DE1952234B2 - Verwendung eines Elektrophoresebades zur Speicherung von Informationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Elektrophoresebades, welches eine kolloidale Dispersion einer organischen filmbildenden Substanz enthält, zur Speicherung von Informationen. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung dieses Elektrophoresebades wird ein reversibles elektrophoretisches Überzugsverfahren durchgeführt, das auf der Fähigkeit gewisser organischer filmbildender Substanzen beruht, elektrophoretisch wiederholt abgeschieden und entfernt werden zu können. Die erfindungsgemäße Anwendung dieses Elektrophoresebades kann in einer selektiven Wärmeübertragungsvorrichtung, einer selektiven Sichtanzeigevorrichtung oder ähnlichen Informations-Speichtrvorrichtungen eingesetzt werden.

In der britischen Patentschrift 5 14 849 ist die Entfernung von elektrophoretischen Abscheidungen von Erdalkalicarbonaten von einem Metallkern und die Zurückführung des entfernten Materials in einen Äthylenglykolelektrolyten beschrieben. Die Abscheidungen sind in einem organischen Bindemittel suspendiert, das in der Endtrocknungsstufe verdampft werden soll, wodurch der Überzug dauernd an dem Metallkern haftet. Bei der vorliegenden Erfindung sind dagegen die Substanzen, die entfernt werden, filmbildende Polymere, dispergiert in wäßrigen Medien. Da diese Substanzen Filmbildner sind, war zu erwarten, daß sie nicht entfernt werden könnten. Es wurde auch gefunden, daß nicht alle Abscheidungen von polymeren Substanzen durch Spannungsumkehr entfernbar sind. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich ferner dadurch daß für gewisse der untersuchten Substanzen die Stufen des Abscheidens und Entfernens unter speziellen Bedingungen wiederholbar sind. Diese Eigenschaften werden verwendet, um Vorrichtungen zu bauen, in denen ein Überzug variabler Dicke oder variabler Gestaltung wiederholt abgeschieden und entfernt wird oder dicker oder dünner gemacht wird, um eine sichtbare Anzeige oder Wärmewiderstandseffekte zu schaffen, die elektrisch gesteuert werden.

In den US-Patentschriften 32 00 057 und 32 00 058 sind zyklische Stromumkehrungen während einer elektrophoretischen Abscheidung von gewissen kolloi-

dalen polymeren Farbsubstanzen beschrieben. Wie jedoch in diesen Patentschriften ausgeführt wird, entfernen die Stromumkehrungen nur die lose an der Oberfläche der Abscheidung haftenden geladenen Teilchen und nicht die ungeladenen oder neutralisierten Teilchen, die in der Abscheidung eingelagert sind. Das Abscheidungsverfahren ist daher, wie diese Patentschriften zeigen, für die dort beschriebenen besonderen polymeren Substanzen irreversibel.

Der Erfndung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrophoretisches Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die selektive Abscheidung von filmbildenden polymeren Substanzen auf metallischen Unterlagen und die Entfernung der gesamten Abscheidungen oder eines Teils derselben ermöglicht, wobei insbesondere ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden soll, bei dem kolloidal dispergierte elektophoretisch abscheidbare Substanzen wiederholt in einem geschlossenen System abgeschieden und erneut dispergiert we. den können. Dabei soll die unterschiedliche Abscheidungsneigung verschiedener filmbildender Substanzen ausgenutzt werden können.

Es wurde nun gefunden, daß elektrophoretisch abgeschiedene Überzüge aus bestimmten filmbildenden organischen polymeren Substanzen, von denen bisher angenommen wurden, daß sie permanent seien, und die in getrocknetem Zustand gegen das Löse π durch chemische Einwirkung beständig sind, leicht durch Anlegen von entgegengesetzten Spannungen an die überzogenen Elektroden entfernt werden, vorausgesetzt, daß die umgekehrte Spannung angelegt wird, bevor der Überzug getrocknet ist. Aus Polytetrafluorethylen gebildete feuchte Überzüge, die in getrocknetem Zustand schwierig zu lösen sind, werden durch entgegengesetzte Elektrophorese leicht entfernt und in dem Eiektroiytmedium wieder dispergiert. Abscheidungen von beträchtlicher Kontinuität und Dicke wurden gebildet und auf diese Weise wieder entfernt. In noch überraschenderer Weise können besondere hier beschriebene Substanzen in einem geschlossenen System wiederholt abgeschieden und entfernt werden.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Elektrophoresebades, enthaltend eine kolloidale Dispersion einer organischen filmbildenden Substanz, die elektrophoretisch in solvatisierter Form abscheidbar ist und in dieser Form elektrophoretisch redispergierbar bleibt, zur Speicherung von Informationen, die durch elektrische Steuersignale gegeben werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden normalerweise schwierig zu entfernende Überzüge aus gewissen polymeren Substanzen, einschließlich Polytetrafluoräthylen, durch Elektrophorese auf einer leitenden Oberfläche eines als Elektrode verwendeten Gegenstandes abgeschieden und von der gleichen Oberfläche durch Anlegen einer Spannung entgegengesetzter Polarität entfernt, in einem Zustand, in welchem sich die Überzugsteilchen durch den Einschluß von Elektrolytflüssigkeit zwischen den Teilchen noch in Form nicht aggregierter Teilchen befinden. Gewisse dieser Überzüge sind selbst nach Entfernung der als Unterlage verwendeten Elektrode aus dem Elektrolytmedium noch entfernbar, vorausgesetzt, daß ausreichende Elektrolytfeuchtigkeit zurückgehalten ist, um den Überzug in einem solvatisierten Zustand bis zum Wiedereintauchen und dem Anlegen der umgekehrten Spannung zu halten. Die Abscheide- und Entfernungsvorgänge sind für besondere Uberzugssubstanzen unter besonderen Bedingungen unbegrenzt oft wiederholbar.

