WO2011020851A1 - Partikelgefüllte beschichtungen, verfahren zur herstellung und verwendungen dazu - Google Patents

Partikelgefüllte beschichtungen, verfahren zur herstellung und verwendungen dazu Download PDF

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particle
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Florian Eder
Peter GRÖPPEL
Dieter Heinl
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to a novel, particle-filled coating and / or surface. Moreover, the invention relates to a further development of plasma-driven coatings and, finally, the invention relates to uses of the novel coatings
  • Particle-filled coatings or surfaces are used in a wide variety of technical applications, for example to adjust optical properties, barrier properties, electrical and / or sensory properties. So far, the only way to apply such coatings, the application of a coating solution, which also contains a binder phase in addition to the particles. This binder either serves to embed the particles used or at least provides a solid
  • first particle then binder solution a kind of particle casting
  • first binder then particle solution see crumb cake
  • wet-chemical processing must be carried out.
  • Via vapor deposition such as evaporation, sputtering or CVD methods such layers can not be deposited so far.
  • the application of the particle-filled coating from the liquid phase is for many reasons.
  • the object and object of the present invention is therefore a coating which is homogeneous on complex surfaces and which is filled with particles, it being possible to produce the coating by means of a method in which particles are injected into a plasma jet.
  • the subject matter of the invention is a method for plasma-assisted coating in which particles are introduced into an emerging plasma jet.
  • the subject of the invention is the use of a particle-filled and uniform
  • the particles are in the plasma jet by injecting a finely atomized particle solution in the already out of the head
  • the particles are dispersed in the precursor solution and finely atomized after the exit of the plasma flame from the
  • Atmospheric pressure plasma polymerization A precursor molecule (e.g., HMDSO) vaporized into the gas phase is injected into an atmospheric plasma flame. Fragmentation and activation result in a highly reactive layer building block, which, arrived at the substrate to be coated, to a
  • Coating grows up.
  • the incorporation of solid particles into coatings produced in this way is not possible since the precursors are gaseous.
  • a plasma nozzle is used, which is moved by means of a robot over the substrate to be coated.
  • This nozzle is fed on the one hand with a precursor material (for example hexamethyldisiloxane, tetraethoxysilane, titanium isopropoxide, titanium isobutoxide, aluminum sec-butoxide, zirconisopropylate, various alcoholates and also alkynes, for example acetylene).
  • This precursor material reacts in the plasma with a corresponding process gas (compressed air, oxygen, molding gas or other oxygen / nitrogen mixtures) and is the "binder", which ensures a smooth and mechanically stable coating.
  • the particles that provide the function of the coating are already metered in their final form in the plasma flame and undergo virtually no change. This can be done either by metering the powder into the plasma flame by means of a suitable powder conveying technique or by spraying a preformulated (colloidal) particle dispersion, either directly into the plasma flame or shortly thereafter into the weakly luminous part of the flame.
  • a preformulated particle dispersion either directly into the plasma flame or shortly thereafter into the weakly luminous part of the flame.
  • Plasmatreat (Steinhagen) has been found that in principle a coating can be applied if the precursor is not introduced into the gas plasma in the nozzle head in the plasma flame, but also if this in a finely diseased form, after the exiting Plasma flame is injected from the nozzle head into this.
  • Precursor and the addition of particles by injecting a finely atomized particle solution in the already exited from the head plasma flame. b) The particles are dispersed in the precursor solution and finely atomized after the exit of the plasma flame from the
  • Nozzle head injected into this.
  • coatings can be applied, which are filled with particles.
  • the method for example, temperature-sensitive plastics with a particle-filled
  • Coating be coated.
  • An addition of the particles that form are (chemical and morphological) already in the end, is particularly advantageous since on the one hand while also generating par ⁇ tikeln in plasma is possible, but by a real process control is almost impossible.
  • the addition of the particles in the final form morphologies or crystal structures can be used which are not even to be generated in the plasma, such as anatase modification of TiO 2 , phyllosilicates and / or fine particle distributions.
