DE20321042U1 - Device for applying electro-spray coatings to electrically non-conducting surfaces has electrospray capillary for introducing, electrically charging electrospray onto surfaces, periodically repeats compensation, dissipation of charges - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Aufbringen von Elektrospraybeschichtungen auf elektrisch nicht
leitfähigen Oberflächen, umfassend
a)
einen motorisch angetriebenen um eine Drehachse (1) rotierenden
Probenträger
(2) mit einem elektrisch nicht leitfähigen Targetbereich (5) für die Aufnahme
der elektrisch nicht leitfähigen
Oberflächen,
b)
eine Elektrospray-Kapillare (3) zum Einleiten und elektrischen Aufladen
eines Elektrosprays (4) auf die elektrisch nicht leitfähigen Oberflächen sowie
c)
Mittel (7) zur periodisch wiederkehrenden Kompensation oder Ableitung
von elektrischen Ladungen auf den Oberflächen, wobei
d) eine isolierende
Trennwand (6) vorgesehen ist, welche im Raum oberhalb des Targetbereichs
(5) angeordnet ist und diesen in einen ersten und einen zweiten
Teilraum unterteilt, wobei die Mittel (i) im ersten und die Elektrospray-Kapillare
(3) im zweiten Teilraum angeordnet sind.Device for applying electrospray coatings on electrically non-conductive surfaces, comprising
a) a motor-driven about a rotational axis (1) rotating sample carrier (2) with an electrically non-conductive target area (5) for receiving the electrically non-conductive surfaces,
b) an electrospray capillary (3) for introducing and electrically charging an electrospray (4) on the electrically non-conductive surfaces and
c) means (7) for periodically recurring compensation or dissipation of electrical charges on the surfaces, wherein
d) an insulating partition wall (6) is provided, which is arranged in the space above the target area (5) and subdivided into a first and a second subspace, wherein the means (i) in the first and the electrospray capillary (3) in second subspace are arranged.
Description
Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen von Elektrospraybeschichtungen auf elektrisch nicht leitfähigen Oberflächen gemäß des ersten Schutzanspruchs.The An innovation relates to a device for applying electrospray coatings on electrically non-conductive surfaces according to the first Protection claim.
Elektrospraybeschichtungsverfahren sind im Wesentlichen Spritzbeschichtungsverfahren, bei dem ein flüssiges oder festes Beschichtungsmaterial über eine Düse oder eine Kapillare fein verdüst oder zerstäubt auf eine zu beschichtende Oberfläche gespritzt wird. Dabei wird das flüssige Beschichtungsmaterial und die zu beschichtende Oberfläche elektrisch entgegengesetzt aufgeladen. Die so elektrochemisch aufgeladene Flüssigkeit zerstäubt bei Atmosphärendruck am offenen Ende der Kapillare oder Düse elektrodynamisch über eine Jet in ein Aerosol kleiner geladener Tropfen, wobei es zu einer elektrostatischen Anziehung des Nebels hin zu der Oberfläche kommt. Aufgrund der Coulomb-Abstoßung zwischen den gleichnamig geladenen Tropfen bzw. den daraus entstehenden Partikeln (z.B. Nanopartikel durch Verdampfung von Lösungsmittelanteilen) im Elektrospraynebel strebt das Spray von der Kapillarenöffnung aus kegelförmig in Richtung der Gegenelektrode (zu beschichtende Oberfläche) und trifft dort auf. Für die Erzielung einer gleichmäßigen Beschichtungsdicke wie auch einer hohen Beschichtungsrate ist eine gute elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche unerlässlich.Electrospray coating process are essentially spray coating processes in which a liquid or solid coating material over a nozzle or finely atomize a capillary or atomized on a surface to be coated is injected. In this case, the liquid coating material and the surface to be coated electrically charged opposite. The so electrochemically charged liquid atomized at atmospheric pressure at the open end of the capillary or nozzle electrodynamically over a Jet into an aerosol of small charged drops, taking it to a electrostatic attraction of the mist comes to the surface. Due to the Coulomb repulsion between the same name charged drops or the resulting particles (e.g., nanoparticles by evaporation of solvent fractions) in the electrospray mist the spray aspires conical from the capillary opening Direction of the counter electrode (surface to be coated) and meets there. For the achievement of a uniform coating thickness as well as a high coating rate is a good electrical conductivity the surface is essential.
Während Elektrospraybeschichtungen von elektrisch leitfähigen Oberflächen häufig angewendet werden, ist bisher die Elektrospraybeschichtung nicht-leitfähiger Oberflächen wenig verbreitet. Werden nicht-leitfähige Oberflächen von geladenen Tropfen oder Nanopartikeln aus einem Elektrospray getroffen, kann die mitgeführte Ladung über die nicht elektrisch leitfähige Oberfläche nicht abfließen. Die Oberfläche lädt sich so lange elektrostatisch auf, bis weitere sich annähernde Tropfen oder Nanopartikel aufgrund des geringer werdenden Potentialunterschieds zur aufgeladenen Oberfläche sogar abgestoßen werden. Dies führt dazu, dass durch herkömmliche Elektrospraybeschichtung auf nicht-leitfähigen Oberflächen nur verschwindend dünne Schichten aufgebracht werden können, die in der Praxis nicht einsetzbar sind.During electrospray coatings of electrically conductive surfaces often To date, the electrospray coating of non-conductive surfaces has been poor common. Become non-conductive surfaces of charged drops or nanoparticles from an electrospray met, the entrained Charge over the non-electrically conductive surface do not drain. The surface invites Electrostatic for as long as possible, until further drops approach each other or nanoparticles due to the decreasing potential difference to the charged surface even repelled become. this leads to to that by conventional Electrospray coating on non-conductive surfaces only vanishingly thin Layers can be applied which are not usable in practice.
