DE102011050112A1 - Producing coated particle, comprises evaporating a first starting material, and condensing below formation of particles, which are subsequently coated below supply of a second starting material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Partikeln mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Partikeln.The invention relates to a process for the production of coated particles having the features of the preamble of claim 1. The invention further relates to an apparatus for producing coated particles.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus
Die sich einerseits aufgrund des bei nanoskaligen Partikeln, also bei Partikeln mit einer maximalen mittleren Teilchengröße von 100 nm, sehr großen Oberflächen-Volumenverhältnisses ergebenden Vorteile bzw. speziellen Eigenschaften stehen andererseits der Neigung nanoskaliger Partikel zur Agglomeration und verstärktem Kornwachstum bei erhöhten Temperaturen, bspw. bei Sinterprozessen gegenüber. Dabei gehen die speziellen Eigenschaften nanoskaliger Partikel meist verloren. Zur Vermeidung der Agglomeration und des unerwünschten Kornwachstums ist es daher bekannt, nanoskalige Partikel zu beschichten. Als Beschichtungsmaterialien werden keramische Materialien oder Polymere verwendet. Die Herstellung so genannter Core-Shell-Nanopartikel mit organischen Polymerhüllen erfolgt in getrennten Verfahrensschritten, weil die Umhüllung von feinteiligen Partikeln mit organischen Materialien Niedertemperaturprozesse erfordert, insbesondere in Temperaturbereichen kleiner 200°C. Diese erfordern relativ lange Abkühlzeiten und erhöhen damit das Risiko einer Agglomeration im Reaktor. Beschichtungen mit Polymeren, bedingen neben der Kondensation an Oberflächen auch die Polymerisation, die beispielsweise durch Wärmezufuhr oder unter UV-Strahlung erfolgt. Dadurch müssen relativ lange Verweilzeiten im nachgeschalteten Reaktor realisiert werden.On the one hand, on the one hand due to the nanoscale particles, so for particles with a maximum average particle size of 100 nm, very large surface area ratio resulting advantages or special properties on the other hand are the tendency of nanoscale particles for agglomeration and increased grain growth at elevated temperatures, eg Sintering processes. The special properties of nanoscale particles are usually lost. To avoid the agglomeration and the unwanted grain growth, it is therefore known to coat nanoscale particles. As coating materials, ceramic materials or polymers are used. The production of so-called core-shell nanoparticles with organic polymer shells takes place in separate process steps, because the coating of finely divided particles with organic materials requires low-temperature processes, in particular in temperature ranges below 200 ° C. These require relatively long cooling times and thus increase the risk of agglomeration in the reactor. Coatings with polymers, in addition to the condensation on surfaces also cause the polymerization, which takes place, for example, by supplying heat or under UV radiation. As a result, relatively long residence times must be realized in the downstream reactor.
Aus der eingangs genannten Druckschrift sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Titandioxid-Nanopartikeln bekannt, die mit Methacrylsäuremethylester (MAA) beschichtet werden. Ferner ist in der Druckschrift die Beschichtung mit Fluorverbindungen und Diethylzink offenbart. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Titandioxid-Nanopartikel wird Titantetrachlorid verwendet, das zusammen mit einem Oxidationsgas einem RF-Plasma zugeführt wird, so dass ein Metalloxiddampf gebildet wird. Der Metalloxiddampf wird in einem Kühlbereich schnell abgekühlt, so dass die gewünschten Titandioxid-Nanopartikel erhalten werden, die eine mittlere Teilchengröße von 43,3 nm aufweisen. Die so erhaltenen Partikel werden weiter abgekühlt und dann beschichtet.From the document mentioned above, a method and an apparatus for the production of titanium dioxide nanoparticles are known, which are coated with methyl methacrylate (MAA). Furthermore, the document discloses the coating with fluorine compounds and diethylzinc. Titanium tetrachloride is used as the starting material for the preparation of the titanium dioxide nanoparticles, which is fed together with an oxidizing gas to an RF plasma, so that a metal oxide vapor is formed. The metal oxide vapor is rapidly cooled in a cooling zone to yield the desired titanium dioxide nanoparticles having a mean particle size of 43.3 nm. The particles thus obtained are further cooled and then coated.
Aufgrund der für die Beschichtung erforderlichen weiteren Abkühlung und der damit verbundenen verlängerten Verweilzeit im Reaktor besteht das eingangs genannte Risiko der Agglomeration der Partikel.Due to the further cooling required for the coating and the associated extended residence time in the reactor, the risk of agglomeration of the particles mentioned at the outset exists.
