DE102005044522B4

DE102005044522B4 - Verfahren zum Aufbringen einer porösen Glasschicht, sowie Verbundmaterial und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102005044522B4
Application number: DE200510044522
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Ottermann; Jörn Dr. Pommerehne
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2025-09-17
Also published as: EP1924720A2; WO2007031317A3; US20090011217A1; WO2007031317A2; CN101305111B; CN101305111A; DE102005044522A1

Abstract

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.

Description

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 A1 (Yazawa et al.) die Erzeugung einer porösen Glasschicht durch ein Ätzverfahren. Die Dokumente DE 102 52 787 A1 , DE 102 22 964 A1 und DE 1 696 110 B betreffen Verfahren zum Aufdampfen von Glasschichten. Das Erzeugen von porösen Glasschichten ist in diesen Schriften nicht gezeigt.
Das Dokument DE 33 05 854 C1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen von porösen Glasschichten, bei dem ein Sinterkörper mit Salzkrümeln hergestellt wird, welche nach dem Sintern herausgelöst werden.
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 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.
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 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, einstellen.
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.
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 Röntgenreflexionsexperimenten mit streifendem Einfall (GIXE)), oder ist aus der Massenbelegung der Schicht (bei der Herstellung über Schwingquarzmessungen erhältlich) und die geometrische 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 ermittelt 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 geben. Zum Beispiel kann durch den Vergleich der Intensitäten von IR-Absorptionsbanden der relative Anteil von Schichtkonstituenten bestimmt werden.
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 120°C nicht überschritten, es ist sogar möglich Substrattemperaturen von 100°C oder von 80°C 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 Metalloxide 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. 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 innenselektive 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 Innenstrahl, 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 80°C 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 Titandioxid abgeschieden. Eine Titandioxid 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 zunehmendem als auch abnehmendem 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 elektrolumineszenten Material zu versehen. Derartige elektrolumineszente Materialien lassen sich für die Herstellung von lichtemittierenden Bauteilen verwenden.
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, derartige Schichten mit einem elektrolumineszenten 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 Verbundmaterial, welches eine abgeschiedene Glasschicht mit einem Porositätsgrad von über 1% oder eine mittels der 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.
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 innenselektive Membranen erzeugt werden. Beispielsweise ist vorgesehen, eine innenselektive Membran für Akkumulatoren, insbesondere für Lithiumionenzellen 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 innenselektive 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.
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 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 Oxidationsprozesse 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 innenselektive 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 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 A , EP 0310911 A2 , DE 37336364 C1 , EP 389896 A2 , DE 39093411 A1 , DE 4005366 A1 , DE 4111879 A1 , EP 508343 A2 und WO 05042798 A1 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 1 bis 7 näher erläutert werden.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials.
2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials.
3 zeigt schematisch eine PVD-Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Datenspeicher.
5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Elektrode.
6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Implantat.
7 zeigt schematisch ein Flussbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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.
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.
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 eine Scheibe aus niedrigschmelzendem Borosilikatglas vorgesehen, welches bei diesem Ausführungsbeispiel noch ein Metalloxid 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 Glasbereich 1 Glasbereich 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
Bevorzugte Aufdampfgläser aus diesen Gruppen sind Gläser mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Komponenten Glas 1 Glas 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%
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:

Eigenschaften	Glas 1	Glas 2
Thermischer Ausdehnungskoeffizient α_20-300 [10^–6K^–1]	2,75	3,2
Dichte (g/cm³)	2,201	2,12
Transformationspunkt [°C]	562°C	742°C
Brechungsindex	n_D = 1,469	1,465
Wasserbeständigkeitsklasse nach ISO 719	1	2
Säurebeständigkeitsklasse nach DIN 12 116	1	2
Laugenbeständigkeitsklasse nach DIN 52322	2	3
Dielektrizitätskonstante ε (25°C)	4,7 (1 MHz)	3,9 (40 GHz)

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%⌉

K₂O 0,3%} 2,3% (in der Schicht ⇒ 3,3%)

Li₂O 0,3%⌋

Al₂O₃ 2,6% (in der Schicht ⇒ 0,5%)
Der elektrische Widerstand des Ausgangsmaterials beträgt ungefähr 10¹⁰ Ω/cm (bei 100°C).
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, 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.
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.
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.
6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Implantat 50. Das Implantat 50 ist hier ein Knochenimplantat, welches mit einer porösen Glasschicht beschichtet ist. Die poröse Glasschicht 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.
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.

