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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen sowie ein optisches Element.
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Nanoröhren haben aufgrund ihrer vielseitigen elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften in den vergangenen Jahren attraktive Anwendungsmöglichkeiten gefunden. Eine der Anwendungsmöglichkeiten besteht in der Verwendung von Nanoröhren für transparente und leitfähige Beschichtungen.
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Das Aufbringen von Nanoröhren auf Oberflächen kann dabei mit verschiedenen Techniken erfolgen. So können zum Beispiel Nanoröhren direkt auf Oberflächen hergestellt werden, d. h. direkt „aufgewachsen” werden, oder auch indirekt durch verschiedene Methoden aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch Spin-Coating, Tip-Coating, verschiedene Sprühtechniken, als auch verschiedene Printmethoden.
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Ein weiteres Verfahren, um Nanoröhren auf Oberflächen aufzubringen ist das elektrophoretische Abscheiden von Nanoröhren. Beispielsweise beschreibt
DE 102 20 628 A1 ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren und eine Nanoröhren-Abscheidevorrichtung.
DE 100 20 383 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Nanoröhren-Feldemitters unter Verwendung von Elektrophorese. Weitere ähnliche Verfahren zum elektrophoretischen Abscheiden von Nanoröhren finden sich in
US 6,902,658 B1 sowie
WO 2003/052785 A1 .
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US 2004/0055892 A1 offenbart ein Verfahren zur Ablagerung eines nanostrukturierten Materials auf einem Substrat unter Verwendung von Elektrophorese. Dabei wird das Substrat als Elektrode verwendet und zusammen mit einer Gegenelektrode in eine Flüssigkeit eingetaucht, welche das nanostrukturierte Material enthält. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden erfolgt der Ablagerungsprozess des nanostrukturierten Materials auf einer der Elektroden.
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US 2003/0102222 A1 offenbart ein Verfahren zur Ablagerung einer Schicht eines nanostrukturierten Materials auf einem Substrat, wobei die Ablagerung unter Verwendung von Elektrophorese erfolgt.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen, eine verbesserte Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, sowie ein verbessertes optisches Element zu schaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Abscheiden von Nanoteilchen geschaffen, wobei in einem ersten Schritt eine Lösung, bzw. Dispersion oder Suspension von Nanoteilchen und eine Abscheidelektrode bereitgestellt wird, wobei die Abscheidelektrode auf einem optisch transparenten Substrat ausgebildet ist und wobei die Abscheidelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das elektrisch leitfähige Material durch Elektrochemie zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist. Gleichzeitig erfolgt das elektrophoretische Abscheiden von Nanoteilchen der Lösung auf die Abscheidelektrode.
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Die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials, welches durch Elektrochemie zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist, hat den Vorteil, dass der Abscheidevorgang von Nanoteilchen auf die Abscheidelektrode durch zum Beispiel die Dicke der Abscheidelektrode selbststeuernd ist. Das elektrophoretische Abscheiden von Nanoteilchen der Lösung auf die Abscheidelektrode erfolgt ausschließlich so lange, bis das elektrisch leitfähige Material durch die Elektrophorese vollständig zu einem elektrischen Isolator umgewandelt ist. Das Abscheiden der Nanoteilchen auf der Abscheidelektrode erfolgt dabei gleichmäßig, da die Nanoteilchen ausschließlich auf solchen Gebieten der Abscheidelektrode abgeschieden werden, welche ein entsprechendes attraktives elektrisches Potential aufweisen. Ist ein Gebiet der Abscheidelektrode zu einem elektrischen Isolator vollständig umgewandelt, weist dieses Gebiet somit kein elektrisches Potential mehr auf, um Nanoteilchen anzuziehen und auf diesem Gebiet abzuscheiden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Umwandeln des elektrisch leitfähigen Materials unter Elektrophorese durch Oxidation. Dabei ist vorzugsweise die Abscheidelektrode aus Aluminium und/oder Titan ausgebildet. Eine Oxidation der Abscheidelektrode hat den Vorteil, dass bei der Elektrophorese z. B. in wässriger Lösung entstehender Sauerstoff zur Oxidation herangezogen wird, wodurch die bei der Elektrophorese auftretende Sauerstoffblasenbildung reduziert wird. Durch die verminderte Blasenbildung werden Nanoteilchen durch die Sauerstoffblasen nur noch in verminderter Form von der Oberfläche der Abscheidelektrode weggetragen, wodurch eine gleichmäßigere und stabilere Netzwerkbildung von Nanoteilchen gewährleistet ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung folgt in einem weiteren Schritt das Ätzen des Substrats zur zumindest teilweisen Entfernung oder Strukturierung der Abscheidelektrode. Durch die zumindest teilweise Entfernung der Abscheidelektrode kann die Transparenz des Substrats mit dem darauf abgeschiedenen Netzwerk von Nanoteilchen weiter erhöht werden.