New Opportunities for the Aerosol Deposition Method by Substrate by Cryogenics
Synthesis and Properties of Functional Materials
Final Report Abstract
Die Reproduzierbarkeit der Kryo-AD lässt sich insgesamt nur durch einen Aufbau verbessern, welcher ein geregeltes Kühlsystem für die Substratkühlung und die Aerosol- samt Pulverkühlung enthält. Dieses System ist aufgrund der Konstruktion mit den bestehenden AD-Anlagen nicht kompatibel und benötigt den Aufbau einer komplett neuen Anlage, was geschätzte Investitionskosten von einigen zehntausend Euro voraussetzt. Durch zusätzliche Investitionen könnte abschließend geklärt werden, ob eine Kühlung von Substrat oder Aerosol einen Mehrwert für die aerosolbasierte Kaltabscheidung bringt. Auch wenn es einige Indizien für eine Verbesserung der Abscheidbarkeit von Pulvern gibt, ist aber voraussichtlich keine signifikante Qualitätssteigerung der Schichten durch die Prozessierung bei Kryotemperaturen zu erwarten. Auch von einer Effizienzsteigerung des Prozesses ist nicht auszugehen. Schicht-Substrat-Kombinationen, die sich bei Tieftemperatur erzielen ließen, konnten inzwischen durch andere Maßnahmen auch bei Raumtemperatur hergestellt werden. Besonders kritisch sind die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien. Diese können zu einem Abplatzen der Schichten führen, da der Schicht-Substrat-Verbund bei sehr tiefen Temperaturen hergestellt wird. Schicht und Substrat dehnen sich nach dem Abscheideprozess während des Wiedererwärmens unterschiedlich stark aus. Es bilden sich dabei thermisch induzierte Spannungen im Materialverbund, die schlussendlich häufig zum Delaminieren und damit zum Abplatzen der Schichten führten. Der für die aerosolbasierte Kaltabscheidung maßgebliche Mechanismus der RTIC konnte in diesem Projekt weder zweifelsfrei unterstützt noch widerlegt werden, auch wenn typische Merkmale, wie die Zerkleinerung von Partikeln durch den Prozess zum Beispiel anhand des Vergleiches von Polyamid-Schichten mit dem Ausgangspulver, beobachtetet wurden. Im Projekt konnte erstmalig eine Schichtabscheidung von Polyamid und CaCO3 realisiert werden. Bei beiden handelt es sich um vorher nicht für die AD eingesetzte, neue Beschichtungsmaterialien.