Bei gemischten Oberflächen (Teilbereiche leitfähig und z.B. mit Erde verbunden, andere Teilbereiche nicht leitfähig), scheidet sich die Beschichtung je nach Auslegung ausschließlich oder bevorzugt auf den leitfähigen Bereichen der Oberfläche ab. So werden beispielsweise bei SAW-Sensoren durch herkömmliche Elektrospraybeschichtung nur die Kammfinger der IDTs (Interdigital-Transducer) beschichtet. Auch die inaktiven SAW-Elemente, d. h. die SAW-Resonatoren werden nicht beschichtet, da sie nicht elektrisch leitend mit den IDTs verbunden oder geerdet sind. Da bei der Herstellung von Funktionsbeschichtungen oft, wie auch hier bei der SAW-Herstellung die Notwendigkeit einer vollständigen Beschichtung eines Substrates besteht, werden Elektrospraybeschichtungsverfahren aufgrund der genannten Einschränkungen für die Herstellung von Schichtdickensensitiven Funktionsschichten erst gar nicht in Erwägung gezogen.at mixed surfaces (Subareas conductive and e.g. connected to ground, other subregions not conductive), separates depending on the design, the coating is exclusive or preferably on the conductive Areas of the surface from. For example, in SAW sensors by conventional Electrospray coating only the comb fingers of the IDTs (Interdigital Transducer) coated. Also, the inactive SAW elements, d. H. the SAW resonators are not coated because they are not electrically conductive with the IDTs are connected or grounded. As in the production of functional coatings often, as here in SAW production, the need for a complete Coating of a substrate, be electrospray coating process due to the limitations mentioned for the Production of layer thickness sensitive functional layers only not at all drawn.
Aufgabe der Neuerung ist es daher, eine Vorrichtung zum Aufbringen von Elektrospraybeschichtungen vorzuschlagen, welche sich insbesondere für das Aufbringen von schichtdickensensitiven Funktionsschichten auf elektrisch nicht leitfähigen Oberflächen eignet.task The innovation is therefore a device for applying electrospray coatings to propose, which in particular for the application of layer thickness sensitive Functional layers on electrically non-conductive surfaces is suitable.
Die Lösung der Aufgabe findet sich in den Merkmalen von Anspruch 1 wieder. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen der Neuerung wieder.The solution The object can be found in the features of claim 1 again. Subordinate claims preferred embodiments the innovation again.
Das wesentliche Merkmal der Neuerung umfasst Mittel, mit denen eine Ladung auf der nicht elektrisch leitenden Oberfläche schnell kompensiert d.h. abgeleitet wird. Im Rahmen dessen wechseln sich die eigentliche Elektrospraybeschichtung und die Kompensation periodisch ab. Der ursprüngliche Ladungszustand der Oberfläche wird somit regelmäßig wieder hergestellt, wodurch nachfolgende geladene Tropfen oder Nanopartikel vorteil hafter Weise mit näherungsweise konstanten elektrostatischen Rahmenbedingungen auf der Oberfläche abgeschieden werden.The essential feature of the innovation includes means by which a Charge on the non-electrically conductive surface quickly compensated, i. derived becomes. As part of this change the actual electrospray coating and the compensation periodically. The original state of charge of the surface will be back regularly produced, which allows subsequent charged drops or nanoparticles Favorable way with approximately constant electrostatic conditions are deposited on the surface.
Den vorgenannten periodischen Wechsel zwischen den beiden Bereichen der Kompensation und der Elektrospraybeschichtung, d.h. Entladung (Kompensation oder Überkompensation einer Aufladung) und gegensätzlicher Aufladung im kV-Bereich, erzielt man vorzugsweise dadurch, dass die Oberfläche exzentrisch auf einen drehend angetriebenen Probenträger angeordnet ist, wobei sich jeder Punkt der Oberfläche zwischen den beiden Bereichen ein- und ausschwenkt.The aforementioned periodic change between the two areas compensation and electrospray coating, i. Discharge (compensation or overcompensation a charge) and more contrary Charging in the kV range, is achieved preferably by the fact that the surface arranged eccentrically on a rotationally driven sample carrier is, taking each point of the surface between the two areas swinging in and out.
Bei der Kompensation (oder Überkompensation) einer elektrischen Ladung auf der elektrisch nicht leitenden Oberfläche erfolgt eine Entladung bis zur elektrischen Neutralität oder darüber (Überkompensation mit dem Ziel einer möglichst großen Potentialdifferenz zum Elektrospray) über die Mittel, welche ein von der Ladung abweichendes und für ein Überspringen der elektrischen Ladung ausreichend abweichendes elektrisches Potential aufweisen.at compensation (or overcompensation) an electrical charge on the electrically non-conductive surface takes place a discharge to the electrical neutrality or above (overcompensation with the goal one possible huge Potential difference to electrospray) on the means, which a deviating from the charge and for skipping the electrical Charge sufficiently different electrical potential.