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Nanoteilchen um Nanoröhren. Dabei bilden die elektrophoretisch abgeschiedenen Nanoröhren ein Netzwerk, wobei das Nanoröhren-Netzwerk im Wesentlichen transparent und/oder elektrisch leitfähig ist. Eine Transparenz und/oder elektrische Leitfähigkeit des Nanoröhren-Netzwerks ermöglicht dabei die Verwendung des Substrats mit dem Nanoröhren-Netzwerk für zum Beispiel berührungsempfindliche Oberflächen, elektrisch beheizte Windschutzscheiben und vieles mehr.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Abscheidelektrode eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel bei der Umwandlung von Aluminium zu Aluminiumoxid durch die Oxidation unter Elektrophorese aufgrund der geringen Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht eine Transparenz dieser Schicht im Wesentlichen gewährleistet ist. Dadurch ist es möglich, weitere Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Ätzen des Substrats zur zumindest teilweisen Entfernung der Abscheidelektrode zu vermeiden, was eine kostengünstigere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Folge hat.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Abscheidelektrode durch Aufdampfen auf das Substrat aufgebracht. Das etablierte Verfahren des Aufdampfens von zum Beispiel Aluminium auf ein Substrat ermöglicht es, kontrolliert die Schichtdicke der Abscheidelektrode, sowie eine gewünschte Oberflächenmorphologie in einfacher und kontrollierter Weise zu steuern.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Abscheidelektrode außerdem eine strukturgebende Schicht auf. Dabei ist die strukturgebende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Vorzugsweise ist die strukturgebende Schicht zur Strukturierung durch Lithographie ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zum Beispiel eine räumliche Struktur der Abscheidelektrode durch Photolithographie vorgegeben werden kann. Eine Abscheidung von Nanoteilchen findet unter Elektrophorese zwar sowohl auf den Abscheidgebieten, als auch auf der isolierenden Schicht statt. Allerdings können durch Ablösen der isolierenden Schicht in einem weiteren Arbeitsschritt auch gleichzeitig die auf der isolierenden Schicht unerwünscht befindlichen Nanoteilchen mit entfernt werden. Durch die daraus resultierenden nicht zusammenhängenden Abscheidgebiete der Abscheid-Elektrode können Abscheidgebiete von Nanoteilchen gezielt vorgegeben werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat durch Glas und/oder einen Polymerkunststoff ausgebildet. Allgemein jedoch eignet sich jedes transparente Substrat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da auf Ausheizvorgänge, wie sie zum Teil im Stand der Technik verwendet werden müssen, verzichtet werden kann. Damit können auch temperaturempfindliche Substrate Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß wird die Dicke und/oder Dichte des Netzwerkes aus Nanoröhren durch die Dicke der Abscheidelektrode und/oder die Konzentration der Lösung der Nanoröhren und/oder die Zeitdauer des elektrophoretischen Abscheidens der Nanoröhren und/oder der Stärke des bei dem elektrophoretischen Abscheidens verwendeten elektrischen Feldes geregelt. Dadurch ist gewährleistet, dass in einfacher Weise die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kontrolliert und gesteuert werden kann.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Nanoröhren durch Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Kohlenstoff-Bor-Nanoröhren und/oder Bornitrid-Nanoröhren und/oder Siliziumkarbid-Nanoröhren und/oder Metalloxid-Nanoröhren ausgebildet. Außerdem können die Nanoröhren zumindest eine funktionelle Gruppe aufweisen. Die Nanoröhren können einwandige und/oder mehrwandige Nanoröhren umfassen, wobei die Nanoröhren metallisch und/oder elektrisch halbleitend sind. Dies ermöglicht eine flexible Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz von transparenten Substraten mit transparenten Nanoröhren-Netzwerken, welche dem jeweiligen Anwendungsgebiet angepasst sind.