1: Verbundmaterial
2: Substrat
3: poröse Glasschicht
4: Versiegelungsschicht
5: Zweikomponentenschicht
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

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.
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.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrattemperatur von 120°C, bevorzugt von 100°C, besonders bevorzugt 80°C nicht überschritten wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest teilweise mittels Elektronenstrahlverdampfung abgeschieden wird.
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.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialquelle bereitgestellt wird, die ein Metalloxid abscheidet.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei verschiedene Materialquellen bereitgestellt werden.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht in einem Prozessschritt abgeschieden wird.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine poröse Glasschicht zumindest abschnittsweise dotiert wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine poröse Glasschicht mit einem mittleren Porenquerschnitt zwischen 1 nm und 100 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 μm abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Glasschicht über die Abscheiderate gesteuert wird.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der zumindest einen Glasschicht über den Prozessdruck gesteuert wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abscheiden der porösen Glasschicht Wasserdampf zugesetzt wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abscheiden zumindest ein organischer Stoff, insbesondere Methan, Ethan und/oder Acetylen zugesetzt wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abscheidens der zumindest einen porösen Glasschicht Nanopartikel mechanisch eingestäubt werden.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Ablösen von Schichten vom Substrat und/oder das Entfernen, Auflösen oder Dünnen des Substrats umfasst.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein Polymer, insbesondere ein Polyethylenoxid bereitgestellt wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest ein Metall umfassendes Substrat bereitgestellt wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat ein chirales Trägermaterial bereitgestellt wird und/oder zumindest ein chiraler Stoff in die poröse Schicht eingebracht wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein katalytisch wirkender Stoff mit abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kristalline Abschnitte abgeschieden werden.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass TiO₂ abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht mit einer Polymerlösung getränkt wird.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest teilweise mit einem halbleitenden Material verfüllt wird.
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.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gradientenschicht mit variierter Porosität abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrolumineszentes Material, insbesondere ein organisches elektrolumineszentes Material, insbesondere ein Material welches Gallium, Arsen und/oder Phosphor umfasst, abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zumindest eine poröse Glasschicht eine Versiegelungsschicht aufgebracht wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass als Versiegelungsschicht eine Glasschicht in einem Prozessschritt abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein binäres System umfasst.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelungsschicht unter Ionenstrahlverdichten abgeschieden wird.
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelungsschicht unter Plasmaeinwirkung und/oder plasmaunterstützt abgeschieden wird.
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 Alkalioxid 0,1–7 Al₂O₃ 0,5–5
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 38, 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
Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 38, 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
Verbundmaterial, umfassend ein Substrat und eine Glasschicht, wobei die Glasschicht mit einem Verfahren zum Aufbringen poröser Glasschichten nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist.
Verbundmaterial nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht als Funktionsschicht ausgebildet ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der porösen Glasschicht zwischen 1% und 60%, bevorzugt zwischen 5% und 50% liegt.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Porositätsgrad der Schicht über die Schichtdicke sich weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% ändert.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht homogen ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Porositätsgrad der porösen Glasschicht graduell und/oder alternierend ändert.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht eine Dicke zwischen 1 nm und 1000 μm, bevorzugt zwischen 30 nm und 100 μm aufweist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein binäres System umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein Metalloxid umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die eine poröse Glasschicht zumindest abschnittsweise dotiert ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 51, 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.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst, welches ein Polymer, insbesondere ein Polyethylenoxid, umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst, welches zumindest ein Metall umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Substrat umfasst, welches ein chirales Trägermaterial umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest einen chiralen Stoff umfasst.
Verbundmaterial nach dem Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial zumindest einen katalytisch wirkenden Stoff umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht eine optische Wirkung aufweist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht wellenlängenselektiv ausgestaltet ist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest einen Farbstoff umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht TiO₂ umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht zumindest ein Nanomaterial umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Glasschicht eine Nanostrukturierung aufweist.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial eine Versiegelungsschicht, insbesondere eine Glasversiegelungsschicht aufweist.
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.
Verbundmaterial nach Anspruch 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein zumindest binäres Stoffsystem umfasst.
Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 64 bis 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht ein Metalloxid umfasst.
Ionenselektive Elektrode, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Akkumulator, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Katalysatormaterial, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Filter, insbesondere Interferenzfilter, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Linse, Fresnel-Linse oder diffraktives optisches Element, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Trägermaterial für biologische Strukturen, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Implantat für menschliche oder tierische Organismen, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Optischer Datenspeicher, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Optoelektronisches Bauteil, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Elektrotechnisches Bauteil, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.
Kondensator, umfassend ein Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 42 bis 67.