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Partikeln anzugeben, die eine mittlere Teilchengröße von höchstens 100 nm aufweisen, wobei die Agglomeration der Partikel vermieden oder zumindest reduziert und die Oberflächeneigenschaften der Partikel modifiziert werden sollen.The invention is based on the object to provide a method and an apparatus for producing coated particles having an average particle size of at most 100 nm, wherein the agglomeration of the particles should be avoided or at least reduced and the surface properties of the particles to be modified.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 1, im Hinblick auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.According to the invention, this object is achieved with regard to the method by the subject matter of Claim 1, with regard to the device by the subject-matter of
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Partikeln mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm anzugeben, bei dem wenigstens ein erstes Ausgangsmaterial verdampft und unter Bildung von Partikeln kondensiert wird, die anschließend unter Zufuhr eines zweiten Ausgangsmaterials beschichtet werden. Das zweite Ausgangsmaterial umfasst wenigstens ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas. Die Partikel werden durch chemische Gasphasenabscheidung mit wenigstens einer Schicht aus Kohlenstoff beschichtet. Die Verdampfung des ersten Ausgangsmaterials erfolgt durch ein Gleichstromplasma. Die Beschichtung der Partikel mit Kohlenstoff hat einerseits den Vorteil, dass die Agglomeration der Partikel reduziert oder sogar vollständig verhindert wird. Überdies bietet die Erfindung die Voraussetzung für die Herstellung leitfähiger nanoskaliger Partikel. Derartige leitfähige nanoskalige Partikel können beispielsweise als Kompositmaterialien für elektrisch leitende Polymere mit antistatischen Eigenschaften eingesetzt werden. Die leitfähigen nanoskaligen Partikel können ferner zur Erzeugung leitfähiger Tinte oder für Siebdruckverfahren verwendet werden.The invention is based on the idea to provide a process for the production of coated particles having an average particle size of at most 100 nm, in which at least a first starting material is vaporized and condensed to form particles, which are then coated by supplying a second starting material. The second starting material comprises at least one hydrocarbon-containing gas. The particles are coated by chemical vapor deposition with at least one layer of carbon. The evaporation of the first starting material is carried out by a DC plasma. The coating of the particles with carbon on the one hand has the advantage that the agglomeration of the particles is reduced or even completely prevented. Moreover, the invention provides the prerequisite for the production of conductive nanoscale particles. Such conductive nanoscale particles can be used for example as composite materials for electrically conductive polymers having antistatic properties. The conductive nanoscale particles may also be used to form conductive ink or for screen printing processes.
Da die Beschichtung mit Kohlenstoff durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) bei relativ hohen Temperaturen erfolgen kann, ist ein Abkühlen der Partikel, wie beispielsweise bei der Beschichtung mit Polymeren, nicht erforderlich. Damit verringern sich die Verweilzeiten der Partikel im Reaktor.Since the carbon coating can be carried out by chemical vapor deposition (CVD) at relatively high temperatures, it is not necessary to cool the particles, as in the case of coating with polymers. This reduces the residence times of the particles in the reactor.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen Reaktor auf, der wenigstens zwei Zonen umfasst, wobei eine erste Zone wenigstens eine Zufuhr für ein erstes Ausgangsmaterial, Mittel zur Verdampfung des ersten Ausgangsmaterials durch Gleichstromplasma und Mittel zur Kondensation des ersten Ausgangsmaterials unter Bildung von Partikeln mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm aufweist. Die zweite Zone zur Beschichtung der Partikel weist wenigstens eine Zufuhr für ein zweites Ausgangsmaterial auf. Die Zufuhr für das zweite Ausgangsmaterial ist mit einem Behälter verbunden, der mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas gefüllt ist. Die zweite Zone ist derart beheizbar, dass der zweiten Zone für die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Gases ausreichende thermische Energie zuführbar ist. Die erste und zweite Zone sind derart gekoppelt, dass die in der ersten Zone erhältlichen Partikel der zweiten Zone zum Beschichten mit pyrolysiertem Kohlenstoff in einem kontinuierlichen Arbeitsgang zuführbar sind.A suitable apparatus for carrying out the method according to the invention comprises a reactor comprising at least two zones, wherein a first zone at least one supply for a first starting material, means for evaporation of the first starting material by DC plasma and means for condensation of the first starting material to form particles having an average particle size of at most 100 nm. The second zone for coating the particles has at least one feed for a second starting material. The feed for the second feedstock is connected to a container filled with a hydrocarbon-containing gas. The second zone can be heated in such a way that sufficient thermal energy can be supplied to the second zone for the pyrolysis of the carbon-containing gas. The first and second zones are coupled in such a way that the particles obtainable in the first zone can be fed to the second zone for coating with pyrolyzed carbon in a continuous operation.