Dieses wiederholte Abscheiden und Entfernen wird in einem geschlossenen System zur Konstruktion spezieller Vorrichtungen verwendet, die auf selektiv variablen Wärmewiderstandseffekten und visuellen Anzeigeeffekten basieren. Diese Effekte haben eine zugeordnete Speichereigenschaft in dem Sinne, daß der Effekt nach Abschalten der elektromotorischen Kraft, die den Überzug abscheidet oder entfernt, unbegrenzt bestehen bleibt

ίο In einem Beispiel wird eine Wärmeübertragungsvorrichtung beschrieben, in der die elektrisch gesteuerte Dicke einer elektrophoretischen Abscheidung eines Gemischs von Kautschuk und Poiytetrafluoräthylen einen variablen Wärmewiderstand zwischen einer Wärmequelle, wie beispielsweise einer Komponente einer elektrischen Schaltung oder einem Kühlschrankfach, und einer Wärmesenke bildet. Der eingestellte Widerstand ist bei Fehlen einer elektromotorischen Kraft unbegrenzt konstant. Bei einem zweiten Beispiel wird eine Anzeigevorrichtung durch elektrische Abscheidung und Entfernung von Substanzen gebildet, die ihr Aussehen beim Übergang zwischen dem dispergierten Zustand und dem abgeschiedenen Zustand verändern. Auch hier ist bei Fehlen einer Spannung der Anzeigezustand konstant.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Ansicht der Testapparatur, die verwendet wird, um die Fähigkeit einer Substanz, einen Zyklus oder mehrere Zyklen der elektrophoretischen Abscheidung und Entfernung durchlaufen zu können, festzustellen,

F i g. 2 eine schematische Teilansicht eines Abschnitts einer Wärmeübertragungsvorrichtung, in der Wärme-

j5 Widerstandsschichten variabler Dicke zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke durch Elektrophorese ausgebildet und ohne weiteren Verbrauch elektrischer Energie aufrechterhalten werden,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Anzeigevorrichtung, in der elektrophoretische Abscheidungen einer Substanz, die ein Farbmaterial enthält, eine elektrisch gesteuerte Sichtanzeige ergeben, die in Abwesenheit elektrischer Steuersignale konstant ist,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die den zeitlichen Ablauf der Vorgänge bei der Elektrophorese in einer und in der entgegengesetzten Richtung zeigt,

Fig.5 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen modularen Wärmeübertragungsvorrichtung, die mehrere Kammern aufweist,

Fig.6 eine Schnittansicht mehrerer Einheiten einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer elektri-

V) sehen Vorrichtung, die eine weitere erfindungsgemäße Beschichtungsanwendung zeigt.

Es wurde gefunden, daß die Klasse von filmbildenden organischen Substanzen, die auf leitende Oberflächen mittels Elektrophorese abgeschieden werden können, in

mi zwei Kategorien eingeteilt werden kann, ncmlich in Substanzen, die die Tendenz, in kolloidale Dispersion bei Einwirkung umgekehrter elektromotorischer Kräfte zurückzukehren, beibehalten, und in Substanzen, die diese Tendenz nicht beibehalten. Es wurde ferner

en gefunden, daß diejenigen Substanzen, die die Tendenz beibehalten, dies nur tun, wenn sie sich in einem solvatisierten Zustand befinden. Diese Substanzen redispergieren nur, wenn in den Kapillarräumen

zwischen den abgeschiedenen Teilchen ausreichend Feuchtigkeit zurückgehalten wird, um ein Koaleszieren oder Zusammenwachsen der Teilchen zu einem kontinuierlichen unlöslichen Film zu verhindern.

Es wurde gefunden, daß eine Substanz, die diese Tendenz zur Redispersion beibehält, Polytetrafluorethylen ist. Wenn dieses Material abgeschieden und zu einem koaleszierten Zustand getrocknet ist, ist es außerordentlich haltbar und schwierig durch chemische Einwirkung zu entfernen. Aufgrund seiner ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften ist dieses Material als Einkapselungsmedium für elektrische Schaltungskomponenten wertvoll. Durch Ausnutzung dieser neugefundenen Eigenschaft der Redispersion ist es nun möglich, diese Substanz selektiv ohne Masken oder ande^re komplizierte Einrichtungen abzuscheiden. Die Substanz kann beispielsweise auf den gesamten freiliegenden leitenden Oberflächen einer gedruckten Schaltung abgeschieden werden, und leitende Zuleitungselemente an den äußeren Kanten können zur Anbringung von Außendrähten und Zuführungen freigelassen werden, indem nur die äußeren Kanten des Schaltungselements in den Elektrolyten eingetaucht werden und dann, während der Überzug sich noch in einem solvatisierten Zustand befindet, eine umgekehrte elektromotorische Krafv an die leitenden Elemente angelegt wird. Da der solvatisierte Zustand des Überzugs für eine Dauer von Minuten nach Entfernung der Einrichtung aus dem Elektrolyten vorhanden bleibt, ist es einfach, die frisch überzogenen Kanten tür das Freilegen der Anschlüsse wieder einzutauchen.

