CN101305111B - 用于施设多孔的玻璃层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用以施设多孔的玻璃层的方法。本发明建议,借助于PVD法涂覆多孔的玻璃层。可以经由过程参数如压力和沉积率以及通过有针对性地添加杂质改变孔隙度和平均的微孔大小。

Description

用于施设多孔的玻璃层的方法
发明内容
本发明涉及一种用以施设多孔的玻璃层的方法以及一种包括多孔的玻璃层的复合材料。
背景技术
多孔的玻璃层在基材上的产生是已知的。例如EP 708 061(Yazawa等人)描述多孔的玻璃层通过腐蚀法的生产。
已知的用于生产多孔的玻璃层的腐蚀法具有缺点,其是很昂贵的。例如为生产多孔的玻璃层需要多个方法步骤。另一方面不能任意调节玻璃层的孔隙度。此外腐蚀的玻璃层的孔隙度大多不是很均质的,通常层的孔隙度随着渐增的深度而降低。利用腐蚀法也不能制造较厚的层。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种用以施设至少一个多孔的玻璃层的方法,其尽可能是简单的和低成本的。
此外本发明的目的是,提供一种方法,其能够在设备中提供具有不同孔隙度的玻璃层。应该可以提供不同厚度和不同孔隙度的玻璃层。
孔隙度应该沿整个层厚是可调的,从而也有可能施设具有基本上均质的孔隙度或有针对性地逐渐改变的孔隙度的层。
此外本发明的目的是,提供一种复合材料,其是纳米构造的并且具有光学上或化学上活性的特性。
已通过按照独立权利要求所述的一种用于施设多孔的玻璃层的方法和一种复合材料达到了本发明的该目的。
由相应的从属权利要求得知本发明优选实施形式和进一步构成。
本发明设定一种用于施设多孔的玻璃层的方法,其中准备一基材和一材料源并且借助于PVD法在基材上沉积一玻璃层,其具有超过百分之一的孔隙度。
本发明还设定一种用于施设玻璃层的方法,其包括以下步骤:准备至少一个基材,准备至少一个材料源和沉积至少一个多孔的玻璃层。在一实施形式中沉积具有一超过1%的孔隙度的玻璃层。对此优选多孔的玻璃层借助PVD法、特别借助于蒸发来沉积在基材上。
本发明已找到,借助于PVD(物理气相沉积)法可沉积多孔的玻璃层。这样的PVD法可以在一个过程步骤中实施并且比传统的腐蚀法显著较少耗费的。并且在PVD法中可以有针对性地控制玻璃层的孔隙度。例如有可能施设一具有基本上均质的孔隙度的玻璃层,反之已知的腐蚀法大多具有从基材面向外侧面增加的孔隙度。
多孔的玻璃层优选地构成为功能层。在沉积的玻璃层中包括的空隙按已知的现有技术是不符合要求的。相反本发明人已找到,可以提供一种层,其由于孔隙度用作为功能层,因此首次能够实现层的孔隙度确定的功能,它们在以下更详细地描述。
按照本发明设定,产生有针对性的梯度层,亦即具有从外向内有针对性地改变的孔隙度的层。特别按照本发明设定,产生在基材面上具有高的起始孔隙度和在外侧面上具有较小的孔隙度的层。
本发明的方法适用于几乎全部的类型的基材,特别是也可以采用塑料基材。借助于PVD法有可能也对较大的基材如窗、显示器等进行涂层。这可以以优选的方式在连续设备中实现。
作为材料源准备玻璃靶极。玻璃可以例如通过蒸发例如通过电子束蒸发、或通过溅射转化为气相并接着沉积在基材上。
此外经由沉积率和经由在设备中的压力可以控制沉积的层的孔隙度。对此通常较高的沉积率和/或较高的分压力导致较高的孔隙度。
经由剩余气体的成分可以调节层的其他的特殊的特性,例如在塑料上的粘附性或功能特性。
对于技术人员来说本来已知的借助于电子束蒸发的沉积法具有优点,即可以保持很低的基材温度并且也可以对由一聚合物材料构成的基材进行涂层。通过蒸发产生的微小的热负荷还允许采用光刻的技术并且对此特别采用热敏的光刻漆或光刻胶。因此然后也可以结构化地施设各个由多孔的玻璃构造的层。这包括接着的方法步骤的一次或多次的实施,这些方法步骤包括基材用光敏的保护层的涂布,施设的保护层的光刻的构造、因此预构造的基材用一多孔的玻璃层的涂布以及保护层的剥离(Lift-Off)。此外蒸发、特别是电子束蒸发的特征在于,相对于溅射提高的沉积率。
以百分数说明的孔隙度在该申请的目的上定义为总孔隙度,因此以百分数在数量上说明微孔体积在总体积上的分量,其中不仅考虑敞开的而且考虑封闭的微孔。
结合的孔隙度的鉴定可以例如经由层密度的确定来实现(例如借助于具有条纹的入射的X射线反射实验(GIXE)),或可由层的涂层质量(在制造时经由石英晶体振荡测定是可得到的)和几何的层密度(在光学上是可确定的)相对于致密的初始材料或一包括与该层相同的化学成分的致密的玻璃的密度算出。
(敞开的)微孔尺寸也可以借助于扩散实验来确定,其中使层暴露在不同尺寸的示踪分子下并且该材料在层中的扩散通过一定的尺寸来确定。此外层横截面的透射照片或扫描电子照片或光学显微镜照片用来确定微孔尺寸和微孔分布(敞开的和封闭的)是可能的。
孔隙度也可以经由IR光谱学来实施。一般在接近的和中间的IR区域(4000cm-1至400cm-1)内实施IR光谱学并且可得出关于ODS的组成和结构。例如可以通过IR吸收频带的强度的比较来确定层组分的相对的分量。IR光谱学在ODS上的另一应用领域是探测污染物,如水或硅醇团,利用它们在3350cm-1(-OH)和3650cm-1(氢化合的硅醇团)时的特征的吸收频带。通过这些污染物的存在可以推断出ODS的孔隙度(Maissel,Glang,“Handbook of Thin FilmTechnology”,McGraw-Hill,1970)。
据推测,孔隙度还这样来实现,即特别在高的沉积率时导致玻璃层在基材表面上的柱状生长。在各个柱之间的间隙导致玻璃层的一多孔的结构。
所谓玻璃层在本申请的目的上也应被理解为部分结晶的层,亦即这样的层,其中沉积的玻璃不完全是非品质的结构。
在优选的方式中在施设多孔的玻璃层时的沉积率处在0.1μm/min与10μm/min之间,优选在0.5μm/min与8μm/min之间,并特别优选在1μm/min与4μm/min之间。
已证明,在沉积率超过0.5μm/min时沉积的结构变成越来越有孔隙的。
借助于本发明的方法因此有可能生产具有在1%与60%之间、特别在5%与50%之间的孔隙度的玻璃层。具有这样的孔隙度的层适用于一整系列的应用目的。反之,具有超过60%的孔隙度的层具有缺点,即机械稳定性是很受限制的。
