DE102016111224A1

DE102016111224A1 - Schichtstruktur und Verfahren zur Herstellung dieser

Info

Publication number: DE102016111224A1
Application number: DE102016111224.0A
Authority: DE
Inventors: Maik Vieluf
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-08-24

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) Folgendes aufweisen: ein Werkstück (102) mit einem Oberflächenbereich (102o), welcher ein Polymer aufweist oder daraus gebildet ist; eine Schicht über dem Oberflächenbereich (102o), wobei die Schicht ein Metall aufweist oder daraus gebildet ist; eine Haftvermittlungsschicht (104), welche zwischen dem Oberflächenbereich (102o) und der Schicht angeordnet und in körperlichem Kontakt mit diesen ist, wobei die Haftvermittlungsschicht (104) Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweist oder daraus gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtstruktur und ein Verfahren zur Herstellung dieser.
Im Allgemeinen kann ein Werkstück (z.B. ein Substrat) beschichtet werden, um dieses zu funktionalisieren, d.h. um dessen elektrische, chemische oder mechanische Eigenschaften zu verändern. Beispielsweise kann das Werkstück ein mechanisch stabiles und/oder wirtschaftlich günstiges Gerüst bereitstellen, welches mittels einer Beschichtung funktionalisiert wird. Zur Herstellung gasdurchlässiger, z.B. perforierter oder gewebter, Bauteile können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks mit den funktionellen der Schicht kombiniert werden um somit hochleistungsfähige Bauteile kostengünstig bereitzustellen.
Um die Kosten zu senken, werden herkömmlicherweise Kunststoffsubstrate mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet, um diese elektrisch leitfähig zu machen. Herkömmlicherweise wird zur Beschichtung die Galvanik, die chemische Gasphasenabscheidung oder die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern) verwendet. Metallbeschichtete Kunststoffsubstrate lassen sich in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzen, beispielsweise als Elektrode in Energiespeichern, als Gas-Diffusions-Lage (GDL) in Brennstoffzellen, in berührungsempfindlichen Displays oder in Textilien.
Allerdings beeinträchtigen die chemischen Unterschiede beider Materialsysteme, nämlich Kunststoff und Metallbeschichtung, deren Haftung zueinander, so dass es häufig zum Ablösen, zur Delaminierung, oder zur Rissbildung kommt. Dadurch werden die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des funktionalisierten Werkstoffs beeinträchtigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Schichtstruktur (auch als funktionalisierter Werkstoff bezeichnet) und ein Verfahren zur Herstellung dieser bereitgestellt, welche eine verbesserte Haftung (Haftfestigkeit) eine funktionalisierenden Schicht (Funktionsschicht, z.B. einer metallischen Schicht) ermöglicht. Anschaulich wird ein Kohlenstoff-Haftvermittler für eine metallische Funktionsschicht auf einem polymerbasierten (z.B. organischen) Werkstück verwendet, welcher eine größere Haftung zum Werkstück und/oder zur metallischen Funktionsschicht aufweist als die metallischen Funktionsschicht auf dem Werkstück.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Schichtstruktur Folgendes aufweisen: ein Werkstück mit einem Oberflächenbereich, welcher ein Polymer aufweist oder daraus gebildet ist; eine Schicht (auch als zweite Schicht bezeichnet) über dem Oberflächenbereich, wobei die Schicht ein Metall aufweist oder daraus gebildet ist; eine Haftvermittlungsschicht (auch als erste Schicht bezeichnet), welche zwischen dem Oberflächenbereich und der Schicht angeordnet und in körperlichem Kontakt mit diesen ist, wobei die Haftvermittlungsschicht Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Oberflächenbereich ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer ein organisches Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. einen Kohlenwasserstoff. Ein organisches Polymer kann ein Polymer bezeichnen, welches Kohlenstoffatome in der Hauptkette des Polymers aufweist oder dessen Hauptkette aus mehreren Kohlenstoffatomen gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Metall zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: Aluminium (Al), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Nickel (Ni), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Wolfram (W).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht derart strukturiert sein, dass zumindest ein Abschnitt der Haftvermittlungsschicht und/oder des Oberflächenbereichs freigelegt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück zumindest ein Filament aufweisen, welches den Oberflächenbereich aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück zumindest einen flächenförmigen Träger (z.B. eine Folie) aufweisen, welcher den Oberflächenbereich aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kohlenstoffmodifikation hydriert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schichtstruktur ferner eine zusätzliche Schicht (auch als dritte Schicht bezeichnet) über der Schicht (auch als zweite Schicht oder Nutzschicht bezeichnet) aufweisen, wobei die zusätzliche Schicht ein Metall, ein Halbmetall oder ein Aktivmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein kapazitiver Flächensensor eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Energiespeicher eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasdiffusionslage eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Textilie eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Packmittel (z.B. ein Verpackungsmaterial, wie eine Verpackungsfolie, ein Behälter oder eine Verkapselung) eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen. Das Werkstück kann beispielsweise eine Kunststofffolie aufweisen, welche mit der ersten und der zweiten Schicht beschichtet ist. Beispielsweise können eine teilweise demetallisierte Folie, ein Frischhaltebehälter und/oder eine Verbundfolie jeweils eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Prozessieren eines Oberflächenbereichs aufweisend ein Polymer aufweisen: Bilden einer Haftvermittlungsschicht in körperlichem Kontakt mit dem Oberflächenbereich, wobei die Haftvermittlungsschicht Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweist; und Bilden einer Schicht in körperlichem Kontakt mit der Haftvermittlungsschicht, wobei die Schicht ein Metall aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Aktivieren des Oberflächenbereichs (z.B. der Oberfläche des Polymers) mittels eines Plasmas und/oder mittels Strahlung vor dem Bilden der Haftvermittlungsschicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Haftvermittlungsschicht (auch als erste Schicht bezeichnet) und/oder der Schicht (zweite Schicht) unter Verwendung eines gasförmigen Beschichtungsmaterials erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Strukturieren der Schicht derart, dass zumindest ein Abschnitt der Haftvermittlungsschicht und/oder des Oberflächenbereichs freigelegt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Strukturieren der Haftvermittlungsschicht derart, dass zumindest ein Abschnitt des Oberflächenbereichs freigelegt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden einer zusätzlichen Schicht über der Schicht (z.B. in körperlichem Kontakt mit dieser), wobei die zusätzliche Schicht ein Metall, ein Halbmetall und/oder ein Aktivmaterial aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Prozessieren eines Werkstücks mit einem Oberflächenbereich, welcher ein Polymer aufweist, Folgendes aufweisen: Transportieren des Werkstücks in einem ersten Vakuumbereich in dem ein erstes gasförmiges Beschichtungsmaterial aufweisend Kohlenstoff (d.h. dass das erste gasförmige Beschichtungsmaterial Kohlenstoff aufweist) angeordnet ist; und Transportieren des Werkstücks von dem ersten Vakuumbereich in einen zweiten Vakuumbereich hinein in dem ein zweites gasförmiges Beschichtungsmaterial aufweisend ein Metall (d.h., dass das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial ein Metall aufweist) angeordnet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück bzw. zumindest dessen Oberflächenbereich ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein (auch als polymerbasiertes Werkstück oder polymerbasierter Oberflächenbereich bezeichnet).
Anschaulich kann ein polymerbasiertes Werkstück bzw. zumindest dessen polymerbasierter Oberflächenbereich (z.B. ein oder mehrere Filamente, z.B. als Netz oder Gewebe), welches intrinsisch nicht elektrisch leitfähig ist, mit der Schicht (auch als zweite Schicht, Funktionsschicht oder funktionelle Schicht bezeichnet) beschichtet sein oder werden, welche dessen elektrische Leitfähigkeit erhöht und mittels einer Haftvermittlungsschicht eine hohe mechanische Haftung zum Werkstück aufweist. Optional kann auf die zweite Schicht eine zusätzliche Schicht aufgebracht werden, z.B. eine chemisch stabile Schutzschicht, welche eine Lebensdauer der zweiten Schicht unter korrosiver Umgebung vergrößert.
Das Werkstück kann genau ein Filament (z.B. ein Textilfilament) oder mehrere Filamente aufweisen, z.B. in Form von Meshes (feinen Maschen, Netzen), z.B. ein Kunststoffnetz, Kunststoffgewebe, Metallnetz und/oder Metallgewebe ("plastic meshes" oder "metal meshes", auch als "Wire Nets" bezeichnet). Beispielsweise können die mehreren Filamente, z.B. mehrere Drähte, mehrere Fäden, und/oder mehrere Fasern oder ähnliches, miteinander verbunden sein, z.B. stoffschlüssig und/oder formschlüssig. Das oder jedes Filament kann beispielsweise eine Masche aufweisen oder daraus gebildet sein, wobei mehrere Maschen ineinandergreifen können, z.B. in Form eines Gestricks, eines Geflechts, eines Gewebes oder eines Netzes. Die Maschen, bzw. die mehreren Filamente, können regelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein, d.h. als technologische Maschen (z.B. eine maschinell erzeugte Filamentstruktur, z.B. Gewebegut und/oder Gestrickgut). Alternativ können die mehreren Filamente eine unregelmäßige Filamentstruktur aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. dass die Filamente eine unregelmäßige Anordnung und Ausrichtung aufweisen, z.B. in Form eines Filzes oder Vlieses.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein gasförmiges Beschichtungsmaterial (z.B. aufweisend ein Metall oder Kohlenstoff) mittels einer Beschichtungsmaterialquelle bereitgestellt sein oder werden. Die Beschichtungsmaterialquelle kann beispielsweise zum thermischen Verdampfen des Beschichtungsmaterials eingerichtet sein, z.B. mittels eines Heizers oder eines Elektronenstrahls. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtungsmaterialquelle zum Zerstäuben des Beschichtungsmaterials eingerichtet sein, z.B. mittels einer Plasmaquelle (auch als Sputtern bezeichnet).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück beidseitig beschichtet werden, z.B. von genau einer Seite aus oder von zwei einander gegenüberliegenden Seiten aus.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht das erste Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht Kohlenstoff in zumindest einer der folgenden Kohlenstoffkonfigurationen (auch als Kohlenstoffmodifikation bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein: Graphit; amorpher Kohlenstoff (a-C); tetraedrischer Kohlenstoff (ta-C); diamantähnlicher Kohlenstoff (Diamant Like Carbon, DLC); graphitähnlicher Kohlenstoff (Graphite Like Carbon, GLC); Diamant; amorph-tetraedrischem Kohlenstoff; und/oder nanokristalliner Kohlenstoff (NC-Kohlenstoff), z.B. nanokristalliner Graphit (NC-Graphit). Optional kann in die Kohlenstoffkonfiguration Wasserstoff eingebaut sein (d.h. eine mit Wasserstoff versetzte Kohlenstoffkonfiguration, auch als hydrierte Kohlenstoffkonfiguration bezeichnet). Der Kohlenstoff kann je nach Kohlenstoffkonfigurationen und Wasserstoffanteil verschiedene sp²-Hybridisierungsanteile bzw. sp³-Hybridisierungsanteile aufweisen. Beispielsweise können die Bereiche der Schicht Graphit (mit einem Anteil von sp² hybridisierten Kohlenstoff von mehr als 90 at.%), nanokristallinen Graphit (mit einer Korngröße des Graphits von 1 nm (Nanometer) bis zu 100 nm), sogenannten amorphen Kohlenstoff (mit einem Anteil von sp² hybridisierten Kohlenstoff in einem Bereich von ungefähr 70 at.% bis ungefähr 90 at.%) oder tetraedrischen Kohlenstoff (mit einem Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff von mehr als 40 at.%) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht einen Wasserstoffanteil (in Atomprozent – at.%) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,01 at.% bis ungefähr 10 at.%. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht einen Kohlenstoffanteil (in Atomprozent – at.%) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 90 at.% bis ungefähr 100 at.%, z.B. mehr als ungefähr 95 at.%, z.B. mehr als ungefähr 97 at.%. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Wasserstoff und Kohlenstoff bezogen auf den atomaren Anteil (Atomprozent) zusammen mehr als ungefähr 95 at.% der ersten Schicht ausmachen, z.B. mehr als ungefähr 97 at.%, z.B. ungefähr 100 at.%.
