ATMOSPHÄRENDRUCKPLASMA

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas. Mit dem Verfahren können auf effiziente Weise Partikel, insbesondere Mikro- und Nanopartikel gebildet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, insbesondere Mikro- und Nanopartikeln, unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas.

STAND DER TECHNIK

Mikro- und Nanopartikel finden seit einigen Jahren Einsatz in verschiedensten Gebieten der Technik, um die Eigenschaften von Produkten zu modifizieren. Beispielsweise können durch den Einbau solcher Partikel optische, elektrische (z.B. Leitfähigkeit), thermische (z.B. Wärmeleitfähigkeit), elektro-magnetische und mechanische Eigenschaften (wie z.B. Stabilität oder Abriebfestigkeit) verbessert werden.

Um die Nachfrage nach solchen Partikeln zu befriedigen, wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen.

Hier sind zunächst einmal die Niederdruckverfahren zu nennen.

Die DE-A-198 24 364 betrifft beispielsweise ein Verfahren zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten mit optischen Eigenschaften auf Oberflächen. Das Verfahren umfasst mindestens zwei unterschiedliche

Abscheidesch ritte. Der eine Schritt ist ein plasmagestützter CVD-Prozess zur Abscheid ung einer Verschleißschutz- Matrix und der andere Schritt ist eine Stoffabscheidung mittels einer PVD-Technik zur Einlagerung optisch funktionalen Materials in die Matrix. Die eingesetzte PVD-Technik kann beispielsweise ein Sputterverfahren sein.

Die WO 2005/061754 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionsschicht, wobei ein Abscheidungsmaterial unter dem Einfluss eines Plasmas auf einem Substrat abgeschieden wird und gleichzeitig mindestens ein zweites Material mit Hilfe eines zweiten Abscheidungsverfahrens auf das Substrat aufgebracht wird. Als zweites

Abscheid ungs erfahren wird unter anderem PVD, wie beispielsweise Sputtern, genannt.

Die WO 2005/048708 beschäftigt sich mit einem antimikrobieilen und nicht-cytotoxischen Schichtmaterial, das eine Biozid-Schicht und eine diese Schicht bedeckende Transportkontrollschicht umfasst. In Ausführungsbeispiel 6 dieser Schrift wird die Biozid-Schicht durch einen Niederdruck-DC-Magnetron-Sputter-Prozess und die

Transportkontrollschicht in einem zweiten Arbeitsschritt durch einen Plasmapolymerisationsprozess aufgebracht. Atle iederdruckverfahren stellen hohe apparative Anforderungen, da Vakuumkammem benötigt werden, ermöglichen üblicherweise nur geringe Abscheideraten (im Bereich von wenigen nm/s) und machen Masken erforderlich, um lokal zu beschichten. Femer gibt es aufgrund des begrenzten Fassungsvermögens von

Vakuumkammern Grenzen im Hinblick auf die Größe von Substraten bzw. Bauteilen, die beschichtet werden können.

Um diese Nachteile der Niederdruckverfahren zu vermeiden, wurden Atmosphärendruck-Plasmaverfahren vorgeschlagen.

Beispielsweise wird in der DE-A-199 58 473 eine Plasmastrahiquelle verwendet, von der gesagt wird, dass sie im Feinvakuum bis zum atmosphärennahen Druckbereich betrieben werden könne. Konkret beschrieben wird die gleichzeitige Abscheidung einer Matrixschicht und darin eingebetteter Partikel als Funktionsbeschichtung. Hierzu wird über die Gaszufuhr ein mikroskaliges oder nanoskaliges Metallpulver, wie TiN-Pulver, gemeinsam mit einem Trägergas in das Plasma eingebracht.

Die DE-A-198 07 086 betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Substratoberflächen in einem plasma-aktivierten Prozess bei Atmosphärendruck. Dabei wird eine Gasphase, die einen pulverförmigen Feststoff enthalten kann, in den Plasmastrahl eingebracht.

Auch in der WO 01/32949 wird ein Precursormaterial in den Plasmastrahl eingespeist, um so Oberflächen zu beschichten. Das Precursormaterial kann feste, beispielsweise pulverförmige Bestandteile, enthalten. Damit lassen sich Partikel in die abgeschiedenen Schichten einbetten.

Sämtlichen zuvor beschriebenen Atmosphärendruck-Plasmaverfahren zur Erzeugung von Schichten mit darin dlspergierten Partikeln ist gemeinsam, dass die Partikel, beispielsweise in Form von Pulvern, von außen in den Plasmastrahl eingespeist werden. Dieses Vorgehen bringt beträchtliche Probleme mit sich, wenn Mikropartikel und erst recht wenn Nanopartikel in Schichten eingebaut werden sollen. Der Grund liegt darin, dass Mikropartikel und ganz besonders Nanopartikel, wenn sie in Form von Pulvern vorliegen, stark zur Agglomeration neigen.

Die DE-B-102 23 865 betrifft ein Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken, bei dem mit Hilfe einer Plasmadüse durch elektrische Hochfrequenzentladung ein Strahl eines atmosphärischen Plasmas erzeugt wird, mit dem die zu beschichtende Werkstückoberfläche überstrichen wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Komponente des Beschichtungsmaterials als Feststoff in einer Elektrode der Plasmadüse enthalten ist und durch die Hochfrequenzentladung von der Elektrode abgesputtert wird, Ausweislich der DE-B-102 23 865 liegt das abgesputterte Material vorwiegend in Form sehr reaktionsfreudiger Ionen oder Radikale vor. Diese Spezies bilden nach der Lehre dieses Patents homogene Beschichtungen, beispielsweise aus Metallen oder Metallverbindungen. Die Erzeugung von Partikeln, geschweige denn von Mikro- oder

Nanopartikeln, wird in der DE-B-102 23 865 nicht offenbart.

Die US 5,808,270 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Plasma-üchtbogen- Metalldrahtsprühen, durch die ein erweiterter Lichtbogen und ein Überschall-Plasmastrahl erzeugt werden. Ein als Anode dienender Metalldraht wird kontinuierlich in den Plasmastrahl eingeführt, wo der erweiterte Plasmaiichtbogen auf die Drahtspitze überspringt und den Draht schmilzt, und der Überschali-Plasmastrahl atomisiert die geschmolzenen Metallpartikel und führt diese ab, um eine Beschichtung auszubilden. Auch die US 5,808,270 lehrt keine Erzeugung von Partikeln, geschweige denn von Mikro- oder Nanopartikeln.

Die DE-B-10 2009 031 857 offenbart einen Plasmabrenner zum Schneiden eines Werkstoffs mittels eines hochenergetischen Plasmastrahls. Da die hohe Energiedichte des Plasmastrahls zu einer thermischen Belastung einer Düse des Plasmabrenners führt, wird diese gekühlt, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Eine Hersteilung von Partikeln erfolgt in dem Plasmabrenner nicht.