Im Sinne einer effizienten Beschichtung muss die periodische Entladung/Aufladung der Oberfläche so häufig erfolgen, dass die Oberflächenladung nicht schon innerhalb des Einflussbereichs der Spraybeschichtung so hoch wird, dass weitere geladene Tropfen bzw. Partikel abgestoßen werden. Eine optimale Aufenthaltsdauer in der Beschichtungsregion kann durch die Rotationsgeschwindigkeit des Probenträgers eingestellt werden.For the purposes of an efficient coating, the periodic discharge / charging of the surface must occur so frequently that the surface charge is not already within the control of the Spray coating is so high that other charged drops or particles are repelled. An optimal residence time in the coating region can be adjusted by the rotational speed of the sample carrier.
Der Kapillarenstrom, d.h. der Strom, der von der Kapillare abfließt indem geladene Tropfen aus der Kapillare versprühen, liegt im nano-Ampére-Bereich. Es ist hilfreich, diesen Kapillarenstrom beim Einstellen des Elektrosprays und während der Beschichtung zu beobachten, da er ein Maß dafür ist, wie effizient der bestehende Elektrospray die Flüssigkeit zerstäubt. Eine ausreichende Aufladung des Elektrosprays ist nur möglich, wenn sich in der Beschichtungslösung genügend Bestandteile be finden, die elektrochemisch umgesetzt werden können. Außerdem muss eine bestimmte Leitfähigkeit in der Lösung des Elektrosprays herrschen, um die elektrochemischen Prozesse und die Spraybildung zu ermöglichen. Die Wahl des Lösungsmittels für die Beschichtungssubstanz hat Einfluss auf die Leitfähigkeit und Spraybarkeit der Beschichtungslösung. Polare Lösungsmittel wie Alkohole (Methanol, Ethanol) oder Wasser haben eine höhere Leitfähigkeit als Ether (z.B. Tetrahydrofuran). Allerdings ist auch bei polaren Lösungsmitteln der Hauptanteil der Leitfähigkeit auf die üblicherweise darin enthaltenen Verunreinigungen zurück zu führen. Äußerst reine Lösungsmittel, wie sie z.B. in der Halbleitertechnik verwendet werden, haben unabhängig davon ob polar oder unpolar eine zu geringe Leitfähigkeit um ohne Additive mit Elektrospray versprüht zu werden. Bei analysenreinem Methanol reicht dagegen die Leitfähigkeit der darin enthaltenen Salze aus, um einen sehr feinen und effizienten Elektrospray zu erzeugen. Optimale Leitfähigkeiten, die einen feinen und stabilen Elektrospray ermöglichen, liegen bei etwa 10–4 –10–2 S/m, welche sich zudem mit Additiven, beispielsweise Elektrolyte wie Salze sein, aber auch Säuren wie Essigsäure oder Ameisensäure oder Basen. Ebenso kommen Leitelektrolyte in Betracht, wie sie auch in der Elektrochemie verwendet werden. Wenn es sich um ein nicht-flüchtiges Additiv wie z.B. ein Salz handelt, muss dies so gewählt werden, dass es die Funktion der gebildeten Schicht nicht beeinträchtigt, denn es wird in der Schicht verbleiben. Wenn es sich um flüchtige Additive, wie z.B. Essigsäure oder Ameisensäure handelt, verbleiben diese zwar nicht vollständig in der Beschichtung, es muss jedoch darauf geachtet werden, dass es in der Lösung nicht zu unerwünschten chemischen Reaktionen zwischen Additiv und Beschichtungssubstanz kommt.The capillary stream, ie the stream which flows off the capillary by spraying charged drops out of the capillary, lies in the nano-ampere range. It is helpful to observe this capillary flow when adjusting the electrospray and during the coating as it is a measure of how efficiently the existing electrospray atomizes the fluid. A sufficient charge of the electrospray is only possible if there are enough components in the coating solution, which can be implemented electrochemically. In addition, a certain conductivity must prevail in the solution of the electrospray in order to allow the electrochemical processes and the spray formation. The choice of solvent for the coating substance has an influence on the conductivity and sprayability of the coating solution. Polar solvents such as alcohols (methanol, ethanol) or water have a higher conductivity than ethers (eg tetrahydrofuran). However, even with polar solvents, the majority of the conductivity is due to the impurities normally contained therein. Extremely pure solvents, such as those used in semiconductor technology, regardless of whether they are polar or non-polar, have too low a conductivity to be sprayed without additives with electrospray. In the case of reagent grade methanol, on the other hand, the conductivity of the salts contained therein is sufficient to produce a very fine and efficient electrospray. Optimum conductivities, which enable a fine and stable electrospray, are about 10 -4 -10 -2 S / m, which are also with additives, such as electrolytes such as salts, but also acids such as acetic acid or formic acid or bases. Likewise conductive electrolytes come into consideration, as they are also used in electrochemistry. If it is a non-volatile additive such as a salt, this must be chosen so that it does not affect the function of the layer formed, because it will remain in the layer. In the case of volatile additives, such as acetic acid or formic acid, these may not remain completely in the coating, but care must be taken that undesirable chemical reactions between the additive and the coating substance do not occur in the solution.