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So können zum Beispiel bei der Verwendung von transparenten Substraten und transparenten Nanoröhren-Netzwerken für Anwendungen, bei welchen eine hohe Transparenz im Vordergrund steht, nahezu beliebige Gemische von metallischen und elektrisch halbleitenden Nanoröhren verwendet werden, da hierbei die elektrischen Eigenschaften nicht von entscheidender Bedeutung sind. In anderen Anwendungsgebieten hingegen kann bevorzugt ausschließlich die Verwendung von metallischen oder ausschließlich die Verwendung von elektrisch halbleitenden Nanoröhren gewünscht sein.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren mit Mitteln zur Aufnahme einer Lösung von Nanoröhren und einer Abscheidelektrode, wobei die Abscheidelektrode auf einem optisch transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die Abscheidelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das elektrisch leitfähige Material durch Elektrophorese zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist. Die Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren weist ferner Mittel zum elektrophoretischen Abscheiden von Nanoröhren der Lösung auf die Abscheidelektrode auf.
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Z. B. weist die Vorrichtung ferner Mittel zum Ätzen des Substrats zur Entfernung der Abscheidelektrode auf.
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Z. B. weist die Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren ferner Mittel zum Aufbringen einer strukturgebenden Schicht auf die Abscheidelektrode auf. Dabei ist die strukturgebende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material, sowie zur Strukturierung durch Lithographie ausgebildet.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein optisches Element mit einem im Wesentlichen optisch transparenten Substrat, einer Schicht eines im Wesentlichen optisch transparenten Isolators und eines auf dem Isolator angeordneten im Wesentlichen optisch transparenten Netzwerkes von Nanoteilchen.
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Anwendungen können solche optischen Elemente z. B. in antielektrostatischen Beschichtungen, Displays, berührungsempfindlichen Oberflächen, elektrochemisch oder elektrisch beheizten Glasflächen wie Windschutzscheiben oder Scheinwerferscheiben, optoelektronischen Elementen, sowie verschiedenen Arten von Sensoren finden.
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Z. B. weist der optisch transparente Isolator eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. Dabei ist der optisch transparente Isolator vorzugsweise durch oxidiertes Aluminium und/oder oxidiertes Titan ausgebildet.
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Z. B. ist das Nanoteilchen-Netzwerk im Wesentlichen elektrisch leitfähig.
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Z. B. ist das Substrat durch Glas und/oder einen Polymerkunststoff ausgebildet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Nanoröhren durch Kohlenstoff-Nanoröhren und/oder Kohlenstoff-Bor-Nanoröhren und/oder Bornitrid-Nanoröhren und/oder Siliziumkarbid-Nanoröhren und/oder Metalloxid-Nanoröhren ausgebildet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Nanoröhren zumindest eine funktionelle Gruppe auf.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Nanoröhren einwandige und/oder mehrwandige Nanoröhren. Dabei können die Nanoröhren metallisch und/oder elektrisch halbleitend sein.
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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2: ein weiteres Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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3: eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abscheiden von Nanoröhren,
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4: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren,
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5: eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoröhren,
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6: eine Messkurve betreffend den bei der Elektrophorese verwendeten Stromfluss in Abhängigkeit von der Elektrophorese-Zeitdauer,
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7: eine Messkurve betreffend den Zusammenhang zwischen optischer Durchlässigkeit und elektrischem Widerstand eines erfindungsgemäßen optischen Elements.
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Die 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren bzw. Nanofasern. In Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen einer Lösung von Nanoröhren und einer Abscheidelektrode, wobei die Abscheidelektrode auf einem optisch transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die Abscheidelektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei das elektrisch leitfähige Material durch Elektrophorese zu einem elektrischen Isolator umwandelbar ist. In Schritt 102 erfolgt das elektrophoretische Abscheiden von Nanoröhren der Lösung auf die Abscheidelektrode.