Wie Fig. 1 zeigt, weist der zur Prüfung der Substanzen auf die obengenannte Redispersionseigenschaft verwendete Apparat einen Behälter 1 auf, der einen Elektrolyten 2 enthält, in welchem die Teilchen der abzuscheidenden Substanz entweder dispergiert oder suspendiert sind, wobei sich die Teilchen im allgemeinen in einem kolloidalen Zustand befinden. Die innere Oberfläche des Behälters ist leitend und besteht beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Die Objektelektrode 3, auf der der Überzug gebildet wird, ist von der Elektrodenoberfläche des Behälters aus rostfreiem Stahl durch Aufhängung an einem Ringstativ 4 elektrisch isoliert, das von einer nichtleitenden Bodenplatte 5 getragen wird.

Die Objektelektrode 3 und die Elektrodenoberfläche des Behälters 1 sind mittels eines Schalters 7 an die Anschlüsse entgegengesetzter Polarität einer Spannungsquelle 6 anschließbar und von diesen abschaltbar. Der Schalter 7 weist drei Stellungen auf, nämlich eine Abscheidungsstellung, eine Entfernungsstellung und eine Nullstellung oder neutrale Stellung. Wenn der Schalter nicht benötigt wird, kann dieser entfallen, und

Tabelle I

die Leitungen von der Elektrode 3 und der Oberfläche des Behälters 1 zu den Anschlüssen der Soannungsquel-Ie können manuell umgepolt und unterbrochen werden. Eine geeignete Spannungsquelle für den vorgesehenen ■> Zweck ist eine programmierbare Stromquelle.

Die Objektelektrode kann eine beliebige Form haben, doch wurde gefunden, daß es ganz zweckmäßig ist, eine rechteckige Kupferplatte mit Abmessungen von etwa 13 mm χ 13 mm auf einer Trägerunterlage aus Epoxy-

Hi glas zu verwenden. Die Objektelektrode wird entweder mit Trichlorethylen oder einem Detergens gereinigt, bevor sie in den Elektrolyten eingetaucht wird. Die eingetauchte Objektelektrode und die Elektrodenoberfläche des Behälters werden mit dem Pluspol bzw. dem

!5 Minuspol der Stromquelle im Falle einer anodischen Abscheidung verbunden (eine kathodische Abscheidung würde natürlich einen umgekehrten Anschluß erfordern). Nach einer bestimmten Zeitspanne zur Ausbildung eines Films der gewünschten Dicke durch Elektrophorese einer speziellen Elektrolytsubstanz, die in wäßriger Lösung in dem Behälter dispergiert ist wird der Strom abgeschaltet. Dann wird die Objektelektrode mit dem Überzug in solvatisiertem Zustand, und zwar entweder, weil die Objektelektrode nicht aus dem Elektrolyten herausgenommen wurde, oder, falls sie herausgenommen wurde, diese noch nicht getrocknet ist, teilweise oder vollständig wieder eingetaucht und mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden. Die Entfernung des Überzugs ist visuell beobachtbar.

jo Zur Erleichterung der Beobachtung der Abscheidung und Entfernung werden die Arbeitsgänge vorzugsweise in einem klaren wäßrigen Elektrolyten vorgenommen. Eine Puffersubstanz kann erforderlichenfalls zugegeben werden. Es wurde gefunden, daß für diesen Zweck

j5 Kaliumphosphat in Lösung (pH 7) für den verwendeten Elektrolyten geeignet ist. Gewünschtenfalls können gesonderte Behälter für die Abscheidung und Entfernung verwendet werden.
Ein typisches Strom-Zeit-Diagramm für die Abscheidung und Entfernung auf einer anodisch löslichen Elektrode ist in Fig.4 gezeigt Wie in dieser Figur gezeigt ist wird nach Umpolung gasförmiger Wasserstoff an der Objektelektrode nicht freigesetzt, bis die reduzierbaren Kationen aus dem Film entfernt sind. Bei ausreichend niedrigen Spannungen, die von dem Metall abhängen, kann die Wasserstoffentwicklung sogar ausgeschaltet werden. In der nachfolgenden Tabelle I sind geprüfte Substanzen und die erhaltenen Ergebnisse angegeben. Die Spannungen betrugen -I-10 Volt für die Abscheidungsstufe und —3 Volt für die Entfernung in Kaliumphosphatpufferlösung (pH 7). Die Fähigkeit der Substanzen, mehr als einen Zyklus der Abscheidung und Dispersion zu durchlaufen, ist in der Tabelle angegeben.