Ist der Kapillarenstrom zu gering, werden nicht genügend Ladungsträger in der zu zerstäubenden Flüssigkeit erzeugt. Die erzeugten Tropfen sind dann vergleichsweise groß und/oder der Sprayvorgang ist instabil und ungleichmäßig. In diesem Fall muss das Potential an der Kapillare erhöht werden oder es müssen Additive zur Verbesserung der Leitfähigkeit und/oder der elektrochemischen Aufladbarkeit der Flüssigkeit zugegeben werden.is the capillary current is too low, not enough charge carriers in the to be atomized liquid generated. The drops produced are then comparatively large and / or The spray process is unstable and uneven. In this case, that must be Potential increased at the capillary be or have to Additives to improve the conductivity and / or the electrochemical Chargeability of the liquid be added.
Steigt der Kapillarenstrom beim Erhöhen des Potentials überproportional an, liegt häufig zusätzlich zum Sprayvorgang eine Korona-Entladung am Kapillarenende vor. Die dabei entstehenden Korona-Produkte entladen die bereits entstandenen Tropfen und wirken so der Bildung sehr kleiner Tropfen entgegen. In diesem Fall muss das am Sprayer anliegende Potential reduziert werden.Increases the capillary flow when increasing of the potential disproportionately on, is often in addition to Spray process a corona discharge at the capillary end. The case resulting corona products discharge the already formed drops and thus counteract the formation of very small drops. In this In the case, the potential applied to the sprayer must be reduced.
Schwankt der Kapillarenstrom sehr stark, ist häufig die Flussrate nicht geeignet gewählt. Auch eine zu geringe Leitfähigkeit der Beschichtungslösung und unerwünschte Korona-Entladungen führen zum Schwanken des Kapillarenstroms.varies the capillary flow is very strong, often the flow rate is not suitable selected. Also a too low conductivity the coating solution and unwanted Corona discharges lead to Swaying of the capillary flow.
Neben der Beobachtung des Spraystroms ist auch eine optische Kontrolle des Elektrosprays hilfreich. Diese wird beispielsweise durch ein Mikroskop bzw. eine Kamera, die über dem Elektrospray positioniert werden, erleichtert. Der Elektrospray muss zur Beobachtung geeignet beleuchtet sein (z.B. von schräg unten mit einer Kaltlichtlampe mit Schwanenhalslichtleiter). Durch optische Beobachtung des Sprays kann kontrolliert werden, ob der Spray gleichmäßig und fein vorliegt, oder ob Instabilitäten oder zu große Tropfen auftreten.Next Observing the spray stream is also a visual check the electrospray helpful. This is for example by a Microscope or a camera over be positioned to the electrospray, facilitates. The electrospray must be suitably illuminated for observation (e.g., from diagonally below with a cold light bulb with gooseneck light guide). By optical Observation of the spray can be checked, whether the spray evenly and fine, or if instabilities or too large drops occur.
Bei Beginn des Beschichtungsvorgangs und beim Einstellen der optimalen Sprayparameter kann es zum vorübergehenden Abreißen von großen Flüssigkeitstropfen kommen. Damit diese nicht auf der zu beschichtenden Oberfläche aufschlagen, wird die Sprayvorrichtung nicht direkt auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet sondern in einem Winkel von ca. 30° bis 90° dazu. Die Sprayvorrichtung ist dabei idealer weise auf eine Trennwand zwischen Beschichtungsregion und Entladungsregion gerichtet. Eventuell gebildete große Tropfen fliegen aufgrund ihrer Trägheit nicht auf die zu beschichtende Probe sondern eher auf den Trennschirm. Zur optimalen Justierung des Sprayers in Bezug auf die zu beschichtende Oberfläche ist die Sprayvorrichtung in Höhe und Position einzustellen.at Start the coating process and set the optimum Spray parameters may be temporary Tear off of big ones liquid drops come. So that they do not hit the surface to be coated, the spray device is not directly on the to be coated surface directed but at an angle of about 30 ° to 90 ° to it. The spray device is ideally on a partition between coating region and discharge region. Eventually formed big drops fly because of their inertia not on the sample to be coated but rather on the screen. For optimal adjustment of the sprayer in relation to the coating to be coated surface is the spray device in height and position.
Die genannten Mittel, mit denen eine Ladung auf der nicht elektrisch leitenden Oberfläche schnell kompensiert d.h. abgeleitet wird, umfassen beispielsweise einen als elektrisch leitenden Schleifkontakt dienenden Draht, ein Plasma oder eine Ladungswolke mit entsprechend elektrisch geladenen Koronaionen.The means, with which a charge on the non-electric conductive surface quickly compensated, i. for example, include a serving as an electrically conductive sliding contact wire, a Plasma or a charge cloud with electrically charged accordingly Corona ions.
Die Neuerung wird anhand von vier möglichen Ausführungsformen mit den folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigenThe Innovation is based on four possible embodiments closer with the following figures explained. Show it
Alle
Figuren zeigen Vorrichtungen mit jeweils einen motorisch angetriebenen,
um eine Drehachse
Ausführungsform 1Embodiment 1
Vorzugsweise
wird der Entladedraht
Experimente mit unterschiedlich langen Entladungsdrähten haben gezeigt, dass im Falle einer über den Targetbereich rotierenden Drahtspitze zwar im gesamten berührungslos überstrichenen Bereich eine Entladung der Oberfläche stattfindet, jedoch bevorzugt in den Bereichen unterhalb der Drahtspitze. Das ist dadurch zu erklären, dass die Feldliniendichte an der Drahtspitze am größten ist. Für eine gleichmäßige Beschichtung ist es daher erforderlich, dass das Drahtende außerhalb des zu beschichtenden Bereichs liegt und somit die Feldstärke des Drahtes über dem Targetbereich einheitlich ist.experiments with different length discharge wires have shown that in Trap one over Although the target area rotating wire tip while overpassed in contact Area a discharge of the surface takes place, but preferred in the areas below the wire tip. This can be explained by the fact that the field line density is greatest at the wire tip. For a uniform coating It is therefore necessary that the wire end outside of the to be coated Range and thus the field strength of the wire above the Target area is uniform.