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In Schritt 104 erfolgt das Ätzen des Substrats zur zumindest teilweisen Entfernung oder Strukturierung der Abscheidelektrode. Dabei ist Schritt 104 optional und kann zum Beispiel dann angewendet werden, wenn besonders hohe Anforderungen an die Transparenz des Substrats mit dem abgeschiedenen Netzwerk von Nanoröhren gestellt wird. Vorzugsweise sollte jedoch die Dicke der Abscheidelektrode zwischen 1 nm und 100 nm betragen, vorzugsweise 10 nm. Wird dabei als Abscheidelektrode Aluminium verwendet, welches durch das Durchführen der Elektrophorese zu Aluminiumoxid oxidiert wird, so ist auch bei einer Dicke der Abscheidelektrode von z. B. 10 nm eine ausreichend hohe Transparenz von Substrat, Aluminiumoxidschicht und Nanoröhren-Netzwerk gewährleistet.
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Die 2 zeigt ein weiteres Flussdiagramm eines Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. Das Verfahren der 2 ermöglicht dabei, Abscheidestrukturen von Nanoröhren fest vorzugeben. Dies kann zum Beispiel von Vorteil sein, wenn berührungsempfindliche Oberflächen wie zum Beispiel Touchscreens hergestellt werden sollen.
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In Schritt 200 erfolgt das Aufdampfen von Aluminium auf ein optisch transparentes Substrat. In Schritt 202 erfolgt das Aufbringen von zum Beispiel einem Photolack auf die Aluminiumschicht. Unter Verwendung gängiger Photolithographietechniken wird über eine Photomaske in Schritt 204, sowie mit in der Praxis üblichen entsprechenden Lithographie-Verfahrensschritten die bei dem Elektrophoresevorgang aktive Strukturierung der Aluminium-Abscheideelektrode vorgegeben. In Schritt 206 erfolgt außerdem das Bereitstellen eines Gemischs von Nanoteilchen in einer Flüssigkeit. Im Falle der Verwendung von Nanoröhren bietet sich als Flüssigkeit jedwedes Lösungsmittel an, in welchem sich Nanoröhren vollständig lösen oder dispergieren lassen. Um die Löslichkeit von Nanoröhren in verschiedenen Lösungsmitteln zu ermöglichen, können die Nanoröhren entsprechende funktionelle Gruppen aufweisen. Ein bekanntes Verfahren zur Dispergierung von zum Beispiel Kohlenstoff-Nanoröhren ist die schallgestützte Dispergierung in einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat (1 Gewichtsprozent Lösung) mit zum Beispiel einer Nanoröhren – Konzentration von 0,1 mg/ml.
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In Schritt 208 erfolgt das Abscheiden von Nanoröhren auf der mit Hilfe von Lithographie freigelegten Aluminiumstruktur der Abscheidelektrode. Dies setzt allerdings voraus, dass der in Schritt 202 auf das Aluminium aufgebrachte Photolack elektrisch isolierend ist.
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In Schritt 210 erfolgt das Entfernen des Photolacks. Dadurch ist eine optische Transparenz von Substrat, dem durch die Elektrophorese erzeugten Aluminiumoxid, sowie dem Nanoröhren-Netzwerk gewährleistet. In Schritt 212 erfolgt wiederum optional das Ätzen des Substrats zur Entfernung von Aluminiumoxid.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. In Schritt 300 erfolgt das Bereitstellen eines optisch transparenten Substrats 302, wobei das optisch transparente Substrat 302 eine Abscheidelektrode 304 aufweist, wobei die Abscheidelektrode 304 aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Aluminium oder Titan ausgebildet ist. In Schritt 310 werden Nanoröhren 306 aus einer Lösung auf die Abscheidelektrode 304 abgeschieden. Dabei ist die Dicke und/oder Dichte des Netzwerks aus Nanoröhren durch die Dicke der Abscheidelektrode und/oder die Konzentration der verwendeten Lösung von Nanoröhren und/oder die Zeitdauer des elektrophoretischen Abscheidens der Nanoröhren und/oder die Stärke des bei dem elektrophoretischen Abscheiden verwendeten elektrischen Feldes vorgegeben. Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Abscheiden von Nanoröhren eine hohe Homogenität der Abdeckung der Abscheidelektrode 304 durch die Nanoröhren 306 erreicht werden.