Dispersion

Wirkung der Umpolung

Wiederholbar

Polytetrafluorethylen

Gemisch gleicher Teile von Polytetrafluoräthylen und Kautschuk
Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropen-Copolymeres
Polyvinylacetat-Copolymeres

Dispersion 0,1 m Kaliumphosphatlösung (pH 7)

entfernt	entfernt (Antn. 1)	ungewiß
entfernt	entfernt	ja
entfernt	entfernt	ja
keine	keine	nein

Fortsetzung

Dispersion

Wirkung der Umpolung Wiederholbar

Polystyrol
Polyamid
Epoxyester

Acrylnitril-Butadien-Copolymer
Acrylharz

Vinylacetat-maleat-Copolymer
Zinksulfid-Phosphor (geprüft für Anzeigeoder Darstellungsvorrichtungen)

Dispersion 0,1 m Kaliumphosphatlösung (pH 7)

entfernt entfernt (Anm. 1) ungewiß

keine keine nein

ungewiß ungewiß ungewiß

ungewiß ungewiß ungewiß

entfernt entfernt ja

entfernt ungewiß ungewiß

entfernt entfernt ja

Anm. 1: Dicker Überzug, Abblättern sowie Redispersion beobachtet.

Die bekannten oder beobachteten Eigenschaften der in Tabelle I genannten besonderen Substanzen sind in den folgenden kurzen Beschreibungen von jeder dieser Eigenschaften: Substanzen angegeben. Soweit bekannt, ist auch die 25 Teilchengröße angegeben.

Polystyrol

Polytetrafluorethylen

30

Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht der Dispersion (60% Feststoffe): 1,50

Harzgewicht (60% Feststoffe): 900 g/l 35

Schmelzpunkt: 327 + 10⁰C
Spezifisches Gewicht (gesintertes Harz): 2,20 bis 2,27

Farbe: weiß
Sintertemperatur: 360 bis 370° C 40

Farbe: weiß

Gesamtfeststoffe: 40%

Styrolmonomeres (maximal): 0,5%

Viskosität des Polymeren (relative Viskosität in

1 %iger Lösung in Toluol): 3,5 bis 6

Viskosität des Latex: 0,015 bis 0,018 Pa.s

pH des Latex: 9,5 bis 10,5

Teilchengröße: geringer als 0,1 μπι

Lagerbeständigkeit: stabil

Wärmebeständigkeit: (66⁰C während 22 Tagen):

stabil Gefrier-Tau-Stabilität: gering

Spezifisches Gewicht (28° C): 1,02

Gewicht: 1032 g/l

Polyamid

Polyvinylacetat-Copolymeres Eigenschaften:

Eigenschaften: ^4:>

Gesamtfeststoffe: 51 bis 53%

Viskosität (25° C, Brookfield, Spindel Nr. 3, 60 U/min): 0,1 bis 0,5 Pa.s pH : 4,0 bis 6,5

Gehalt an freiem Monomeren: weniger als 1 % 50

Geruch: schwach, Monomeres.

Teilchengröße, Durchschnitt: 0,1 Mikron Gewicht, Emulsion: 1080 g/l

Gewicht, Feststoffe:91 g/l

Borax-Verträglichkeit: ausgezeichnet 55

Form: wäßrige Flüssigkeit

Farbe: milchig weiß

Geruch: keiner

Physiologische Wirkungen: keine

Lichtechtheit: ausgezeichnet

Wärmebeständigkeit: ausgezeichnet

Gefrierbeständigkeit: koaguliert

Lagerbeständigkeit: stabil für zumindest 3 Monate

Gewicht: 1008 g/l

Feststoffe: 10 ± 0,3%

pH: 6,8 bis 7,2

Teilchengröße: geringer als 2 μπι

Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropen-Copolymeres

Eigenschaften:

Spezifisches Gewicht: 2,12 bis 2,17 Schmelzpunkt: 262 bis 282° C
Wasserabsorption: weniger als 0,01 % Feststoffe: 53 bis 57%
Teilchengröße: 0,10 bis 0,25 μπι
pH: 10

Viskosität: 0,025 Pa^ bei Zimmertemperatur Netzmittel: 5 bis 7%

Epoxyester

60

65

Eigenschaften:

Viskosität, Fordbecher Nr. 4,25° C: 15 bis 30 see

Feststoffgehalt: 50 ± 1%

Aussehen: milchig weiß

Gewicht (Esteremulsion): 1020 g/l

Gewicht (Feststoffe): 1080 g/l

pH: 7,9 bis 8.5

Gefrier-Tau-Stabilität, 5 Zyklen: durchlaufen

Acrylnitril-Butadien-Copolymeres

Eigenschaften:

pH: 10,0

Feststoffe: 41%

Oberflächenspannung (dyn/cm): 50

Viskosität (Brookfield 60 U/min, LVF): 0,024 Pa.s

Typ: hoher Acrylnitrilanteil

Acrylharz

Eigenschaften:

pH: 9,5 bis 10,0

Feststoffe: 46 bis 47%

Aussehen: weiße milchige Flüssigkeit

Gewicht: 1068 g/l

Spezifisches Gewicht der Feststoffe: 1,13

Gefrier-Tau-Stabilität (5 Zyklen): gut

Wärmestabilität (300 Stunden bei 60° C): gut

Vinylacetat-maleat-Copolymeres
Eigenschaften:

Geruch: schwach
Farbe: milchig weiß

Durchschnittliche Teilchengröße: 1,5 μΐη
Ladung der Teilchen: neutral
Mechanische Stabilität: ausgezeichnet
Gefrier-Tau-Stabilität: stabil nach 5 Zyklen
Gewicht: 1025 g/l
Benzolunlösliche Anteile: 40 bis 65%