Ferner werden die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbaren Partikel beansprucht, d. h. Partikel mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm, die mit wenigstens einer Schicht aus Kohlenstoff beschichtet sind.Furthermore, the particles which can be produced with the method according to the invention or the device according to the invention are claimed, d. H. Particles having an average particle size of at most 100 nm coated with at least one layer of carbon.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Herstellung und die Beschichtung der Partikel in einem kontinuierlichen Arbeitsgang. Dadurch wird die Verweilzeit der Partikel im Reaktor weiter verringert. Vorzugsweise werden die Partikel unmittelbar nach der Kondensation mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas vermischt. Dadurch wird die Verweilzeit im Reaktor weiter verkürzt.Conveniently, the production and coating of the particles takes place in a continuous operation. This further reduces the residence time of the particles in the reactor. Preferably, the particles are mixed immediately after condensation with a hydrocarbon-containing gas. This further shortens the residence time in the reactor.
Vorzugsweise umfasst das zweite Ausgangsmaterial gasförmige Recktanten, wie Ethen und/oder Methan und/oder Acetylen, oder flüssige Recktanten, wie Toluol, Alkohol oder Benzol, umfasst, die vor dem Beschichten der Partikel verdampft werden. Diese Gase sind als Ausgangsstoff bzw. Ausgangsmaterial für die chemische Gasphasenabscheidung besonders gut geeignet. Ebenfalls möglich ist die Zufuhr des zweiten Ausgangsmaterial als flüssige Recktanten, die vor dem Vermischen mit den Partikeln bzw. vor dem Beschichten verdampft werden und ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas im Sinne der Erfindung bilden.Preferably, the second feedstock comprises gaseous reactants, such as ethene and / or methane and / or acetylene, or liquid reactants, such as toluene, alcohol or benzene, which are evaporated prior to coating the particles. These gases are particularly well suited as starting material or starting material for the chemical vapor deposition. Also possible is the supply of the second starting material as liquid reactants, which are evaporated before mixing with the particles or before coating and form a hydrocarbon-containing gas in the context of the invention.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kohlenstoff durch Pyrolyse des zweiten kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials erhalten. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Partikel mit wenigstens einer graphitartigen Schicht aus Kohlenstoff oder mit wenigstens einer DLC-Schicht beschichtet. Dadurch lassen sich neue Eigenschaften der aus den beschichteten Partikeln hergestellten Produkte realisieren, bspw. leitfähige Partikel mit einer graphitartigen Beschichtung. Die mit eine DLC-Schicht (Diamond-Like-Carbon-Schicht) versehenen Partikel sind nicht leitfähig. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Schicht aus Kohlenstoff sind deren hohe thermische Stabilität, deren thermodynamische Kompatibilität beispielsweise zu siliziumbasierten Partikeln sowie deren relativ niedrigen Herstellungskosten, beispielsweise im Gegensatz zur an sich bekannten Beschichtung mit Titannitrid.In a preferred embodiment, the carbon is obtained by pyrolysis of the second hydrocarbonaceous feedstock. In a further preferred embodiment, the particles are coated with at least one graphite-like layer of carbon or with at least one DLC layer. As a result, new properties of the products produced from the coated particles can be realized, for example conductive particles with a graphite-like coating. The particles provided with a DLC (diamond-like-carbon) layer are not conductive. Further advantageous properties of the layer of carbon are its high thermal stability, its thermodynamic compatibility, for example, to silicon-based particles and their relatively low production costs, for example, in contrast to the known titanium nitride coating.
Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung der Partikel bei einer Temperatur von mindestens 500°C, insbesondere von etwa 500°C bis 1.200°C. Dieser Temperaturbereich ist für die Entstehung graphitartiger, leitfähiger Kohlenstoffschichten besonders geeignet. Wird der Reaktant vor der Beschichtung mit so hohen Temperaturen beaufschlagt, dass er vollständig dissoziiert, werden elektrisch nicht leitfähige Kohlenstoffschichten bei hohen Temperaturen abgeschieden, die keinen Wasserstoff enthalten. Diese Schichten sind so genannte DLC (Diamond like Carbon) Schichten, die üblicherweise in Plasmareaktoren mittels eines CVD oder PVD Verfahrens hergestellt werden.Preferably, the coating of the particles is carried out at a temperature of at least 500 ° C, in particular from about 500 ° C to 1200 ° C. This temperature range is particularly suitable for the formation of graphitic, conductive carbon layers. If the reactant is subjected to such high temperatures before coating that it completely dissociated, electrically non-conductive carbon layers are deposited at high temperatures that do not contain hydrogen. These layers are so-called DLC (diamond like carbon) layers, which are usually produced in plasma reactors by means of a CVD or PVD process.
Wenn die Schicht aus Kohlenstoff nicht leitfähig ist, steht die Funktion der Schicht im Vordergrund, die Agglomerationsneigung der Partikel zu verringern. Die Beschichtung der Partikel mit nicht leitfähigen Schichten aus Kohlenstoff kann alternativ zur Abscheidung der DLC-Schichten bei einer Temperatur von weniger als etwa 500°C erfolgen.If the layer of carbon is not conductive, the function of the layer is in the foreground to reduce the agglomeration tendency of the particles. Coating the particles with non-conductive layers of carbon may alternatively be done at a temperature of less than about 500 ° C for deposition of the DLC layers.
Besonders gut für die Kombination mit der Schicht aus Kohlenstoff sind siliziumhaltige Partikel, wie Silizium- und/oder Siliziumnitrid-Partikel geeignet.Particularly suitable for combination with the layer of carbon are silicon-containing particles, such as silicon and / or silicon nitride particles suitable.
Die thermische Energie zur Beschichtung der Partikel kann extern zugeführt werden. Dies hat den Vorteil der einfachen Regelung bzw. Steuerung der Energiezufuhr. Alternativ kann die thermische Energie zur Beschichtung der Partikel durch die für das Verdampfen des ersten Ausgangsmaterials zugeführte thermische Energie erzeugt werden. Damit wird die thermische Energie beispielsweise des Plasmas für die Pyrolyse der kohlenwasserstoffhaltigen Gase verwendet. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren besonders energieeffizient arbeitet. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Partikel mit einer einzigen Schicht oder mit mehreren unterschiedlichen Schichten beschichtet, so dass verschiedene Funktionen, insbesondere multifunktionale Partikel erhältlich sind.The thermal energy for coating the particles can be supplied externally. This has the advantage of easy control of the power supply. Alternatively, the thermal energy for coating the particles can be generated by the thermal energy supplied for the evaporation of the first starting material. Thus, the thermal energy of, for example, the plasma is used for the pyrolysis of the hydrocarbon-containing gases. This has the advantage that the process is particularly energy-efficient. In a further embodiment of the method, the particles are coated with a single layer or with a plurality of different layers, so that different functions, in particular multifunctional particles, are obtainable.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. In diesen zeigenThe invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings with further details. In this show
In
Zur Herstellung der Partikel umfasst die erste Zone
An Stelle des Plasmagenerators gemäß
An Stelle des Gleichstromplasmas kann ein induktiv gekoppeltes RF-Plasma oder ein Mikrowellenplasma eingesetzt werden bzw. dazu entsprechend angepasste Plasmageneratoren. Generell ist es möglich, die nanoskaligen Partikel durch plasmagestützte Verdampfung eines Precursors, beispielsweise eines mikroskaligen Precursors oder auch eines flüssigen oder gasförmigen Precursors herzustellen.Instead of the DC plasma, an inductively coupled RF plasma or a microwave plasma can be used or correspondingly adapted plasma generators. In general, it is possible to produce the nanoscale particles by plasma-assisted evaporation of a precursor, for example a microscale precursor or else a liquid or gaseous precursor.
Der Reaktor
An die erste Zone
Die erste und zweite Zone
Das mit der Vorrichtung gemäß
In der Plasmadüse
In the
Der Plasmadruck kann von 0,5 bar bis 1,5 bar, insbesondere 0,8 bar bis 1,2 bar, insbesondere 0,9 bar bis 1,1 bar, insbesondere Atmosphärendruck betragen. Niedrige Plasmadrücke sind möglich, die weniger als 0,5 bar betragen.The plasma pressure can be from 0.5 bar to 1.5 bar, in particular 0.8 bar to 1.2 bar, in particular 0.9 bar to 1.1 bar, in particular atmospheric pressure. Low plasma pressures are possible, which are less than 0.5 bar.
