfüllt wird.
32. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gradientenschicht mit variierter Porosität abgeschieden wird.
33. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrolumineszentes Material, insbesondere ein organisches elektroluminenzentes Material, insbesondere ein Material welches Silizium, Gallium, Arsen und/oder Phosphor umfasst, abgeschieden wird.
34. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zumindest eine poröse Glasschicht eine Versiegelungsschicht aufgebracht wird.
35. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht wird.
36. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass als Versiegelungsschicht eine Glasschicht in einem Prozessschritt abgeschieden wird.
37. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein binäres System umfasst.
38. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelungsschicht unter lonenstrahlverdichten abgeschieden wird.
39. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelungsschicht unter Plasmaeinwirkung und/oder plasmaunterstützt abgeschieden wird.
40. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialquelle ein Glas bereit gestellt wird, welches zumindest einen folgender Stoffe oder ein Gemisch mit mehreren oder allen folgenden Stoffen in Gewichtsprozent umfasst: SiO2 65 - 85 B2O3 10 - 30 Alkalioxyd 0,1 - 7 Al2O3 0,5 - 5
41. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialquelle ein Glas bereit gestellt wird, welches zumindest einen folgender Stoffe oder ein Gemisch mit mehreren oder allen folgenden Stoffen in Gewichtsprozent umfasst: SiO2 75 - 85 B2O3 10 - 15 Na2O 1 - 5 Li2O 0,1 - 1 Al2O3 1 - 5
42. Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialquelle ein Glas bereit gestellt wird, welches zumindest einen folgender Stoffe oder ein Gemisch mit mehreren oder allen folgenden Stoffen in Gewichtsprozent umfasst: SiO2 65 - 75 B2O3 20 - 30 Na2O 0,1 - 1 Li2O 0,1 - 1 K2O 0,5 - 5 Al2O3 0,5 - 5
43. Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten umfassend die Schritte
- Bereitstellen zumindest eines Substrats,
- Bereitstellen zumindest einer Materialquelle,
- Abscheiden zumindest einer porösen Glasschicht.
44. Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mit einem Porositätsgrad von über einem 1 % abgeschieden wird.
45. Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mittels eines PVD-Verfahrens auf dem Substrat abgeschieden wird.
46. Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mittels Verdampfens auf dem Substrat abgeschieden wird.
47. Verfahren zum Aufbringen von Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend ein Merkmal oder mehrere Merkmale der der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 42.
48. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Stoffes, - Bereitstellen zumindest eines zweiten Stoffes,
- Herstellen eines Verbundmaterials aus dem ersten und zumindest zweiten Stoff, wobei das Verbundmaterial ein Glas umfasst
- Entfernen des zweiten Stoffes zumindest teilweise, so dass eine poröse Glasschicht zurück bleibt.
49. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoff ein Glas ist.
50. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest zweite Stoff als Stoffgemisch bereitgestellt werden und sich die Stoffe während der Herstellung des Verbundmaterials zumindest teilweise durch Phasenseparation entmischen.
51. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 48 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest zweite Stoff als
Stoffgemisch bereit gestellt werden und die Stoffe nach der Herstellung des Verbundmaterials zumindest teilweise entmischt werden.
52. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe durch Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere durch Einwirkung von Licht und/oder durch Einwirkung von elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere durch Einwirkung von Ionen und/oder durch Einwirkung von Wärme entmischt werden.
53. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Stoffe als Granulat bereitgestellt wird.
54. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Verbundmaterials das Pressen eines Granulats umfasst.
55. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichen nach einem der Ansprüche 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Verbundmaterials den Schritt des Sinterns eines Glasgranulats umfasst.
56. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material einen löslichen Stoff, insbesondere ein Salz umfasst oder aus einem löslichen Stoff besteht.
57. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material Kristalle oder Molekülaggregate, insbesondere Salzkristalle, insbesondere NaCl-Kristalle umfasst .
58. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das die Größe der Kristalle oder der Molekülaggregate der gewünschten Porengröße oder der gewünschten Porengrößenverteilung angepasst wird.
59. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stoff durch Auflösen in einem Lösungsmittel zumindest teilweise entfernt wird.
60. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Wasser oder organische Lösungsmittel verwendet werden.
61. Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stoff durch in einem Ätzbad zumindest teilweise weggeätzt wird.