在优选的方式中,基材温度不超过120℃,甚至有可能使基材温度不超过100℃或80℃。这样有机材料、特别是OLED也可以被涂布。
这在借助于电子束蒸发方法沉积多孔的玻璃层时特别有可能。
按照本发明能够实现具有1nm至1000μm的厚度的层厚。
因此可以从单层直到在毫米范围内的层生产几乎任何厚度的多孔的层。
在本发明的进一步构成中,准备一材料源,由其生长一层,该层至少产生二元的***。
已证明,显著地改进这样的至少二元的玻璃层的光学的和机械的特性。据推测,这样的二元的***较不易于结晶化,从而基本上避免部分结晶的结构,其不仅对于玻璃的光学的而且对于其机械的特性是不利的。
特别是金属氧化物很好地适用于一这样的二元的***的构成。
按照本发明的进一步构成,准备至少两个不同的材料源。这样有可能生产混合结构。
特别是设定,通过两材料源的准备(它们相应的沉积率可以改变)生产具有逐渐改变的材料成分的层。
在本发明的优选的实施形式中,在一个过程步骤中沉积多孔的玻璃层。不同于传统的腐蚀法,按照本发明有可能,在真空室中在一个方法步骤中生产多孔的层。因此本发明的方法比传统的腐蚀法是显著更便宜的和更简单的。
在本发明的优选的实施形式中,在一超过10-3毫巴、优选超过10-2毫巴的压力下实现所述至少一个多孔的玻璃层的沉积。已证明,对于PVD法较高的压力导致,沉积优选的多孔的层。
在本发明的进一步构成中,给所述至少一个多孔的玻璃层至少部分地掺杂,以便有针对性改变光学的或其他的特性。通过外来原子的掺杂可以例如通过掺杂材料、特别是由3/5价元素如铝、砷、镓、磷或锑的共蒸发达到。这样的掺杂特别在电子技术中是重要的,对此特别采用借助于本发明的方法制成的多孔的玻璃层。
多孔的玻璃层在优选的方式中具有在1nm与100μm之间、优选在100nm与10μm之间的平均的微孔横截面。有可能为了不同的应用提供宽范围的不同的微孔横截面。对此微孔横截面通常在微孔性的范围内变化。特别是例如对于离子选择性的薄膜也可以生产具有1nm至10nm的微孔横截面的玻璃层。
按照本发明,玻璃层的多孔性,因此孔隙度和平均的微孔横截面可以经由沉积率、过程压力和基材温度来控制。已证明,较高的沉积率和较高的过程压力通常导致一较高的孔隙度。较低的温度通常也导致较高的孔隙度。
在本发明的进一步构成中,特别为了控制孔隙度,在沉积时添加水蒸气。已表明,通过水蒸气的添加显著地提高孔隙度。据推测,通过化学的相互作用和形成的OH团在沉积时形成结块或聚集体,它们提高孔隙度。
为了提高孔隙度,按选择可以添加有机的材料、特别是甲烷、乙烷或乙炔。人们推测,通过有机的剩余团的加入形成空隙,它们产生的结果是提高的孔隙度。
在本发明的进一步构成中,在沉积过程中机械地喷撒纳米粒子,亦即尺寸为约1nm至10nm的粒子。这样的纳米粒子被加入沉积的多孔的玻璃层中并且导致具有纳米级构造的层。
多孔的玻璃层在本发明的优选的实施形式中形成薄膜,亦即形成用于分隔液体或气体的多孔的壁。特别是通过孔隙度和平均的微孔横截面的有针对性的匹配可制造半渗透的薄膜,借此材料隔离是可能的。
如果制造薄膜,特别是层从载体基材上的分离可以包括例如按机械的热的方法或化学的方法。也可以溶解或清除载体基材,例如通过腐蚀去掉,特别是借助于离子束、化学方式或通过载体的溶解(例如可溶于水的载体基材处于水中)。
作为基材考虑特别是聚合物,尤其是聚氧化乙烯。由于低于80℃的过程温度是可能的,借助于本发明也可对这样的材料进行涂布。
按选择,特别为了构成电极,也可采用包括金属的基材。
在本发明的进一步构成中,采用手性的载体材料。这样按简单的方式生产手性的薄膜,其可用于隔离对映体。
按选择或以组合也可以蒸发或喷撒手性的化合物,以便也赋予多孔的玻璃层手性的特性。
在本发明的进一步构成中,同时沉积一起催化作用的材料。多孔的玻璃层由此构成一起催化作用的材料,这样的多孔的玻璃层的很大的表面对其有利。
按照本发明设定,也沉积结晶的区段。
在本发明的进一步构成中,沉积二氧化钛。包括二氧化钛的层可以例如用于光化学中。特别在含水的环境中在用光辐射时可以释放氧和氢。包括氧化钛的层具有很大的表面并且产生有效的新生的氧,其另外具有氧化的和抗菌的作用,该进一步构成可以特别用于水的净化和处理。
一般通过其他的材料的共蒸发或喷撒可以制造具有各种极不同的成分的层。对此可以添加颜料、纳米材料或有机金属的复合体,借此可以生产极不同的应用范围的层。
在本发明的进一步构成中,用聚合物溶液浸渍多孔的玻璃层。因此由一聚合物溶液至少部分填满空隙。同时聚合物溶液本身由于其化学的或光学的特性可以是一具有化学的或光学的特性的功能层或材料载体的一部分。
按照本发明也设定,采用单体溶液,亦即溶液包括至少一个单体,其中单体只在层中被聚合。
设定,用半导的材料充填多孔的玻璃层。在用光辐射时在半导的材料中分离出电子,它们在相界上被分离地传向电极。这样制成的基材可以特别用于光电学或光化学中。
按照本发明还设定,至少部分地用导电的材料充填多孔的玻璃层。然后可将这样的层***特别用于电工技术和电子技术中,例如用于蓄电池。
按照本发明沉积具有变化的孔隙度的梯度层。对此不仅可以产生孔隙度向外逐渐增大的梯度层而且可以产生孔隙度向外逐渐减小的梯度层。
但也设定,沉积一具有交替的孔隙度的层。按照本发明可以在一个过程步骤中沉积这样的具有交替的孔隙度的层。
在本发明的进一步构成中设定,层设有电致发光的材料。这样的电致发光的材料可以用于发光的构件的制造。
按照本发明还设定,将这样的具有电致发光的材料的层用于光电子学中。
除这样的层的简单的制造性外,玻璃的热负荷能力是较大的优点。
在本发明的进一步构成中,在多孔的玻璃层上施设一密封层。这样的密封层可以例如是一具有一高密度的玻璃层,其同样可借助于PVD法施设或沉积。这可以以特别简单的方式在一个过程步骤中实现。这样,设定这样改变过程参数,即最后沉积一密封层。这可以特别通过降低沉积率和/或降低设备中的压力来实现。这样的密封层在优选的方式中包括二元的***并且可以附加通过离子束压缩或等离子作用进行沉积,其产生的结果是继续增加的密度。