Die zweite Schicht kann das zweite Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Das zweite Beschichtungsmaterial kann ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. das Metall in einer metallische Legierung. Beispielsweise kann die zweite Schicht eine elektrisch leitfähige Stromsammlerschicht aufweisen oder daraus gebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Metall der zweiten Schicht in einem Nitrid oder Karbid vorliegen. Mit anderen Worten kann die zweite Schicht ein Metallnitrid (wie TiN, CrN) und/oder ein Metallcarbid (wie TiC, CrC) aufweisen oder daraus gebildet sein. Allgemeiner kann zusätzliche zu dem Metall ein Nichtmetall in die zweite Schicht eingebaut sein oder werden. Beispielsweise kann das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial chemisch reagieren, z.B. mit einer Prozessatmosphäre aufweisend Kohlenstoff und/oder Stickstoff.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Schicht (z.B. eine Metallschicht) einen Metallanteil (in Atomprozent – at.%) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 80 at.% bis ungefähr 100 at.%, z.B. mehr als ungefähr 90 at.%, z.B. mehr als ungefähr 95 at.%.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein (z.B. das erste und/oder das zweite) Beschichtungsmaterial (bzw. die erste Schicht und/oder die zweite Schicht) elektrisch leitfähig sein. Mit anderen Worten kann dieses eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von größer als ungefähr 10⁶ S/m (Siemens pro Meter) aufweisen, z.B. größer als ungefähr 2·10⁶ S/m, z.B. größer als ungefähr 5·10⁶ S/m, z.B. größer als ungefähr 10⁷ S/m, z.B. größer als ungefähr 2·10⁷ S/m, z.B. größer als ungefähr 5·10⁷ S/m, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10⁷ S/m bis ungefähr 10·10⁷ S/m. Die elektrische Leitfähigkeit des zweiten Beschichtungsmaterials (bzw. der zweiten Schicht) kann größer sein als die elektrische Leitfähigkeit des ersten Beschichtungsmaterials (bzw. der ersten Schicht) und/oder beide können eine größere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das Werkstück. Das Werkstück kann elektrisch isolierend sein (d.h. eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als ungefähr 10^–6 S/m aufweisen).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren ferner aufweisen: Bilden einer Gasdiffusionslage einer Brennstoffzelle unter Verwendung des Schichtstapels, d.h. unter Verwendung des Werkstücks aufweisend die erste Schicht und die zweite Schicht. Beispielsweise kann die Gasdiffusionslage aus dem Schichtstapel gebildet (z.B. durch Funktionalisierung und/oder Einsatz in eine Brennstoffzelle) werden. Der Schichtstapel kann anschaulich ein gaspermeables Flächenelement (z.B. ein Mesh) bilden, welcher in eine Brennstoffzelle eingebaut werden kann und dort die Funktion der Gasdiffusionslage übernimmt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich die erste Schicht und die zweite Schicht in zumindest einer Schichteigenschaft unterscheiden, z.B. in zumindest einer von folgenden Schichteigenschaften: ihrer Dichte, ihrer Materialstruktur, ihrer Porosität (falls vorhanden), ihrer mechanischen Härte, ihrer Schichtdicke, ihrer mittleren Porengröße (falls vorhanden), ihrer mittleren Dichte der Poren (falls vorhanden), ihrer elektrischen Leitfähigkeit; ihrer Gaspermeabilität; ihrer Permittivität, ihrer chemischen Zusammensetzung oder ihrer chemischen Reaktivität; ihrem Kohlenstoffanteil.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Metall (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) zumindest ein metallisches Element (d.h. ein oder mehrere metallische Elemente) aufweisen (oder daraus gebildet sein), z.B. zumindest ein Element aus der Folgenden Gruppe von Elementen: Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Platin (Pt), Gold (Au), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Niob (Nb), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Barium (Ba), Indium (In), Calcium (Ca), Hafnium (Hf), Samarium (Sm), Silber (Ag), und/oder Lithium (Li). Optional kann ein Metall eine metallische Verbindung (z.B. eine intermetallische Verbindung oder eine Legierung) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Verbindung aus zumindest zwei metallischen Elementen (z.B. aus der Gruppe von Elementen), z.B. eine Verbindung wie Bronze oder Messing. Alternativ oder zusätzlich kann ein Metall eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element (z.B. aus der Gruppe von Elementen) und mindestens einem nichtmetallischen Element (z.B. Kohlenstoff), z.B. eine Verbindung wie Stahl.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Metall eine thermische Leitfähigkeit größer als 10 W/(m·K) (Watt pro Kelvin und Meter) aufweisen, z.B. größer als 50 W/(m·K).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer des Werkstücks einen Duroplast, einen Thermoplast und/oder ein Elastomer aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer des Werkstücks ein Homopolymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein Homopolymer kann ein Polymer bezeichnen, welches aus mehreren Monomeren genau einer Monomerart aufgebaut ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Polymer des Werkstücks ein Heteropolymer (Copolymer) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein Heteropolymer kann ein Polymer bezeichnen, welches aus mehreren Monomeren unterschiedlicher Monomerarten aufgebaut ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer ein Biopolymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein Biopolymer kann ein Polymer bezeichnen, welches in der Zelle eines Lebewesens (z.B. eine Pflanze oder ein Tier) synthetisiert wird (z.B. Baumwolle, Seide, Wolle, usw.). Alternativ oder zusätzlich kann das Polymer ein synthetisches Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein synthetisches Polymer kann ein Polymer bezeichnen, welches durch eine künstliche Polymersynthese (z.B. eine Polyreaktion) industriell oder im Labormaßstab hergestellt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Oberflächenbereich eine Mischung voneinander verschiedener Homopolymere und/oder voneinander verschiedener Heteropolymere aufweisen oder daraus gebildet sein (auch als Polymermischung bezeichnet).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer ein anorganisches Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Ein anorganisches Polymer kann ein Polymer bezeichnen, welches (im Gegensatz zu den organischen Polymeren) keine Kohlenstoffatome in der Hauptkette des Polymers aufweist (d.h. frei von Kohlenstoff in der Hauptkette ist). Zu den anorganischen Polymeren zählen beispielsweise Polysiloxane, Polyphosphazene oder Polysilazane. Beispielsweise kann das Polymer, z.B. dessen Hauptkette, Silizium aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Polymer Kohlenstoff aufweisen (z.B. im Fall eines organischen Polymers).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das synthetische Polymer Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) Polytetrafluorethylen (PTFE), Cyclo-Olefin-Copolymer (COC), Cyclo-Olefin-Polymer (COC, Handelsname: ZEONOR), elektrisch leitfähiges Polymer und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück ein Filament oder mehrere Filamente eines Textils aufweisen oder daraus gebildet sein (d.h. Textilfilamente, z.B. Textilfäden oder Textilfasern). Ein oder mehrere Filamente des Werkstücks können ein organisches Biopolymer aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Wolle, Leinen, Flachs, Hanf, Kamelhaar, Seide, Viskose und/oder Baumwolle. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Filamente des Werkstücks ein synthetisches Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Elasthan, Polyester, Polyamid, Polyimid, Aramid, Polyacrylnitril, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyurethan, oder Ähnliches. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Filamente des Werkstücks ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Silber und/oder Kupfer, welche in das Textil eingearbeitet sind.
Beispielsweise kann das Werkstück ein Textilgewebe und/oder ein Textilgestrick aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Stoff. Beispielsweise können z.B. ein oder mehrere elektrisch isolierende Textilfilamente (z.B. Polymerfasern, tierische und/oder pflanzliche Fasern) mittels eines elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterial beschichtet sein oder werden. Das eine oder die mehreren beschichteten Textilfilamente können z.B. in einem Funktionstextil verwendet werden (d.h. Textilien, welche eine Funktion bereitstellen, wie z.B. antibakteriell, wärmend, energieerzeugend, usw.).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein beschichtetes Textilfilament nach dem Beschichten in ein Textil eingefügt (eingearbeitet) werden, z.B. mittels Webens oder Strickens. Das beschichtete Textilfilament kann dann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Bereichen des Textils bereitstellen, z.B. eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Energieversorgungsverbindung, z.B. für Smart-Textilien, energieerzeugende Textilien, sensorische Textilien, wärmende/heizende Textilien, usw. alternativ oder zusätzlich kann das beschichtete Textilfilament eine antibakterielle Wirkung entfalten, indem dieses z.B. Metallionen in das umliegende Textil abgibt. Dies kann beispielsweise für Hochleistungstextilien oder Smart Textiles (auch als Smart-Textilie bezeichnet) verwendet werden, wie z.B. Sporttextilien, und/oder für Verbandsmittel. Optional kann ein metallbeschichtetes Filament (d.h. mittels der zweiten Schicht beschichtet) mit einer Schutzschicht beschichtet sein oder werden, welches nach dem Beschichten in ein Textil eingearbeitet sein oder werden kann. Das mittels der Schutzschicht beschichtete Textilfilament kann gegenüber korrosiven Umgebungen, wie z.B. Schweiß in Sporttextilien oder Hitze in Schutztextilien, widerstandsfähiger sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein fertiges Textil beschichtetet werden. Das beschichtete Textil kann dann z.B. eine antibakterielle Wirkung entfalten und/oder eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Bereichen des Textils bereitstellen, z.B. eine Kommunikationsverbindung und/oder eine Energieversorgungsverbindung, z.B. für intelligente Textilien (Smart-Textilien), energieerzeugende Textilien, sensorische Textilien, wärmende/heizende Textilien, usw.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftvermittlungsschicht Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein, welcher z.B. eingerichtet ist mit einem Polymer des Werkstücks und/oder mit einem Metall der zweiten Schicht eine chemische (z.B. kovalente) Verbindung einzugehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück gaspermeabel sein (z.B. ein perforiertes oder Filament aufweisendes Werkstück). Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück porös sein oder von Öffnungen durchdrungen sein. Beispielsweise kann das Werkstück eine (z.B. permeable) Membran aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden eines kapazitiven Flächensensors unter Verwendung des Werkstücks.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden eines Energiespeichers unter Verwendung des Werkstücks.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden einer Gasdiffusionslage einer Brennstoffzelle unter Verwendung des Werkstücks.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück zum Bilden der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht in einer Vakuumkammer angeordnet und/oder transportiert werden. Beispielsweise kann ein Druck (Prozessdruck), in dem das Beschichten (Bilden der ersten Schicht und/oder Bilden der zweiten Schicht) erfolgt, in einem Bereich von ungefähr 1·10^–5 Millibar (mbar) bis ungefähr von bis 8·10^–4 Millibar eingestellt und/oder geregelt sein oder werden. Beispielsweise kann der Prozessdruck mittels eines gestellten und/oder geregelten Gaseinlasses (z.B. bei konstanter Pumpleistung) eingestellt und/oder geregelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht mittels eines thermischen Verdampfens erfolgen. Mittels des thermischen Verdampfens kann das entsprechende gasförmige Beschichtungsmaterial bereitgestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht eine kleinere Transparenz aufweisen als das Werkstück (z.B. dessen Oberflächenbereich). Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Schicht eine kleinere Transparenz aufweisen als das Werkstück (z.B. dessen Oberflächenbereich) und/oder als die erste Schicht.