Eine Erhöhung der Feldliniendichte ist mit Entladungsdrähten mit besonders geringen Durchmessern (z.B. Wolframdrähte mit 10 bis 25 μm Durchmesser) erzielbar. Aufgrund ihrer geringen Zugfestigkeit reißen derartige Drähte vor allem bei hohen Drehzahlen jedoch sehr schnell ab, weshalb derartige Drähte nur bis zu einer vergleichsweise geringen Drehzahl einsetzbar sind. Damit nimmt jedoch die Verweildauer des Entladedrahtes unter dem Fenster zu, wobei sich zunehmend viel von dem Elektrospray auf dem Draht ablagert. Das bewirkt, dass der Entladedraht sehr schnell durch die Beschichtungssubstanz bedeckt und somit isoliert wird und seine ladungsableitende Funktion zunehmend verliert.An increase in the field line density can be achieved with discharge wires with particularly small diameters (eg tungsten wires with a diameter of 10 to 25 μm). Due to their low tensile strength, however, such wires break off very rapidly, especially at high rotational speeds, which is why such wires can only be used up to a comparatively low rotational speed. However, this increases the dwell time of the discharge wire under the window, with much of the electrospray increasingly being deposited on the wire. That causes, that the discharge wire is very quickly covered by the coating substance and thus isolated and loses its charge-discharging function increasingly.
Im
Rahmen eines Anwendungsbeispiels wird die beschriebene erste Ausführungsform
für die
Beschichtung von SAW-Sensoren herangezogen. Die Drehzahl von Entladungsdraht
und Probenträger
waren dabei auf 10000 bzw. 1400 Umdrehungen pro Minute vorgegeben,
wobei eine Entfernung zwischen Entladedraht und beschichtender Oberfläche auf
einen Wert zwischen 1 und 3 mm eingestellt wurde. Als Beschichtungszeit
wurden 30 Minuten gewählt,
als Durchflussmenge für
das Elektrospray 1 μL/min.
An die Elektrospray-Kapillare
Als Beschichtungssubstanz wurde 4-tert.-Butyl-calix[4]arentetraessigsäure-tetraethylester (relative Molekülmasse Mr = 993,29 g/mol) verwendet, die im Folgenden abgekürzt als Calixaren bezeichnet wird. Calixaren ist gut löslich in THF (Tetrahydrofuran) und wird mit einer Konzentration c = 10–2 mol/l in einem Gemisch aus 90 % THF mit 10 % Methanol und 1 % Ameisensäure als Additiven gelöst. Die Additive wirken sich nicht nachteilig auf die Löslichkeit das Calixarens aus, verbessern aber deutlich die Elektrospray-Eigenschaften durch Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der THF-Lösung.The coating substance used was 4-tert-butyl-calix [4] tetraethyltetraacetate (molecular weight M r = 993.29 g / mol), hereinafter referred to as calixarene. Calixarene is readily soluble in THF (tetrahydrofuran) and is dissolved at a concentration c = 10 -2 mol / l in a mixture of 90% THF with 10% methanol and 1% formic acid as additives. The additives do not adversely affect the solubility of the calixarene, but significantly improve the electrospray properties by increasing the electrical conductivity of the THF solution.
Ausführungsform 2Embodiment 2
Im
Rahmen der zweiten Ausführungsform
erfolgt eine elektrische Entladung des Probenträgers über einen auf dem Targetbereich
Die
Mittel
Die Parameter für einen Beschichtungsvorganges für die erfolgreiche Herstellung von SAW-Sensoren mit dieser Ausführungsform entsprechen den im ersten Ausführungsbeispiel vorgenannten Parametern (Drehzahl des Probenträgers, Potential an der Elektrospray-Kapillare, Kapillarstrom, Beschichtungszeit, Durchflussmenge).The Parameters for a coating process for the successful production of SAW sensors with this embodiment correspond to those in the first embodiment aforementioned parameters (speed of the sample carrier, potential at the electrospray capillary, Capillary flow, coating time, flow rate).
Ausführungsform 3Embodiment 3
Die
dritte Ausführungsform
(
Durch
die Isolation der U-Schenkel
Die
Parameter für
einen Beschichtungsvorganges für
die erfolgreiche Herstellung von SAW-Sensoren mit dieser Ausführungsform
entsprechen auch hier den im ersten Ausführungsbeispiel vorgenannten
Parametern (Drehzahl des Probenträgers, Potential an der Elektrospray-Kapillare,
Kapillarstrom, Beschichtungszeit, Durchflussmenge). Der Abstand
zwischen dem Drahtabschnitt
Ausführungsform 4Embodiment 4
Wie
in
Die
isolierende Trennwand
Im
Gegensatz zu den beschriebenen Ausführungsformen 2, 3, und 5 besteht
für das
Elektrospray
Folglich
ist auch eine isolierende Trennwand
Bezüglich der Versuchsparameter bei der Beschichtung von SAW-Sensoren wird auf die vorgenannten Ausführungsformen verwiesen.Regarding the Experimental parameter in the coating of SAW sensors is based on the aforementioned embodiments directed.