Es können keine speziellen Gründe dafür angegeben werden, warum aus gewissen der obengenannten Materialien gebildete Überzüge entfernbar sind und andere nicht. Es können auch keine Gründe für die Tendenz gewisser dieser Materialien, durch Elektrophorese wiederholt abgeschieden und entfernt werden zu können, während andere diese Eigenschaften nicht haben, angegeben werden. Eine mögliche Erklärung besteht jedoch darin, daß das Phänomen der Filmentfernbarkeit an physikalische Änderungen des Ionenspiegels bei dem Prozeß der Filmbildung gebunden ist. Es ist bekannt, daß die Filmbildung die viskose Kontraktion der überzugsbildenden Substanz von einem diskreten teilchenförmigen Zustand zu einem koaleszierten oder zusammengewachsenen oder koagulierten Film umfaßt. Bei einigen Substanzen erfolgt diese Koaleszenz erst, wenn die Abscheidung aus den flüssigen Elektrolytmedien entfernt und bei erhöhten Temperaturen getrocknet wird. Hierdurch wird bewirkt, daß die zurückgehaltene Feuchtigkeit des Elektrolytmediums verdampft, während die Teilchen unter den wechselseitigen Anziehungskräften zu einer koaleszierten Masse zusammengezogen werden.

Im Falle von anodisch löslichen Elektroden wird angenommen, daß der Prozeß der Redispersion eine elektrolytische Abscheidung von Metallionen aus der Überzugsmasse zurück zu der Objektelektrodenoberfläche umfassen kann. Zur Trennung dieser Ionen von den entgegengesetzt geladenen Teilchen des Überzugsmaterials, mit denen sie gepaart wurden, erfordert einen Beweglichkeitsgrad, der in einem koaleszierten Film fehlen kann.

Andere Substanzen jedoch (beispielsweise die in den obengenannten US-Patentschriften 32 00 057 und 32 00 058 beschriebenen) neigen dazu, mit dem Koaleszieren zu beginnen, sobald sie abgeschieden sind. Bei solchen Substanzen treibt eine rasch ansteigende Konzentration der Abscheidung die Elektrolytfeuchtigkeit von der Objektelektrodenoberfläche weg. Dies ■> führt zu einem raschen Zusammenwachsen oder einer raschen Koaleszenz der Abscheidung und erzeugt eine Sperre für eine freie Wanderung von Metallionen, die von der Objektelektrode abgelöst sind. Dies würde nicht nur die Dicke des Überzugs, die erreicht werden könnte,

κι begrenzen, sondern kann auch für die Verhinderung der Auflösung des Überzugs nach Spannungsumkehr verantwortlich sein.

Die obige Annahme wird durch die Beobachtung gestützt, daß die Substanzen, die nicht leicht koaleszie-

ii ren oder zusammenwachsen und daher die Tendenz beibehalten, eine Ionenwanderung in jeder Richtung zur Abscheidung und Redispersion zu ermöglichen, auch beträchtlich dickere Überzüge ausbilden können, wahrscheinlich infolge ihrer fortgesetzten Permeabilität für eine Metallionenwanderung. Diese Eigenschaft der Ausbildung dicker Überzüge wird mit Vorteil bei der im folgenden beschriebenen Wärmeübertragungsvorrichtung ausgenutzt.

Es wird nun auf F i g. 2 Bezug genommen. Eine

2j erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung wird hergestellt, indem man eine flüssige Elektrolytdispersion einer Substanz verwendet, die wiederholt elektrophoretisch abgeschieden und entfernt werden kann und in dem konzentrierten abgeschiedenen

jo Zustand einen hohen Wärmewiderstand und in dem dispergierten Zustand einen niedrigen oder vernachlässigbaren Wärmewiderstand besitzt. Es wurde gefunden, daß ein Gemisch gleicher Teile Kautschuk und Polytetrafluorethylen als Dispersion geeignet ist. Der

j-, Elektrolyt befindet sich zwischen elektrisch und thermisch leitenden inneren und äußeren Wandungen 11 und 12. Eine Modulbaugruppe aus solchen Wandungen und darin eingeschlossenen Elektrolyten wird als Wärmeübertragungsmantel zwischen verschiedenen Wärmequellen, von denen eine schematisch bei 13 als Widerstandskomponente einer elektrischen Schaltung gezeigt ist, und einer Wärmesenke 14 angeordnet. Diese Wärmesenke kann je nach der erforderlichen Wärmeübertragungsrate einen Umlauf eines Fluorkohlenwas-

4-, serstoffkühlmittels an der äußeren Wandung 12 des Wärmeübertragungsmantels aufweisen. Von der inneren und äußeren Wandung des Mantels führen Leitungen 15 und 16 zu gemeinsam beweglichen Kontakten 17 und 18 eines Dreistellungsschalters, der in

-,o der Funktionsweise im wesentlichen mit dem in Fig. 1 gezeigten Schalter 7 identisch ist. In der gezeigten Stellung ist eine positive Potentialdifferenz zwischen der inneren Wandung 11 und der äußeren Wandung 12 vorhanden, die eine Abscheidung A des dispergierten Materials in konzentrierter Form an der Oberfläche der inneren Wandung 11, die mit dem Elektrolyten in Berührung steht, bewirkt Bei der entgegengesetzten Endlage des Schalters wird der Überzug in dem Elektrolyten wieder dispergiert In der neutralen Stellung oder Mittelstellung des Schalters bleibt der abgeschiedene Überzug in der vor dem Abschalten der zuletzt angelegten Spannung erreichten Dicke stabil.