Die DE-A-10 2009 048 397 betrifft ein Verfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel in einem Atmosphärendruckplasma unter Verwendung einer Sputterelektrode, von der durch eine Entladung Partikel abgesputtert werden. Um eine übermäßige Erhöhung der Temperatur an der Sputterelektrode zu verhindern, lehrt die DE-A-10 2009 048 397, einen durch die Entladung bewirkten Leistungseintrag auf die Sputterelektrode zu beschränken, indem ein die Entladung erzeugender Spannungsgenerator gepulst betrieben wird oder die

Sputterelektrode rotiert oder oszilliert wird.

Diese Beschränkung des Leistungsetntrags auf die Sputterelektrode führt jedoch zu einer Verringerung der Sputterausbeute, also der Hersteilrate der Partikel, so dass beispielsweise lange Beschichtungszeiten notwendig sind, um die Partikel an einer Oberfläche eines Substrats abzuscheiden. Daher sind die realisierbaren

Beschichtungsgeschwindigkeiten klein bzw. die Zyklenzahlen groß, so dass ein prozessbedingter Wärmefluss zu Substratschädigungen führen kann oder die zu behandelnden Substrate aufgrund der zulässigen Temperaturgrenze eingeschränkt werden. Überdies ist die erzielbare Konzentration separierter Partikel auf einer zu beschichtenden Oberfläche limitiert, da die Partikel bei hohen Konzentrationen, insbesondere bei höheren Temperaturen, sich zu größeren Clustern verbinden oder agglomerieren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas bereitzustellen, die eine effiziente Herstellung von Partikeln, insbesondere von Mikro- und Nanopartikeln, mit hoher Herstellrate und kontrollierter Partikelgrößenverteilung ermöglichen. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und die

Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung folgen aus den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß dem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas bereit, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode oder

Targetelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, es sich (i) bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder (ii) aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt wird, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des

Entladungsbereichs der Opferelektrode.

Der Ausdruck„Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode" bezeichnet den gesamten Bereich der Opferelektrode, der außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode liegt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt.

Die Begriffe„Opferelektrode" und„Targetelektrode" werden hierin synonym verwendet.

Partikel können durch Agglomerationsprozesse des abgetragenen Materials, insbesondere in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, entstehen oder gebildet werden. Im Einzelnen kann es im Zeitraum zwischen dem Abtragen des Materials von der Opferelektrode und einer etwaigen Abscheidung der Partikel auf der Oberfläche eines Substrats zur Entstehung bzw. Bildung von Partikeln kommen. Wie sich zeigte, erfolgt die Entstehung bzw. Bildung von Partikeln vor allem in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ausbeute an Partikeln, insbesondere Nanopartikeln, durch Kontrolle der Verweildauer des Materials in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas, weiter steigern lässt. Die Verweildauer in dem relaxierenden Bereich des

Atmosphärendruckplasmas kann durch Vergrößern der Weglänge in dem relaxierenden Bereich des

Atmosphärendruckplasmas erhöht werden.

Die Kontrolle der Verweildauer wird vorteilhaft unter Berücksichtigung des Befunds vorgenommen, dass durch Erhöhen der Verweildauer des Materials in dem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas zunächst die Ausbeute an Nanopartikein weiter gesteigert werden kann, wobei es eine Obergrenze der Verweildauer gibt, von der an es zur vermehrten Bildung größerer Partikel, insbesondere Mikropartikel, kommt.

Unter einem„aktiven" Plasmabereich wird allgemein ein Plasmabereich verstanden, der sich innerhalb des Volumens befindet, das von den Elektroden begrenzt wird, zwischen denen eine Spannung anliegt, durch die das Plasma erzeugt wird. In dem aktiven Plasmabereich liegen freie Elektronen und Ionen getrennt vor.

Hingegen befindet sich der relaxierende Bereich des Plasmas außerhalb der Anregungszone, die durch die genannten Elektroden begrenzt ist. Der relaxierende Bereich des Plasmas wird gelegentlich auch als„after gtow"- Bereich bezeichnet. In dem relaxierenden Bereich des Plasmas liegen keine freien Elektronen und Ionen mehr vor, sondern vielmehr angeregte Atome oder Moleküle.

Der relaxierende Bereich des Atmosphärendruckplasmas ist im Falle einer Plasmadüse der Bereich auf der Abströmseite der Anregungszone (also beginnend an der Elektrode näher am Auslass der Plasmadüse), der durch das Ende der sichtbaren Plasmaflamme begrenzt wird. Typischerweise erstreckt sich die Plasmaflamme etwa 10 mm über den Austass der Plasmadüse hinaus.

Bei einer Standard-Atmosphärendruckplasmadüse ist der Abstand zwischen der Elektrode, die näher am Auslass der Plasmadüse liegt, und dem Auslass typischerweise im Bereich von 2-5 mm. Wie die Erfinder festgestellt haben, war die Ausbeute an Nanopartikeln, verglichen mit der o.g. Standard-Atmosphärendruckplasmadüse, signifikant größer, wenn eine Atmosphärendruckplasmadüse mit einem Abstand zwischen der Elektrode, die näher am Auslass der Plasmadüse liegt, und dem Auslass der Düse von etwa 50 mm verwendet wurde. In beiden Fällen war die Länge der Plasmaflamme, die sich über den Auslass der Plasmadüse hinaus erstreckte, vergleichbar groß (etwa 10 mm).

Als Elektrode im erfindungsgemäßen Sinn wird jedes Element, z.B. jeder Bestandteil der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Vorrichtung, insbesondere einer Plasmadüse, verstanden, das zumindest zeitweise Ausgangs- oder Endpunkt des Entladungsfilaments ist.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird die Elektrode, von der in dem erfmdungsgemäßen Verfahren durch die das Plasma erzeugende Entladung Material abgetragen oder abgelöst wird, als„Opferelektrode" oder

„Targetelektrode" bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere Elektroden, insbesondere Elektroden aus den gleichen oder unterschiedlichen Elektrodenmaterialien, Opferelektroden sein, Jedoch kann auch genau eine der Elektroden Opferelektrode sein.

Unter einem„Atmosphärendruckplasma", das auch als AD-Plasma oder Normaldruckplasma bezeichnet wird, versteht man ein Plasma, bei dem der Druck ungefähr dem Atmosphärendruck entspricht. C. Tendero et al. geben in „Atmospheric pressure plasmas: A review", Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2006, S. 2-30 einen Überblick über Atmosphärendruckplasmen.

Der Begriff„Partikel" bezeichnet Teilchen eines bestimmten Materials, insbesondere makroskopische Teilchen, in Abgrenzung von einzelnen Atomen oder Molekülen oder Clustern davon.