按照本发明还设定,沉积多孔的玻璃层,其用溶液、特别单体溶液或聚合物溶液浸渍并且必要时在干燥或聚合以后用紧密的玻璃层密封。
本发明还涉及另一种用以制造多孔的玻璃层的方法。
按照该方法,准备至少一种第一材料和第二材料。然后由两材料制造一复合材料。例如第一材料可以包括一玻璃,该玻璃与一作为第二材料的填料用来形成复合材料。按照本发明还设定,只在制造复合材料时才形成玻璃、特别是第一材料首先可以以结晶的形式存在并且沉积在基材上,同时其在那里成玻璃状凝固。
最后至少部分地清除第二材料,从而留下多孔的玻璃层。
第二材料因此可以看作为填料并且通过适当的方法清除,从而留下空隙。作为结果形成多孔的玻璃层。在本发明的目的上所谓一玻璃层也被理解为除玻璃外还包括非玻璃状材料的层。不仅完全地清除第二材料而且部分地清除第二材料是可设想的。特别设定,只部分地清除第二材料,这样虽然形成空隙,但留下第二材料的残留物作为单个玻璃粒子的结合剂。
本发明的该实施形式不仅允许在基材上构成多孔的玻璃层,其中例如沉积第一和第二材料,而且允许制造一多孔的层作为单独的层,而不需要采用基材。
优选作为第一材料采用玻璃。但也可以采用结晶的材料,其只在沉积在基材上时才形成玻璃状的结构。
为了达到复合材料的能够产生多孔结构的结构,按照本发明设定,准备第一和至少第二材料作为材料混合物,因此例如作为溶液或弥散体。在复合材料的制造过程中至少部分地通过相分离而分离各材料。该混合物具有一结构,其由于第一材料的细微的分布不可能构成多孔的玻璃层。在复合材料的制造过程中,因此例如在沉积一层时这样分离各材料,即形成一具有填料的足够大的夹杂物的结构。然后清除填料并留下多孔的玻璃层。在本发明的目的上因此复合材料还可以称为混合物,第二材料在第一材料中的夹杂物平均占有只不多的体积,从而具有可测量的孔隙度的层的制造变成可能的。
按选择或以组合按照本发明设定,各材料只在复合材料的制造以后才至少部分地分离。这特别通过电磁辐射的作用特别通过光的作用、或通过带电粒子的作用特别通过离子的作用来实现。该处理方法的优点是,经由电磁辐射作用的持续时间可以影响分离的程度并从而影响微孔大小。按选择或以组合也可以通过加热实现分离。
在本发明的另一实施形式中,准备至少一种材料作为粒状物。经由颗粒大小和颗粒大小分布可以调节孔隙度和多孔的玻璃层的多孔性分布。按照本发明设定,不仅准备填料或一玻璃作为粒状物,而且也准备填料和玻璃都作为粒状物。
经由一粒状物可以生产具有较大孔隙的多孔的玻璃层。
在本发明的一优选的实施形式中,复合材料的制造包括粒状物的挤压。该处理方法在准备一玻璃粒状物并同时要将填料用作为各个玻璃颗粒的粘结剂时是特别适合的。通过挤压在各个玻璃颗粒的接触点上形成一牢固的结合并且在清除填料时优选在这些接触点上保留填料的残留物。
在本发明的特别优选的实施形式中,在制造复合材料时烧结至少一种玻璃粒状物。特别设定,包括玻璃粒状物和盐的混合物遭受烧结过程。对此优选这样控制烧结过程,即基本上使玻璃颗粒在其接触点相互连结。盐于是可以容易被分离出来并留下多孔的玻璃层。
作为盐特别提供食盐结晶体,其可以容易用水作为溶剂而溶解。
盐结晶体的大小匹配于要求的微孔大小或要求的微孔大小分布。
或者为了分解第二材料、亦即填料,将第二材料在一腐蚀浴中至少部分地腐蚀掉。通过腐蚀法也可采用包括两种不同玻璃的混合物,如果采用一腐蚀剂并且其基本上只对一个成分起作用的话。
本发明还涉及一种复合材料,其包括一沉积的具有超过1%的孔隙度的玻璃层或一借助于一本发明的方法制成的层。一这样的复合材料的特征在于高的耐用性并且特别借助于本发明的方法比传统的具有一多孔的层的复合材料显著较简单地制造。
本发明还包括复合材料,其包括至少一个沉积的多孔的玻璃层。在一实施形式中沉积的多孔的玻璃层具有超过1%的孔隙度。优选借助于PVD法、特别是借助于蒸发来沉积多孔的玻璃层。
利用一种用于施设多孔的玻玻层的方法或一种用于施设玻璃层的方法或一种用于制造多孔的玻璃层的方法可制造、特别是制造本发明的复合基材。
按照本发明复合材料可以不仅包括一单独的多孔的玻璃层而且包括一基材,其设有一按照本发明的多孔的玻璃层。所谓复合材料被理解为包括至少两个功能部件的任何材料。
一本发明的复合材料可以用于一整系列的应用。
借助于本发明可以提供薄膜。对此在本发明的第一实施形式中将多孔的层沉积在载体基材上,然后将载体基材减薄并至少部分地清除。不仅化学的方法而且机械的方法适用于减薄。这样采用一种基材,其可以溶解或腐蚀掉。
在本发明的第二实施形式中可以放弃基材,从而省去其清除。
例如按照本发明设定,将复合材料用于电化学中。对此该材料的特征在于即使在较高的温度下也具有高的耐腐蚀力和机械的耐用性。一多孔的玻璃层具有很好的润湿特性,特别在可溶于水的化合物中。
在聚合物的载体材料上或金属基材上沉积,由本发明的复合材料构成的薄膜可以用于燃料电池中。
一这样的具有一玻璃层的薄膜不同于传统的聚合物薄膜具有优点,其显著较少地遭受老化过程。
经由孔隙度的有针对性的调节可以生产离子选择性的薄膜。例如设定,一离子选择性的薄膜用于蓄电池,特别用于锂离子电池。对此传输介质包括一聚合物、特别是一聚氧化乙烯。通过微小的可能的层厚可以制造极薄的蓄电池。
但对于一整系列的其他的应用也需要离子选择性的电极。本发明的方法对此具有优点,可以几乎任意调节孔隙度。
对于催化剂也设置本发明的复合材料。这样可以例如通过催化的材料的共蒸发生产催化活性的薄膜。
对此也可使用多层***,在其各层中提供不同的反应材料。通过各微孔产生的催化反应的地点的分离导致,可以在相当大程度上阻止不符合要求的副反应。
本发明的蒸镀玻璃层还可以用于材料分离。例如设定,将这样的层用作为分子筛或分子过滤器。有可能在很窄的范围内调节微孔大小。这样可选择性清除单个分子、离子等。其优点是,即使起强腐蚀或化学侵蚀作用的材料也可利用一本发明的复合材料易于分离。
通过手性的材料加入基材或多孔的玻璃层中可以生产手性的薄膜用以分离对映体。按选择或附加,可以将至少一种手性的材料加入多孔的层中,例如通过手性的材料的喷撒。
为了气体的分离,特别在渗透和逆渗透的区域可以采用本发明的复合材料。通过高的机械稳定性可以比在传统的纯聚合物材料时更高的压力下进行这样的过程。