In der Praxis werden Wärmemäntel, wie sie allgemein in Fig.2 gezeigt sind, in Modulabschnitten hergestellt,

_b5 die verschiedene Schaltungsmodule eines elektrischen Systems umgeben, und es wird dem Elektrolyten in jeder Kammer ein anfänglicher Elektrophoresestrom zugeführt, um einen Überzug der gewünschten Dicke

über eine Oberfläche eines jeden Modulabschnitts auszubilden. Dies führt zu einem gewünschten Anfangswärmeübertragungszustand zwischen jedem Schaltungsmodul und einer gemeinsamen Wärmesenke. Da sich in jedem Abschnitt die Dicke der elektrophoretischen Abscheidung ausbildet, die erforderlich ist, um den gewünschten Anfangswärmewiderstand zwischen dem zugeordneten Schaltungsmodul und der gemeinsamen Wärmesenke auszubilden, wird ein Schalter, wie beispielsweise der in F i g. 2 gezeigte Schalter 17,18, für jeden Abschnitt vorgesehen und in die neutrale Stellung geschaltet, wodurch die Zunahme der Abscheidung unterbrochen wird. Die Dicke der Abscheidung bleibt dann unbegrenzt gleich, wodurch konstante Wärmewiderstände in jedem Abschnitt vorhanden sind.

Wenn es nun gewünscht ist, die Wärmeübertragungsrate zwischen irgendeinem Schaltungsmodul und der Wärmesenke zu erhöhen oder zu vermindern, beispielsweise, um eine andere Kühlungsrate des Schaltungsmoduls einzustellen, so kann der zugeordnete Schalter aus seiner neutralen Stellung entweder in die linke oder in die rechte Stellung geschaltet werden, um eine Abscheidung oder Entfernung von Überzugssubstanz zu bewirken, wodurch eine neue Dicke und ein entsprechender neuer Wärmewiderstand zwischen dem zugeordneten Modul und der Wärmesenke eingestellt wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, viele andere Wärmeübertragungsstrukturen unter Anwendung der vorgenannten Prinzipien herzustellen. So ist beispielsweise eine Abänderung der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform in F i g. 5 dargestellt Die zu kühlenden Kammern sind bei 20,21 und 22 gezeigt Die äußere leitfähige Schicht des Kühlmantels besteht aus einem durchgehenden Metallblech 23. Jeder Kammerabschnitt weist seinen eigenen inneren leitenden Wandabschnitt 24—26 auf, und diese Wandabschnitte sind elektrisch voneinander durch Isolationswandungen 27, 28 getrennt Die Elektrolytflüssigkeit 29, die als eine einzige Masse zwischen der äußeren Wandung 23 und den inneren Wandungen 24—26 eingeschlossen ist, wird selektiven elektrischen Feldern in jedem Kammerabschnitt ausgesetzt um die gewünschte variable Überzugsdicke an den inneren Wandungen der Kammern auszubilden. Das gleiche Gemisch von Kautschuk und Polytetrafluoräthylen, wie es in Verbindung mit F i g. 2 angegeben wurde, kann verwendet werden. Es können beispielsweise gesonderte Schalter 30—32 für die Kammern vorgesehen sein, um wahlweise eine positive Spannung, keine Spannung und eine negative Spannung an die leitenden inneren Wandungen 24—26 gegenüber der Außenwandung 23 anzulegen. Die Außenwandung 23 ist bei 33 geerdet Die Schalter 30—32 können durch logische Schaltelemente ersetzt werden, die durch elektrische Impulse betätigt werden, wenn eine Vollautomatisierung des Kühlsystems gewünscht ist, um eine dynamische Einstellung der Temperaturzustände in jeder einzelnen Kammer zu ermöglichen. Beispielsweise sind Überzüge 34 und 35 verschiedener Dicke angrenzend an Metalloberflächen der Kammern 20 und 21 gezeigt, während die Kammer 22 in einem von Überzug völlig freien Zustand dargestellt ist

Wie bereits ausgeführt wurde, kann die in Fig.5 gezeigte Anordnung so betrieben werden, daß dynamisch und automatisch die Temperaturbedingungen in den einzelnen Kammern 20—22 verändert werden können. Gewünschtenfalls können die kolloidalen Teilchen auch in dem Kühlmittel der Wärmesenke dispergiert werden. Da die Elektrolytflüssigkeit eine wäßrige Dispersion eines Gemischs von Kautschuk und Polytetrafluoräthylen sein kann, wie bereits erwähnt wurde, ist ersichtlich, daß beträchtliche Wärme durch Zirkulation dieser Flüssigkeit zwischen den als Elektrophoreseelektroden verwendeten Leitern transportiert werden kann. Aus den obigen Ausführungen ist auch ersichtlich, daß die Abscheidung einer in dem Kühlmittel der Wärmesenke dispergierten Substanz nur auf

ίο denjenigen Abschnitten der inneren Manteloberfläche erfolgt, die an ein spezielles elektrisches Spannungspotential angeschlossen sind, im vorliegenden Falle an ein positives.
Es sei auch bemerkt, daß die gekühlten Kammern keine elektrischen Komponenten zu enthalten brauchen, sondern auch ebensogut als Kühlfächer eines Kühlschranks mit Modulaufbau verwendet werden können.