  • the process of the invention relates to atmospheric pressure plasma polymerization.
  • Vorfahr füren the nozzle are principally dependent on the substrate and the precursor material used. Particularly in the case of thermally sensitive materials such as plastics, higher speeds of travel (about 10 to 50 m / min for PMMA or PC) tend to be used, and for substrates with good thermal conductivity and temperature insensitivity such as metals (aluminum, titanium, stainless steel) the coating may be slower become.
  • the coating may, for example, at room temperature or slightly elevated temperature, for example to 50 0 C, in particular at 25 ° C to 40 0 C (hand-warm) take place.
  • This process can also be coated under very gentle conditions.
  • all substrates can be coated by this process.
  • new light filter materials can be produced.
  • the particles contained in the layer mask out certain parts of the spectrum, for example by absorption or scattering.
  • the scattering properties of such a coating can also be used, for example, for increasing the light extraction from lighting devices (lamps).
  • Another advantage is the fact that the optical properties of the coating, e.g. the refractive index of the binder material can be controlled by a judicious choice or combination of the precursors (e.g., combination of silicon or aluminum precursors). Thus, unwanted reflections can be minimized when the light enters the coating.
  • Another possible application is the incorporation of luminous or converter materials.
  • a traveling layer can be applied which, for example, converts UV light into blue light or blue light into green light in one LED. By adding more particles even unwanted residual UV radiation could be retained.
  • Technology can be any type of thin film catalyst, e.g. for DeNOx or C02 conversion.
  • a coating of plastics is also suitable.
  • TiO2 By incorporating TiO2 into an ADP coating, UV self-cleaning coatings for spectacle lenses can be produced.
  • Plastics also porous filter membranes can be coated.
  • An introduction of solid particles would be useful, for example, if an improvement in the selectivity is desired.
  • the anti-fouling tendency of membranes could also be improved by the application of a particle-laden coating.
  • the coating of surfaces that provide good nutrient beds for biofilms is also possible with ADP.
  • the inner surfaces of sewage pipes can be coated to reduce the growth of bacterial films.
  • the mechanical or tribological properties of the coating can be changed.
  • wear-resistant surfaces could be applied to a wide variety of substrates.
  • incorporation of polymer-like particles could improve the sliding properties.
  • conductive or semiconductive materials For example, transparent electrode layers with ITO or ATO particles would be suitable.
  • ESD coatings would also be possible.
  • the deposition of storage materials is possible.
  • magnetic or electrically polarizable particles would be incorporated into the coating.
  • the latter particles could also be used to form FET functional layers, al- so produce transistor materials with semiconducting properties.
  • the new deposition technology of particle-filled coatings offers particular advantages. Due to the low achievable layer thickness and the homogeneous particle distribution in the coating, efficiency increases in photovoltaic systems (for example Graetzel cells) or
  • a coating on glass substrates which can be used for improving the light extraction in organic LEDs is produced from a titanium isopropoxide precursor and an alcoholic silica particle colloid.
  • the following process parameters were used: plasma voltage 360V, plasma frequency 19kHz, precursor flux 60g / h, process gas flow (nitrogen) 1400 l / h.
  • the following nozzle parameters were used: distance 19.7mm, process speed 5m / min, line spacing 3mm.
  • the silica colloid was prepared by the Stöber process from tetraethoxysilane, ammonia and ethanol.
  • Coatings of this type show a strong scattering effect with high transmission at the same time.
  • the invention relates to a novel, particle-filled coating and / or surface.
  • the invention relates to a further development of plasma-driven coatings and, finally, the invention relates to uses of the novel coatings.
  • the coating can be homogeneously and homogeneously applied even on complex surfaces where no uniform coating is possible by wet-chemical coating.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige, partikelgefüllte Beschichtung und/oder Oberfläche. Außerdem betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung plasmagetriebener Beschichtungen und schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen der neuartigen Beschichtungen. Die Beschichtung kann trotz der Füllung mit Partikel ganz gleichmäßig und homogen auch auf komplexen Oberflächen, auf denen mittels nasschemischer Beschichtung keine gleichmäßige Beschichtung möglich ist, homogen aufgetragen werden.