在医学的领域内也可以采用本发明的复合材料。其具有高的生物兼容性,不受身体细胞的侵蚀并且因此可以不仅用于医学的应用而且可以用于体外。特别是设定一这样的材料应用于透析。还设定,在制造植入物时采用本发明的复合材料。对此由多孔的玻璃构成的层可以例如用作为载体材料,在其中可以生长生物的组织。
此外设定,将本发明的复合材料用于光电子学中。可以生产薄的层,它们是波长选择性的,亦即只影响确定的波长,例如通过散射或干涉效应。
经由过程参数和通过掺杂和不同材料的共蒸发可以生产具有各种极不同的光学特性的层,并且按简单的方式例如可制造滤光器、反射开关和空腔。这些层也可用于光学的数据存储。
多孔的蒸镀玻璃特别允许一用于制造光子的结晶体的简单方法或一本发明的复合基材用于光子的应用。光子的应用包括例如光学开关或滤光器。
光学开关构成一光学网络中的部件,其在不同的光波导体之间例如转换光信号,而不必事先将该信号转变为电信号。
光子的结晶体的特征特别在于空间上周期变化的折射率。借助于本发明的方法可以可再现地获得一这样的光子的结晶体的周期的特性对此特别通过微孔的大小控制光子的结晶体的特性。此外可以用选择的材料填满微孔。在这方面可能的材料可以是铁电的、铁磁的和/或聚合的材料。对此可以通过微孔的大小和/或用于填满微孔的材料控制光子的结晶体的特性。然后经由外部的电场、磁场和/或光场可以控制结构的特性。
通过蒸镀技术可以优选构造化地沉积包括作为偶对的上述材料的玻璃,以便达到要求的光学效应。其他的实例对于上述的偶对包括依赖于波长的纳米粒子或颜料。对此优点是通过偶对的同时的共蒸发的可能性和微孔大小实现控制简单的行程操纵。
本发明的多孔的玻璃层按照本发明也作为干涉层和隐身涂层设置。一多孔的玻璃层具有一比致密的玻璃层较小的折射率。优选在垂直的入射光时层的厚度大致为待隐去的波长的1/4。在倾斜入射时形成较厚的层。
借助于相应的遮蔽技术也可以由不同厚的材料制造透镜、DOE或菲涅耳透镜。
通过颜料、纳米材料或半导体的嵌入本发明的复合材料的应用例如作为基体也设在光电学、电致发光、光致发光或光化学中。
按照本发明为产生光化学活性的或电化学活性的层所需的材料在一步骤中共蒸发并且在多孔的玻璃层中分布地沉积。这样构成的层具有一很大的表面。经由光化学的还原过程或氧化过程可以通过多孔的玻璃层有针对性地滤出例如变成自由的气体。
在电技术中本发明的复合材料的应用还特别设有金属基材。
对此对多孔的玻璃层特别有利的是,玻璃具有高的击穿强度。
因此本发明还涉及一种离子选择性的电极、一种蓄电池、一种催化剂材料、一种过滤器、一种用于生物组织的载体材料、一种用于人体或动物体的植入物、一种光学数据存储器、一种光电子构件、一种电技术构件和一种电容器,它们分别包括本发明的复合材料。
此外本发明涉及一种抗水汽层或抗冻层。发明人已发现,借助于一本发明的方法可以形成亲水的层,借此至少对于一有限的时间间隔可以阻止在一表面上水的冷凝或冰形成。同时在载体基材已加热到环境温度或其已适应于表面和环境的温度以后,水由多孔的层吸收并且被散发。一这样的抗水汽层或抗冻层由于其耐温度性特别适用于一整系列的应用,例如汽车玻璃板、助视器或冷却器。
层的抗水汽作用或抗冻作用可以通过纳米粒子、特别通过喷撒的硅纳米粒子加以改善。
此外可以通过有机聚合物、特别是聚氨酯或聚乙烯醇改善亲水的特性。在本发明的特别的实施形式中对此用有机聚合物浸渍多孔的玻璃层。然后放出聚合物,从而微孔至少部分地重新是敞开的,但是由聚合物润湿的。聚合物然后被时效硬化。对此在应用干燥方法时采用聚合物溶液。或者通过聚合作用来时效硬化聚合物,该聚合作用例如可以通过用UV光辐射来产生。这样形成多孔的玻璃层,其具有聚合物覆层。
DE 3222675、EP 310911、DE 3733636、EP 389896、DE 3909341、DE 3909341、DE 4005366、DE 4111879、EP 508343和WO 05042798中描述多孔的玻璃层的其他的应用,它们的全部公开内容在此引入。
当然,各相应的构件也可以构成复合材料的基材并因此可以是这样的复合材料的一部分。
附图说明
以下要借助图1至图12更详细地说明本发明。
图1示意示出本发明的复合材料的一个实施例。
图2示意示出本发明的复合材料的另一实施例。
图3示意示出用以实施本发明的方法的PVD设备。
图4示意示出本发明的数据存储器。
图5示意示出本发明的电极。
图6示意示出本发明的植入物。
图7示意示出本发明的方法的流程图。
图8和9示意示出多孔的玻璃层借助于相分离的制造。
图10至12示意示出利用另一可选择的方法制造多孔的玻璃层的步骤。
图13a至13c示意示出示例性构造的多孔的玻璃层的制造。
具体实施方式
图1示意示出一本发明的复合材料1的实施例。复合材料1在该实施例中包括基材2,在这里构成为塑料基材。在基材2的顶面上借助PVD法沉积多孔的玻璃层3。多孔的玻璃层3在该实施例中具有在100nm与600nm之间的厚度。复合材料1适用于大量的应用。
图2示意示出一本发明的复合材料1的另一实施例。复合材料1包括由聚合物材料构成的基材2。在基材上借助于一电子束蒸发法沉积100nm至500nm厚的多孔的玻璃层3,其具有在10%与30%之间的孔隙度,然后用一密封层4密封多孔的玻璃层3。在该实施例中用与多孔的玻璃层3相同的材料源(未示出)涂覆该密封层。为了构成紧密的密封层,对此降低设备(未示出)的沉积率并且将设备中的压力减小均10倍。此外借助于离子束压实法(Ionenstrahl-Verdichtungsverfahren)进一步压实密封层4。可以这样在一个过程步骤中沉积密封层4,但没有可测量的孔隙度。
代替离子束也可以在等离子作用和/或等离子支持下沉积各层。这样可以沉积一密封的层,其只具有一极小的或没有可测量的孔隙度。
图3示意示出PVD设备10用以实施本发明的方法并且适用于一本发明的复合材料的制造。在PVD设备10中借助于一电子束方法给基材2涂层,其可以设置于基材夹具17中。
为此在设备10中设置电子源11,经由转向磁铁12将由电子源11发生的电子束指向盘形的极靶13。极靶13在该实施形式中为了达到尽可能均匀的沉积率可绕旋转轴线14旋转。
作为极靶13或材料源在这里设置由低熔点的硅酸硼玻璃构成的盘,其在该实施例中还包括金属氧化物并且由此在沉积的状态下在基材2上形成二元的***。