Es sei bemerkt, daß in einem dynamischen System

>o jede Kammer mit einem Anfangswärmewiderstandsüberzug bestimmter Dicke versehen wird, und nicht dargestellte Fühler in jeder Kammer vorgesehen sind, um die Temperatur der Kammer festzustellen. Nach Feststellung einer zu hohen Temperatur in einer Kammer gibt der Fühler ein Signal an die dieser Kammer zugeordneten Schaltelemente oder Schaltungen, um den zugeordneten Schalter in die »Entfernungs«-Stellung zu bringen, wodurch die Dicke der Wärmewiderstandsabscheidungsschicht vermindert

jo wird. Ist der Schalter auf die neutrale Stellung eingestellt, so kann die Kammer rascher durch ihre dünnere Wärmeschranke abkühlen. Nachdem eine gewünschte Temperatur erreicht ist, kann der Schalter in die Stellung »Abscheiden« gebracht werden, um die

j5 Anfangsbeschichtungsdicke wieder herzustellen. Es sei bemerkt, daß in einem Kühlsystem für elektrische Schaltungen das eben beschriebene System ermöglicht, die Kühlleistung dynamisch an de."¹ Schaltungen zu konzentrieren, die zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt am höchsten belastet sind, und hierdurch die Kühlwirkung zu verbessern. Außerdem ermöglicht ein solches System den Ersatz von Schaltungsmodulen bei Reparaturen des elektrischen Systems ohne einschneidende Umänderung des Kühlsystems, um es an die speziellen Wärmeableitungscharakteristiken des ersetzten Schaltungsmoduls anzupassen.

Es sei nun auf Fi g. 3 Bezug genommen. Die gleichen Prinzipien der wiederholten Abscheidung und Entfernung von Überzügen kann zur Konstruktion von Anzeigevorrichtungen verwendet werden. Hier beleuchtet eine Lichtquelle 41 einen Bereich des Raums 42 durch eine transparente Anlage 43 hindurch, die eine innere und eine äußere Glaswandung 44 und 45 aufweist die innen mit transparenten leitenden Filmen 46 und 47 versehen sind und ein Elektrolytmedium 48 einschließen, das beispielsweise aus einer wäßrigen kolloidalen Dispersion eines Acrylpolymeren mit hohem Molekulargewicht gemischt mit Acid Blue 59, Part I New Colour Index (50315 Part II New Colour Index) als Farbstoffsubstanz, besteht Nach Abscheidung eines konzentrierten Überzugs aus Acrylpolymerem mit dem eingeschlossenen Farbstoff nimmt das in den Bereich 42 durchgelassene Licht ein eindeutig anderes Aussehen in der Farbe und der Intensität an,

t,5 wodurch ein Betrachter im Bereich 42 eine bestimmte Anzeige feststellen kann.

Wie in F i g. 6 dargestellt ist können Buchstaben oder andere Symbole auf diese Weise unterschiedlich

beleuchtet werden, indem isolierte Bereiche aus leitendem Film, die die Form der gewünschten Symbole aufweisen, auf der inneren Seite einer Glaswandung 50 angeordnet werden. Solche isolierten Bereiche sind mit 51—56 bezeichnet. Diese isolierten leitenden Bereiche werden voneinander getrennt über ein Schaitsystem 57 mit einer Spannungsquelle 58 verbunden, die an das Erdpotential der anderen Elektrode 59 angeschlossen ist. Im allgemeinen wird jeder gesonderte Bereich in einem neutralen elektrischen Zustand gehalten, und es wird, wenn eine Anzeigeänderung erforderlich ist, in irgendeinem Bereich eine entweder positive oder negative Spannung angelegt, wobei in diesem Bereich Änderungen des Lichtdurchgangs zum Betrachter hin bewirkt werden. Wie in dieser Figur gezeigt, kann das Material 50 refraktiv sein, und Licht 60 kann von der Kante her in das Material 50 eingeleitet werden und von den Metailflächen 51—56 in den Bereich 61 reflektiert werden, um die gewünschten Anzeigeeffekte zu erhalten.

Eine weitere Anwendung des Phänomens ist in F i g. 7 gezeigt. Hier soll ein Schaltelement, das aus einem Kupferblech 63 oder dergleichen besteht, das auf einer dielektrischen Unterlage 64 befestigt ist, mit einer isolierenden Schutzschicht, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, überzogen werden, während Kantenvorsprünge 66—71 als Anschlüsse für Außenleitungen freibleiben sollen. Die Tafel 63 kann in einer Halterung 72 befestigt werden. Die Halterung kann sich in 90°-Schritten um 360° drehen und kann vertikal verschoben werden, wie es durch die Pfeile 73 angedeutet ist. Dieser Bauteil ist so vertikal verschiebbar, um das Schaltelement relativ zu dem Beschichtungsbehälter 75 zu verschieben, der eine geerdete Elektrode 76 aufweist und eine ElektrolytflQssigkeit 77 enthält, in der das Oberzugsmaterial dispergiert ist Es sind Einrichtungen vorgesehen, um eine positive, eine negative und eine Nullspannung an die Kupferoberflä ehe 63 gegenüber der Elektrode 76 anzulegen. So kann nacheinander eine Schicht aus der Oberzugssubstanz aus der Dispersion durch positive Spannung abgeschieden werden, um die gesamte Kupferoberfläche 63 mit einem Oberzug der gewünschten Dicke zu überziehen