Die Transparenz kann als Maß verstanden werden, welches beschreibt, welcher Anteil des einfallenden Lichts eine Schicht, einen Bereich und/oder ein Werkstück durchdringt. Die Transparenz kann von dem Material, aus dem die Schicht, der Bereich und/oder das Werkstück gebildet ist, und/oder von dem Weg, den das Licht in durch den Bereich, die Schicht, und/oder das Werkstück zurücklegen muss, beeinflusst werden. Je größer die Mächtigkeit (z.B. die Dicke) des Bereichs, der Schicht, und/oder des Werkstücks ist, desto weniger Licht kann diese(n) entlang der Dicke durchdringen. Das Licht kann verstanden werden als das sichtbare Licht, z.B. mit einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 780 nm. Die Transparenz kann auf die Gesamtheit des einfallenden Lichts, z.B. gemittelt über die Wellenlängen des Lichts verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Transparenz auf eine bestimmte Wellenlänge aus dem Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 780 nm beziehen, z.B. auf Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 650 nm (rot), einer Wellenlänge von ungefähr 520 nm (grün) und/oder einer Wellenlänge von ungefähr 470 nm (blau).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück ein massives Bauelement aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Gehäuse, ein Werkzeug, eine Armatur, ein Platte, ein Block, ein Behälter, usw. Beispielsweise kann das Werkstück eine elektrische Schaltung und/oder einen (z.B. darin integrierten) Halbleiterchip aufweisen.
Alternativ kann das Werkstück einen flächenförmigen Träger (z.B. eine Folie und/oder ein Band) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Polymerfolie.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren aufweisen: Transportieren eines Werkstücks durch einen ersten Vakuumbereich in dem ein erstes gasförmiges Beschichtungsmaterial angeordnet ist, welches Kohlenstoff aufweist; Transportieren des Werkstücks von dem ersten Vakuumbereich in einen zweiten Vakuumbereich in dem ein zweites gasförmiges Beschichtungsmaterial angeordnet ist, welches ein Metall aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren aufweisen: Transportieren eines Werkstücks von einem ersten Vakuumbereich in einen zweiten Vakuumbereich; Bereitstellen eines ersten gasförmigen Beschichtungsmaterials, welches Kohlenstoff aufweist, in dem ersten Vakuumbereich; Bereitstellen eines zweiten gasförmigen Beschichtungsmaterials, welches ein Metall aufweist, in dem zweiten Vakuumbereich.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Schichtstruktur (d.h. das Verfahren zum Prozessieren des Werkstücks) in einer Beschichtungsanordnung erfolgen, welche aufweist: eine einen ersten Vakuumbereich und einen zweiten Vakuumbereich; ein Transortsystem zum Transportieren eines Werkstücks aus dem ersten Vakuumbereich in den zweiten Vakuumbereich; eine erste Beschichtungsmaterialquelle, welche in dem ersten Vakuumbereich angeordnet ist und Kohlenstoff aufweist; eine zweite Beschichtungsmaterialquelle, welche in dem zweiten Vakuumbereich angeordnet ist und ein Metall aufweist.
Optional kann die Haftvermittlungsschicht einen Gradienten in ihrer chemischen Zusammensetzung aufweisen, z.B. einen Gradienten aufweisend einen sinkenden Anteil Kohlenstoff in Richtung der Nutzschicht (auch als Funktionsschicht bezeichnet) und/oder einen Gradienten aufweisend einen zunehmenden Anteil Metall in Richtung der Nutzschicht. Beispielsweise kann die Haftvermittlungsschicht nahe der Nutzschicht einen größeren Anteil Metall aufweisen als nahe dem Oberflächenbereich. Alternativ oder zusätzlich kann die Haftvermittlungsschicht nahe der Nutzschicht einen kleineren Anteil Kohlenstoff aufweisen als nahe dem Oberflächenbereich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1A und 1B jeweils eine Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
2 eine Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht;
3A und 3B jeweils eine Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
4A und 4B jeweils eine Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
5A und 5B jeweils einen Energiespeicher gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
6A und 6B jeweils eine Brennstoffzelle gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
7A ein Textil gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht;
7B einen kapazitiven Flächensensor gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
8A und 8B jeweils eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht;
9 und 10 jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram;
11A, 11B und 11C jeweils eine Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht;
12 ein schematisches Diagramm; und
13A, 13B und 13C jeweils ein Packmittel gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Im Allgemeinen kann Indiumzinnoxid (kurz ITO) als transparent-leitfähiges Oxid verwendet werden, z.B. als Funktionsschicht zur Realisierung von berührungssensitiven Eingabegeräten, wie beispielsweise Displays (z.B. ein Touch Panel in der Displayindustrie). Beispielsweise lässt sich eine PET-Folie (z.B. aufweisend eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 20 µm (Mikrometer) bis ungefähr 125 µm) mit ITO beschichten.
Die Beschichtung mit ITO kann allerdings sehr kostenaufwändig sein, weswegen, insbesondere für größere Displays ein günstiger Ersatz gesucht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine metallische Schicht auf einem leichten, transparenten polymerbasierten (z.B. organischen) Werkstück, wie z.B. einer Folie, bereitgestellt. Beispielweise kann über dem Werkstück (z.B. zur Verwendung in der Displayindustrie) ein sogenannten Metal-Mesh (Metallnetz) gebildet sein oder werden, z.B. indem in einem vorherigen Schritt eine elektrisch leitfähige Nutzschicht (z.B. aufweisend eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 200 nm bis ungefähr 500 nm) abgeschieden ist oder wird, z.B. aufweisend Kupfer oder daraus gebildet. Nach dem Aufbringen der elektrisch leitfähigen zweiten Schicht, können mehrere Bereiche des Kupfers strukturiert bedruckt (allgemeiner kann darauf eine Maske gebildet werden) und anschließend geätzt werden. Die zurück bleibenden Bereiche der Nutzschicht können gekreuzte Metallbahnen (Stege) aufweisen, die z.B. optisch kaum sichtbar sind und daher in einem berührungssensitiven Eingabegerät (z.B. Touch Panel) anwendbar sind. Die Haftfestigkeit dieser Kupferbahnen auf einem Polymer (wie beispielsweise PET oder COP) mit Dicken zwischen 100 µm bis 188 µm stellt dabei eine große Herausforderung dar, denn häufig lösen sich Bereiche wieder ab. Delaminierte Stege führen dann wiederum zu einer starken Beeinträchtigung der berührungssensitiven Funktion, z.B. in einem Touch Panel.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftung der Metallbahnen auf dem polymerbasierten Werkstück mittels der Haftvermittlungsschicht verbessert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann nach einer optionalen Aktivierung der Oberfläche des Polymers (z.B. mittels Ionenbeschuss) eine dünne Kohlenstoffschicht abgeschieden sein oder werden, z.B. mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), wie z.B. Elektronenstrahlverdampfung und/oder Sputtern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haftvermittlungsschicht eine Dicke (Schichtdicke) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 100 nm, z.B. ungefähr 30 nm. Die Kohlenstoffschicht kann je nach ihrer Dicke (z.B. aufweisend eine Dicke von weniger als ungefähr 50 nm) und Kohlenstoffkoordination (d.h. nach der vorliegenden Modifikation des Kohlenstoffs) transparent sein (d.h. mehr als 95% des einfallenden Lichts hindurch lassen).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann unter einem chemischen Aktivieren (z.B. eines Adsorbens) anschaulich verstanden werden, dass dessen Reaktionsfreudigkeit erhöht wird. Das chemische Aktivieren eines Polymers kann aufweisen die Anzahl offener chemischer Bindungen eines Polymers zu erhöhen, z.B. indem chemische Bindungen des Polymers aufgebrochen werden, z.B. indem Polymermoleküle verkürzt, aufgespalten und/oder eine Teile dieser abgespalten werden, wie z.B. Wasserstoff oder funktionelle Gruppen, wie beispielsweise Alkylgruppen (wie z.B. eine Methylgruppe) oder Hydroxylgruppen. Mittels des chemischen Aktivierens des Polymers kann eine Chemisorption des Kohlenstoffs der Haftvermittlungsschicht an dem Polymer bewirkt oder zumindest verbessert werden. Als Chemisorption kann eine Form der Adsorption verstanden werden, bei der im Unterschied zur reinen Physisorption das Adsorbat (z.B. der Kohlenstoff auf dem Polymer) durch starke chemische Bindungen (z.B. kovalente Bindungen) an das Adsorbens (d.h. das Werkstück) gebunden wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine chemische Affinität (Bindungsaffinität) des Polymers des Werkstücks zu der Haftvermittlungsschicht größer sein als zu der Nutzschicht. Die Affinität kann verstanden werden als Triebkraft einer chemischen Reaktion, nämlich das Bestreben von Ionen, Atomen oder Atomgruppen, eine chemische (z.B. kovalente) Bindung einzugehen (Reaktionsaffinität).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Nutzschicht eine Dicke (Schichtdicke) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 200 nm bis ungefähr 500 nm. Beispielsweise kann die Nutzschicht eine Kupferschicht aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. aufweisend eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 800 nm bis ungefähr 1 µm.
Beispielsweise kann die Nutzschicht eine Cr-Schicht (z.B. aufweisend eine Schichtdicke von ungefähr 500 nm) aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Cr-Schicht kann mittels einer Haftvermittlungsschicht (z.B. aufweisend eine Dicke von ungefähr 35 nm) an dem Polymer befestigt sein oder werden. Die Haftvermittlungsschicht kann eine starke chemische Bindung zum Polymer und zum chemisch-affinen Cr bewirken. Ein vorgeschalteter optionaler Ionenbeschuss kann zur Aktivierung der Polymeroberfläche (PET-Oberfläche) verwendet werden. Anschaulich kann der Ionenbeschuss freie Bindungen des Polymers (z.B. eines Kohlenwasserstoffs) induzieren, die den Kohlenstoff (d.h. die Kohlenstoffatome) der Haftvermittlungsschicht chemisorbieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen lässt sich ein Schichtstapel gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen in der Lebensmittelindustrie und/oder der Verpackungsindustrie verwenden, beispielsweise als Verpackungsfolie. Die Nutzschicht kann beispielsweise eine antibakterielle Wirkung entfalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine Smart-Verpackung einen Halbleiterchip aufweisen, welcher zur kontaktlos-Kommunikation eingerichtet ist.
1A veranschaulicht eine Schichtstruktur 100a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. mit einer Blickrichtung quer zu einer Stapelrichtung 105).