Der Ausdruck„mittlere Temperatur der Opferelektrode" bezeichnet den zeitlichen und örtlichen Mittelwert der Temperatur, also den Mittelwert der Temperatur über einen bestimmten Zeitraum, nämlich den Zeitraum, in dem die Entladung erfolgt, und über einen bestimmten Fiächenbereich der Opferelektrode, wie den Entiadungsbereich der Opferelektrode bzw. den Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs.

Der Entladungsbereich der Opferelektrode ist der Bereich der Opferelektrode, in dem die Entladung überwiegend erfolgt. Der Begriff„überwiegend" definiert hierin, dass der Entladungsbereich der Opferelektrode der Bereich der Opferelektrode ist, in dem die Entladung über einen Zeitraum erfolgt, der 50% oder mehr des gesamten

Entladungszeitraums beträgt, also des gesamten Zeitraums, in dem die Entladung an der Opferelektrode erfolgt.

Durch die aktive Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode fällt die durch die Entladung bewirkte Erhöhung TE1 der mittleren Temperatur der Opferelektrode in dem Abschnitt der Opferelektrode nach Abschalten der Entladung innerhalb eines Zeitraums von nicht mehr als 4 min, bevorzugt nicht mehr als 3 min, bevorzugter nicht mehr als 2 min, noch bevorzugter nicht mehr als 1 min und am bevorzugtesten nicht mehr als 40 s, auf einen Wert von 1/e ^χ TE1 ab, wobei e die Eulersche Zahl ist. Eine aktive Kühlung erfolgt durch eine Kühleinrichtung.

Die Opferelektrode besteht aus einem elektrisch leitfähigen und wärmeleitfähigen Material, wie beispielsweise Metall.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der

Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode. Folglich besteht eine

Temperaturdifferenz bzw. ein Temperaturgradient zwischen dem Entladungsbereich und dem Bereich der

Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs, so dass eine Erwärmung des Entladungsbereichs durch die Entladung durch Wärmetransport von dem Entladungsbereich zu dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs kompensiert oder ausgeglichen werden kann.

Somit kann auch bei einem hohen Leistungseintrag durch die Entladung bezogen auf die Fläche der Opferelektrode oder Opferelektroden eine übermäßige Erwärmung der Opferelektrode oder Opferelektroden vermieden werden, so dass ein sogenanntes Abspratzen vom Material, zuverlässig verhindert wird. Auf diese Weise kann ein

unerwünschtes großflächiges Aufschmelzen von Opferelektrodenmateriai und damit ein Transfer von spratzigem Material auf die Substratoberfläche vermieden werden. Daher kann, insbesondere durch den somit möglichen hohen Leistungseintrag auf die Opfereiektrode oder Opferelektroden, eine hohe Herstell- oder Erzeugungsrate der Partikel erzielt werden, während die Partikelgröße gering gehalten wird und die Größenverteilung der Partikel genau gesteuert oder kontrolliert werden kann. Folglich wird eine effiziente Herstellung von Partikeln mit definierter Größe ermöglicht.

Des Weiteren können aufgrund der höheren Herstellrate und somit auch höheren Abscheideeffizienz der Partikel beim Abscheiden der Partikel auf einer Oberfläche eines Substrats auch temperatursensitive Substratmaterialien beschichtet werden, da die Prozesszeiten und damit der Wärmeeintrag pro Zeit und Fläche erheblich reduziert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einem chemischen Dampfabscheidungsprozess (CVD), insbesondere in einem Schritt, kombiniert werden, insbesondere um eine durchgehende Schicht mit darin dispergierten Partikeln auszubilden. In diesem Fall ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine ausgewogene und einheitliche Konzentration von Partikeln in der Schicht. Überdies kann die Konzentration von Partikeln in der Schicht im Vergleich zu Verfahren ohne aktive Kühlung deutlich erhöht werden.

Der Abschnitt der Opferelektrode kann aktiv so gekühlt werden, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode, in dem kein Material abgetragen wird, niedriger ist als in einem Bereich der Opferelektrode, in dem Material abgetragen wird.

Der Abschnitt der Opferelektrode kann aktiv so gekühlt werden, dass die mittlere Temperatur eines Teils der Opfereiektrode, der sich im Bereich der Entladung befindet, höher ist als die mittlere Temperatur eines Teils der Opfereiektrode, der sich außerhalb der Entladung befindet.

Der Entladungsbereich der Opferelektrode kann ein geometrisch ausgezeichneter Bereich der Opferelektrode sein. Unter einem geometrisch ausgezeichneten Bereich wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein Bereich verstanden, in dem sich aufgrund der dort herrschenden hohen Feldstärke die Entladung konzentriert. Typische Beispiele solcher geometrisch ausgezeichneten Bereiche in Elektroden sind Spitzen, Ecken und Kanten.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Opferelektrode, also der Entladungsbereich der Opfereiektrode und der Bereich der O ferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs, aktiv gekühlt werden.

Die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode oder Opferelektroden kann über Wärmeleitung erfolgen. Da Wärmeleitung eine schnelle und effektive Wärmeabfuhr von der Opferelektrode ermöglicht, kann die Opferelektrode so in besonders effizienter Weise gekühlt werden. Die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode oder Opferelektroden kann durch ein Kühlmedium oder Kühlmittel erfolgen. Das Kühlmedium oder Kühlmittel kann ein festes, flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium oder Kühlmittel sein. Als Kühlmedium können insbesondere Wasser, Wasser-Glykol, Trockeneis in Ethanol, flüssiger Stickstoff, CO2- Eis usw. verwendet werden. Die Kühlung durch ein Kühlmedium ermöglicht eine besonders einfache und effektive Kühlung der Opferelektrode. Besonders bevorzugt wird ein flüssiges Kühlmedium oder Kühlmittel verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommt das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode oder nur mit einem Teil des Bereichs der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt. Auf diese Weise kann der Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs effizient gekühlt werden, wobei eine Beeinträchtigung der Entladung in dem Entladungsbereich durch den Kühlvorgang besonders zuverlässig vermieden wird. Überdies wird durch die durch die Kühlung bewirkte hohe Temperaturdifferenz zwischen dem durch das Kühlmedium gekühlten Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs und dem Entladungsbereich eine schnelle

Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich gewährleistet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und liegt die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entiadungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von Ts- 393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von T _s - 373 K bis Ts - 77 K, bevorzugter von T _s - 323 K bis Ts - 77 K und am bevorzugtesten von T _s - 293 K bis T _s - 77 K, wobei T _s die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in Kelvin (K) ist.

Der Kühlungsbereich kann die Kühleinrichtung oder ein Teil der Kühleinrichtung sein. Die Opferelektrode kann in dem Kühlungsbereich mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Kühimedium in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.

Auf diese Weise kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich der Opferelektrode gewährleistet und ein Schmelzen der Opferelektrode im Entladungsbereich besonders zuverlässig verhindert werden, so dass auch bei einem hohen Leistungseintrag auf die Opferelektrode ein Abspratzen von Material der Opferelektrode vermieden wird.