ίο Dann kann bei Einstellung auf Nullspannung odei Spannungsunterbrechung die Baugruppe 72 derart angehoben werden, daß nur die Kantenvorsprünge 67 und 68 in den Flektrolyten eintauchen. Es kann die umgekehrte Spannung angelegt werden, um eine

Redispersion der Überzugs an diesen Vorsprüngen ir den Behälter zu bewirken. Dann wird die Spannung erneut abgeschaltet, und die Baugruppe 72 wird um 90° gedreht, während sich der Überzug noch in einen feuchten solvatisierten Zustand befindet, um einer anderen Kantenvorsprung, beispielsweise den Kanten vorsprung 69, in die Lösung einzutauchen, und es wire erneut die umgekehrte Spannung angelegt, um der Überzug von diesem Kantenvorsprung zu entfernen Dieser Vorgang der Unterbrechung der umgekehrter Spannung, de^ Drehens des Bauteils 72 und de« Wiederanlegens der umgekehrten Spannung kann vor Trocknen des Überzugs wiederholt werden, bis all« Kantenvorsprünge 66—71 freigelegt sind.

Es wurden die wesentlichen Merkmale der Erfindung

jo anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispie Ie beschrieben. Es ist ersichtlich, daß verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, die irr Rahmen der Erfindung liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Elektrophoresebades, enthaltend eine kolloidale Dispersion einer organischen filmbildenden Substanz, die elektrophoretisch in solvatisierter Form abscheidbar ist und in dieser Form elektrophoretisch redispergierbar bleibt, zur Speicherung von Informationen, die durch elektrische Steuersignale gegeben werden. ι ο

2. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 1, wobei als organische filmbildende Substanz Polytetrafluorethylen, Polystyrol, ein Acrylharz oder ein Vinylacetat-maleat-Copoiymeres vorliegt.

3. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine kolloidale Dispersion von Zinksulfid-Phosphor, insbesondere suspendiert in einem organischen filmbildenden Material, vorfiegt.

4. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 1, wobei als organische filmbildende Substanz ein polymerer Kohlenwasserstoff oder dessen Halogenderivat vorliegt.

5. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 4, wobei die organische filmbildende Substanz in der kolloidalen Dispersion im Gemisch mit Kautschuk vorliegt

6. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als organische filmbiilden- jo de Substanz ein Gemisch aus einem Acrylpolymeren mit hohem Molekulargewicht und Acid Blue 59, Part I New Colour Index (50315 Part II New Colour Index) als Farbsubstanz vorliegt.

7. Verwendung eines Elektrophoresebades nach r> einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Steuerung des Wärmeflusses in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, enthaltend eine Anzahl von elektrisch und thermisch leitenden inneren Wandungen, die voneinander elektrisch isoliert sind, eine Anzahl von 4« Wärmequellen, die teilweise von jeweils einer dieser inneren Wandungen eingeschlossen sind und eine gemeinsame Wärmesenke, die von den Wärmequellen durch diese inneren Wandungen getrennt ist.

8. Verwendung eines Elektrophoresebades nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei als Einrichtungen zur Steuerung des Wärmeflusses außer dem Elektrophoresebad eine gemeinsame leitende Elektrode, die in der Nähe, jedoch im Abstand von jeder dieser Innenwandungen angeordnet ist und Einrichtungen zum Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungen zwischen den Innenwandungen und der gemeinsamen Elektrode zur Bewirkung einer selektiven Abscheidung und Entfernung und Auf- ^r>i rechterhaltung von Überzügen aus dieser Substanz auf den Innenwandungen als individuell variable Wärmewiderstandssperren zwischen den Wärmequellen und der gemeinsamen Wärmesenke, vorliegen. bO

9. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 8, wobei als organische filmbildende Substanz ein Gemisch gleicher Teile Kautschuk und Polytetrafluorethylen vorliegt.

10. Verwendung eines Elektrophoresebades nach t,"> einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Speicherung von Informationen in einer Anzeigevorrichtung, die eine Anzahl von elektrisch leitenden und lichtdurchlässigen Bauteilen, die voneinander elektrisch isoliert sind, einen gemeinsamen leitenden Bauteil, eine Lichtquelle, die jeden dieser lichtdurchlässigen Bauteile beleuchtet, und

zwischen dem gemeinsamen leitenden Bauteil und jedem lichtdurchlässigen Bauteil angeordnete Einrichtungen zur selektiven und wiederholt vornehmbaren Veränderung des Aussehens der lichtdurchlässigen Bauteile und zur Aufrechterhaltung des Aussehens ohne Energieverbrauch aufweist.

11. Verwendung eines Elektrophoresebades nach einem der Ansprüche I bis 5, das eine kolloidale Dispersion einer organischen filmbildenden Substanz im Gemisch mit einer Farbsubstanz enthält, zur Speicherung von Informationen in einer Anzeigevorrirhtung gemäß Anspruch 10.

12. Verwendung eines Elektrophoresebades gemäß Anspruch 11, wobei als Farbsubstanz Acid Blue 59, Part I New Colour Index (50315 Part II New Colour Index) und als elektrophoretisch abscheidbare Substanz ein Acrylpolymeres mit hohem Molekulargewicht vorliegt.