DE202014005013U1

DE202014005013U1 - Vorrichtung zum Auftragen von Stofffolien auf verschiedene Unterlagen

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Publication number: DE202014005013U1
Application number: DE202014005013.9U
Authority: DE
Original assignee: NABIEV SHIKHNABEL S
Current assignee: NABIEV SHIKHNABEL S
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2014-07-21
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE102014102185A1

Abstract

Vorrichtung zum Auftragen von Stofffolien auf verschiedene Unterlagen durch Dispergierung einer Flüssigkeit vom Ende einer Kapillare in einem elektrischen Feld, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsstoffe mit einer bekannten Vorrichtung in einer beliebigen Methode in einen nanoförmigen Zustand gebracht sind, dass ein Mittel vorliegt, das angepasst ist, um anstatt eines Pulvers eines Farbstoffs das Nanopulver in eine Suspensions-Tinte einzuführen, dass ein Mittel vorliegt, das angepasst ist, um die Suspensions-Tinte und den Behälter einem ständigen Mischungsprozess zu unterziehen, dass die nach dem Bestand gleichartig erhaltene Suspensions-Tinte in die Kapillare gereicht ist, die in einem Abstand zur Unterlage angeordnet ist und dass zwischen der Kapillare und der Unterlage ein Gradient eines elektrischen Felds angelegt ist, das angepasst ist, einen dispersen Strom von nanodimensionalen Teilchen der Suspensions-Tinte in kugelartigen Formen zu bilden, die auf der Unterlage unter dem Einfluss von Coulombkräften des elektrischen Felds niederschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen von Stofffolien auf verschiedene Unterlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet eines vakuumfreien Erhaltens von feinen Folien von Leitern, Halbleitern und Dielektriken auf beliebige Unterlagen, einschließlich auf Rollfolien, einsetzbar und kann in der Mikroelektronik, in Sonnenenergiewandlern, beim Herstellen von mehrschichtigen Abdeckungen in den Betriebsbedingungen des Bauzweigs, im Maschinenbau u. a. verwendet werden.
Bekannt sind Auftragsvorrichtungen von Folien verschiedener Stoffe im Vakuumverfahren durch Abdampfung oder Sublimation und ihre weitere Niederschlagung auf die Unterlagen im Gradientenfeld von Temperaturen [1].
Jedoch verfügen diese Vorrichtungen über eine Reihe von wesentlichen Mängeln:

a) eine verhältnismäßig hohe Temperatur der Abdampfung oder Sublimation des Stoffes,
b) eine Profileinschränkung der Unterlage,
c) ein niedriger Leistungswert des Prozesses,
d) verhältnismäßig große Schwundprozente des Ausgangsstoffes und
e) ein begrenztes Gebiet der Anwendung.