通过电子束蒸发极靶13并且沉积在基材2上。为了偏转次级电离子,在基材2与极靶13之间还设置两电极15,在其上可施加电压并可产生电场。用箭头16标记电场的方向。
经由一泵18将设备抽成真空。经由调节阀19可调节设备压力。
借助于泵18和调节阀19已可控制在基材2上沉积的层的孔隙度。
为了进一步的影响,在PVD设备10中还设置水蒸气23的供给。水蒸气的供给也可经由调节阀22来控制。按选择或附加也可以供给有机气体。
在沉积时供给的水蒸气导致产生显著较高的孔隙度。
此外设备10包括固体粒子21的供给,其同样可经由调节阀20调节。
固体粒子可以在一射流中例如在一氩气氛中经由阀供给。对此可以例如涉及纳米粒子,其可以在基材2上形成一纳米构造的层。
或者可以供给光活性的物质,借其在基材上沉积一光学的功能层。
已证明特别作为蒸镀玻璃适用于一本发明的用以施设多孔的玻璃层的方法是这些玻璃,其具有下列以重量百分数计的成分范围:
成分    玻璃范围1    玻璃范围2
SiO2    75-85        65-75
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
优选的由这些组构成的蒸镀玻璃是具有下列以重量百分数计的成分的玻璃:
成分    玻璃1      玻璃2
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%
应该指出,所述的成分并不涉及沉积的层,更确切地说在蒸镀时成分是变化的。
优选采用的玻璃特别具有下表中举出的特性:
  特性   玻璃1   玻璃2
  a20-300[10-6k-1]   2.75   3.2
  密度(g/cm3)   2.201   2.12
  蜕变点[℃]   562℃   742℃
  折射率   nD=1.469   1.465
  耐水级别按ISO 719 1 2
  耐酸级别按DIN 12116 1 2
  耐碱级别按DIN 52322 2 3
介电常数e(25℃)   4.7(1MHz)   3.9(40GHz)
正切d(25℃)   45×10-4(1MHz)   26×10-4(40GHz)
公司Schott的蒸镀玻璃型式8329已证明特别适用于多孔的玻璃层的蒸镀,其具有下列以重量百分数计的成分:
SiO2    84.1%
B2O3    11.0%
Figure S2006800414015D00171
Al2O3    ≈2.6%(在层中
Figure S2006800414015D00172
0.5%)
原始材料的电阻大致为1010Ω/cm(100℃时)。
该玻璃在纯形式中还具有一约1.470的折射率。
介电常数8为约4.8(25℃,1MHz),tgδ为约45×10-4(25℃,1MHz)。通过蒸镀过程和该***的各成分的不同的挥发性在载体材料与蒸镀的层之间产生稍有不同的化学计量学。在蒸镀的层中的偏差列入括号中。
图4示意示出一本发明的数据存储器30。对此涉及一种基材,其施设有一具有光学特性的多孔的玻璃层。在这里示出的是一板式存储器,未示出其更详细地构造。
图5示意示出一本发明的电极40。该电极包括一金属基材41,该金属基材在电极板上施设有一多孔的玻璃层。一这样的电极40可以例如用于一大功率电容器(未示出)。
图6示意示出一本发明的植入物50。植入物在这里是一骨植入物,其施设有一多孔的玻璃层。多孔的玻璃层50提高表面的机械稳定性并同时用作为身体自身的材料的载体基材。
一这样的植入物很好地在身体内生长并且多孔的玻璃层具有高的生物抗力。
图7示意示出一本发明的方法的流程图60。按照该方法准备一基材(步骤61)。接着准备一材料源(步骤62)。基材气相蒸镀一多孔的玻璃层(步骤63)并同时喷洒纳米粒子(步骤64)。这样形成一具有一纳米构造的表面的基材,然后借助于一包括液态相的涂层方法,例如旋涂、浸涂方法或一印刷方法例如墨水喷射印刷或丝网印刷浸渍基材(步骤65)。可以借助于一旋涂方法将例如光活性材料加入基材中。用于旋涂的溶液可以包括一聚合物和一溶剂并且由此通过溶剂的蒸发达到一与多孔的玻璃层的牢固连结。
图8和9示意示出多孔的玻璃层借助于相分离的制造。如图8中所示,准备复合材料1,其包括基材2和双成分层5。双成分层5包括由两不同的材料构成的混合物。
如图9中所示,使复合材料1遭受UV辐射。通过辐射两材料已部分地分离。在清除一成分以后留下多孔的玻璃层3。
借助图10至12示意示出用于制造多孔的玻璃层的方法的另一实施形式。
图10示出一双成分层5,其由一玻璃粒状物和一盐粒状物挤压而成。盐颗粒构成为黑色的粒子。
图11示出双成分层5,按此其经受一烧结过程。各个玻璃粒子和盐粒子在其界面上相互融合。紧接着在水中将盐分离出来,从而留下一多孔的玻璃层,如图12中示意示出的。
图13a至13c示出一构造的多孔的玻璃层3的制造。在基材2的待构造的侧面上用一对技术人员来说已知的方法涂覆一掩模6,例如为一光刻胶的形式并且光刻地构造。该构造相当于待生产的结构的负象。在基材2的构造的侧面上沉积一多孔的玻璃层3。在掩模6的凹槽内玻璃层3直接沉积在基材2上。多孔的玻璃层3可以例如借助于电子束蒸发或等离子束支持的电子束蒸发来涂覆。随后借助于剥离来消除沉积的玻璃层3的位于掩模6上的区域。为此例如在丙酮中分离光刻胶。沉积的玻璃层3在掩模的凹槽的区域内在基材上形成要求的正结构。
当然,本发明并不限于在这里所描述的实例,而各特征的对技术人员来说有意义的任何组合都是本发明的主题。
附图标记清单
1复合材料
2基材
3多孔的玻璃层
4密封层
5双成分层
6掩模
10PVD设备
11电子源
12转向磁铁
13极靶
14旋转轴线
15电极
16箭头
17基材夹具
18泵
19调节阀
20调节阀
21固体粒子供给
22调节阀
23水蒸气供给
30光学的数据存储器
40电极
41金属基材
42电极板
50植入物
60流程图
61准备基材
62准备材料源
63蒸镀基材
64喷撒纳米粒子
65旋涂材料

Claims (115)

1.用于施设多孔的玻璃层的方法,包括以下步骤:
准备至少一个基材,
准备至少一个玻璃靶极作为材料源,
借助于PVD法在基材上沉积至少一个具有超过1%的孔隙度的玻璃层,经由沉积率、基材温度和/或过程温度控制所述玻璃层的孔隙度。