Description

Beschreibung
Partikelgefüllte Beschichtungen, Verfahren zur Herstellung und Verwendungen dazu
Die Erfindung betrifft eine neuartige, partikelgefüllte Be- schichtung und/oder Oberfläche. Außerdem betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung plasmagetriebener Beschichtungen und schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen der neu- artigen Beschichtungen
In den verschiedensten technischen Anwendungen kommen partikelgefüllte Beschichtungen oder Oberflächen zum Einsatz, beispielsweise um gezielt optische Eigenschaften, Barriere- Wirkung, elektrische und/oder sensorische Eigenschaften einzustellen. Bisher ist die einzige Möglichkeit derartige Beschichtungen aufzubringen, die Auftragung einer Beschich- tungslösung, die neben den Partikeln auch eine Binderphase enthält. Dieser Binder dient entweder zur Einbettung der verwendeten Partikel oder stellt zumindest eine feste
Verbindung zwischen den Partikeln untereinander und dem
Substrat her. Vereinzelt kann auch eine zweistufige Auftragung, entweder erst Partikel- dann Binderlösung (eine Art Partikelverguss) oder erst Binder- dann Partikellösung (vgl. Streuselkuchen) sinnvoll sein.
In jedem Fall muss aber eine nasschemische Prozessierung erfolgen. Über Gasphasenabscheidung wie Verdampfen, Sputtern oder CVD-Verfahren können derartige Schichten bislang nicht abgeschieden werden. Die Auftragung der partikelgefüllten Beschichtung aus der Flüssigphase ist aber für viele
Anwendungen nicht ohne Weiteres anwendbar.
Aufgrund von Benetzungsproblemen, besonders bei sehr kleinen oder komplex geformten Oberflächen, ist eine gleichmäßige
Beschichtung manchmal bei nasschemischen Verfahren unmöglich. Hinzu kommt das Problem, dass derartige Beschichtungen in der Regel auf Sol-Gel-Materialien basieren und zu deren Schichtaushärtung eine bestimmte Mindesttemperatur (i.d.R. deutlich über 1000C) erforderlich ist. Viele Substratmaterialien wie Kunststoffe oder organische Halbleiter überstehen einen solchen Härtungsschritt nicht ohne
Beschädigung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Be- schichtung mit Partikel zu schaffen, die auf komplex
geformten Oberflächen zu einer gleichmäßigen Beschichtung führt.
Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine auf komplexen Oberflächen homogene Beschichtung, die partikelgefüllt ist, wobei die Beschichtung über ein Verfahren herstellbar ist, bei dem in einen Plasmastrahl Partikel eingespritzt werden. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur plasmaunterstützten Beschichtung, bei dem Partikel in einen austretenden Plasmastrahl eingebracht werden. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Anwendung einer partikelgefüllten und gleichmäßigen
Beschichtung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Partikel in den Plasmastrahl durch Einspritzen einer fein verdüsten Partikellösung in die bereits aus dem Kopf
ausgetretene Plasmaflamme eingebracht.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Partikel in der Precursorlösung dispergiert und fein verdüst nach dem Austritt der Plasmaflamme aus dem
Düsenkopf in diese eingespritzt. Seit wenigen Jahren existieren Verfahren zur Herstellung von hybridpolymeren Oberflächen und Beschichtungen mittels
Atmosphärendruckplamapolymerisation . Dabei wird ein in die Gasphase überführtes Precursormolekül (z.B. HMDSO) in eine atmospärische Plasmaflamme eingeblasen. Durch Fragmentierung und Aktivierung entsteht ein hochreaktiver Schichtbaustein, der, am zu beschichtenden Substrat angekommen, zu einer
Beschichtung aufwächst. Der Einbau von Feststoffpartikeln in derartig hergestellte Beschichtungen ist nicht möglich, da die Precursoren gasförmig vorliegen.