Das Werkstück 102 (z.B. ein Substrat) kann einen Oberflächenbereich 102o aufweisen, welcher ein Polymer aufweist oder daraus gebildet ist. Die zweite Schicht 106 (auch als Nutzschicht 106 bezeichnet, z.B. eine Metallschicht aufweisend oder daraus gebildet) kann in körperlichem Kontakt auf der ersten Schicht 104 (auch als Haftvermittlungsschicht 104 bezeichnet) gebildet sein. Die erste Schicht 104 (Haftvermittlungsschicht 104) kann zwischen dem Oberflächenbereich 102o und der zweiten Schicht 106 (Nutzschicht 106) angeordnet sein und in körperlichem Kontakt mit diesen sein. Die Haftvermittlungsschicht 104 kann Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. amorphen Kohlenstoff; nanokristallinen amorphen Kohlenstoff, tetraedrischen Kohlenstoff; diamantähnlichen Kohlenstoff und/oder graphitähnlichen Kohlenstoff.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Oberflächenbereich 102o des Werkstücks 102 zumindest eine Oberfläche 102t (eine Begrenzungsfläche 102t) des Werkstücks 102 aufweisen, z.B. eine Polymeroberfläche. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich 102o von der zumindest einen Oberfläche 102t begrenzt werden. Beispielsweise kann der Oberflächenbereich 102o eine planare Oberfläche 102t des Werkstücks 102t aufweisen. Optional kann die zumindest eine Oberfläche 102t (bzw. der Oberflächenbereich 102o) zwei einander gegenüberliegende Oberflächen 102t, 102b des Werkstücks 102 aufweisen.
1B veranschaulicht eine Schichtstruktur 100b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. mit einer Blickrichtung quer zu einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Nutzschicht 106 strukturiert sein oder werden. Beispielsweise kann die Nutzschicht 106 mittels eines ablativen Bearbeitens (d.h. mittels Abtragens von Material) strukturiert sein oder werden, z.B. mittels Trockenätzens und/oder nasschemischen Ätzens. Zum Strukturieren der Nutzschicht 106 kann optional eine Maske verwendet sein oder werden. Die Maske kann anschaulich eine oder mehrere Bereiche der Nutzschicht 106 freilassen, in denen die Nutzschicht 106 abgetragen, z.B. geöffnet, werden soll.
Nach dem Strukturieren kann die Nutzschicht 106 zumindest eine Öffnung 106o (d.h. eine Öffnung oder mehrere Öffnungen) aufweisen, welche die Haftvermittlungsschicht 104 zumindest abschnittsweise freilegt.
Optional kann die zumindest eine Öffnung 106o durch die Haftvermittlungsschicht 104 hindurch erstreckt sein, so dass der Oberflächenbereich 102o zumindest abschnittsweise freigelegt ist. Die Haftvermittlungsschicht 104 kann auch nur teilweise entfernt oder gar nicht entfernt werden (z.B. mittels des Strukturierens der Nutzschicht 106), z.B. wenn die Haftvermittlungsschicht 104 transparent ist oder z.B. eine Dicke von weniger als ungefähr 80 nm aufweist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Haftvermittlungsschicht 104 eine größere Transparenz aufweisen als die Nutzschicht 106, z.B. eine Transparenz von mehr als ungefähr 80%, z.B. mehr als ungefähr 90%, z.B. mehr als ungefähr 95%. Damit kann erreicht werden, dass auf ein Entfernen der Haftvermittlungsschicht 104 verzichtet werden kann, z.B. auch wenn ein transparentes Erscheinungsbild angestrebt wird (z.B. in einer Anzeige).
In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann die Haftvermittlungsschicht 104 eine kleinere Transparenz aufweisen als die Nutzschicht 106, z.B. eine Transparenz von weniger als ungefähr 50%, z.B. weniger als ungefähr 25%, z.B. mehr als ungefähr 10%. Damit kann erreicht werden, dass die Haftvermittlungsschicht 104 anschaulich ein dunkles Erscheinungsbild bereitstellt.
2 veranschaulicht eine Schichtstruktur 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schichtstruktur 200 mehrere Öffnungen 106o aufweisen, welche in einem Muster angeordnet sind (z.B. in gleichen Abständen 201d voneinander). Die Nutzschicht 106 kann mehrere Stege 106s (anschaulich Metallbahnen 106s) aufweisen oder daraus gebildet sein, von denen sich eine erste Gruppe entlang einer ersten Richtung 101 und einer zweite Gruppe entlang einer zweiten Richtung 103 (z.B. quer dazu) erstrecken kann. Die erste Gruppe und die zweite Gruppe können sich anschaulich überkreuzen. Die mehreren Stege 106s können ein Netz (Metallnetz) bilden.
Die Abstände 201d benachbarter Öffnungen 106o voneinander kann die Stegbreite 201d definieren. Die Ausdehnung 203d der Öffnungen 106o kann größer sein als die der Stege 106s (d.h. als die Stegbreite 201d), z.B. mehr als das zehnfache größer. Beispielsweise kann die Ausdehnung 203d der Öffnungen 106o in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 1 mm liegen. Die Stegbreite 201d kann weniger sein als ungefähr 100 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 100 µm liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 3 µm bis ungefähr 10 µm.
Die mehreren Öffnungen 106o können mehr als 80% der Fläche der Schichtstruktur 200 belegen. Damit wird eine möglichst hohe Transparenz der Nutzschicht 106 erreicht, z.B. von mehr als ungefähr 80%, z.B. mehr als ungefähr 90%, z.B. mehr als ungefähr 95%. Beispielsweise kann das Strukturieren der Nutzschicht 106 aufweisen mehr als 80% der Nutzschicht 106 zu entfernen, z.B. von mehr als ungefähr 80%, z.B. mehr als ungefähr 90%, z.B. mehr als ungefähr 95%. Alternativ oder zusätzlich kann die Nutzschicht 106 und/oder kann die Haftvermittlungsschicht 104 eine Dicke aufweisen kleiner als ungefähr 80 nm, z.B. kleiner als ungefähr 40 nm, z.B. kleiner als ungefähr 20 nm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 15 nm bis ungefähr 20 nm.
3A veranschaulicht eine Schichtstruktur 300a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung quer zur Schichtebene 101, 103 bzw. entlang der Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück 102 zumindest ein Filament 102f (d.h. ein Filament 102f oder mehrere Filamente 102f) aufweisen. Die mehreren Filamente 102f können zu einem Netz (Mesh), Gewebe oder Gestrick zusammengefügt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das oder jedes Filament 102f ein Polymer, z.B. ein organisches Polymer (d.h. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer, z.B. ein pflanzliches Polymer oder ein tierisches Polymer) oder ein anorganisches Polymer (z.B. ein Silizium-basiertes Polymer) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Die mehreren Filamente 102f können unregelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein, d.h. in variierenden Abständen zueinander und/oder in variierenden Winkeln zueinander. Beispielsweise kann das Werkstück mehrere unregelmäßige (z.B. unregelmäßig geformt und/oder angeordnete) Maschen aufweisen, welche von den Filamenten 102f gebildet sind. Die Maschen können eine Ausdehnung 102p aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm.
Alternativ können die mehreren Filamente 102f regelmäßig angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Beispielsweise kann das Werkstück 102 mehrere regelmäßige (z.B. regelmäßig geformt und/oder angeordnete) Maschen aufweisen, welche mittels der Filamente 102f gebildet sind, z.B. technologische Maschen. Die Maschen können eine Periodizität 102p und/oder eine Ausdehnung 102p aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 200 µm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm.
Die mehreren Filamente 102f können Verbindungsstellen 102v aufweisen, in denen zwei sich kreuzende Filamente 102f der mehreren Filamente 102f miteinander verbunden sind, z.B. stoffschlüssig und/oder formschlüssig. Beispielsweise können die zwei Filamente 102f in der Verbindungsstelle 102v verklebt, gesintert und/oder vulkanisiert sein. Ein Gewebe oder ein Gestrick kann hingegen formschlüssig miteinander verbundene Filamente 102f aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Filamente 102f nach dem Zusammenfügen mit der Haftvermittlungsschicht 104 und/oder mit der Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Filamente 102f der mehreren Filamente 102f vor dem Zusammenfügen mit der Haftvermittlungsschicht 104 und/oder mit der Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden. Beispielsweise kann ein funktionalisiertes Filament 102f in ein Gewebe eingefügt sein oder werden.
Die Maschen können Öffnungen 106o aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück 102 einen perforierten flächenförmigen Träger aufweisen, d.h. einen flächenförmigen Träger, in dem mehrere Öffnungen 106o gebildet sind. Anschaulich können sich die Öffnungen 106o durch die Nutzschicht 106, durch die Haftvermittlungsschicht 104, und durch das Werkstück 102 hindurch erstrecken.
3B veranschaulicht eine Schichtstruktur 300b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. quer zu einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück 102 bzw. das oder jedes Filament 102f beidseitig beschichtet sein oder werden (Beschichtung 104, 106). Die beidseitige Beschichtung 104, 106 (aufweisend die Haftvermittlungsschicht 104 und/oder die Nutzschicht 106) kann sich zusammenhängend (d.h. ohne Unterbrechung) auf gegenüberliegenden Seiten des oder jedes Filaments 102f erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das oder jedes Filament 102f das Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein.
4A veranschaulicht eine Schichtstruktur 400a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. quer zu einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück 102 einen flächenförmigen Träger 102 aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Folie. Ein flächenförmiger Träger 102 kann eine Ausdehnung 102d (anschaulich Dicke 102d) entlang der Stapelrichtung 105 aufweisen von weniger als 1 mm (Millimeter) (beispielsweise von weniger als ungefähr 500 µm, z.B. weniger als ungefähr 250 µm, z.B. weniger als ungefähr 125 µm) und/oder mehr als ungefähr 10 µm (beispielsweise mehr als ungefähr 20 µm) aufweisen.
Der flächenförmige Träger 102 kann den Oberflächenbereich 102o aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann sich der Oberflächenbereich 102o auf durch den flächenförmigen Träger 102 hindurch erstecken, d.h. eine erste Oberfläche 102b und eine zweite Oberfläche 102t des flächenförmigen Trägers 102 aufweisen. Die Nutzschicht 106 und/oder die Haftvermittlungsschicht 104 können auf mit der ersten erste Oberfläche 102b und/oder mit der zweiten Oberfläche 102t in körperlichem Kontakt sein. Anschaulich kann der flächenförmige Träger 102 optional beidseitig beschichtet sein oder werden. Die Dicke der Nutzschicht 106 und/oder der Haftvermittlungsschicht 104 kann kleiner sein als die des flächenförmigen Trägers 102.
4B veranschaulicht eine Schichtstruktur 400b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. quer zu einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schichtstruktur 400b eine dritte Schicht 108 aufweisen, welche mit der Nutzschicht 106 in körperlichem Kontakt gebildet ist. Die dritte Schicht 108 kann beispielsweise als Passivierungsschicht eingerichtet sein. Dazu kann die dritte Schicht 108 ein Material aufweisen, welches eine kleinere chemische Reaktivität aufweist als die Nutzschicht 106.
Die dritte Schicht 108 kann beispielsweise ein zusätzliches Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. gleich oder verschieden zu dem Metall der Nutzschicht 106 und/oder in einer chemischen Verbindung, wie einem Karbid, einem Nitrid, einem Oxid und/oder einem Silizid. Mit anderen Worten kann das zusätzliche Metall optional in einer metallischen Verbindung, als Nitrid, Silizid und/oder Karbid vorliegen. Beispielsweise können sich die Nutzschicht 106 und die dritte Schicht 108 in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Beispielsweise kann das zusätzliche Metall zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: Aluminium, Chrom, Kupfer, Titan, Gold, Silber, Platin, Wolfram. Das Silizid kann beispielsweise das zusätzliche Metall und Silizium aufweisen, z.B. in einer chemischen Verbindung.
Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Schicht 108 beispielsweise ein Halbmetall (z.B. Kohlenstoff, Silizium, Zinn und/oder Germanium) aufweisen, z.B. Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation, in einem Karbid oder in einem Polymer. Beispielsweise kann die dritte Schicht 108 eine zusätzliche Kohlenstoffschicht aufweisen oder daraus gebildet sein.
Alternativ kann die dritte Schicht 108 ein Aktivmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Aktivmaterial eines Energiespeichers, z.B. ein Aktivmaterial einer Batterie.
5A veranschaulicht einen Energiespeicher 500a in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder einer schematischen Querschnittsansicht.
Der Energiespeicher 500a kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine erste Elektrode 1012 aufweisen, welche ein erstes chemisches Potential aufweist. Die erste Elektrode 1012 kann einen flächenförmigen Träger 102 (z.B. aufweisend ein Polymer oder daraus gebildet) aufweisen. Der flächenförmige Träger 102 kann eine Folie und/oder eine Platte aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Folie kann beispielsweise eine Dicke von weniger als 40 µm aufweisen.
Ferner kann die erste Elektrode 1012 ein Aktivmaterial 1012a aufweisen, welches über dem flächenförmigen Träger 102 angeordnet ist, wobei das Aktivmaterial 1012a der ersten Elektrode 1012 (auch als erstes Aktivmaterial 1012a bezeichnet) das erste chemische Potential der ersten Elektrode 1012 bereitstellt. Das erste Aktivmaterial 1012a kann beispielsweise Lithium-Eisen-Phosphat (LFPO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einem Lithium-Eisen-Phosphat-Energiespeicher 500a), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einem Lithium-Mangan-Oxid-Energiespeicher 500a) oder Lithium-Titanat (LTO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einem Lithium-Titanat-Energiespeicher 500a) oder Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO) aufweisen oder daraus gebildet sein (z.B. in einem Lithium-Cobalt-Oxid-Energiespeicher 500a). Für Lithium-Ionen-Energiespeicher 500a kann das Aktivmaterial 1012a auch als Lithiumverbindung-Aktivmaterial 1012a bezeichnet werden.
Das erste Aktivmaterial 1012a kann optional mittels der dritten Schicht 108 bereitgestellt sein oder werden.
Ferner kann die erste Elektrode 1012 eine Nutzschicht 106 aufweisen, welche zwischen dem flächenförmigen Träger 102 und dem ersten Aktivmaterial 1012a angeordnet ist. Die Nutzschicht 106 kann mittels der Haftvermittlungsschicht 104 an dem flächenförmigen Träger 102 befestigt sein. Die Nutzschicht 106 kann in zumindest teilweisen (d.h. teilweisen oder vollständigen) physischen und/oder elektrischen Kontakt mit dem ersten Aktivmaterial 1012a sein. Die Nutzschicht 106 kann anschaulich als Stromsammler 106 eingerichtet sein.
Ferner kann der Energiespeicher 500a eine zweite Elektrode 1022 aufweisen, welche ein zweites chemisches Potential aufweist. Zwischen der ersten Elektrode 1012 und der zweiten Elektrode 1022 kann sich eine elektrische Spannung ausbilden, z.B. wenn der Energiespeicher 500a geladen ist oder wird, welche ungefähr der Differenz zwischen dem ersten chemischen Potential und dem zweiten chemischen Potential entspricht.
Optional kann der Energiespeicher 500a mittels einer Verkapselung 1030 verkapselt sein oder werden, welche die ersten Elektrode 1012 und die zweite Elektrode 1022 umgibt. Die zweite Elektrode 1022 und die erste Elektrode 1022 können gemeinsam verkapselt sein oder werden.
Ein Paar aus zweiter Elektrode 1022 und erster Elektrode 1022 kann auch als Energiespeicherzelle bezeichnet werden. Optional kann der Energiespeicher 500a mehrere Energiespeicherzelle aufweisen.
Das Werkstück 102 kann anschaulich einen flächenförmigen Träger 102 für den Stromsammler 106 aufweisen oder daraus gebildet sein, zum Abgreifen der elektrischen Ladungen mittels des Stromsammlers 106, welche durch einen Ionenaustausch zwischen der ersten Elektrode 1012 der ersten Elektrode 1022 und der zweiten Elektrode 1022 erfolgt, z.B. wenn sich der Energiespeicher 500a entlädt. Die Ionen, welche sich zwischen der ersten Elektrode 1012 und der zweiten Elektrode 1022 bewegen (Ionenaustausch), können eine Umwandlung von gespeicherter chemischer Energie (z.B. wenn der Energiespeicher 500a geladen ist) in elektrische Energie bewirken, wobei die elektrische Energie eine elektrische Spannung an den Kontakten 1012k, 1022k (siehe 5B) bereitstellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der flächenförmige Träger 102 der ersten Elektrode 1012 beidseitig mit der Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden, wie vorangehend beschrieben ist. Mit anderen Worten kann der flächenförmige Träger 102 der ersten Elektrode 1012 auf der Oberseite und auf der Unterseite die Nutzschicht 106 aufweisen.
Die Verkapselung 1030 kann beispielsweise ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann die Verkapselung 1030 mit der Haftvermittlungsschicht 104 und der Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden, z.B. zum Bilden einer Metallisierung und/oder eines Kontakts 1012k, 1022k.
5B veranschaulicht eine Energiespeicher 500b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. quer zu einer Stapelrichtung 105).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Elektrode 1022 analog zu der ersten Elektrode 1012 eingerichtet sein oder werden, wie im Folgenden genauer beschrieben wird. Die zweite Elektrode 1022 kann einen flächenförmigen Träger 102 (z.B. aufweisend ein Polymer oder daraus gebildet) aufweisen, z.B. eine Folie ähnlichen wie die Folie der ersten Elektrode 1012.
Ferner kann die zweite Elektrode 1022 ein zweites Aktivmaterial 1022a aufweisen, welches auf dem flächenförmigen Träger 102 der zweiten Elektrode 1022 angeordnet wird oder ist, wobei das zweite Aktivmaterial 1022a das zweite chemische Potential der zweiten Elektrode 1022 bereitstellt.
Das zweite Aktivmaterial 1022a der zweiten Elektrode 1022 (z.B. die Anode) kann sich von dem ersten Aktivmaterial 1012a der ersten Elektrode 1012 unterscheiden. Das zweite Aktivmaterial 1022a kann beispielsweise Graphit (oder Kohlenstoff in einer anderen Konfiguration) aufweisen oder daraus gebildet sein, nanokristallines und/oder amorphes Silicium aufweisen oder daraus gebildet sein, Lithium-Titanat (Li₄Ti₅O₁₂) aufweisen oder daraus gebildet sein oder Zinndioxid (SnO₂) aufweisen oder daraus gebildet sein. Das zweite Aktivmaterial 1022a kann optional mittels der dritten Schicht 108 bereitgestellt sein oder werden.
Ferner kann die zweite Elektrode 1022 eine Nutzschicht 106 aufweisen, z.B. eine elektrisch leitfähige Schicht, z.B. in Form einer Kontaktschicht, welche zwischen dem flächenförmigen Träger 102 der zweiten Elektrode 1022 und dem zweiten Aktivmaterial 1022a angeordnet ist. Die Nutzschicht 106 kann mittels der Haftvermittlungsschicht 104 an der flächenförmige Träger 102 der zweiten Elektrode 1022 befestigt sein oder werden. Die Nutzschicht 106 kann in zumindest teilweisen (d.h. teilweisen oder vollständigen) physischen und/oder elektrischen Kontakt mit dem zweiten Aktivmaterial 1022a sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der flächenförmige Träger 102 der zweiten Elektrode 1022 beidseitig mit der Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden, wie vorangehend beschrieben ist. Mit anderen Worten kann der flächenförmige Träger 102 der zweiten Elektrode 1022 auf der Oberseite und auf der Unterseite die Nutzschicht 106 aufweisen. Beispielsweise kann der flächenförmige Träger 102 der ersten Elektrode 1012 und/oder der zweiten Elektrode 1022 in Form einer Platte oder eines Endlos-Werkstücks, z.B. eines Bandes beschichtet sein oder werden.
Ferner kann der Energiespeicher 1100 einen ersten Kontakt 1012k aufweisen, welcher die erste Elektrode 1012 kontaktiert, und z.B. mit der Nutzschicht 106 der ersten Elektrode 1012 elektrisch leitend verbunden ist. Der erste Kontakt 1012k kann eine freiliegende Oberfläche aufweisen.
Ferner kann der Energiespeicher 1100 einen zweiten Kontakt 1022k aufweisen, welcher die zweiten Elektrode 1022 kontaktiert, und z.B. mit der Nutzschicht 106 der zweiten Elektrode 1022 elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Kontakt 1022k kann eine freiliegende Oberfläche aufweisen. Zwischen dem ersten Kontakt 1012k und dem zweiten Kontakt 1022k kann sich eine elektrische Spannung ausbilden, z.B. wenn der Energiespeicher 1100 geladen ist, welche ungefähr der Differenz zwischen dem ersten chemischen Potential und dem zweiten chemischen Potential entspricht.
Optional kann der Energiespeicher 1100 einen Separator 1040 aufweisen. Der Separator 1040 kann die erste Elektrode 1012 und die zweite Elektrode 1022, mit anderen Worten die negative und positive Elektrode (d.h. Kathode und Anode) räumlich und elektrisch voneinander trennen. Der Separator 1040 kann jedoch für Ionen, welche sich zwischen der ersten Elektrode 1012 und der zweiten Elektrode 1022 bewegen, durchlässig sein. Die Ionen, welche sich zwischen der ersten Elektrode 1012 und der zweiten Elektrode 1022 bewegen, können eine Umwandlung von gespeicherter chemischer Energie (z.B. wenn der Energiespeicher 1100 geladen ist) in elektrische Energie bewirken, wobei die elektrische Energie eine elektrische Spannung an den Kontakten 1012k, 1022k bereitstellt. Der Separator 1040 kann einen mikroporösen Kunststoff aufweisen oder daraus gebildet sein und/oder der Separator 1040 kann ein Vlies aus Glasfaser oder Polyethylen aufweisen oder daraus gebildet sein.
Optional kann der Separator 1040 mittels der Nutzschicht 106 und der Haftvermittlungsschicht 104 beschichtet sein oder werden, z.B. beidseitig.
6A veranschaulicht eine Stapeleinheit 600a einer Brennstoffzelle und 6B veranschaulicht eine Detailansicht 600b der Stapeleinheit 600a, wobei eine Brennstoffzelle eine oder mehrere Stapeleinheiten 600a aufweisen kann.
Ein gasförmiger Brennstoff 602 (z.B. Wasserstoff) kann durch eine Gasdiffusionslage 608 (Gas-Diffusions-Layer, GDL) auf der Oxidationsseite hindurch an die Anode 612 geführt werden, wohingegen der Sauerstoff 604 mittels eines zusätzlichen GDL 608 feinverteilt an die Kathode 616 gelangen kann.
Dazu können Bipolarplatten 600, z.B. Edelstahlplatten 600, zur Verwendung in Brennstoffzellen vor dem Beschichtungsprozess mechanisch geprägt werden, wodurch die typischen Gaskanäle der Bipolarplatten entstehen können, wie in 6A veranschaulicht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine in der Brennstoffzelle erfolgte elektrische Ladungstrennung 616 durch die Elektrolyt-Membran 614 (Membran-Elektronen-Einheit: MEA), die Anode 612 (oder die Kathode 616) und die GDL 608 hindurch mittels der Bipolarplatten 600 abgegriffen oder kontaktiert werden, so dass eine Stapeleinheit einer Brennstoffzelle einen geringen Innerwiderstand und eine hohe elektrische Leistungsausbeute aufweisen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasdiffusionslage 608 der Stapeleinheit einen flächenförmigen Träger (als Werkstück) aufweisen, welche mit der Haftvermittlungsschicht 104 und der Nutzschicht 106 beschichtet ist oder wird. Der flächenförmige Träger 102 kann ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann der flächenförmige Träger 102 in Form einer Platte oder eines Endlos-Werkstücks, z.B. eines Bandes, beschichtet 104, 106 sein oder werden.