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Nach dem Ätzen des Substrats in Schritt 320 ist die durch die Elektrophorese oxidierte Abscheidelektrode 304 entfernt. Vorhanden sind jetzt lediglich das Substrat 302 und die Nanoröhren 306, welche in einem regelmäßigen Netzwerk auf der Oberfläche des Substrats 302 angeordnet sind. Ein Ätzen des Substrats bietet sich insbesondere dann an, wenn zwar die verwendete Abscheidelektrode durch Elektrophorese zu einem elektrischen Isolator zumindest teilweise umwandelbar ist, jedoch dadurch nicht die gewünschte Transparenz von Abscheidelektrode 304, Substrat 302 und Nanoröhren 306 erzielt werden kann.
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Die 4 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. Dabei sind entsprechende Elemente der 3 im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In einem Behältnis 400 befindet sich eine bereitgestellte Lösung 402 von Nanoröhren 306. Ebenfalls in der Lösung befindet sich das Substrat 302, auf welches die Abscheidelektrode 304 aufgebracht ist. Die Abscheidelektrode ist dabei auf einem positiven Potential, wohingegen eine in der Lösung 402 sich befindliche Gegenelektrode 404 auf einem negativen Potential ist. Aufgrund des Potentialgefälles werden die Nanoröhren, welche zum Beispiel bei der Verwendung von Natriumdodecylsulfat von elektrisch negativen geladenen Tensiden umlagert sind, von der Abscheidelektrode angezogen und lagern sich dort an. Gleichzeitig bildet sich aufgrund des Elektrophoreseprozesses Sauerstoff an der Abscheidelektrode, welcher zur Umwandlung der Abscheidelektrode von zum Beispiel Aluminium zu Aluminiumoxid zumindest teilweise herangezogen wird.
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Um die zur Bewegung der Nanoröhren auf die Abscheidelektrode hin wirkende Kraft weiter zu erhöhen, bietet sich zum einen die Möglichkeit, das Potentialgefälle zwischen Abscheidelektrode 304 und Gegenelektrode 404 weiter zu erhöhen. Dies hat jedoch den Nachteil einer verstärkten Sauerstoffbildung an der Abscheidelektrode 304, wodurch durch die Sauerstoffblasenbildung die Gefahr besteht, dass ein nicht unerheblicher Teil von Nanoröhren von der Abscheidelektrode weggetragen wird. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Nanoröhren außerdem mit elektrisch geladenen chemischen Gruppen zu versehen, so dass die effektiv aufgrund des Potentialgefälles auf die Nanoröhren wirkende Kraft weiter erhöht wird.
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Die 5 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abscheiden von Nanoteilchen, insbesondere Nanoröhren. Die Vorrichtung der 5 ist dabei insbesondere zur kontinuierlichen Durchführung von Elektrophorese zum Abscheiden von Nanoröhren auf einem Substrat geeignet.
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Ein Band 502, welches aus einem Substrat und einer Abscheidelektrode besteht, ist auf einer Substratrolle 500 aufgerollt. In einem kontinuierlichen Prozess erfolgt das Abrollen der Substratrolle 500, wobei das Band 502 auf eine Umlenkrolle 504 geleitet wird. Die Umlenkrolle 504 dient dabei als Anode. Zumindest ein Teil der Umlenkrolle 504 befindet sich in der Lösung 402, welche Nanoröhren 306 in dispergierter oder gelöster Form beinhaltet. Durch die Verwendung einer Kathode 404 findet nun ein kontinuierlicher Elektrophoreseprozess statt, dessen Dauer durch die Laufgeschwindigkeit der Umlenkrolle 504 und damit des Bandes 502 vorgegeben ist. Über eine weitere Umlenkrolle 506 wird das Band 502 optional in ein Bad 508 geleitet. Das Bad 508 kann dabei lediglich als Waschbad zur Entfernung von überschüssiger Lösung 402 dienen, als auch zum ätzenden Entfernen der durch die Elektrophorese zu einem elektrischen Isolator umgewandelten Abscheidelektrode. Das so behandelte Band 502 wird schließlich auf eine weitere Substratrolle 510 aufgewickelt.