Durch die aktive Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode kann die durch die Entladung bewirkte Erhöhung TE2 der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle nach Abschalten der Entladung innerhalb eines Zeitraums von nicht mehr als 4 min, bevorzugt nicht mehr als 3 min, bevorzugter nicht mehr als 2 min, noch bevorzugter nicht mehr als 1 min und am bevorzugtesten nicht mehr als 40 s, auf einen Wert von 1/e χ TE2 abfallen. Die Opfereiektrode kann zumindest teilweise in einem Kanal eines Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse kann das Gehäuse einer Plasmadüse sein. Der Kanal kann von dem Prozessgas durchströmt werden. Ein Teil der Opferelektrode kann in dem Gehäuse außerhalb des Kanals und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.

Das Kühlmedium kann insbesondere mit einem Teil oder Bereich der Opferelektrode in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren, also körperlichen, oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen, der in dem Gehäuse außerhalb des Kanals und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere kann das Kühlmedium nur mit diesem Bereich in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.

Der thermische bzw. mittelbare Kontakt erfolgt durch ein Sekundärmedium, wie beispielsweise eine wärmeieitfähige Wand oder Wandung, das zwischen dem Kühlmedium und dem Teil oder Bereich der Opferelektrode angeordnet ist. Beispielsweise kann die Opferelektrode zumindest bereichsweise durch eine wärmeieitfähige Röhre oder dergleichen geführt werden. Eine aktive Kühlung eines Abschnitts der Opferelektrode kann durch direkten Kontakt dieser Röhre mit dem Kühlmedium erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opfereiektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und überschreitet die mittlere Temperatur der Opferelektrode in dem Eintrittsbereich nicht 393 K, bevorzugt nicht 373 K, bevorzugter nicht 323 K und am bevorzugtesten nicht 293 K. Auf diese Weise wird eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich der Opferelektrode gewährleistet. Für diese mittleren

Temperaturen der Opferelektrode an der Eintrittsstelle kann insbesondere die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von Ts - 393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von Ts - 373 K bis Ts - 77 K, bevorzugter von Ts - 323 K bis Ts - 77 K und am bevorzugtesten von Ts - 293 K bis Ts - 77 K, liegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des

Entladungsbereichs der Opferelektrode so gewählt werden, dass sie die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet. Folglich wird ein Schmelzen des Entladungsbereichs der Opferelektrode und somit ein Abspratzen von Opferelektrodenmaterial besonders zuverlässig vermieden.

Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Begriff„längliche Form" eine Form, deren Abmessung in einer Dimension größer, insbesondere erheblich größer, ist als in den zwei weiteren Dimensionen. Insbesondere kann die Opferelektrode ein Draht, ein Stab oder ein Hohlprofii, z.B. ein längliches Hohlprofil, sein.

Der Entladungsbereich kann sich an einem Ende der länglichen Opferelektrode, insbesondere eines Drahts, befinden. Das Ende der länglichen Opferelektrode kann in Form einer Spitze, insbesondere einer Drahtspitze, vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die längliche Opferelektrode, insbesondere der Draht, der Stab oder das längliche Hohlprofil, einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt von 0,1 bis 10 mm, bevorzugter von 0,1 bis 5 mm und noch bevorzugter von 0,5 bis 1 ,5 mm, auf.

Die Opferelektrode kann in einer Richtung parallel zu einer Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse in die Plasmadüse eingeführt sein. Für den Fall einer länglichen Opferelektrode kann die Längsachse der Opferelektrode parallel zu der Strömungsrichtung des Prozessgases in der Plasmadüse oder senkrecht zu der Strömungsrichtung des

Prozessgases in der Plasmadüse liegen.

Eine Konzentration der Entladung auf einen begrenzten Bereich der Opferelektrode oder Opferelektroden kann durch die Gasströmung des Prozessgases begünstigt werden. Hier erweist sich beispielsweise eine gerichtete wirbeiförmige Strömung des Prozessgases, die durch eine Drallvorrichtung erzeugt werden kann, als vorteilhaft.

Als Materia! der Opferelektrode oder Opferelektroden kommen Metalle, wie Kupfer, Aluminium, Indium, Zink, Titan und Magnesium, insbesondere Edelmetalle, wie Gold, Silber, Platin und Palladium, aber auch Metalllegierungen, Metalloxide (z.B. BaO, Zinkoxid, Zinnoxid) und Kohlenstoff in Frage. Außerdem kann die Opferetektrode aus Aluminiumbronze bestehen.

Das Abtragen von Material von der Opferelektrode kann durch die Wahl des Elektrodenmaterials begünstigt werden. Silber ist beispielsweise ein Material, von dem sich besonders leicht Material abtragen lässt. Insbesondere lässt sich für Silberelektroden ein günstiger Materialabtrag auch für herkömmliche Elektrodengeometrien erzielen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, beispielsweise durch eine Erfassungsei nrichtung, insbesondere eine optische und/oder elektronische

Erfassungseinrichtung, erfasst werden, insbesondere optisch und/oder elektronisch erfasst werden. Beispielsweise kann die optische Erfassung der Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode durch ein Endoskop erfolgen.

Der Ausdruck„Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode" bezeichnet hierin die Position des

Entladungsbereichs der Opferelektrode relativ zu einem Gehäuse einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln, wie beispielsweise einer Plasmadüse, an der die Opferelektrode vorgesehen ist. Somit kann eine Änderung dieser Position oder eine Abweichung dieser Position von einer vorgegebenen Position zuverlässig und genau ermittelt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Opferelektrode so geführt oder bewegt, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, z.B. relativ zu dem Gehäuse, während des Verfahrens, also während der Durchführung des Verfahrens, im Wesentlichen gleich bzw. unverändert bleibt.

Auf diese Weise kann besonders zuverlässig gewährleistet werden, dass sowohl die Herstellrate der Partikel als auch die Größenverteilung der Partikel im Wesentlichen unverändert bleibt.

Überdies kann sichergestellt werden, dass weder zu viel noch zu wenig Opferelektrodenmaterial in dem Prozessgas, beispielsweise in dem Kanal des Gehäuses, vorliegt. Falls zu wenig Opferelektrodenmaterial in dem

Entladungskanal vorhanden ist, wird die Ausbildung einer ausreichenden Temperaturdifferenz zwischen dem Entladungsbereich und dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs erschwert, so dass die Effizienz der Kühlung beeinträchtigt werden kann. Andererseits kann auch das Vorhandensein von zu viel

Opfereiektrodenmaterial in dem Entlad ungskanal die Partikelerzeugungseffizienz negativ beeinflussen.

Beispielsweise kann die Opferelektrode eine nachführbare Opferelektrode, insbesondere eine nachführbare Drahtopferelektrode, sein. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet„nachführbar" im Zusammenhang mit einer Elektrode, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode durch Nachschieben oder

Zurückziehen der Opferelektrode gesteuert bzw. eingestellt werden kann.