Die aus der ersten Zone
Bei dem Verfahren werden die beiden Verfahrensschritte, nämlich die plasmagestützte Herstellung der nanoskaligen Partikel und deren Beschichtung in einer Anlage bzw. in einem Verfahren gekoppelt, so dass eine in-situ Umhüllung der primären Core-Partikel erfolgen kann. Die Herstellung und die Beschichtung der Partikel
Die Beschichtung kann bei Prozessdrücken von 0,5 bar bis 1,5 bar, insbesondere 0,8 bar bis 1,2 bar, insbesondere 0,9 bar bis 1,1 bar, insbesondere bei Atmosphärendruck erfolgen. Diese Bereiche werden im Zusammenhang mit den vorgenannten Temperaturbereichen offenbart.The coating can be carried out at process pressures of 0.5 bar to 1.5 bar, in particular 0.8 bar to 1.2 bar, in particular 0.9 bar to 1.1 bar, in particular at atmospheric pressure. These areas are disclosed in connection with the aforementioned temperature ranges.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung in der zweiten Zone
Die beschichteten Partikel
Bei der Umsetzung von bspw. Methan zu Graphit entstehen aromatische Zwischenverbindungen, die mehr oder weniger Wasserstoff reich sein können. Solche Zwischenverbindungen treten in der Gasphase auf. Es wird vermutet, dass die aromatischen Verbindungen die Entstehung von graphitartigen Schichten begünstigen und zwar auf Grund der strukturellen Ähnlichkeiten (Pi-Elektronen-Gerüst). Die entstehenden Schichten bestehen aus Kohlenstoff. Es wurden Rest-Wasserstoffgehalte von bis zu 5% gemessen. Der Wasserstoffgehalt hängt von den Reaktionsbedingungen aber auch von einer möglichen Nachbehandlung der Schichten ab, bei der die beschichteten Partikel getempert werden.In the conversion of, for example, methane to graphite, aromatic intermediate compounds are formed which can be more or less hydrogen-rich. Such intermediates occur in the gas phase. It is believed that the aromatic compounds favor the formation of graphitic layers due to the structural similarities (pi-electron backbone). The resulting layers are made of carbon. Residual hydrogen contents of up to 5% were measured. The hydrogen content depends on the reaction conditions, but also on a possible post-treatment of the layers, in which the coated particles are annealed.
Im Rahmen der Erfindung werden deshalb Kohlenstoffschichten mit einem Restgehalt von bis zu 5% Wasserstoff als Schichten aus Kohlenstoff angesehen, insbesondere wenn die Schichten graphitartig sind. Graphitartig sind die Schichten, weil die ausgebildeten Strukturen mikrokristallin sind. Es entstehen allerdings keine ausgedehnten 2-dimensionalen Strukturen wie bei Graphit. Die graphitartige Struktur der Schichten wird u. a. dadurch untermauert, dass die Schichten elektrisch leitfähig sind. Der vorstehend erwähnte geringe Wasserstoff-Gehalt ist ein weiterer Unterschied zu Graphit.In the context of the invention, therefore, carbon layers with a residual content of up to 5% hydrogen are regarded as layers of carbon, in particular if the layers are graphitic. Graphite-like are the layers because the formed structures are microcrystalline. However, there are no extended 2-dimensional structures as in graphite. The graphitic structure of the layers is u. a. underpinned by the fact that the layers are electrically conductive. The above-mentioned low hydrogen content is another difference from graphite.
Alternativ zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen in einem Heisswandreaktor, wie in
Neben den in
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Partikel können beispielsweise in der Solarbranche, der Mikroelektronik, der Umwelttechnologie, sowie bei der Herstellung von Li-Ionenbatterien, als Sinterzusätze oder als neuartige Kraftstoffe verwendet werden.The particles which can be produced by the process according to the invention can be used, for example, in the solar industry, microelectronics, environmental technology, as well as in the production of Li ion batteries, as sintering additives or as novel fuels.