2.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积率处在0.1μm/min与10μm/min之间。
3.按照权利要求2所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积率处在0.5μm/min与8μm/min之间。
4.按照权利要求3所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积率处1μm/min与4μm/min之间。
5.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述至少一个多孔的玻璃层的孔隙度处在1%与60%之间。
6.按照权利要求5所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述至少一个多孔的玻璃层的孔隙度处在5%与50%之间。
7.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,基材温度不超过120℃。
8.按照权利要求7所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,基材温度不超过100℃。
9.按照权利要求8所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,基材温度不超过80℃。
10.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,至少部分地借助于电子束蒸发来沉积多孔的玻璃层。
11.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积一具有在1nm与1000μm之间的厚度的层。
12.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,准备至少一个材料源,该材料源产生一个包括至少一个二元***的层。
13.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,准备一个沉积金属氧化物的材料源。
14.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,准备至少两个不同的材料源。
15.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在一个过程步骤中沉积多孔的玻璃层。
16.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在超过10-3毫巴的压力下沉积所述至少一个多孔的玻璃层。
17.按照权利要求16所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在超过10-2毫巴的压力下沉积所述至少一个多孔的玻璃层。
18.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,给所述至少一个多孔的玻璃层至少部分地掺杂。
19.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积具有在1nm与100μm之间的平均的微孔横截面的多孔的玻璃层。
20.按照权利要求19所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积具有在100nm与10μm之间的平均的微孔横截面的多孔的玻璃层。
21.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,经由过程压力控制所述至少一个玻璃层的孔隙度。
22.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在沉积多孔的玻璃层时添加水蒸气。
23.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积时添加至少一种挥发的有机的或无机的材料。
24.按照权利要求23所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积时添加甲烷、乙烷和/或乙炔。
25.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在所述至少一个多孔的玻璃层的沉积过程中添加纳米粒子。
26.按照权利要求25所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在所述至少一个多孔的玻璃层的沉积过程中机械地喷撒纳米粒子。
27.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述至少一个多孔的玻璃层形成薄膜。
28.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,该方法包括层从基材上的分离和/或基材的清除、溶解或减薄。
29.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,准备聚合物作为基材。
30.按照权利要求29所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述聚合物是聚氧化乙烯。
31.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,准备包括至少一种金属的基材。
32.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,作为基材,准备手性的载体材料和/或在多孔的层中加入至少一种手性的材料。
33.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,同时沉积至少一种起催化作用的材料。