Optional kann die Membran 614 eine Beschichtung 104, 106 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. mit einer Haftvermittlungsschicht 104 und einer Nutzschicht 106 beschichtet sein oder werden, z.B. beidseitig.
7A veranschaulicht ein Textil 700a in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück 102 ein oder mehrere Filamente 102f des Textils 700a aufweisen oder daraus gebildet sein (d.h. Textilfilamente, z.B. Textilfäden oder Textilfasern), z.B. in Form eines Gewebes.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Textil 700a derart beschichtet sein oder werden, dass dieses eine elektrisch leitfähige Verbindung 1224 zwischen zwei Bereichen 1202a, 1202b des Textils 700a bereitstellt, z.B. mittels eines gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschichteten Filaments 102f. In zumindest einem der zwei Bereichen 1202a, 1202b (z.B. in beiden Bereichen 1202a, 1202b) kann ein Halbleiterchip angeordnet sein oder werden, z.B. ein Sensor, ein Prozessor, ein elektronisches Speichermedium, ein berührungsempfindliches Eingabegerät und/oder eine kontaktlos-Kommunikationseinheit.
7B veranschaulicht einen kapazitiven Flächensensor 700b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit einer Blickrichtung entlang einer Schichtebene 101, 103 bzw. quer zu einer Stapelrichtung 105).
Der kapazitive Flächensensor 700b kann beispielsweise Teil eines berührungssensitiven Eingabegerätes (auch als berührungsempfindliches Eingabegerät bezeichnet) sein oder dieses bilden.
Der kapazitive Flächensensor 700b kann die Nutzschicht 106 aufweisend mehrere Stege 106s aufweisen. Die Nutzschicht 106 kann auf einem flächenförmigen Träger 102 aufgebracht sein oder werden. Der flächenförmige Träger 102 kann beispielsweise eine Polymerfolie aufweisen, welche optional auf einen Glasträger laminiert sein oder werden kann.
Eine an den Ecken der Nutzschicht 106 angelegte Wechselspannung erzeugt ein konstantes, gleichmäßiges elektrisches Feld. Dringt ein elektrisch leitfähiger Körper in den Nahbereich des elektrisches Felds (d.h. des kapazitiven Flächensensors 700b) ein, z.B. bei Berührung des kapazitiven Flächensensors 700b, kann ein geringer Ladungstransport bewirkt werden, der im Entladezyklus in Form eines Stromes an den Ecken erfasst werden kann. Die resultierenden elektrischen Ströme aus den Ecken stehen im direkten Verhältnis zu der Position des eindringenden Körpers. Der kapazitive Flächensensor 700b kann einen Controller (z.B. einen Prozessor) aufweisen, welcher die resultierenden Ströme erfasst und eine Information bereitstellt, die die Position repräsentiert.
Optional kann der kapazitive Flächensensor 700b als anzeigender kapazitiver Flächensensor 700b ausgebildet sein. Dann kann der kapazitive Flächensensor 700b eine optionale Anzeige 1702, z.B. einen Bildschirm, aufweisen. Die Anzeige 1702 kann mehrere Pixel aufweisen, welche mittels eines Grafiktreibers 1702s der Anzeige 1702 angesteuert sein oder werden können.
8A und 8B veranschaulichen jeweils eine Beschichtungsanordnung 800a, 800b in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (mit einer Blickrichtung quer zu einer Transportrichtung 102s des Werkstücks 102).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 800a, 800b eine Vakuumkammergehäuse 802 aufweisen, in welcher ein Vakuum erzeugt und erhalten werden kann. Das Vakuumkammergehäuse 802 kann dazu beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden. Das Vakuumkammergehäuse 802 kann eine oder mehrere Vakuumkammern aufweisen. Die oder jede Vakuumkammer kann einen oder mehrere Vakuumbereiche bereitstellen. Die Vakuumkammern des Vakuumkammergehäuses 802 können optional zumindest teilweise gassepariert voneinander sein.
Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 802 mit einem Pumpensystem 804 (aufweisend zumindest eine Hochvakuumpumpe) gekoppelt sein. Das Pumpensystem 804 kann eingerichtet sein, dem Vakuumkammergehäuse 802 ein Gas (z.B. das Prozessgas) zu entziehen, so dass innerhalb des Vakuumkammergehäuses 802 ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^–3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^–3 mbar bis ungefähr 10^–7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^–7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 800a, 800b eine Gaszuführung 1716 aufweisen. Mittels der Gaszuführung 1716 kann dem Vakuumkammergehäuse 802 ein Prozessgas zugeführt werden zum Bilden einer Prozessatmosphäre in dem Vakuumkammergehäuse 802. Das Prozessgas kann z.B. ein Inertgas aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Prozessdruck kann sich aus einem Gleichgewicht an Prozessgas bilden, welches mittels der Gaszuführung 1716 zugeführt und mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.
Ferner kann das Vakuumkammergehäuse 802 derart eingerichtet sein, dass die Vakuumbedingungen (die Prozessbedingungen) innerhalb des Vakuumkammergehäuses 802 (z.B. Prozessdruck, Prozesstemperatur, chemische Prozessgaszusammensetzung, usw.) gestellt oder geregelt werden können (z.B. lokal), z.B. während des Beschichtens, z.B. mittels einer Steuerung 116. Beispielsweise kann mittels des Vakuumkammergehäuses 802 ein Vakuumbereich oder können mehrere Vakuumbereiche mit voneinander verschiedenen Vakuumbedingungen bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann das Prozessgas Stickstoff, Wasserstoff und/oder Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kohlenstoff des Prozessgases kann beispielsweise mittels eines gasförmigen organischen Materials bereitgestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen Vorwärts-Steuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anstatt der Steuerung eine Regelung verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln einer Werkstück-Temperiervorrichtung 1124 (z.B. aufweisend eine Heizvorrichtung und/oder ein Kühlvorrichtung) eingerichtet sein, so dass eine Prozesstemperatur (z.B. des Werkstücks 102 und/oder des Prozessgases), beispielsweise während des Prozessierens (z.B. während des Beschichtens), gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Steuerung 116 eingerichtet sein zum Steuern und/oder Regeln einer elektrischen Leistung, welche der Werkstück-Temperiervorrichtung 1124 zugeführt, und/oder einer thermischen Leistung, welche von dieser abgeführt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln der Gaszuführung 1716 und/oder des Pumpensystems 804 eingerichtet sein, so dass ein Prozessdruck und/oder eine Prozessgaszusammensetzung gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln eines Normvolumenstroms an Prozessgas eingerichtet sein, welche mittels der Gaszuführung 1716 zugeführt und/oder mittels des Pumpensystems 804 entzogen wird.
In dem Vakuumkammergehäuse 802 (z.B. in einer erste Vakuumkammer) kann ein erster Vakuumbereich 306b angeordnet sein. Ferner kann in dem Vakuumkammergehäuse 802 (z.B. in der ersten Vakuumkammer) eine erste Beschichtungsmaterialquelle 306 angeordnet sein zum Bereitstellen eines ersten gasförmigen Beschichtungsmaterials, z.B. in Form eines materiellen Stroms (z.B. Massestrom oder Volumenstrom) an gasförmigen Beschichtungsmaterial (Materialdampfstrom) in den ersten Vakuumbereich 306b hinein. Das erste Beschichtungsmaterial kann Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein.
In dem Vakuumkammergehäuse 802 (z.B. in einer zweiten Vakuumkammer) kann ein zweiter Vakuumbereich 308b angeordnet sein. Ferner kann in dem Vakuumkammergehäuse 802 (z.B. in der zweiten Vakuumkammer) eine zweite Beschichtungsmaterialquelle 308 angeordnet sein zum Bereitstellen eines zweiten gasförmigen Beschichtungsmaterials, z.B. in Form eines materiellen Stroms (z.B. Massestrom oder Volumenstrom) an gasförmigen Beschichtungsmaterial (Materialdampfstrom) in den zweiten Vakuumbereich 308b hinein. Das zweite Beschichtungsmaterial kann das Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 116 zum Steuern und/oder Regeln der ersten Beschichtungsmaterialquelle 306 und/oder der zweiten Beschichtungsmaterialquelle 308 eingerichtet sein, z.B. indem diese eine Materialmenge steuert und/oder regeln welche verdampft wird, oder z.B. indem diese eine chemische Zusammensetzung des jeweils erzeugten Beschichtungsmaterials steuert und/oder regelt.
Ferner kann die Beschichtungsanordnung 800a eine Abwickelwalze 502a zum Abwickeln eines Werkstücks 102 aufweisen, so dass das Werkstück 102 in den Beschichtungsbereich 803 hineingebracht wird. Ferner kann die Beschichtungsanordnung 800a eine Aufwickelwalze 502b zum Aufwickeln des Werkstücks 102 aufweisen, welches aus dem Beschichtungsbereich 803 herausgebracht wird.
Ferner kann die Beschichtungsanordnung 800a eine Vielzahl von Transportrollen 508 aufweisen, welche einen Transportpfad definieren, entlang dessen das Werkstück 102 (z.B. ein bandförmiges Werkstück) zwischen der Abwickelwalze 502a und der Aufwickelwalze 502b durch den Beschichtungsbereich 803 hindurch transportiert wird.
Alternativ dazu kann die Beschichtungsanordnung 800b eine Vielzahl von Transportrollen 508 aufweisen, welche zum Transportieren eines plattenförmigen Werkstücks 102 eingerichtet sind. Das plattenförmige Werkstück 102 kann, z.B. auf den Transportrollen 508 aufliegend und/oder in einen Werkstückträger eingelegt, transportiert werden.
Ferner kann die Beschichtungsanordnung 800a, 800b ein Antriebssystem 518 aufweisen, welches zumindest mit einem Teil der Vielzahl von Transportrollen 508, und optional mit der Abwickelwalze 502a und der Aufwickelwalze 502b, gekoppelt 518k ist. Beispielsweise kann das Antriebssystem 518 mittels Ketten 518k, Riemen 518k oder Zahnrädern 518k mit den Rollen 508, 502a, 502b gekoppelt sein. Die Transportrollen 508 und das Antriebssystem 518 können Teil der Positionierungsvorrichtung sein.
Die Steuerung 116 kann zum Steuern 518k und/oder Regeln 518k der Positionierungsvorrichtung eingerichtet sein, z.B. zum Steuern 518k und/oder Regeln 518k einer Transportgeschwindigkeit und/oder einer Position des Werkstücks 102 während des Beschichtens, z.B. auf Grundlage eines Beschichtungsfortschritts und/oder einer Dampfeigenschaft.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungsanordnung 800a, 800b optional zumindest eine Werkstückvorbehandlung-Vorrichtung 310 (d.h. eine oder mehrere Werkstückvorbehandlung-Vorrichtungen 310) aufweisen zum Vorbehandeln des Werkstücks 102, z.B. zum Aktivieren des Werkstücks 102. Beispielsweise kann die zumindest eine Werkstückvorbehandlung-Vorrichtungen 310 eingerichtet sein, das Werkstück 102 chemisch zu aktivieren, z.B. dessen Oberfläche chemisch zu aktivieren, das Werkstück 102 zu Reinigen und/oder das Werkstück 102 zu ätzen.