Zur Aufbringung wird eine Plasmadüse verwendet, die mittels eines Roboters über das zu beschichtende Substrat bewegt wird. Diese Düse wird einerseits gespeist mit einem Precur- sormaterial (z.B. Hexamethyldisiloxan, Tetraethoxysilan, Ti- tanisopropoxid, Titanisobutoxid, Aluminium-sec-butoxid, Zir- konisopropylat, verschiedene Alkoholate und auch Alkine, z.B. Acetylen) . Dieses Precursormaterial reagiert im Plasma mit einem entsprechenden Prozessgas (Druckluft, Sauerstoff, For- miergas oder sonstigen Sauerstoff/Stickstoffmischungen) und ist der "Binder", der für eine glatte und mechanisch stabile Beschichtung sorgt.
Die Partikel, die für die Funktion der Beschichtung sorgen, werden bereits in ihrer finalen Form in die Plasmaflamme eindosiert und erfahren praktisch keine Veränderung. Dieses kann einerseits durch Zudosieren des Pulvers mittels entsprechender Pulverfördertechnik in die Plasmaflamme erfolgen oder durch Einsprühen einer vorformulierten (kolloidalen) Parti- kel-Dispersion, entweder direkt in die Plasmaflamme oder kurz danach in den schwach leuchtenden Teil der Flamme. In Laborversuchen der Fa. Plasmatreat (Steinhagen) hat sich herausgestellt, dass prinzipiell auch eine Beschichtung aufgetragen werden kann, wenn der Precursor nicht gasförmig innerhalb des Düsenkopfes in die Plasmaflamme eingebracht wird, sondern auch, wenn dieser in fein verdüster Form, nach dem Austreten der Plasmaflamme aus dem Düsenkopf in diese eingespritzt wird.
Es wird vorgeschlagen, zur Einbringung von Partikeln in eine ADP-Beschichtung dieses Verfahren zu nutzen. Dies könnte auf folgenden Wegen erfolgen: a) Die unter Binderphase erfolgt über einen vergasten
Precursor und der Partikelzusatz durch das Einspritzen einer fein verdüsten Partikellösung in die bereits aus dem Kopf ausgetretene Plasmaflamme. b) Die Partikel werden in der Precursorlösung dispergiert und fein verdüst nach dem Austritt der Plasmaflamme aus dem
Düsenkopf in diese eingespritzt.
Auf diese Weise können Beschichtungen aufgetragen werden, die mit Partikeln gefüllt sind. Mit dem Verfahren können beispielsweise temperaturempfindliche Kunststoffe mit einer partikelgefüllten
Beschichtung beschichtet werden.
Eine Zudosierung der Partikel, die sich bereits in der End- form (chemisch sowie morphologisch) befinden, ist besonders vorteilhaft, da einerseits zwar auch eine Erzeugung von Par¬ tikeln im Plasma möglich ist, dadurch jedoch eine wirkliche Prozesskontrolle nahezu unmöglich wird. Insbesondere können durch die Zudosierung der Partikel in der Endform Morpholo- gien oder Kristallstrukturen verwendet werden, die im Plasma gar nicht zu erzeugen sind, wie z.B. Anatasmodifikation von Tiθ2, Schichtsilikate und/oder feine Partikelverteilungen. Grundsätzlich bezieht sich das Verfahren nach der Erfindung auf eine Atmosphärendruckplasmapolymerisation .
Bei der Aufbringung haben sich Plasmafrequenzen von 17-24 kHz als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei beispielsweise Leistungen pro Düse von 400 Watt erreicht werden. Bevorzugt ist jedoch eine Plasmaleistung von 250 bis 380 Watt, insbesondere bei 300 Watt. Höhere Watt-Leistungen pro Düse strapazieren nicht nur das Substrat, sondern auch die Be- Schichtung. Es wird generell so beschichtet, dass stabile plasmapolymere Beschichtungen resultieren.