Die Opferelektrode kann auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt oder bewegt werden, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, trotz des prozessbedingten Materialabtrages, während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bzw. unverändert bleibt.

Dieser Ansatz ermöglicht eine besonders genaue und zuverlässige Einstellung der Position des Entladungsbereichs. Insbesondere kann der Prozess der entsprechenden Führung oder Bewegung der Opferelektrode auf Grundlage der erfassten Position, beispielsweise mittels einer Rückkopplungsschleife oder eines Rückführkreises, automatisiert werden.

Die Entladung kann eine gepulste oder pulsierende Entladung sein. Die gepulste oder pulsierende Entladung kann insbesondere durch einen gepulsten oder pulsierenden Betrieb einer Spannungsquelle, wie z.B. eines Generators, erzeugt werden, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung (z.B. Gleichspannung), insbesondere eine Hochspannung, zwischen den Elektroden anzulegen, und mit der die Entladung, bei der es sich vorzugsweise um eine

Bogenentladung handelt, bewirkt wird. Auf diese Weise kann eine gepulste oder pulsierende Spannung erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine asymmetrische Wechselspannung erzeugt. Die Pulsfrequenz der Spannungsquelle, z.B. des Generators, ist nicht besonders beschränkt und kann 5 bis 70 kHz betragen, wobei der Bereich von 15 bis 40 kHz bevorzugt ist. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Pulsfrequenzen von 16 bis 25, insbesondere 17 bis 23 kHz, als besonders vorteilhaft erwiesen.

Verwendbare Prozessgase, die beispielsweise in Plasmadüsen verwendet werden können, sind dem Fachmann geläufig. Beispielsweise können Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Edelgase (insbesondere Argon), Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S) und Mischungen davon, insbesondere Druckluft, Stickstoff- Wasserstoff-Gemische und Edelgas-Wasserstoff-Gemische zum Einsatz kommen.

Die Durchflussmenge des Prozessgases durch das Atmosphärend ruckpiasma ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise im Bereich von 300 bis 10000 l/h liegen. Da sich gezeigt hat, dass geringere Durchflussmengen des Prozessgases tendenziell die Partikeiausbeute erhöhen, liegt die Durchflussmenge erfindungsgemäß vorzugsweise im Bereich von 500 bis 4000 l/h.

Die Partikel werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von dem Prozessgas transportiert, insbesondere von dem Entladungsbereich der Opfereiektrode weg transportiert.

Vorzugsweise sind die Partikel Mikro- und/oder Nanopartikel. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden unter Mikro- und Nanopartiketn Partikel verstanden, deren Durchmesser im Bereich von Mikro- bzw. Nanometern liegt. Die Partikel können eine Partikelgröße bzw. einen Partikeldurchmesser im Bereich von 2 nm bis 20 μιτι, bevorzugt von 5 nm bis 10 pm, bevorzugter von 10 nm bis 5 μιτι, noch bevorzugter von 10 nm bis 1 μηη und am bevorzugtesten von 10 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße bzw. der Partikeldurchmesser der Partikel kann auch in einem Bereich von 2 nm bis 10 μιτι, 2 nm bis 5 μη, 5 nm bis 5 μηι, 2 nm bis 1 μηι, 5 nm bis 1 μιη, 2 nm bis 200 nm, 5 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.

Solche Mikro- und/oder Nanopartikel können durch das erfindungsgemäße Verfahren mit hoher Herstellrate und kontrollierter Parti kelg rößenverteitu ng erzeugt werden, wie oben bereits ausführlich dargelegt wurde.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Partikeln um Nanopartikel, also um Partikel, deren Durchmesser im Nanometerbereich, insbesondere im Bereich von 2 bis 100 nm liegt.

Ferner liegt auch der mittlere (volumengemittelte) Partikeldurchmesser der Partikel vorzugsweise im Bereich von Nano- oder Mikrometern, bevorzugter im Bereich von 2 nm bis 20 μιη, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 100 nm. Die Bestimmung der Korngröße von sehr kleinen Partikeln, wie Nanopartikeln, ist beispielsweise mit

Laserstreuungsverfahren oder Transmissionselektronenmikroskopie (TE ) möglich. Für größere Partikel stehen auch die Siebanalyse und Zentrifugationsverfahren zur Verfügung.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich (i) bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder (ii) aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und die Opferelektrode so geführt oder bewegt wird, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens, also während der Durchführung des Verfahrens, im Wesentlichen gleich bleibt.

Die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode kann, insbesondere optisch und/oder elektronisch, beispielsweise durch ein Endoskop, erfasst werden.

Die Opferelektrode kann auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt oder bewegt werden, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, trotz des prozessbedingten Materialabtrages, während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem Kanal, mindestens zwei Elektroden, die zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind, und eine Spannungsquelle, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung (z.B. Gleichspannung), insbesondere eine Hochspannung, zwischen den mindestens zwei Elektroden anzulegen, wobei die mindestens zwei Elektroden dafür eingerichtet sind, das Plasma durch eine Entladung zwischen den Elektroden in einem Prozessgas in dem Kanal zu erzeugen, und mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, und es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen.

Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Kühleinrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen Abschnitt der Opferelektrode aktiv so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des

Entladungsbereichs der Opferelektrode. Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert die vorteilhaften Effekte, die oben bereits im Einzelnen für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung eine Herstellung von Partikeln mit hoher Herstellrate bei einer kontrollierten Größenverteilung der Partikel und kleinen Partikelgrößen.

Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode, in dem kein Material abgetragen oder abgelöst wird, niedriger ist als in einem Bereich der Opferelektrode, in dem Material abgetragen oder abgelöst wird.

Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich im Bereich der Entladung befindet, höher ist als die mittlere Temperatur eines Teils der Opferelektrode, der sich außerhalb der Entladung befindet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine PSasmadüse umfassen oder als Plasmadüse ausgebildet sein.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere, wenn diese als Plasmadüse ausgebildet ist, können die hergestellten Partikel gezielt, beispielsweise aus einem Auslass des Kanals oder des Gehäuses, ausgebracht werden. Folglich kann eine lokale Beschichtung mit den hergestellten Partikeln auf der Oberfläche eines Substrats durchgeführt werden.

Beispielsweise kann die Vorrichtung, insbesondere eine Plasmadüse, während des Ausbringens oder Abscheidens der Partikel, z.B. durch den Auslass des Kanals oder des Gehäuses, auf der Oberfläche des Substrats relativ zu dem Substrat bewegt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung relativ zu dem Substrat in einer Richtung oder mehreren Richtungen bewegt werden, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats liegt oder liegen. Auf diese Weise wird eine genau gesteuerte lokale Aufbringung der hergestellten Partikel auf die Oberfläche des Substrats ermöglicht.