Diese Mängel sind bei einer Vorrichtung mit einem vakuumfreien Erhalten von Stofffolien durch Nutzung von Strahltechnologien vermieden, die im Erhalten von Tinte-Suspensionen aus Nanopulver des Ausgangsstoffs und dem nachfolgenden Auftragen auf die Unterlage bestehen [2].
Diese Vorrichtung des Erhaltens von Folien der Leiter, Halbleiter und Dielektriken lässt zu, auf die Unterlage eine Suspension-Tinte mit dem Pulver des Ausgangsstoffs statt der Farbstoffteilchen in Form von Tröpfchen einer beliebigen geometrischen Form (Kleckse) mit dem mittleren Umfang von 1,5 Picoliter (1,5 × 10^–12 Liter) und mehr [2, 3] aufzutragen. Bei dem Treffen dieses Tintenkleckses auf die Unterlage werden darauf Flecken einer beliebigen Form gelassen, die während ihres Austrocknens teilweise verschwimmen.
Außerdem schwankt die Mittelgröße des Umfangs der Tröpfchen-Kleckse in einem breiten Wertebereich, da die Prozesssteuerung der Bildung eines einzelnen Tropfen-Tintenkleckses unmöglich ist. Diese Vorrichtung lässt nicht zu, Tropfen-Tintenkleckse kleinerer Umfänge zu bekommen, und schließlich gewährleistet diese Technologie keine Gleichmäßigkeit des Auftragens von Tropfen auf die Unterlage. Alle aufgezählten Mängel der Vorrichtung beschränken die Gebiete ihrer Nutzung und verringern ihr Unterscheidungsvermögen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Verkleinerung von Teilchenumfängen der Tinte bis zu einem nanodimensionalen Niveau und die Versorgung der Gleichmäßigkeit ihres Auftragens auf die Unterlage gewährleistet.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Für die Erreichung des technischen Ergebnisses, das im Erhalten der Folien der Ausgangsstoffe in nanomikrodimensionalen Dicken auf den Unterlagen verschiedener geometrischer Formen und Umfänge besteht, sind die Ausgangsstoffe (Leiter, Halbleiter und Dielektriken) in einer vakuumfreien Methode zu einem nanopulverförmigen Zustand mit einer beliebigen bekannten Vorrichtung gebracht. Dann ist das Nanopulver in den Bestand einer Suspensions-Tinte eingeführt, anstatt des Pulvers eines Farbstoffs. Dabei sind in den Bestand gelbildende Komponenten für die Ausnahme des Ausfallprozesses des Pulvers eingeführt, oder Suspensionen und Behälter sind einem ständigen Mischungsprozess ausgesetzt. Die nach dem Bestand gleichartig erhaltene Suspensions-Tinte ist in die Kapillare gereicht, die in einer Entfernung von der Unterlage gelegen ist. Zwischen der Kapillare und der Unterlage ist ein Gradient eines elektrischen Felds angelegt, das einen dispersen Strom von nanodimensionalen Teilchen der Suspensions-Tinte in kugelartigen Formen bildet, die auf die Unterlage unter dem Einfluss von den Coulombkräften niederschlagen.
Das Wesen der Vorrichtung des Erhaltens von Folien der Ausgangsstoffe in nanomikrodimensionalen Dicken besteht im Folgenden: Die Ausgangsstoffe (Leiter, Halbleiter und Dielektriken), deren Folien auf den Unterlagen zu erhalten sind, sind in einen Pulverzustand mit nanodimensionalen Teilchen zu bringen. Dann ist das Nanopulver des Ausgangsstoffs in eine Suspensions-Tinte mit den verbindenden Komponenten eingeführt. Die erhaltene Suspensions-Tinte ist zur Kapillare und zwischen der Kapillare zugeführt, und von der Unterlage ist ein Gradient eines elektrostatischen Felds geschaffen. Bei entsprechendem Potential der Kapillare ist davon die Suspensions-Tinte in Form eines Kegels ausgedehnt, auf dessen Gipfel ein disperser Strom gebildet ist, der auf die Unterlage gerichtet ist. Die Charakteristiken eines dispersen Stroms: Der Teilchenumfang, die Stetigkeit des Regimes der Dispergierung, die Teilchendichte, die Grundfläche des Kegels sind die Funktionen der elektrischen Eigenschaften der Suspensions-Tinte, ihrer Zähigkeit, der Kosten für die Kapillare, des Koeffizienten der oberflächlichen Spannung, der Struktur des elektrostatischen Felds. Die Teilchendichte nach dem Schnitt eines dispersen Stroms hängt sowohl von der Struktur des elektrischen Felds in der Zone der Strombildung als auch von der Entfernung zwischen der Kapillare und der Unterlage ab.
Dabei können die geometrische Form und die Umfänge der Unterlage beliebig sein. Die Produktivität des Prozesses des Auftragens von Folien hängt von der Grundfläche des Kegels eines dispersen Stroms der Suspensions-Tinte ab. Für die Erhöhung der Produktivität des Prozesses des Auftragens von Folien mit der angebotenen Vorrichtung wird eine mehrkapillare Dispergierung durch konsequente Reihen der Kapillaren beim Auftragen der Folien auf große Oberflächen und Rollenunterlagen verwendet.
Das Gebiet der Anwendung dieser Auftragsvorrichtung von Folien ist ausdehnbar, wenn sie gleichzeitig auf verschiedene Kapillaren und Suspensions-Tinten verschiedenen Bestands gereicht werden. Außerdem können mit dieser Vorrichtung Suspensions-Tinten aus Nanopulvern verschiedener Stoffe mit dem aufgegebenen Prozentsatz der Komponenten für das Erhalten der Folien mit den geforderten physischen Eigenschaften und dem Bestand, sowohl in der Ebene der Unterlage als auch nach der Dicke, aufbereitet sein. Diese Vorrichtung lässt zu, mehrschichtige Folien in der geforderten Reihenfolge (zum Beispiel Leiter, Halbleiter des «p»-Typs, Halbleiter des «n»-Typs, Leiter, Dielektrikum, Leiter; Dielektrikum, Leiter, Leiter; u. a.) aufzutragen.
Die Teilchenumfänge eines dispersen Stroms von Suspensions-Tinten hängen auch von den Teilchenausgangsumfängen der Stoffnanopulver ab. Unter anderem bilden bei der Dispergierung von gleichartigen Flüssigkeiten, zum Beispiel Paraffins und Mehrelementenflüssigkeiten, zum Beispiel von Epoxidharz, Teilchenumfänge eines dispersen Stroms etwa (0,1 ÷ 12) Nanometer je nach dem Dispergierungsprozess. Für den Fall einer Suspensions-Tinte übertreten die Teilchenumfänge eines dispersen Stroms die Ausgangsteilchenumfänge des Nanopulvers um 1,5 ÷ 3 Mal je nach dem Bestand der Suspensions-Tinte. Dabei enthält jedes Teilchen eines dispersen Stroms der Suspensions-Tinte in 95% der Fälle je ein Teilchen des Ausgangsnanopulvers. All diese Messungen sind mit Hilfe eines Atom-Kraftmikroskops durchgeführt worden.
So bilden die Teilchenumfänge eines dispersen Stroms der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1,5 ÷ 3) multipliziert mit dem Teilchenumfang des Ausgangsnanopulvers. Folglich bildet der Teilchenumfang eines dispersen Stroms etwa 1/6 multipliziert auf Pi (π), auf (1,5 ÷ 3)³ und auf die Kubikzahl des Mittendurchmessers (d) des Teilchenausgangspulvers in Kubik-Nanometer (1,5 ÷ 3) 3πd3/6 [(Nanometer)³].
Hieraus ergibt sich, dass auf der Fläche der Unterlage, abgedeckt von einem Teilchen der Picoliterumfänge, gegenüber den bekannten Vorrichtungen des Erhaltens der Folien [3, 4] bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf drei und mehr Gradzahlen mehr Teilchen eines dispersen Stroms aufgetragen werden können. Das bringt natürlich eine Verbesserung der physischen Eigenschaften der Folien, eine Erhöhung ihrer Auslösungsvermögen, gewährleistet eine höhere Stufe der Gleichmäßigkeit der Folien nach der Oberfläche und dehnt die Anwendungsgebiete dieser Vorrichtung aus.
Diese Vorrichtung ist für das Erhalten der Folien aus Nanopulvern des Aluminiums, des Selens, des Nickels, des Silbers, auf Glasunterlagen, auf Papier, auf Nickel-, Nickelchrom-, Wolfram-, Aluminium- und Kupferfolie und auf Zellglasfolie zu verwenden.
Die Ergebnisse der Forschungen haben gezeigt, dass sich die Dicke der Folie nach der Oberfläche im Intervall von anderthalb bis zu drei Umfängen (Durchmesser) der Nanoteilchen des Ausgangsstoffs, d. h. im Intervall (1 ÷ 3) d ändert. Hier ist d der mittlere Durchmesser der Ausgangsnanoteilchen des Stoffs.
Die Umfänge der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Teilchen variierten nach ihrem Austrocknen im Abstand von 1,5 ÷ 12 Nanometer. Weiter sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die Unterlagen die Folien der Suspensions-Tinte aufgetragen, die Nanopulver des Aluminiums und des Kupfers, des Kupfers und des Selens, des Aluminiums und des Silbers, des Silbers und des Nickels in den Verhältnissen 1:1 und in anderen Verhältnissen enthalten. Die Ergebnisse von Messungen der Struktur der Oberfläche und der Umfänge der Teilchen, die auf einem Atom-Kraftmikroskop durchgeführt sind, haben gezeigt, dass die Dicke der Folien und die Umfänge der Teilchen im Intervall (1 ÷ 3) des Durchmessers des Ausgangsnanoteilchens liegen. Außerdem sind Forschungen nach der Bestimmung der Abhängigkeit der Produktivität der Auftragsvorrichtung der Folien von der Zahl der Kapillaren durchgeführt. Die Ergebnisse der experimentalen Forschungen haben gezeigt, dass die Produktivität des Auftragsverfahrens der Folien direkt proportional zur Zahl der Kapillaren ist, durch die gleichzeitig die Suspensions-Tinte mit den Nanopulvern der Ausgangsstoffe dispergiert.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Ausgangsstoffe in die Suspensions-Tinte in Form von löslichen chemischen Verbindungen bestehen.
In der Vorrichtung können die Ausgangsstoffe in die Unterlage in einem flüssigen Zustand dispergieren.
Stand der Technik