Die Erfindung wird ferner im Zusammenhang mit den folgenden Beispielen offenbart
- 1. Verfahren zur Herstellung beschichteter Partikel (
10b ) mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm, bei dem wenigstens ein erstes Ausgangsmaterial (11 ) verdampft und unter Bildung von Partikeln (10a ) kondensiert wird, die unter Zufuhr eines zweiten Ausgangsmaterials (13 ) anschließend beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ausgangsmaterial (13 ) wenigstens ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas umfasst und die Partikel (10a ) durch chemische Gasphasenabscheidung mit wenigstens einer Schicht (12 ) aus Kohlenstoff beschichtet werden. - 2. Verfahren nach Beispiel 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Herstellung und die Beschichtung der Partikel (
10a ) in einem kontinuierlichen Arbeitsgang erfolgen. - 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel (
10a ) unmittelbar nach der Kondensation mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Gas vermischt werden. - 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Ausgangsmaterial (
13 ) gasförmige Recktanten, wie Ethen und/oder Methan und/oder Acetylen, oder flüssige Recktanten, wie Toluol, Alkohol oder Benzol, umfasst, die vor dem Beschichten der Partikel (10a ) verdampft werden. - 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kohlenstoff durch Pyrolyse des zweiten kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials (
13 ) erhalten wird. - 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel (
10a ) mit wenigstens einer graphitartigen Schicht (12 ) aus Kohlenstoff oder mit wenigstens einer DLC-Schicht (12 ) beschichtet werden. - 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung der Partikel (
10a ) bei einer Temperatur von mindestens 500°C, insbesondere von 500°C bis 1.200°C erfolgt. - 8. Verfahren nach einem der Beispiele 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (
12 ) aus Kohlenstoff nicht leitfähig ist. - 9. Verfahren nach einem der Beispiele 1–4 und Beispiel 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung der Partikel (
10a ) bei einer Temperatur von weniger als 500°C erfolgt. - 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel (
10 ) siliziumhaltige Partikel, wie Silizium- und/oder Siliziumnitrid-Partikel umfassen. - 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verdampfung des ersten Ausgangsmaterials (
11 ) durch ein Plasma, insbesondere ein Gleichstromplasma, ein induktiv gekoppeltes RF-Plasma oder ein Mikrowellenplasma erfolgt. - 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die thermische Energie zur Beschichtung der Partikel (
10a ) extern zugeführt wird. - 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die thermische Energie zur Beschichtung der Partikel (
10a ) durch die für das Verdampfen des ersten Ausgangsmaterials (11 ) zugeführte thermische Energie erzeugt wird. - 14. Verfahren nach Beispiel 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die thermische Energie zur Beschichtung der Partikel (
10a ) durch die in den Plasmagasen enthaltene thermische Energie erzeugt wird. - 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Partikel (
10a ) mit einer einzigen Schicht (12 ) oder mit mehreren unterschiedlichen Schichten (12 ) beschichtet werden. - 16. Vorrichtung zur Herstellung beschichteter Partikel (
10b ) mit einem Reaktor (20 ), der wenigstens zwei Zonen (21 ,22 ) umfasst, wobei eine erste Zone (21 ) wenigstens eine Zufuhr (23 ) für ein erstes Ausgangsmaterial (11 ), Mittel zur Verdampfung (24 ) des ersten Ausgangsmaterials (11 ) und Mittel zur Kondensation (25 ) des ersten Ausgangsmaterials (11 ) unter Bildung von Partikeln (10a ) mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm aufweist, wobei eine zweite Zone (22 ) zur Beschichtung der Partikel (10a ) wenigstens eine Zufuhr (26 ) für ein zweites Ausgangsmaterial (13 ) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr (26 ) für das zweite Ausgangsmaterial (13 ) mit einem Behälter verbunden ist, der mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas gefüllt ist, und die zweite Zone (22 ) derart beheizbar ist, dass der zweiten Zone (22 ) für die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Gases ausreichende, thermische Energie zuführbar ist, wobei die erste und zweite Zone (21 ,22 ) derart gekoppelt sind, dass die in der ersten Zone (21 ) erhältlichen Partikel (10a ) der zweiten Zone (22 ) zum Beschichten mit pyrolisiertem Kohlenstoff in einem kontinuierlichen Arbeitsgang zuführbar sind. - 17. Partikel (
10 ) mit einer mittleren Teilchengröße von höchstens 100 nm, die mit wenigstens einer Schicht (12 ) aus Kohlenstoff beschichtet sind.