Beispielsweise kann die zumindest eine Werkstückvorbehandlung-Vorrichtungen 310 eine Ätzvorrichtung aufweisen oder daraus gebildet sein zum Ätzen des Werkstücks 102. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Werkstückvorbehandlung-Vorrichtung 310 zumindest eine Bestrahlungsvorrichtung (z.B. eine Ionenstrahlquelle, eine Blitzlampe und/oder eine Elektronenstrahlquelle), zumindest eine Sputterätzquelle, zumindest eine Plasmaquelle, zumindest eine Glimmvorrichtung und/oder zumindest eine Ätzgasquelle aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das Vorbehandeln des Werkstück aufweisen das Werkstück mittels Sputterätzens; Ionenätzens, Glimmens, Temperns (z.B. schnelle thermische Bearbeitung – RTA, z.B. mittels einer Blitzlampe); Elektronenstrahlbestrahlens, Ultraviolett-Licht (z.B. mittels einer Ultraviolett-Lichtquelle) zu behandeln.
Optional kann mittels der zumindest einen Werkstückvorbehandlung-Vorrichtung 310 ein Wasserfilm von dem Werkstück 102 entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich mittels der Werkstückvorbehandlung-Vorrichtung 310 eine Anzahl offener chemischer Bindungen des Werkstücks 102 (auch als chemische Aktivierung bezeichnet) vergrößert werden, was z.B. die Haftung und die Ausbildung einer Schicht (z.B. der Haftvermittlungsschicht 104) auf dem Werkstück 102 verbessern können.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Werkstücknachbehandlung-Vorrichtung 310 verwendet werden, um das Werkstück 102 aufweisend die Nutzschicht 106 nachzubehandeln, z.B. ähnlich zu dem Vorbehandeln. Beispielsweise kann das Werkstück 102 aufweisend die Nutzschicht 106 selektiv geheizt (z.B. getempert) werden, z.B. mittels schneller thermischer Bearbeitung.
9 veranschaulicht ein Verfahren 900 zum Prozessieren eines Werkstücks 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Das Werkstück 102 kann einen Oberflächenbereich 102o mit oder aus einem Polymer aufweisen.
Das Verfahren 900 kann in 901 aufweisen: Bilden einer Haftvermittlungsschicht in körperlichem Kontakt mit dem Oberflächenbereich. Die Haftvermittlungsschicht kann Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation (auch als Allotrop von Kohlenstoff oder Polymorphie von Kohlenstoff bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Haftvermittlungsschicht kann mittels eines ersten gasförmigen Beschichtungsmaterials (aufweisend das Kohlenstoff oder daraus gebildet) gebildet sein oder werden.
Das Verfahren 900 kann ferner in 903 aufweisen: Bilden einer Schicht in körperlichem Kontakt mit der Haftvermittlungsschicht. Die Schicht kann ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Schicht kann mittels eines zweiten gasförmigen Beschichtungsmaterials (aufweisend das Metall oder daraus gebildet) gebildet sein oder werden.
Das Verfahren 900 kann optional in 905 aufweisen: Aktivieren des Oberflächenbereichs mittels eines Plasmas und/oder mittels Strahlung (z.B. elektromagnetische Strahlung und/oder Teilchenstrahlung) vor dem Bilden der Haftvermittlungsschicht. Das Aktivieren des Oberflächenbereichs kann beispielsweise vor dem Bilden der Haftvermittlungsschicht erfolgen.
Das Verfahren 900 kann optional in 907 aufweisen: Strukturieren der Schicht und/oder der Haftvermittlungsschicht. Mittels Strukturierens der Schicht kann zumindest ein Abschnitt der Haftvermittlungsschicht und/oder des Oberflächenbereichs freigelegt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann mittels Strukturierens der Haftvermittlungsschicht zumindest ein Abschnitt des Oberflächenbereichs freigelegt sein oder werden.
Das Verfahren 900 kann optional in 909 aufweisen: Bilden einer zusätzlichen Schicht über der Schicht, z.B. in körperlichem Kontakt mit dieser. Die zusätzliche Schicht kann ein Metall, ein Halbmetall und/oder ein Aktivmaterial aufweisen und/oder mittels eines dritten gasförmigen Beschichtungsmaterials (aufweisend das Metall, das Halbmetall und/oder das Aktivmaterial oder daraus gebildet) gebildet sein oder werden.
Das erste gasförmige Beschichtungsmaterial, das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial und/oder das optionale dritte gasförmige Beschichtungsmaterial können mittels eines thermischen Verdampfens bereitgestellt sein oder werden.
Das Verfahren kann optional aufweisen: Hydrieren der Kohlenstoffmodifikation. Mit anderen Worten kann Wasserstoff in die Haftvermittlungsschicht eingebaut sein oder werden.
Das Werkstück kann zum Bilden der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht in einer Vakuumkammer angeordnet und/oder transportiert sein oder werden.
Mittels des beschichteten Werkstücks kann beispielsweise ein kapazitiver Flächensensor, ein Energiespeicher (z.B. dessen Elektrode), ein Packmittel, eine Brennstoffzelle (z.B. deren Gasdiffusionslage) und/oder ein Textil gebildet sein oder werden.
10 veranschaulicht einen Verfahren 1000 zum Prozessieren eines Werkstücks gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagram. Das Werkstück kann einen Oberflächenbereich mit oder aus einem Polymer aufweisen.
Das Verfahren 1000 kann in 1001 aufweisen: Transportieren des Werkstücks in einem ersten Vakuumbereich 306b in dem ein erstes gasförmiges Beschichtungsmaterial aufweisend Kohlenstoff angeordnet ist. Das erste gasförmige Beschichtungsmaterial kann sich an dem Oberflächenbereich anlagern.
Das erste gasförmige Beschichtungsmaterial kann beispielsweise elementaren Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kohlenstoff in einem Trägergas vorliegen, wobei die Prozessbedingungen (z.B. eine Temperatur des Werkstücks) derart eingerichtet sind, dass das Trägergas den elementaren Kohlenstoff freigibt und sich dieser an dem Oberflächenbereich anlagert.
Das Verfahren 1000 kann ferner in 1003 aufweisen: Transportieren des Werkstücks von dem ersten Vakuumbereich in einen zweiten Vakuumbereich hinein in dem ein zweites gasförmiges Beschichtungsmaterial aufweisend ein Metall angeordnet ist. Das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial kann elementares Metall aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der erste Vakuumbereich kann an den zweiten Vakuumbereich angrenzen oder beide können zumindest mittels eines gemeinsamen Vakuumsystems (z.B. mittels einer oder mehrerer miteinander gekoppelter Vakuumkammern) bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann das Transportieren des Werkstücks von dem ersten Vakuumbereich in den zweiten Vakuumbereich hinein in einem Vakuum und/oder durch ein Vakuum hindurch (d.h. bei einem Druck von weniger als 0,3 bar) erfolgen.
Das Verfahren 1000 kann optional in 1005 aufweisen: Hydrieren der Kohlenstoffmodifikation. Mit anderen Worten der Kohlenstoffmodifikation Wasserstoff hinzugefügt werden. Der Wasserstoff kann mit dem Kohlenstoff der Kohlenstoffmodifikation kovalente Bindungen eingehen.
Das Verfahren 1000 kann optional in 1007 aufweisen: Transportieren des Werkstücks von dem zweiten Vakuumbereich in einen dritten Vakuumbereich hinein in dem ein drittes gasförmiges Beschichtungsmaterial aufweisend ein Metall, Halbmetall und/oder Aktivmaterial angeordnet ist.
Das erste gasförmige Beschichtungsmaterial, das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial und/oder das optionale dritte gasförmige Beschichtungsmaterial können mittels eines thermischen Verdampfens bereitgestellt sein oder werden. Mittels des ersten gasförmigen Beschichtungsmaterials, des zweiten gasförmigen Beschichtungsmaterials und/oder des optionalen dritten gasförmigen Beschichtungsmaterials kann eine Schichtstapel gebildet sein oder werden, welcher zumindest die Haftvermittlungsschicht 104, die Nutzschicht 106 und optional die dritte Schicht aufweist.
Das Verfahren 1000 kann optional in 1009 aufweisen: Bilden einer Maske über (z.B. auf) dem Schichtstapel und Strukturieren des Schichtstapels unter Verwendung der Maske. Beispielsweise kann eine Struktur der Maske auf den Schichtstapel abgebildet werden, z.B. mittels eines Ätzmittels.
Mittels des beschichteten Werkstücks kann beispielsweise ein kapazitiver Flächensensors, ein Energiespeicher (z.B. dessen Elektrode), ein Packmittel, eine Brennstoffzelle (z.B. deren Gasdiffusionslage) und/oder ein Textil gebildet sein oder werden.
11A, 11B und 11C veranschaulichen jeweils eine Schichtstruktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht (mit Blickrichtung quer zur Schichtebene 101, 103). Das Werkstück 102 kann in der Schichtebene 101, 103 erstreckt sein, z.B. entlang der von der Richtung 101 und der Richtung 103 aufgespannten Ebene.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Werkstück 102 (z.B. dessen Oberflächenbereich 102o) mit einer Stromsammlerschicht 106 beschichtet sein. Die Stromsammlerschicht 106 kann beispielsweise ein oder mehrere Metalle aufweisen oder daraus bestehen. Optional kann eine Schutzschicht 108 auf der Stromsammlerschicht 106 angeordnet sein oder werden. Die Schutzschicht 108 kann beispielsweise Kohlenstoff, ein Metallnitrid, Metallsilizid und/oder ein Metallcarbid aufweisen oder daraus gebildet sein.
Wie in Ansicht 1100a und Detailansicht 1100b dargestellt, kann die Stromsammlerschicht 106 Defekte 1102, beispielsweise Falten oder Mikrorisse, aufweisen. Diese Defekte 1102 können sich beispielsweise auf die elektrischen Eigenschaften nachteilig auswirken.
Wie in Ansicht 1100c dargestellt, kann der Oberflächenbereich 102o (z.B. aufweisend ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet) mit einer Stromsammlerschicht 106 und einer Haftvermittlerschicht 104 beschichtet sein. Die Haftvermittlerschicht (in der Ansicht verdeckt) kann zwischen dem Oberflächenbereich 102o und der Stromsammlerschicht 106 angeordnet sein. Die Stromsammlerschicht 106 kann beispielsweise ein oder mehrere Metalle aufweisen oder daraus bestehen. Die Haftvermittlerschicht kann beispielsweise Kohlenstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann eine Schutzschicht 108, beispielsweise aus Kohlenstoff, auf der Stromsammlerschicht 106 angeordnet sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren folgendes aufweisen: Bereitstellen eines Werkstücks, das optional ein oder mehrere Filamente oder eine oder mehrere Folien aufweist, wobei ein Oberflächenbereich des Werkstücks ein Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein kann; Beschichten des Oberflächenbereichs mittels thermischen Verdampfens eines ersten Beschichtungsmaterials; Beschichten des Oberflächenbereichs mittels thermischen Verdampfens eines zweiten Beschichtungsmaterials, wobei das das zweite Beschichtungsmaterial ein oder mehrere Metalle aufweist. Das erste Beschichtungsmaterial kann beispielsweise Kohlenstoff aufweisen.