Vorfahrgeschwindigkeiten der Düse sind prinzipiell vom Substrat und dem verwendeten Precursormaterial abhängig. Beson- ders bei thermisch empfindlichen Materialien wie Kunststoffen werden tendenziell höhere Verfahrgeschwindigkeiten (etwa 10 - 50 m/min bei PMMA oder PC) gewählt, bei gut wärmeleitfähigen und temperaturunempfindlichen Substraten wie Metallen (Alu, Titan, Edelstahl) kann mit geringerer Geschwindigkeit be- schichtet werden.
Die Beschichtung kann beispielsweise auch bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur, beispielsweise bis 50 0C, insbesondere bei 25°C bis 400C (handwarm) erfolgen.
Nach diesem Verfahren kann auch unter sehr schonenden Bedingungen beschichtet werden.
Es können prinzipiell alle Substrate nach diesem Verfahren beschichtet werden.
Folgende Anwendungen oder Produkte profitieren in besonderem Maße von der Möglichkeit, partikelgefüllte Beschichtungen mit dem Verfahren nach der Erfindung unter Nutzung der ADP- Technologie aufzubringen. Bereich Optik
Hier können neue Licht-Filtermaterialien hergestellt werden. Die in der Schicht enthaltenen Partikel blenden beispielsweise durch Absorption oder Streuung bestimmte Teile des Spekt- rums aus. Die Streueigenschaften einer derartigen Beschich- tung können beispielsweise auch für die Erhöhung der Lichtauskopplung aus lighting devices (Lampen) verwendet werden. Von Vorteil ist auch die Tatsache, dass die optischen Eigenschaften der Beschichtung, wie z.B. der Brechungsindex des Bindermaterials, durch eine sinnvolle Auswahl oder Kombination der Precursoren (z.B. Kombination von Silizium- oder AIu- miniumprecursoren) gesteuert werden kann. So können ungewünschte Reflexionen beim Eintritt des Lichts in die Beschichtung minimiert werden.
Ein anderes mögliches Anwendungsgebiet ist die Einbringung von Leucht- oder Konverterstoffen. Auf diese Weise kann durch die Aufbringung einer plasmapolymeren partikelgefüllten Beschichtung eine Wanderschicht aufgetragen werden, die bei- spielsweise in einer LED UV-Licht in blaues Licht oder Blau- Licht in Grün-Licht wandelt. Durch die Zugabe weiterer Partikel könnte sogar unerwünscht austretende restliche UV- Strahlung zurückgehalten werden. Bereich Sensorik
Viele Sensoren basieren auf feinsten Metalloxid-Partikeln. Diese könnten durch das beschriebene Verfahren in eine Beschichtung eingebaut werden. Unter Berücksichtigung bestimmter Prozessparameter ist sogar die Herstellung einer porösen Beschichtung denkbar, welche die Partikel offen zugänglich in sich trägt. Aufgrund der Möglichkeit selbst feinste Geometrie mittels ADP beschichten zu können, bietet sich auch die Beschichtung von Heizdraht-Sensoren an. Dies könnte sich in einer Verringerung des Signal-Rauschverhältnisses niederschla- gen. Insgesamt können diese Beschichtungen im Sensorik- Bereich, eine Steigerung der Selektivität bewirken. Katalytische Oberflächen
Ähnliche Überlegungen wie im Bereich „Sensorik" treffen auf den Bereich „Katalytische Oberflächen" übertragen werden. Durch den Einbau von Metalloxiden, z.B. Vanadiumpentoxid, TiO2 oder A12O3 in hochporöse Oberflächen mittels ADP-
Technologie können Dünnschichtkatalysatoren aller Art, z.B. für DeNOx oder C02-Konversion hergestellt werden. Auch eine Beschichtung von Kunststoffen bietet sich an. So können durch den Einbau von TiO2 in eine ADP-Beschichtung UV- selbstreinigende Beschichtungen für Brillengläser hergestellt werden .