1. Das Vakuumauftragsverfahren der Folien mittels der Abdampfung-Eindampfung des Stoffes. Gussew A. I., Rempel A. A. Nanokristallische Stoffe. – M: FIZMAT, 2001. – 224 S. S. 69–71
2. http://www.cleandex.ru/articles/2008/05/19/solarenergy-helium1, http://www.nanosolar.com/technology
3. Artemov W. I., Ginewskij A. F., Pawizkij N. I. Numerische Modellierung der Prozesse im thermischen Kopf des Tintenstrahldruckers. Die Werke der dritten Russischen nationalen Konferenz für den Wärmeaustausch. In 8 Bänden. T. 4. Das Sieden, die Krisen des Siedens, Nachkrisen-Wärmeaustausch. Die Eindampfung, die Kondensation. M: der Verlag MEI. 2002. 344S. (Seiten 221–224).
4. P. H. Chen, W.-C. Chen, S.-H. Chang. Bubble growth and ink ejection process of a thermal ink jet print head Int. J. Mech. Sci. 1997. V. 39. N6. P. 683–695.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Das Vakuumauftragsverfahren der Folien mittels der Abdampfung-Eindampfung des Stoffes. Gussew A. I., Rempel A. A. Nanokristallische Stoffe. – M: FIZMAT, 2001. – 224 S. S. 69–71 [0021]
http://www.cleandex.ru/articles/2008/05/19/solarenergy-helium1, [0021]
http://www.nanosolar.com/technology [0021]
Artemov W. I., Ginewskij A. F., Pawizkij N. I. Numerische Modellierung der Prozesse im thermischen Kopf des Tintenstrahldruckers. Die Werke der dritten Russischen nationalen Konferenz für den Wärmeaustausch. In 8 Bänden. T. 4. Das Sieden, die Krisen des Siedens, Nachkrisen-Wärmeaustausch. Die Eindampfung, die Kondensation. M: der Verlag MEI. 2002. 344S. (Seiten 221–224) [0021]
P. H. Chen, W.-C. Chen, S.-H. Chang. Bubble growth and ink ejection process of a thermal ink jet print head Int. J. Mech. Sci. 1997. V. 39. N6. P. 683–695 [0021]