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Die 6 zeigt eine Messkurve betreffend den bei der Elektrophorese verwendeten Stromfluss in Abhängigkeit von der Elektrophoresedauer. Wie in der 6 deutlich ersichtlich ist, nimmt der bei der Elektrophorese fließende Strom mit der Zeitdauer des Elektrophoreseprozesses kontinuierlich ab. Im vorliegenden Beispiel erreicht der Strom ein Minimum von 0,1 mA bereits nach 10 Sekunden. Aufgrund des geringen Stromes findet nach der Zeit von 10 Sekunden kein weiterer wesentlicher Transport von Nanoröhren in der Lösung mit Nanoröhren hin zur Abscheidelektrode statt. Damit ist das Elektrophoreseverfahren selbst kontrollierend, d. h. die Dicke bzw. die Dichte des durch die Elektrophorese auf die Abscheidelektrode aufgebrachten Nanoröhren-Netzwerkes kann durch einfaches Festlegen diverser Parameter vor Durchführung des Elektrophoresevorgangs bestimmt werden. Diese Parameter umfassen dabei die Dicke der Abscheidelektrode, die Konzentration der Lösung der Nanoröhren, als auch die Stärke des bei dem elektrophoretischen Abscheiden verwendeten elektrischen Feldes. Typisch verwendete elektrische Felder liegen dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 250 V/cm. Vorzugsweise jedoch werden elektrische Felder im Bereich von 25 V/cm verwendet.
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Die 7 zeigt eine Messkurve betreffend den Zusammenhang zwischen optischer Durchlässigkeit und elektrischem Widerstand eines erfindungsgemäßen optischen Elements. Wie aus der 7 deutlich ersichtbar, hängen optische Durchlässigkeit und elektrischer Widerstand stark voneinander ab. Je nach Anwendungsgebiet kann dabei entweder eine hohe optische Durchlässigkeit oder ein geringer elektrischer Widerstand gewählt werden.
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So bietet sich zum Beispiel bei der Verwendung von elektrisch beheizten Windschutzscheiben eine hohe optische Durchlässigkeit bei einem hohen elektrischen Widerstand an. Das Anlegen einer Spannung an das erfindungsgemäße optische Element bewirkt in dem Fall ein rasches Aufwärmen der Windschutzscheibe, wodurch zum Beispiel durch Frost und Feuchtigkeit bedingte Beschlagungen der Windschutzscheibe effektiv und schnell entfernt werden können. Dennoch ist die Sicht durch die Windschutzscheibe aufgrund der hohen Transparenz nicht wesentlich beeinträchtigt.
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In anderen Fällen, wo eine hohe optische Durchlässigkeit nicht notwendig ist, kann hingegen der Widerstand des erfindungsgemäßen optischen Elements entsprechend geringer gewählt werden. Ein Anwendungsgebiet für ein solches optisches Element bietet sich zum Beispiel bei der elektromagnetischen Abschirmung von Kernspintomographen, welche typischerweise in Räumen untergebracht sind, welche durch eine Scheibe von einem den Kernspintomographen bedienenden Arzt abgeschirmt ist. Da ein solcher Kernspintomograph sehr empfindlich gegen elektromagnetische Wellen ist, hingegen der besagte Arzt keine absolut 100% klare Sicht auf den Kernspintomographen benötigt, bietet sich die Verwendung des besagten optischen Elementes in Form einer großflächigen Glasscheibe mit Nanoröhren-Netzwerkbeschichtung an. Dabei sollte ein möglichst geringer elektrischer Widerstand der Scheibenbeschichtung gewählt werden, was allerdings auch eine verminderte Transparenz der Scheibe zur Folge hat. Dies sollte dennoch einen Vorteil gegenüber entsprechenden nach dem Stand der Technik verwendeten beschichteten Glasscheiben darstellen, welche gewöhnlicherweise nur eine sehr geringe optische Transparenz aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 300
- Verfahrensschritt
- 302
- Substrat
- 304
- Abscheid-Elektrode
- 306
- Nanoröhren
- 310
- Verfahrensschritt
- 320
- Verfahrensschritt
- 400
- Behältnis
- 402
- Lösung
- 404
- Gegenelektrode
- 500
- Substrat-Rolle
- 502
- Substrat mit Abscheid-Elektrode
- 504
- Anode
- 506
- Umlenkrolle
- 508
- Bad
- 510
- Substrat-Rolle