Membrantechnik/Filter- oder Trenntechnik
Diese Überlegungen treffen auch auf Membranfilter zu. Da der Plasmastrahl in der Regel keine thermische Schädigung von
Kunststoffen bewirkt, können auch poröse Filtermembranen beschichtet werden. Eine Einbringung von Feststoffpartikeln wäre beispielsweise sinnvoll, wenn eine Verbesserung der Selektivität gewünscht wird. Auch die Anti-Fouling Neigung von Membranen könnte durch die Aufbringung einer partikelbelade- nen Beschichtung verbessert werden.
Antibakterielle Oberflächen
Doch auch die Beschichtung von Oberflächen, die gute Nährbö- den für Biofilme bieten, ist mittels ADP möglich. So können beispielsweise die Innenflächen von Abwasserkunststoffröhren beschichtet werden um das Aufwachsen von Bakterienfilmen zu verringern . Insgesamt kommen alle Oberflächen in Frage, die durch Zusätze von Ag oder TiO2 in einer Beschichtung antibakteriell ausgestattet werden sollen, insbesondere Kunststoffe im medizinischen oder sanitären Bereich. Barrierewirkung
In dem aktuellen vom BMBF geförderten Verbundprojekt „Pro- tect-Select" wird die Eignung von ADP-Polymeren bzgl. Eignung für den Leiterplattenschutz und Ersatz für den Leiterplatten- schutzlack geprüft und optimiert. Durch die Einbringung von geeigneten Partikeln (z.B. kleinste Schichtsilikatplättchen) in die Beschichtung mittels des beschriebenen Verfahrens könnte eine weitere Steigerung der Barrierewirkung der
Schicht bewirkt werden, so dass diese Beschichtungen auch für die Verkapselung von OLEDs ausreichend wären. Auch der Einbau von Gettermaterialien mittels des beschriebenen Verfahrens ist denkbar. Hydrophobie/Rauhigkeit
Durch den Einbau von Partikeln in eine Schicht mittels des beschriebenen Verfahrens wird es möglich, die Rauhigkeit der Beschichtung zu steuern. So können gezielt hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften eingestellt werden. Auch in opti- sehen Anwendungen können diese definierten Rauhigkeiten Anwendung finden.
Mechanische Eigenschaften
Werden Hartstoffpartikel verwendet, z.B. Aluminium- oder Zir- konoxid, so können die mechanischen oder tribologischen Eigenschaften der Beschichtung verändert werden. So könnten bspw. verschleißfeste Oberflächen auf verschiedenste Substrate aufgebracht werden. Auf der anderen Seite könnten durch den Einbau von polymerähnlichen Partikeln die Gleiteigen- schaften verbessert werden.
Elektrische oder dielektrische Eigenschaften
Erfolgt die Abscheidung einer Beschichtung mit besonders hohem Füllgrad, so ist es möglich leitende oder halbleitende Materialien abzuscheiden. In Frage kommen würden beispielsweise transparente Elektrodenschichten mit ITO oder ATO- Partikeln. Auch die Aufbringung von ESD-Beschichtungen wäre möglich. Auch die Abscheidung von Speichermaterialien wird möglich.
Hierfür würde man beispielsweise magnetische oder elektrisch polarisierbare Partikel in die Beschichtung einbauen. Durch letztere Partikel könnte man auch FET-Funktionsschichten, al- so Transistormaterialien mit halbleitenden Eigenschaften, erzeugen .
Bei Verwendung von Partikelmaterialien, die erhöhte die- lektrische Eigenschaften besitzen, können Beschichtungen erzeugt werden, die dem Substrat zu einer verbesserten elektrischen Isolationswirkung, einer verbesserten elektrischen Durchschlagsfestigkeit oder Erosionsbeständigkeit verhelfen. Energiegewinnung/Speicherung
Für den Energiesektor bietet die neue Abscheidungstechnologie partikelgefüllter Beschichtungen besondere Vorteile. Durch die geringe erreichbare Schichtdicke und die homogene Partikelverteilung in der Beschichtung werden Effizienzsteigerun- gen in photovoltaischen Anlagen (z.B. Grätzelzellen) oder
Brennstoffzellen möglich. Eine weitere Anwendung sind Energiespeicherschichten für Folienkondensatoren oder Folienbatterien . Markenschutz
Durch den Einbau von Partikeln mit bestimmter Größe und die Kombination von verschiedenen Brechungsindizes der Materialien in der Beschichtung werden charakteristische lichtoptische Effekte möglich (vgl. Interferenzstrukturen in der Na- tur) . Diese könnten zum Markenschutz verwendet werden. Auch die lokale Beschichtung von Geldscheinen zur Erkennung von Falschgeld bietet sich an.