34.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积结晶的区段。
35.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积TiO2
36.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,用聚合物溶液浸渍多孔的玻璃层。
37.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,借助于液态相的涂布方法或借助于印刷方法由至少一种材料浸渍多孔的玻璃层。
38.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,至少部分地用半导的材料充填多孔的玻璃层。
39.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,至少部分地用导电的材料充填多孔的玻璃层。
40.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积一具有变化的孔隙度的梯度层。
41.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,沉积电致发光的材料。
42.按照权利要求41所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述电致发光的材料是有机的电致发光的材料。
43.按照权利要求42所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,所述有机的电致发光的材料是包括硅、镓、砷和/或磷的材料。
44.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在所述至少一个多孔的玻璃层上施设密封层。
45.按照权利要求44所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,借助于PVD法施设密封层。
46.按照权利要求44所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在一个过程步骤中施设玻璃层作为密封层。
47.按照权利要求44所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,密封层包括二元的***。
48.按照权利要求44所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在离子束压缩的情况下沉积一密封层。
49.按照权利要求44所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,在等离子作用的情况下和/或等离子支持地沉积密封层。
50.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,作为材料源,准备玻璃,该玻璃包括至少一种下列材料或具有多种或全部下列材料的以重量百分数计的混合物:
SiO2            65~85,
B2O3            10~30,
碱金属氧化物    0.1~7,
Al2O3           0.5~5。
51.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,作为材料源,准备玻璃,该玻璃包括至少一种下列材料或具有多种或全部下列材料的以重量百分数计的混合物:
SiO2    75~85,
B2O3    10~15,
Na2O    1~5,
Li2O    0.1~1,
Al2O3   1~5。
52.按照权利要求1所述的用于施设多孔的玻璃层的方法,其特征在于,作为材料源准备玻璃,该玻璃包括至少一种下列材料或具有多种或全部下列材料的以重量百分数计的混合物:
SiO2     65~75,
B2O3     20~30,
Na2O     0.1~1,
Li2O     0.1~1,
K2O      0.5~5,
Al2O3    0.5~5。
53.用于施设玻璃层的方法,包括下列各步骤:
准备至少一个基材,
准备至少一个玻璃靶极作为材料源,
沉积至少一个多孔的玻璃层,经由沉积率、基材温度和/或过程温度控制所述玻璃层的孔隙度。
54.按照权利要求53所述的用于施设玻璃层的方法,其特征在于,沉积具有超过1%的孔隙度的多孔的玻璃层。
55.按照权利要求53所述的用于施设玻璃层的方法,其特征在于,借助于PVD法在基材上沉积多孔的玻璃层。
56.按照权利要求53所述的用于施设玻璃层的方法,其特征在于,借助于蒸发在基材上沉积多孔的玻璃层。
57.复合材料,利用一种按照上述权利要求之一项所述用于施设多孔的玻璃层或玻璃层的方法来制造。
58.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,复合材料包括基材。
59.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层构成为功能层。
60.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层的孔隙度处在1%与60%之间。
61.按照权利要求60所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层的孔隙度处在5%与50%之间。
62.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,层的孔隙度沿层厚变化小于50%。
63.按照权利要求62所述的复合材料,其特征在于,层的孔隙度沿层厚变化小于30%。
64.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层基本上是均质的。
65.按照权利要求64所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层的孔隙度逐渐地和/或交替地变化。