Ausführungsform 5Embodiment 5
Der
grundsätzliche
Aufbau der fünften
Ausführungsform,
dargestellt in
Die
Mittel umfassen einen in drei Achsen positionierbaren Korona-Entladungskegel
Eine Korona-Gasentladung besteht aus einer Hellzone und einer Dunkelzone. Die Hellzone befindet sich direkt um die auf Potential liegende Spitze herum und leuchtet. Die Dunkelzone befindet sich weiter weg von der Spitze. Eine Korona-Gasentladung startet, indem ein Ladungsträger (z.B. durch natürliche Radioaktivität oder UV-Strahlung entstandenes Ion) von einer Spitze, die auf gegenläufigem hohem Potential liegt, angezogen wird. Unmittelbar um die Spitze ist die Feldstärke so hoch, dass der Ladungsträger stark zur Spitze hin beschleunigt wird und dabei mit Gasmolekülen aus der Umgebung stößt. Dabei entstehen weitere Ionen, Elektronen und elektromagnetische Strahlung (sichtbares Licht = Korona-Leuchten und UV-Strahlung). Die so entstandenen Ionen bewegen sich je nach Polarität von der Spitze weg oder auf die Spitze. zu. Die auf die Spitze zu beschleunigten Ionen erzeugen wiederum Innenpaare und elektromagnetische Strahlung, so dass eine Stoßkaskade entsteht. Man geht davon aus, dass die erzeugte UV-Strahlung wieder Ladungsträger erzeugt, die auf die Spitze beschleunigt werden, so dass die Stoßkaskade aufrecht erhalten wird.A Corona gas discharge consists of a light zone and a dark zone. The light zone is located directly around the lying on potential Tip around and light up. The dark zone is further away from the top. A corona gas discharge starts by removing a charge carrier (e.g. by natural radioactivity or UV radiation generated ion) from a peak that is at opposite high Potential lies, is attracted. Immediately around the top is the field strength so high that the charge carrier is strongly accelerated towards the top while using gas molecules the environment encounters. there arise further ions, electrons and electromagnetic radiation (visible light = corona lights and UV radiation). The resulting Ions move away from the tip or up depending on the polarity the summit. to. Generate the ions accelerated to the top turn inside pairs and electromagnetic radiation, leaving a collision cascade arises. It is believed that the generated UV radiation again charge carrier generated, which are accelerated to the top, so that the collision cascade is maintained.
Die Einsatzspannung für das Einsetzen einer Korona-Entladung hängt hauptsächlich von der Feldstärke, dem umgebenden Gas und dem Gasdruck ab. Vorzugsweise wird die Korona-Entladung an Luft bei Normaldruck betrieben. Je spitzer ein Korona-Entladungskegel ist, desto höher ist an dessen Spitze bei gegebenem anliegendem Potential die Feldstärke. Bei sehr spitzen Entladungskegeln setzt die Korona-Entladung schon bei mäßigen anliegenden Potentialen ein, da dann die Feldstärken um die Kegelspitze schon hoch genug sind um Ladungsträger ausreichend für das Auslösen einer Stoßkaskade zu beschleunigen. Außerdem ist es möglich, sehr spitze Entladungskegel sehr nahe vor dem Target zu positionieren (bis ca. 2–3 mm), ohne dass es zu einem unerwünschten Funkenüberschlag statt der gewünschten Korona-Gasentladung kommt. Als Korona-Entladungskegel eignen sich beispielsweise elektrochemisch geätzte Wolframspitzen, möglichst mit einem Spitzenradius unter 1 μm. Die Einsatzspannung für Korona-Entladung liegt für solche Spitzen unter Atmosphärenbedingungen bei Abständen von ca. 5 mm zur Gegenelektrode bei knapp 1000 V.The Tension for the onset of a corona discharge depends mainly on the field strength, the surrounding gas and gas pressure. Preferably, the corona discharge operated in air at normal pressure. The sharper a corona discharge cone, the higher is at its peak for a given applied potential the field strength. at Very pointed discharge cones already contribute to the corona discharge moderate adjacent Potentials, because then the field strengths around the apex already are high enough to charge carriers enough for the triggering to a collision cascade accelerate. Furthermore Is it possible, to position very pointed discharge cone very close to the target (until about 2-3 mm), without causing an undesirable Flashover instead of the desired Corona gas discharge comes. As a corona discharge cone are, for example, electrochemical etched Tungsten tips, if possible with a tip radius of less than 1 μm. The threshold voltage for Corona discharge is for such peaks under atmospheric conditions at intervals from about 5 mm to the counter electrode at just under 1000 V.