Prozesskontrolle
Auch in der Fertigung, in der klassische ADP-Beschichtungen ohne Partikelfüllung zum Einsatz kommen, ist das partikelgefüllte Aufbringungsverfahren sinnvoll, da beispielsweise durch den Einbau fluoreszierender Partikel ein Markierung und damit eine Prozesskontrolle möglich wird. Die Schichtdicke und Gleichmäßigkeit der aufgebrachten Beschichtung kann ermittelt werden. Ausführungsbeispiel: Eine Beschichtung auf Glassubstraten, die für die Verbesserung der Lichtauskopplung in organsichen LEDs verwendet werden kann, wird aus einem Titan-iso- propoxid-Precursor und einem alkoholischen Silica-Partikel- Kolloid hergestellt. Folgende Prozessparameter wurden verwendet: Plasmaspannung 360V, Plasmafrequenz 19kHz, Precur- sorfluss 60g/h, Prozessgasfluss (Stickstoff) 1400 l/h. Folgende Düsenvefahrparameter wurden verwendet: Abstand 19,7mm, Verfahgeschwindigkeit 5m/min, Zeilenabstand 3mm. Das Silica- Kolloid wurde nach dem Stöber-Prozess aus Tetraethoxysilan, Ammoniak und Ethanol hergestellt.
Beschichtungen dieser Art zeigen eine starke Streuwirkung bei gleichzeitig hoher Transmission. Die Erfindung betrifft eine neuartige, partikelgefüllte Beschichtung und/oder Oberfläche. Außerdem betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung plasmagetriebener Beschichtungen und schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen der neuartigen Beschichtungen. Die Beschichtung kann trotz der Fül- lung mit Partikel ganz gleichmäßig und homogen auch auf komplexen Oberflächen, auf denen mittels nasschemischer Beschichtung keine gleichmäßige Beschichtung möglich ist, homogen aufgetragen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtung, die auf komplexen Oberflächen homogen ist, wobei die Beschichtung partikelgefüllt ist und über ein
Verfahren herstellbar ist, bei dem in eine Plasmaflamme
Partikel eingespritzt werden.
2. Verfahren zur plasmaunterstützten Beschichtung, bei dem Partikel in einen austretenden Plasmaflamme eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Partikelzusatz durch das Einspritzen einer fein verdüsten Partikellösung in die bereits ausgetretene Plasmaflamme erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Partikel in der Precursorlösung dispergiert und fein verdüst nach dem
Austritt der Plasmaflamme in die Plasmaflamme eingespritzt werden .
5. Verwendung einer partikelgefüllten und gleichmäßigen Beschichtung als Licht-Filtermaterial, als Filtermaterial und zur Steigerung der Selektivität in der Sensorik, als
katalytische Oberfläche und/oder zur Markierung.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4 zur Beschichtung von porösen Oberflächen wie
Filtermembranen, zur Vermeidung von Bio- und/oder
Bakterienfilmen, zur Einstellung von Rauhigkeiten einer
Oberfläche und/oder zu Änderung der tribologischen
Eigenschaften einer Beschichtung.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4 zur Steigerung der versiegelnden Eigenschaften eines
Schutzlackes, zum Einbau von Gettermaterialien, zum Einbau leitfähiger, magnetischer und/oder elektrisch polarisierbarer Partikel, Einbau von Sicherheitsmerkmalen und/oder
fluoreszierender Partikel zur Prozesskontrolle.
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