Weiterhin kann das beschichtete Werkstück anschließend mittels thermischen Verdampfens eines dritten Beschichtungsmaterials mit einer Schutzschicht 108 beschichtet werden. Die Schutzschicht 108 kann beispielsweise Kohlenstoff aufweisen.
Wie in Ansicht 1100c dargestellt, kann der resultierende Schichtstapel weniger Defekte (wie beispielsweise Falten oder Mikrorisse) aufweisen als wenn die Haftvermittlungsschicht 104 weggelassen wird (wie in Ansicht 1100a veranschaulicht).
Dies kann zu beispielsweise einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften (zum Beispiel Leitfähigkeit der Beschichtung) im Vergleich zu Beschichtungen ohne Haftvermittlerschicht führen und/oder die Langlebigkeit des Schichtstapels erhöhen (d.h. dessen Lebensdauer).
Optional kann das Werkstück 102 eine Filamentstruktur aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. ein Filament 102f der mehrere Filamente 102f. Weist das Werkstück 102 die Filamentstruktur auf, können das oder jedes Filament 102f entlang der Schichtebene 101, 103 erstreckt sein. Beispielsweise können die Filamente 102f ein Polymer (z.B. ein Kohlenstoff-basiertes Polymer oder ein Silizium-basiertes Polymer) aufweisen oder daraus gebildet sein.
12 veranschaulicht ein schematisches Diagramm 1200 von strukturellen Eigenschaften einer Schicht, welche Kohlenstoff aufweist oder daraus gebildet ist.
In dem Diagramm 1200 repräsentiert Achse 1201 den relativen Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff in der Schicht. Der relative Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff kann durch den Quotienten aus der Anzahl von sp³ hybridisierten Kohlenstoffatomen und der Summe von sp² hybridisiertem Kohlenstoffatomen und sp³ hybridisiertem Kohlenstoffatomen in der Schicht definiert sein. Weiterhin bezeichnet die Achse 1203 den atomaren Anteil von Wasserstoff in der Schicht.
Der Punkt 1/3-0 entspricht einem relativen Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff in der Schicht von 0% und einem atomaren Anteil von Wasserstoff in der Schicht von 0%. Der Punkt 1-100 entspricht einem relativen Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff in der Schicht von 100% und einem atomaren Anteil von Wasserstoff in der Schicht von 0%. Der Punkt 3-100 entspricht einem relativen Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff in der Schicht von 0% und einem atomaren Anteil von Wasserstoff in der Schicht von 100%.
Der Bereich 1112 bezeichnet eine Schicht-Zusammensetzung, bei der Graphit oder graphitähnlicher Kohlenstoff ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff 1112 in der Schicht im Wesentlichen oder vollständig in Graphit-Konfiguration vorliegen. Der Bereich 1114 bezeichnet eine Schicht-Zusammensetzung, bei der amorpher Kohlenstoff ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff 1114 in der Schicht im Wesentlichen oder vollständig in amorph-Konfiguration vorliegt. Der Bereich 1116 bezeichnet eine Schicht-Zusammensetzung, bei der hydrierter amorpher Kohlenstoff ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff 1116 in der Schicht im Wesentlichen oder vollständig in amorph-Konfiguration vorliegen und zusätzlich Wasserstoff aufgenommen haben. Der Bereich 1118 bezeichnet eine Schicht-Zusammensetzung, bei der tetragonaler Kohlenstoff ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff 1118 in der Schicht im Wesentlichen oder vollständig in tetragonal-Konfiguration vorliegen. Der Bereich 1122 bezeichnet eine Schicht-Zusammensetzung, bei der Diamant oder diamantähnlicher Kohlenstoff ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann der Kohlenstoff 1122 in der Schicht im Wesentlichen oder vollständig in Diamant-Konfiguration vorliegen.
Der Begriff im Wesentlichen kann in diesem Zusammenhang verstanden werden, als dass mehr als 90% der Kohlenstoffatome der Haftvermittlungsschicht in einer bestimmten Konfiguration vorliegen.
Beispielsweise kann die Zusammensetzung (Anteil von sp² hybridisierten Kohlenstoff und/oder sp³ hybridisierten Kohlenstoff) der Schicht mittels Spektroskopie (z.B. Raman-Spektroskopie) und dem mit der Zusammensetzung der Schicht korrelierenden Position des I_G-Peaks im Spektrum und dem Intensitätsverhältnis I_D/I_G analysiert werden (störungsrepräsentierender Peak I_D, Graphenlamellenrepräsentierender Peak I_G). Ausgehend von Graphit mit einer annähernd perfekter Schichtung von Graphenlamellen kann der Anteil von sp³ hybridisierten Kohlenstoff zunehmen, je mehr Störungen die Graphenlamellen aufweisen (Übergang von Kohlenstoffmodifikation 1112 zu Kohlenstoffmodifikation 1114).
Die Position des I_G-Peaks und das Intensitätsverhältnis I_D/I_G kann von dem Anteil von sp² hybridisierten Kohlenstoff und sp³ hybridisierten Kohlenstoff abhängen. Dabei kann mittels einer größeren Temperatur (z.B. mittels Temperns, z.B. Bestrahlens, der Schicht) der Anteil von sp² hybridisierten Kohlenstoff in der Haftvermittlungsschicht erhöht werden, was zu einer Veränderung der Position des I_G-Peaks und des Intensitätsverhältnis I_D/I_G führen kann.
Beispielsweise kann eine Haftvermittlungsschicht, die im Wesentlichen tetraedrisch modifizierten Kohlenstoff 1118 aufweist, mittels einer Erwärmung der Haftvermittlungsschicht (z.B. mittels Bestrahlens nach dem Bilden der Haftvermittlungsschicht und/oder mittels eine größeren Temperatur des Werkstücks während des Bildens der Haftvermittlungsschicht) strukturell eingestellt werden, so dass die Haftvermittlungsschicht beispielsweise amorphen Kohlenstoff 1114 aufweisen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Haftvermittlungsschicht derart bereitgestellt sein oder werden, dass die Haftvermittlungsschicht nanokristallinen Graphit (graphitähnlicher Kohlenstoff) und/oder Graphit 1112 aufweisen kann.
13A und 13B veranschaulichen jeweils ein Packmittel gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht, z.B. eine Tüte 1300a und einen Behälter 1300b.
Das Packmittel 1300a kann beispielsweise ein Wandelement 1402 aufweisen, wobei das Wandelement 1402 eine Schichtstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein beidseitig beschichtete Folie oder Platte.
13C veranschaulichen jeweils ein Packmittel 1300c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht, z.B. ein Gehäuse 1300c mittels dessen ein Halbleiterchip 1406 verpackt ist.
Nach dem Vereinzeln des Halbleiterchips 1406 kann dieser elektrisch kontaktiert und in dem Gehäuse 1300c (auch als Chipgehäuse bezeichnet) verkapselt werden, z.B. mittels eines Formmaterials, welches dann für die Verwendung in elektronischen Geräten geeignet ist. Beispielsweise kann der Halbleiterchip 1406 auf einem Chipträger montiert und mittels Drähten elektrisch kontaktiert werden, und der Chipträger kann auf einer Leiterplatte und/oder auf einem Leiterrahmen gelötet werden. Beispielsweise kann der Chipträger eine Chipkarte (z.B. aufweisend einen Halbleiterchip 1406, der zur kontaktlos-Kommunikation eingerichtet ist) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Gehäuse 1300b kann beispielsweise das Polymer aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein thermoplastisches Formmaterial. Die Nutzschicht 106 kann beispielsweise eine Metallisierung aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. aufweisend ein oder mehrere Kontaktpads des Gehäuses 1300b.

Claims

Schichtstruktur (100a, 100b, 400a), aufweisend: • ein Werkstück (102) mit einem Oberflächenbereich (102o), welcher ein Polymer aufweist; • eine Schicht (106) über dem Oberflächenbereich (102o), wobei die Schicht (106) ein Metall aufweist; • eine Haftvermittlungsschicht (104), welche zwischen dem Oberflächenbereich (102o) und der Schicht (106) angeordnet und in körperlichem Kontakt mit diesen ist, wobei die Haftvermittlungsschicht (104) Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer ein organisches Polymer aufweist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Metall zumindest eines von Folgendem aufweist: Aluminium, Chrom, Kupfer, Titan, Nickel, Zirkonium, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht (106) derart strukturiert ist, dass zumindest ein Abschnitt der Haftvermittlungsschicht (104) und/oder des Oberflächenbereichs (102o) freigelegt ist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Werkstück (102) zumindest ein Filament (102f) aufweist, welches den Oberflächenbereich (102o) aufweist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Werkstück (102) zumindest einen flächenförmigen Träger aufweist, welcher den Oberflächenbereich (102o) aufweist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kohlenstoffmodifikation hydriert ist.
Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine zusätzliche Schicht (108) über der Schicht (106), wobei die zusätzliche Schicht (108) ein zusätzliches Metall, ein Halbmetall oder ein Aktivmaterial (1012a, 1022a) aufweist.
Kapazitiver Flächensensor (700b), welcher eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Energiespeicher (500a, 500b), welcher eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Gasdiffusionslage (608), welche eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Textilie (700a), welche eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Packmittel (1400a, 1400b), welche eine Schichtstruktur (100a, 100b, 400a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Verfahren (900) zum Prozessieren eines Oberflächenbereichs (102o) aufweisend ein Polymer, das Verfahren aufweisend: • Bilden (901) einer Haftvermittlungsschicht (104) in körperlichem Kontakt mit dem Oberflächenbereich (102o), wobei die Haftvermittlungsschicht (104) Kohlenstoff in einer Kohlenstoffmodifikation aufweist; und • Bilden (903) einer Schicht (106) in körperlichem Kontakt mit der Haftvermittlungsschicht (104), wobei die Schicht (106) ein Metall aufweist.
Verfahren (900) gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: Aktivieren (905) des Oberflächenbereichs (102o) mittels eines Plasmas und/oder mittels Strahlung vor dem Bilden der Haftvermittlungsschicht (104).
Verfahren (900) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei das Bilden der Haftvermittlungsschicht (104) und/oder der Schicht (106) unter Verwendung eines gasförmigen Beschichtungsmaterials erfolgt.
Verfahren (900) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner aufweisend: Strukturieren der Schicht (106) derart, dass zumindest ein Abschnitt der Haftvermittlungsschicht (104) und/oder des Oberflächenbereichs (102o) freigelegt wird.
Verfahren (900) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner aufweisend: Bilden einer zusätzlichen Schicht (108) über der Schicht (106), wobei die zusätzliche Schicht (108) ein zusätzliches Metall, ein Halbmetall und/oder ein Aktivmaterial (1012a, 1022a) aufweist.
Verfahren (1000) zum Prozessieren eines Werkstücks (102) mit einem Oberflächenbereich (102o), welcher ein Polymer aufweist, das Verfahren aufweisend: • Transportieren (1001) des Werkstücks (102) in einem ersten Vakuumbereich (306b) in dem ein erstes gasförmiges Beschichtungsmaterial angeordnet ist, wobei das erste gasförmige Beschichtungsmaterial Kohlenstoff aufweist; und • Transportieren (1003) des Werkstücks (102) von dem ersten Vakuumbereich (306b) in einen zweiten Vakuumbereich (308b) hinein in dem ein zweites gasförmiges Beschichtungsmaterial angeordnet ist, wobei das zweite gasförmige Beschichtungsmaterial ein Metall aufweist.