Die geladenen Korona-Produkte treffen auf die zu beschichtende Oberfläche (Targetbereich), neutralisieren zunächst die dort befindliche Ladung und laden im Falle einer Überkompensation die Oberfläche entgegengesetzt zum Elektrospray auf. Die so gegenläufig geladene Oberfläche gelangt anschießend durch die Rotation des Probenträgers wieder in die Beschichtungsregion. Die geladenen Tropfen aus dem Elektrospray werden von der nun gegenläufig geladenen Oberfläche angezogen, so dass der eigentlich auf die Trennwand gerichtete Spray von geladenen Tropfen auf die zu beschichtende Oberfläche (Targetbereich) umgelenkt wird. Die aus nicht-leitfähigem Material bestehende Trennwand lädt sich in der Startphase durch die ersten auftreffenden Tropfen mit gleicher Polarität wie der Elektrospray auf, bis die gleichnamigen Ladungen von Elektrospray und Trennwand sich abstoßen. Ab diesem Zeitpunkt fliegen die geladenen Tropfen bevorzugt auf den zu beschichtenden Targetbereich. Lediglich sehr große Tropfen können aufgrund ihrer Trägheit diesem Richtungswechsel nicht folgen und treffen auf der Trennwand auf.The charged corona products strike the surface to be coated (target area), first neutralize the charge located there and, in the event of overcompensation, charge the surface opposite to the electrospray. The surface thus charged in opposite directions subsequently returns to the coating region through the rotation of the sample carrier. The charged trop From the electrospray are attracted by the now oppositely charged surface, so that the actually directed to the partition spray of charged drops on the surface to be coated (target area) is deflected. In the starting phase, the dividing wall, which is made of non-conductive material, charges itself through the first impinging drops with the same polarity as the electrospray, until the charges of the same name that have been repelled by the electrospray and the dividing wall repel each other. From this point on, the charged drops preferably fly onto the target area to be coated. Only very large drops can not follow this change of direction due to their inertia and impinge on the partition wall.
Je stärker der zu beschichtende Targetbereich (Oberfläche) in der Entladungszone gegenläufig zum Elektrospraynebel aufgeladen wird, desto mehr Tropfen oder Partikel können im Targetbereich auftreffen, bevor dieser wieder so stark mit gleicher Polarität wie der Spray geladen ist, dass er sich nähernde nachfolgende Tropfen oder Partikel abstößt.ever stronger the target area to be coated (surface) in the discharge zone opposite charged to the electrospray mist, the more drops or particles can hit in the target area, before this again as strong with the same polarity as the Spray is charged, that he is approaching subsequent drops or repels particles.
Das Ausmaß, in dem der zu beschichtende Targetbereich gegenläufig zur Spraypolarität aufgeladen wird, hängt vom Potential ab, mit der die Korona-Entladung betrieben wird und von der Einsatzspannung bei der die Korona-Entladung einsetzt.The Extent, in which the target area to be coated is charged in opposite directions to the spray polarity will hang from the potential with which the corona discharge is operated and from the threshold voltage at which the corona discharge starts.
Die Korona-Nadel wird durch ein Hochspannungsnetzgerät auf ein festes Potential gelegt. Dieses ist mit der Sprayvorrichtung über eine Kette von hochohmigen Sicherheitswiderständen verbunden, die verhindern, dass der Benutzer bei einem versehentlichen Berühren der auf Potential liegenden Spraykapillare gefährlich hohe Stromschläge erhält. Die Korona-Entladung bleibt so lange bestehen und deponiert Ladung auf der zu beschichtenden Oberfläche, wie die Potentialdifferenz zwischen der Korona-Nadel und der zu beschichtenden Oberfläche größer als die Einsatzspannung für das Auftreten von Korona-Entladung ist. Wenn so viele geladene Koronaprodukte die Oberfläche getroffen haben, dass die Potentialdifferenz die Einsatzspannung unterschreitet, bricht die Korona-Entladung zusammen und es findet keine weitere Aufladung der Probenoberfläche mehr statt. Je geringer die Einsatzspannung liegt, desto mehr Ladung kann auf die Oberfläche gebracht werden. Aus diesem Grund sind möglichst spitze Korona-Entladungskegel (z. B. Nadeln) zu bevorzugen. Außerdem können sehr spitze Entladungskegel, wie oben beschrieben, näher vor der Oberfläche positioniert werden, ohne dass es zu unerwünschten Funkenüberschlägen statt Korona-Gasentladung kommt.The Corona needle is powered by a high voltage power supply to a fixed potential placed. This is with the spray device via a chain of high impedance safety resistors connected, which prevent the user from accidental Touch the potential of the spray capillary reaches dangerously high electric shocks. The Corona discharge persists for so long and dumps charge the surface to be coated, as the potential difference between the corona needle and the surface to be coated greater than the threshold voltage for the occurrence of corona discharge is. When so many loaded corona products the surface have taken that the potential difference is the threshold voltage falls below, the corona discharge collapses and it finds no further charging of the sample surface more. The lower the threshold voltage is applied, the more charge can be brought to the surface. For that reason are possible tip corona discharge cone (eg needles) to be preferred. Besides, very much tip discharge cone, as described above, positioned closer to the surface be unwanted without it Sparking Corona gas discharge comes.
Die geladenen Produkte der Korona-Gasentladung und die geladenen Tropfen oder Partikel treffen bevorzugt auf den zuvor gegenläufig geladenen Regionen der zu beschichtenden Oberfläche auf. Im Idealfall sind Spraystrom und Koronastrom daher gleich groß. Wenn Koronaprodukte und/oder geladene Tropfen oder Partikel an unerwünschten Stellen entladen werden unterscheiden sie sich.The charged products of corona gas discharge and the charged drops or particles preferably strike the previously oppositely charged regions the surface to be coated on. Ideally, the spray current and corona current are therefore the same size. If Corona products and / or charged drops or particles undesirable Discharges are different.