Claims

Vorrichtung zum Auftragen von Stofffolien auf verschiedene Unterlagen durch Dispergierung einer Flüssigkeit vom Ende einer Kapillare in einem elektrischen Feld, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsstoffe mit einer bekannten Vorrichtung in einer beliebigen Methode in einen nanoförmigen Zustand gebracht sind, dass ein Mittel vorliegt, das angepasst ist, um anstatt eines Pulvers eines Farbstoffs das Nanopulver in eine Suspensions-Tinte einzuführen, dass ein Mittel vorliegt, das angepasst ist, um die Suspensions-Tinte und den Behälter einem ständigen Mischungsprozess zu unterziehen, dass die nach dem Bestand gleichartig erhaltene Suspensions-Tinte in die Kapillare gereicht ist, die in einem Abstand zur Unterlage angeordnet ist und dass zwischen der Kapillare und der Unterlage ein Gradient eines elektrischen Felds angelegt ist, das angepasst ist, einen dispersen Strom von nanodimensionalen Teilchen der Suspensions-Tinte in kugelartigen Formen zu bilden, die auf der Unterlage unter dem Einfluss von Coulombkräften des elektrischen Felds niederschlagen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangstoff ausgewählt ist unter der Gruppe von Leiter, Halbleiter und Dielektrikum.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanopulver des Ausgangsstoffs in die Suspensions-Tinte mit den verbindenden Komponenten eingeführt ist, dass bei entsprechendem Potential des elektrischen Felds ein Kegel aus Suspensions-Tinte am Ende der Kapillare ausgebildet ist, wobei am Gipfel des Kegels ein disperser Strom entsteht, der auf die Unterlage gerichtet ist, und dass die Charakteristiken des dispersen Stroms nämlich sind: der Teilchenumfang, die Teilchendichte über den Querschnitt des Stroms, die Stetigkeit des Regimes der Dispergierung und die Grundfläche des Kegels die Funktionen der elektrischen Eigenschaften der Suspensions-Tinte, der Baugrößen der Dispergierungseinrichtung, der Temperatur der Suspensions-Tinte und des Potentialgradienten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstoffe in die Suspensions-Tinte in Form von löslichen chemischen Verbindungen bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstoffe in die Unterlage in einem flüssigen Zustand dispergieren.