62. Verbundmaterial, insbesondere herstellbar mit einem Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten oder Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche oder mit einem Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend
- zumindest eine mittels eines PVD-Verfahrens abgeschiedene poröse Glasschicht, vorzugsweise mit einem Porositätsgrad von über 1 %, oder
- zumindest eine mittels eines Verfahrens zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellte poröse Glasschicht.
63. Verbundmaterial nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst .
64. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht als Funktionsschicht ausgebildet ist.
65. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der porösen Glasschicht zwischen 1 % und 60 %, bevorzugt zwischen 5 ' und 50 % liegt.
66. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Porositätsgrad der Schicht über die Schichtdicke sich weniger als 50 %, bevorzugt weniger als 30 % ändert.
67. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht im wesentlichen homogen ist.
68. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 62 bis 67, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Porositätsgrad der porösen Glasschicht graduell und/oder alternierend ändert.
69. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht eine Dicke zwischen 1 nm und 1000 μm, bevorzugt zwischen 30 nm und 100 μm aufweist.
70. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein binäres System umfasst.
71. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein Metalloxid umfasst.
72. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine poröse Glasschicht zumindest abschnittsweise dotiert ist.
73. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht Poren mit einem mittleren Querschnitt zwischen 1 nm und 100 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 μm aufweist.
74. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst , welches ein Polymer, insbesondere ein Polyethylenoxid, umfasst.
75. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst , welches zumindest ein Metall umfasst.
76. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Verbundmaterial ein
Substrat umfasst , welches ein chirales Trägermaterial umfasst .
77. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest einen chiralen Stoff umfasst.
78. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial zumindest einen katalytisch wirkenden Stoff umfasst.
79. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass poröse Glasschicht eine optische Wirkung aufweist.
80. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht wellenlängenselektiv ausgestaltet ist.
81. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest einen optisch aktiven Stoff, insbesondere einen Farbstoff umfasst.
82. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht TiO2 umfasst.
83. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein Nanomaterial umfasst.
84. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht eine Nanostrukturierung aufweist.
85. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial eine Versiegelungsschicht, insbesondere eine Glasversiegelungsschicht aufweist.
86. Verbundmaterial nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht einen Porositätsgrad von unter 1,0 %, bevorzugt von unter 0,5 %, besonders bevorzugt von unter 0,1 % aufweist.
87. Verbundmaterial nach Anspruch 85 oder 86, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein zumindest binäres StoffSystem umfasst.
88. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein Metalloxid umfasst.
89. Verbundmaterial, insbesondere herstellbar mit einem Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten oder Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche oder mit einem Verfahren zum Herstellen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine abgeschiedene poröse Glasschicht.
90. Verbundmaterial nach vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschiedene poröse Glasschicht einen Porositätsgrad von über 1 % aufweist.
91. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mittels eines PVD-Verfahrens abgeschieden ist.
92. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mittels Verdampfens abgeschieden ist.
93. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend ein Merkmal oder mehrere Merkmale nach zumindest einem der Ansprüche 62 bis 88.
94. Ionenselektive Elektrode, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
95. Akkumulator, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
96. Katalysatormaterial, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
97. Filter, insbesondere Interferenzfilter, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
98. Linse, Fresnel-Linse oder Diffraktives optisches
Element, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
99. Trägermaterial für biologische Strukturen, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden
Ansprüche .
100. Implantat für menschliche oder tierische Organismen, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
101. Optischer Datenspeicher, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
102. Optoelektronisches Bauteil, umfassend ein
Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
103. Photonischer Kristall, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche oder herstellbar mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
104. Photonisches Bauteil, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
105. Elektrotechnisches oder elektrochemisches Bauteil, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche .
106. Kondensator, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche.
107. Entspiegelungsschicht, herstellbar, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
108. Membran, herstellbar, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
109. Anti-Beschlag-Schicht und/oder Anti-Frost-Schicht, herstellbar, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
110. Anti-Beschlag-Schicht und/oder Anti-Frost-Schicht nach dem vorstehenden Anspruch, umfassend Nanopartikel, insbesondere Silizium umfassende Nanopartikel.
111. Anti-Beschlag-Schicht und/oder Anti-Frost-Schicht nach einem der Ansprüche 109 oder 110, weiter umfassend zumindest ein organisches Polymer, inbesondere ein Polyurethan und/oder ein Polyvinylalkohol .
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