Die Koronakegelspitze wird direkt auf die zu beschichtenden Stellen der Oberfläche (Targetbereich) ausgerichtet. Der Bereich, der von den Koronaprodukten getroffen wird, wird durch den Verlauf der Feldlinien zwischen Koronakegelspitze und Tar getbereich bestimmt. Der Abstand zur Probe beträgt im vorliegenden Fall bei der Beschichtung kleiner Objekte ca. 5 mm. Wenn ein räumlich ausgedehnterer Bereich beschichtet werden soll, wird der Abstand zur Probe größer gewählt.The Koronakegelspitze is directly on the places to be coated the surface (Target area) aligned. The area covered by the Koronaprodukten is taken by the course of the field lines between Koronakegelspitze and Tar getbereich determined. The distance to the sample is in the present Case when coating small objects about 5 mm. If a more spacious area is to be coated, the distance to the sample is chosen larger.
Bei
rotierendem Probenträger
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Korona-Ionen gleichmäßig auf den gesamten Targetbereich einwirken. Als Ergebnis erhält man einen sehr breiten Homogenitätsbereich auf dem Targetbereich, ein gleichmäßige Beschichtungsgeschwindigkeiten und damit Beschichtungen besonders hoher Qualität und Reproduzierbarkeit.One Another advantage of this embodiment is in that the corona ions are uniform over the entire target area act. As a result receives a very wide range of homogeneity the target area, a uniform coating speeds and thus coatings of particularly high quality and reproducibility.
Im Rahmen eines Anwendungsbeispiels wird die beschriebene fünfte Ausführungsform für die Beschichtung von SAW-Sensoren herangezogen. Die Drehzahl von Probenträger lag bei 1400 Umdrehungen pro Minute, die Entfernung zwischen Entladungskegelspitze, an die ein negatives Potential (Korona-Ladung) von 1000 V anliegt, und beschichtender Oberfläche bei ca. 10 mm. Die weiteren Parameter wie auch das Beschichtungsmaterial entsprechen denen im Rahmen der Ausführungsform 1 genannten.in the One example of an application becomes the fifth embodiment described for the Coating used by SAW sensors. The speed of sample carrier was at 1400 revolutions per minute, the distance between discharge cone tip, to which a negative potential (corona charge) of 1000 V is applied, and coating surface at about 10 mm. The other parameters as well as the coating material correspond to those mentioned in the context of embodiment 1.
Die Halterung und Kontaktierung der Korona-Spitze erfolgt vorzugsweise in einem elektrisch isolierenden PEEK-Halter, der einen einfachen Austausch der Koronaspitze gestattet.The Mounting and contacting the corona tip is preferably carried out in an electrically insulating PEEK holder, which is a simple Replacement of the corona tip permitted.
Ausführungsform 6Embodiment 6
Es
bietet sich an, zur Ladungskompensation anstelle einer Korona-Gasentladung
gemäß der Ausführungsform
5 ein weiteres, zur ersten Sprayquelle
- 11
- Drehachseaxis of rotation
- 22
- Probenträgersample carrier
- 33
- Elektrospray-KapillareElectrospray capillary
- 44
- Elektrosprayelectrospray
- 55
- Targetbereichtarget area
- 66
- Trennwandpartition wall
- 77
- Mittel zur Kompensation einer elektrischen Ladungmedium for compensation of an electric charge
- 88th
- Fensterwindow
- 99
- Entladedrahtdischarge wire
- 1010
- Schenkelleg
- 1111
- Drahtabschnittwire section
- 1212
- Scheibedisc
- 1313
- Scheibenachsewheel axis
- 1414
- Korona-EntladungskegelCorona discharge cone
- 1515
- Winkelangle
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20321042U DE20321042U1 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Device for applying electro-spray coatings to electrically non-conducting surfaces has electrospray capillary for introducing, electrically charging electrospray onto surfaces, periodically repeats compensation, dissipation of charges |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20321042U DE20321042U1 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Device for applying electro-spray coatings to electrically non-conducting surfaces has electrospray capillary for introducing, electrically charging electrospray onto surfaces, periodically repeats compensation, dissipation of charges |
| DE2003144135 DE10344135A1 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Device for applying electro-spray coatings to electrically non-conducting surfaces has electrospray capillary for introducing, electrically charging electrospray onto surfaces, periodically repeats compensation, dissipation of charges |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20321042U1 true DE20321042U1 (en) | 2005-11-03 |
Family
ID=35336327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20321042U Expired - Lifetime DE20321042U1 (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Device for applying electro-spray coatings to electrically non-conducting surfaces has electrospray capillary for introducing, electrically charging electrospray onto surfaces, periodically repeats compensation, dissipation of charges |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE20321042U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108837962A (en) * | 2018-07-13 | 2018-11-20 | 金华职业技术学院 | The vacuum deposition apparatus of one organic molecular species |
-
2003
- 2003-09-24 DE DE20321042U patent/DE20321042U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108837962A (en) * | 2018-07-13 | 2018-11-20 | 金华职业技术学院 | The vacuum deposition apparatus of one organic molecular species |
| CN108837962B (en) * | 2018-07-13 | 2024-02-13 | 金华职业技术学院 | A vacuum deposition device for organic molecules |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20051208 |
|
| R150 | Term of protection extended to 6 years |
Effective date: 20061205 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE (KOERPERS, DE Free format text: FORMER OWNER: FORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE GMBH, 76133 KARLSRUHE, DE Effective date: 20091126 |
|
| R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20091201 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20120403 |