Die Relativgeschwindigkeit zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der Plasmadüse, und dem zu beschichtenden Substrat kann im Bereich von mm/s bis m/s liegen und beispielsweise bis zu 200 m/min betragen. Durch die genannte Relativgeschwindigkeit kann die Partikelabscheidemenge pro Fläche eingestellt werden.

Außerdem lässt sich die Abscheidemenge pro Fläche über die Wiederholung des Abscheideprozesses, also die Zyklenzahl, einstellen. Die Erhöhung der Relativgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Zyklenzahl kann besonders vorteilhaft bei temperatursensitiven Materialien, wie Polymeren, sein. Der Abstand zwischen Vorrichtung, insbesondere Plasmadüse, und Substrat, der ebenso die Partikelabscheidemenge pro Fläche beeinflusst, kann 1 mm bis mehrere cm, beispielsweise maximal 10 cm, betragen.

Die Vorrichtung kann ferner eine Gaszuführeinrichtung umfassen, die dafür eingerichtet ist, ein Prozessgas in den Kanal des Gehäuses zuzuführen. Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode über Wärmeleitung zu kühlen.

Die Kühleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, den Abschnitt der Opferelektrode durch ein Kühlmedium oder Kühlmittel, beispielsweise ein festes, flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium oder Kühlmittel, zu kühlen.

Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass das Kühlmedium oder Kühlmittel nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt kommt.

Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass die Opferelektrode nicht in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium kommt, sondern über thermischen Kontakt über eine feste Wandung, bevorzugt durch Wärmeleitung, gekühlt wird.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittssteile an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt,, und ist die Kühleinrichtung so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von Ts - 393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von T _s - 373 K bis T _s - 77 K, bevorzugter von T _s - 323 K bis T _s - 77 K und am bevorzugtesten von T _s - 293 K bis Ts - 77 K, liegt, wobei T _s die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in Kelvin (K) ist.

Der Kühlungsbereich kann die Kühleinrichtung oder ein Teil der Kühleinrichtung sein. Die Opferelektrode kann in dem Kühiungsbereich mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium in Kontakt, insbesondere in direkten bzw. unmittelbaren oder thermischen bzw. mittelbaren Kontakt, kommen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich ein, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und ist die Kühleinrichtung so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet. Für diese mittleren Temperaturen der Opferelektrode in dem Eintrittsbereich kann insbesondere die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der

Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von T _s - 393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von T _s - 373 K bis T _s - 77 K, bevorzugter von T _s - 323 K bis T _s - 77 K und am bevorzugtesten von Ts - 293 K bis T _s - 77 K, liegen. Die Kühleinrichtung kann so eingerichtet sein, dass bei Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei stationärem Betrieb der Vorrichtung, die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der

Opferelektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.

Die Opferelektrode kann eine längliche Form aufweisen und insbesondere als Draht, Stab oder Hohlprofil ausgebildet sein.

Die Vorrichtung kann ferner eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine optische und/oder elektronische Erfassungseinrichtung, wie beispielsweise ein Endoskop, umfassen, die dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode, insbesondere optisch und/oder elektronisch, zu erfassen.

Die Vorrichtung kann femer eine Steuereinrichtung umfassen, die dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode, insbesondere auf Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Position des Enttadungsbereichs der Opferelektrode, so zu führen oder zu bewegen, dass die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode während des Betriebs der Vorrichtung, insbesondere während des stationären Betriebs der Vorrichtung, trotz des prozessbedingten Materialabtrag es im Wesentlichen gleich bleibt.

Die Spannungsquelle kann so eingerichtet sein, dass die Entladung eine gepulste Entladung ist. Die

Spannungsquelie kann eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein. Die Spannungsquelle kann eine Hochspannungsquelle sein,

Die Partikel können eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μιτι, bevorzugt von 5 nm bis 10 μπη, bevorzugter von 10 nm bis 5 μιη, noch bevorzugter von 10 nm bis 1 μιτι und am bevorzugtesten von 10 nm bis 200 nm, aufweisen. Die Partikelgröße der Partikel kann auch in einem Bereich von 2 nm bis 10 μηι, 2 nm bis 5 μιη, 5 nm bis 5 Mm, 2 nm bis 1 Mm, 5 nm bis 1 pm, 2 nm bis 200 nm, 5 nm bis 200 nm, 20 nm bis 200 nm oder 50 nm bis 200 nm liegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Daher können die übrigen Merkmale, die im Zusammenhang mit der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt wurden, auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung angewandt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei

Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; Figur 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Vorrichtung gemäß einem

zweiten Ausführungsbeispie! der vorliegenden Erfindung ist;

Figur 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Vorrichtung gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und

Figuren 4(a) und (b) rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Substratoberflächen sind, wobei Figur 4(a) eine ohne Kühlung der Opferelektrode mit Partikeln beschichtete Oberfläche zeigt und Figur 4(b) eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Partikeln beschichtete Oberfläche zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln in einem Atmosphärendruckplasma gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung umfasst eine Piasmadüse 10, eine Gaszuführeinrichtung 20, einen Generator 22 als Spannungsquelle, eine Kühleinrichtung 2, eine Erfassungseinrichtung 4 und eine Steuereinrichtung 6. Die Plasmadüse 10 weist ein elektrisch leitfähiges Gehäuse 5, das vorzugsweise länglich, insbesondere rohrförmig, ausgebildet ist, und einen elektrisch leitfähigen Düsenkopf 32 auf. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 bilden einen von einem Prozessgas 18 durchströmten Düsenkanal 7.

Eine Opferelektrode 16 ist so vorgesehen, dass sie teilweise in dem Düsenkanal 7 angeordnet ist, durch eine Wand des Düsenkanals 7, also des Gehäuses 5, hindurchtritt, durch die Kühleinrichtung 2 geführt wird und mit der Steuereinrichtung 6 verbunden ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Opferelektrode 16 als Drahtelektrode ausgebildet. In dem Düsenkanal 7 ist ein Rohr 14 eines Isolatormaterials, beispielsweise einer Keramik, eingesetzt.

Die Kühleinrichtung 2 kann auch an einer anderen Stelle an oder in der Plasmadüse 10 vorgesehen sein.

Insbesondere kann die Kühleinrichtung 2 näher zu dem Entladungsbereich 17, beispielsweise innerhalb des in Figur 1 schematisch gezeigten, einen oberen Teil der Opferelektrode 16 umgebenden konusförmigen Gehäuses, angeordnet sein.

Mittels des Generators 22, der als Pulsgenerator ausgebildet ist, wird eine Spannung zwischen der Opferelektrode 16 und dem Gehäuse 5/Düsenkopf 32 angelegt. Die Pulsfrequenzen des Generators 22 sind nicht besonders beschränkt und liegen vorzugsweise in den im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Bereichen. Zwischen den Generator 22 und die Opferelektrode 16 kann vorteilhaft ein Gleichrichter (nicht gezeigt) geschaltet werden. Das Gehäuse 5 und der Düsenkopf 32 sind in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispie! geerdet.