- 1. Process for producing coated particles (
10b ) having an average particle size of at most 100 nm, in which at least a first starting material (11 ) and to form particles (10a ) condensed, with the supply of a second starting material (13 ) are subsequently coated, characterized in that the second starting material (13 ) comprises at least one hydrocarbon-containing gas and the particles (10a ) by chemical vapor deposition with at least one layer (12 ) are coated from carbon. - 2. Method according to Example 1, characterized in that the production and the coating of the particles (
10a ) in a continuous operation. - 3. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the particles (
10a ) are mixed with the hydrocarbon-containing gas immediately after condensation. - 4. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the second starting material (
13 ) gaseous reactants, such as ethene and / or methane and / or acetylene, or liquid reactants, such as toluene, alcohol or benzene, which before coating the particles (10a ) are evaporated. - 5. The method according to any one of the preceding examples, characterized in that the carbon by pyrolysis of the second hydrocarbon-containing starting material (
13 ). - 6. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the particles (
10a ) with at least one graphite-like layer (12 ) of carbon or at least one DLC layer (12 ) are coated. - 7. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the coating of the particles (
10a ) at a temperature of at least 500 ° C, in particular from 500 ° C to 1,200 ° C. - 8. Method according to one of Examples 1 to 4, characterized in that the layer (
12 ) of carbon is not conductive. - 9. Method according to one of Examples 1-4 and Example 8, characterized in that the coating of the particles (
10a ) at a temperature of less than 500 ° C. - 10. The method according to any one of the preceding examples, characterized in that the particles (
10 ) comprise silicon-containing particles, such as silicon and / or silicon nitride particles. - 11. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the evaporation of the first starting material (
11 ) is effected by a plasma, in particular a DC plasma, an inductively coupled RF plasma or a microwave plasma. - 12. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the thermal energy for coating the particles (
10a ) is supplied externally. - 13. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the thermal energy for coating the particles (
10a ) by the evaporation of the first starting material (11 ) supplied thermal energy is generated. - 14. Method according to Example 13, characterized in that the thermal energy for coating the particles (
10a ) is generated by the thermal energy contained in the plasma gases. - 15. Method according to one of the preceding examples, characterized in that the particles (
10a ) with a single layer (12 ) or with several different layers (12 ) are coated. - 16. Device for producing coated particles (
10b ) with a reactor (20 ), which has at least two zones (21 .22 ), wherein a first zone (21 ) at least one feed (23 ) for a first starting material (11 ), Means for evaporation (24 ) of the first starting material (11 ) and means for condensation (25 ) of the first starting material (11 ) with the formation of particles (10a ) having an average particle size of at most 100 nm, a second zone (22 ) for coating the particles (10a ) at least one feed (26 ) for a second starting material (13 ) characterized in that the supply (26 ) for the second starting material (13 ) is connected to a container filled with a hydrocarbon-containing gas, and the second zone (22 ) is heated in such a way that the second zone (22 ) for the pyrolysis of the carbon-containing gas, sufficient thermal energy can be supplied, wherein the first and second zones (21 .22 ) are coupled such that in the first zone (21 ) available particles (10a ) of the second zone (22 ) can be supplied for coating with pyrolyzed carbon in a continuous operation. - 17. Particles (
10 ) having an average particle size of at most 100 nm and having at least one layer (12 ) are coated from carbon.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10a10a
- unbeschichtete Partikeluncoated particles
- 10b10b
- beschichtete Partikelcoated particles
- 1111
- erstes Ausgangsmaterialfirst starting material
- 1313
- zweites Ausgangsmaterialsecond starting material
- 2020
- Reaktorreactor
- 2121
- erste Zonefirst zone
- 2222
- zweite Zonesecond zone
- 2323
- Zufuhrsupply
- 2424
- Mittel zur VerdampfungMeans for evaporation
- 2525
- Mittel zur KondensationMeans for condensation
- 2626
- Zufuhrsupply
- 2727
- Plasmadüseplasma nozzle
- 2828
- Kathodecathode
- 2929
- erste Anodefirst anode
- 3030
- zweite Anodesecond anode
- 3131
- Düsenverlängerungnozzle extension
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2005/0217421 A1 [0002] US 2005/0217421 A1 [0002]
- DE 102006046806 A1 [0006, 0006] DE 102006046806 A1 [0006, 0006]
- DE 112005001429 T5 [0007] DE 112005001429 T5 [0007]
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