66.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有在1nm与1000μm之间的厚度。
67.按照权利要求66所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有在30nm与100μm之间的厚度。
68.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括至少一个二元的***。
69.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括至少一种金属氧化物。
70.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,给多孔的玻璃层至少部分地掺杂。
71.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有在1nm与100μm之间的平均的横截面的微孔。
72.按照权利要求71所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有在100nm与10μm之间的平均的横截面的微孔。
73.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,复合材料包括基材,该基材包括聚合物。
74.按照权利要求73所述的复合材料,其特征在于,所述聚合物是聚氧化乙烯。
75.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,复合材料包括基材,该基材包括至少一种金属。
76.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,复合材料包括基材,该基材包括手性的载体材料。
77.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括至少一种手性的材料。
78.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,载体材料包括至少一种起催化作用的材料。
79.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有光学的作用。
80.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层构成波长选择性的。
81.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括至少一种光活性的材料。
82.按照权利要求81所述的复合材料,其特征在于,所述光活性的材料是颜料。
83.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括TiO2
84.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层包括至少一种纳米材料。
85.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,多孔的玻璃层具有纳米构造。
86.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,复合材料具有密封层。
87.按照权利要求86所述的复合材料,其特征在于,所述密封层是玻璃密封层。
88.按照权利要求86所述的复合材料,其特征在于,密封层具有低于1.0%的孔隙度。
89.按照权利要求88所述的复合材料,其特征在于,密封层具有低于0.5%的孔隙度。
90.按照权利要求89所述的复合材料,其特征在于,密封层具有低于0.1%的孔隙度。
91.按照权利要求86所述的复合材料,其特征在于,密封层包括至少二元的材料***。
92.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,密封层包括金属氧化物。
93.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,借助于PVD法沉积多孔的玻璃层。
94.按照权利要求57所述的复合材料,其特征在于,借助于蒸发来沉积多孔的玻璃层。
95.离子选择性的电极,包括按照权利要求57所述的复合材料。
96.蓄电池,包括按照权利要求57所述的复合材料。
97.催化剂材料,包括按照权利要求57所述的复合材料。
98.过滤器,包括按照权利要求57所述的复合材料。
99.根据权利要求98所述的过滤器,其特征在于,所述过滤器是干涉滤光器。
100.透镜、菲涅耳透镜或衍射光元件,包括按照权利要求57所述的复合材料。
101.用于生物组织的载体材料,包括按照权利要求57所述的复合材料。
102.用于人体或动物体的植入物,包括按照权利要求57所述的复合材料。
103.光学的数据存储器,包括按照权利要求57所述的复合材料。
104.光电子构件,包括按照权利要求57所述的复合材料。
105.光子结晶体,包括按照权利要求57所述的复合材料或利用按照权利要求1至56之一项所述的方法来制造。
106.光子构件,包括按照权利要求57所述的复合材料。
107.电技术的或电化学的构件,包括按照权利要求57所述的复合材料。
108.电容器,包括按照权利要求57所述的复合材料。
109.隐身涂层,利用按照权利要求1至56之一项所述的方法制造。
110.薄膜,利用按照权利要求1至56之一项所述的方法制造。
111.抗水汽层和/或抗冻层,利用按照权利要求1至56之一项所述的方法制造。
112.按照权利要求111所述的抗水汽层和/或抗冻层,包括纳米粒子。
113.按照权利要求112所述的抗水汽层和/或抗冻层,其特征在于,所述纳米粒子是含硅的纳米粒子。
114.按照权利要求111所述的抗水汽层和/或抗冻层,还包括至少一种有机聚合物。
115.按照权利要求114所述的抗水汽层和/或抗冻层,其特征在于,所述有机聚合物是聚氨酯和/或聚乙烯醇。
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