Das Prozessgas 18 wird durch die Gaszufiihreinrichtung 20 in den Düsenkana! 7 eingeleitet und zwar in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel so, dass es drallförmig durch den Düsenkanal 7 hindurch strömt. Die drailförmige bzw. wirbeiförmige Strömung des Prozessgases 18 ist in Figur 1 durch die spiralartige Linie 26 veranschaulicht. Eine solche Strömung des Prozessgases 18 kann durch eine Dralieinrichtung 12 erreicht werden. Dabei kann es sich um eine Platte mit Öffnungen oder L chern handeln.

Durch eine von dem Generator 22 zwischen der Opferelektrode 16 und dem Gehäuse 5/Düsenkopf 32 angelegte Hochspannung wird eine Entladung, insbesondere eine Bogenentladung, von der Opferelektrode 16 zu dem nicht mit dem isolierende Rohr 14 bedeckten Teil des Gehäuses, hier dem Düsenkopf 32, gezündet. Der Entladungsbereich 17 der Opferelektrode 16, also der Bereich der Opferelektrode 16, in dem die Entladung überwiegend erfolgt, ist deren Spitze, wie in Figur 1 schematisch veranschaulicht ist,

Durch die Entladung wird von der Spitze der Opferelektrode 16, also von dem Entladungsbereich 17, Material abgetragen. Aus dem abgetragenen Material entstehen Partikel 30, vorzugsweise Mikro- und Nanopartikel, die mit der wirbeiförmigen Gasströmung 28 weiter transportiert werden.

Die Erfassungseinrichtung 4 ist als optische Erfassungseinrichtung, beispielweise als endoskopische Kamera, ausgebildet und an einer inneren Seite des Rohrs 14 vorgesehen. Die Erfassungseinrichtung 4 ist dafür eingerichtet, die Position des Entladungsbereichs 17 der Opferelektrode 16 optisch zu erfassen.

Die Steuereinrichtung 6 umfasst beispielsweise einen Schrittmotor oder ein Piezoelement zum Führen oder Bewegen der Opferelektrode 16 sowie eine Steuerschaltung, z.B. einen Prozessor, und ist dafür eingerichtet, die Opferelektrode 16 entlang der Längsrichtung der Opferelektrode 16 vor oder zurück zu bewegen.

Die Steuereinrichtung 6 ist über einen Rückführkreis 8 mit der Erfassungseinrichtung 4 verbunden. Ein

Erfassungssignat, das die Position des Entladungsbereichs 17 der Opferelektrode 16 anzeigt, wird von der Erfassungseinrichtung 4 über den Rückführkreis 8 der Steuerschaltung der Steuereinrichtung 6 zugeführt. Auf Grundlage dieses Erfassungssignats steuert die Steuerschaltung den Schrittmotor oder das Piezoelement, um die Opferelektrode 16 so zu bewegen, dass die Position des Entladungsbereichs 17 relativ zu dem Gehäuse 5 während des Betriebs der Vorrichtung, insbesondere während des stationären Betriebs der Vorrichtung, im Wesentlichen gleich bleibt, also nicht von einer vorgegebenen Position abweicht.

Ein Abschnitt der Opferelektrode 16, der außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet ist, wird in der Kühleinrichtung 2 in unmittelbaren Kontakt mit einem Kühlmedium 11 , wie beispielsweise Wasser oder flüssigem Stickstoff, gebracht und somit gekühlt. Das Kühlmedium 11 wird durch Leitungen 13 der Kühleinrichtung 2 zugeführt und von dieser abgeführt. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung 2 über die Leitungen 13 an einen Kühlwasserkreislauf (nicht gezeigt) angeschlossen werden.

Verschiedene mögtiche Arten der Kühlung der Opferelektrode mittels einer Kühleinrichtung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 noch ausführlich erläutert.

Durch die aktive Kühlung des außerhalb des Gehäuses 5 angeordneten Abschnitts der Opferelektrode 16 in der Kühleinrichtung 2 entsteht eine hohe Temperaturdifferenz zwischen diesem Abschnitt und dem Entladungsbereich 17, so dass eine effiziente und schnelle Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 17 erfolgt.

Insbesondere ist die Kühleinrichtung 2 so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opfereiektrode 16 innerhalb des Entiadungsbereichs 17 der Opferelektrode 16 und der mittleren Temperatur der Opferelektrode 16 an einer Eintrittsstelle 21 , an der die Opferelektrode 16 in einen Kühlungsbereich, nämlich die Kühleinrichtung 2, eintritt, in dem Bereich von Ts - 373 K bis Ts - 77 K liegt, wobei Ts die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode 16 in K ist. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle und effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 17 erzielt werden.

Folglich kann die Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit hohen Leistungseinträgen auf die Opferelektrode 16 und somit einer hohen Herstellrate der Partikel 30 betrieben werden, wobei die Partikel 30 eine geringe Partikelgröfie und eine kontrollierte und definierte Partikelgrößenverteilung aufweisen.

Wie aus den obigen Ausführungen folgt, wird bei Betrieb der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ein Plasma in dem Prozessgas 18 durch eine Entladung zwischen der Opferelektrode 16 und dem Gehäuse 5/Düsenkopf 32 erzeugt. Durch diese Entladung wird von der Opferelektrode 16 Material abgetragen, aus dem vor dem Abscheiden auf der Substratoberfläche Partikel 30 entstehen.

Ein Abschnitt der Opferelektrode 16 wird durch die Kühleinrichtung 2 aktiv so gekühlt, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode 16 in einem Bereich der Opferelektrode 16 außerhalb des Entladungsbereichs 17 der

Opfereiektrode 16 niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs 17 der Opferelektrode 16. Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in besonders effizienter und einfacher Weise durchgeführt werden.

Die Partikel 30 werden von der wirbeiförmigen Gasströmung 28 weitertransportiert und treten durch einen Auslass 36 des Düsenkopfes 32 aus der Plasmadüse 10 heraus. Somit können die hergesteilten Partikel 30 über den Auslass 36 gezielt auf die Oberfläche eines Substrats 50 aufgebracht werden, wie in Figur 1 schematisch gezeigt ist. Wie durch den Pfeil 52 in Figur 1 angedeutet ist, kann hierbei das Substrat 50 relativ zu der Plasmadüse 10 bewegt werden, wodurch eine kontrollierte lokale Aufbringung der Partikel 30 auf der Oberfläche des Substrats 50 ermöglicht wird,

Das Substrat 50 kann beispielsweise aus Kunststoff, wie z.B. einem Polymer, oder auch aus Holz, Glas oder Keramik bestehen.

Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln in einem Atmosphärendruckplasma gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Aufbau der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Opferelektrode 16' durch eine seitliche Wand 9 eines Gehäuses einer Plasmadüse in einen in dem Gehäuse ausgebildeten Düsenkanal T eingeführt ist.

Durch eine Entladung 15 zwischen der Opferelektrode 16' und einer Gegenelektrode (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem leitfähigen Teil eines Gehäuses der Vorrichtung, z. B. einem leitfähigen Düsenkopf (z. B. wie dem Düsenkopf 32 in Figur 1), in einem Prozessgas in dem Düsenkanal 7' wird Material (nicht gezeigt) von dem Entladungsbereich 17', also der Spitze der als Drahtelektrode ausgebildeten Opferelektrode 16', abgetragen und durch das Prozessgas entlang des Düsenkanals 7' weitertransportiert. Das Material kann in partikulärer Form vorliegen oder es entstehen während des Transports, also vor dem Abscheiden auf der Substratoberfläche, Partikel 30 daraus.

Wie durch den Pfeil A in Figur 2 angedeutet ist, kann die Opferelektrode 16' durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Steuereinrichtung 6 der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in der Richtung senkrecht zu der Wand 9 des Düsenkanals 7 ¹ vor und zurück bewegt werden. Folglich kann die Opferelektrode 16' so geführt werden, dass die Position des Entladungsbereichs 17' während des Betriebs der Vorrichtung, trotz des prozessbedingten Materialabtrages, im Wesentlichen gleich bleibt.

Die Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühleinrichtung 2'. Die Kühleinrichtung 2' ist so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode 16' innerhalb des Entladungsbereichs 17' der Opferelektrode 16' und der mittleren Temperatur der Opferelektrode 16' an einer Eintrittsstelle 21', an der die Opferelektrode 16' in die 'Kühleinrichtung 2' eintritt, in dem Bereich von T _s - 373K bis Ts - 77 K liegt, wobei T _s die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode 16' in K ist. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle und effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 17' erzielt werden. Die Kühleinrichtung 2 umfasst ein Gehäuse 23, in dessen Inneren eine Kammer 24 ausgebildet ist, und zwei Leitungen 13', die mit der Kammer 24 in Fluid Verbindung stehen. Die Opferelektrode 16' ist über zwei Dichtungen 19 durch die Kammer 24 geführt und wird von den Dichtungen 19 so beweglich gehalten, dass sie in der Richtung senkrecht zu der Wand 9 des Kanals 7' bewegt werden kann.

Über die Leitungen 13' wird ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium 1V, wie z.B. Wasser oder flüssiger Stickstoff, der Kammer 24 zugeführt und aus der Kammer 24 abgeführt. Beispielsweise können die Leitungen 13' an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen werden.

In der Kammer 24 kommt das Kühlmedium 11' mit einem Abschnitt der Opferelektrode 16', der außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist, in unmittelbaren Kontakt und kühlt dadurch die Opferelektrode 16'. Die dadurch entstehende hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Abschnitt der Opferelektrode 16' außerhalb des Gehäuses und dem Entladungsbereich 17' gewährleistet eine schnelle und effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 17'.

Der Abschnitt der Opferelektrode 16' kann innerhalb der Kühleinrichtung 2' auch in einer Röhre oder dergleichen aus einem wärmeleitfähigen Material aufgenommen sein. In diesem Fall erfolgt die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode 16' über einen thermischen Kontakt des Abschnitts mit dem Kühlmedium 11' über die Röhre.

Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer Vorrichtung zur Herstellung von Partikeln in einem Atmosphärendruckplasma gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Aufbau der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch den Aufbau der verwendeten Kühleinrichtung, wie nachfolgend ausführlich erläutert wird.

Die Opferelektrode 16" ist durch eine seitliche Wand 9' eines Gehäuses einer Plasmadüse in einen in dem Gehäuse ausgebildeten Düsenkanal 7" eingeführt. Durch eine Entladung 15' zwischen der Opferelektrode 16" und dem Gehäuse in einem Prozessgas in dem Düsenkanal 7" wird Material (nicht gezeigt) von dem Entladungsbereich 17", also der Spitze der als Drahtelektrode ausgebildeten Opferelektrode 16", abgetragen und durch das Prozessgas entlang des Düsenkanals 7" weitertransportiert. Das Material kann in partikulärer Form vorliegen öderes entstehen während des Transports, also vor dem Abscheiden auf der Substratoberfläche, Partikel 30 daraus.

Wie durch den Pfeil A' in Figur 3 angedeutet ist, kann die Opferelektrode 16" durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Steuereinrichtung 6 der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, in der Richtung senkrecht zu der Wand 9' des Kanals 7" vor und zurück bewegt werden. Folglich kann die Opferelektrode 16" so geführt werden, dass die Position des Entladungsbereichs 17" während des Betriebs der Vorrichtung, trotz des prozessdingten Materiaiabtrages, im Wesentlichen gleich bleibt.

Die Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühieinrichtung 2". Die Kühieinrichtung 2" ist so eingerichtet, dass bei Betrieb der Vorrichtung die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode 16" innerhalb des Entladungsbereichs 17" der Opferelektrode 16" und der mittleren Temperatur der Opferelektrode 16" an einer Eintrittsstelle 21 ", an der die Opferelektrode 16" in die Kühieinrichtung 2" eintritt, in dem Bereich von Ts - 373K bis Ts - 77 K liegt, wobei Ts die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode 16" in K ist. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle und effiziente Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 1 " erzielt werden.

Wie in Figur 3 schematisch gezeigt ist, weist die Wand 9' des Gehäuses der Vorrichtung, das beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen kann, einen Hohlraum oder eine Kammer 25 auf, die entlang eines Bereichs des Umfangs des Gehäuses oder entlang des gesamten Umfangs des Gehäuses verlaufen kann. Die Kühieinrichtung 2" umfasst zwei Leitungen 13", über die ein gasförmiges oder flüssiges Kühimedium 11", wie z.B. Wasser oder flüssiger Stickstoff, der Kammer 25 zugeführt und aus der Kammer 25 abgeführt werden kann. Beispielsweise können die Leitungen 13" an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen werden.

Die Opferelektrode 16" ist über zwei Dichtungen 19' durch die Kammer 25 geführt und wird durch die Dichtungen 19' so beweglich gehalten, dass sie entlang der Richtung senkrecht zu der Wand 9' des Gehäuses bewegbar ist. In der Kammer 25 kommt der Abschnitt der Opferelektrode 16", der außerhalb des Kanals 7" angeordnet ist, mit dem Kühimedium 11" in unmittelbaren Kontakt und wird dadurch gekühlt. Durch die so entstehende hohe

Temperaturdifferenz zwischen dem Abschnitt der Opferelektrode 16" außerhalb des Kanals 7" und dem

Entladungsbereich 17" wird eine effiziente und schnelle Wärmeabfuhr aus dem Entladungsbereich 17"

gewährleistet.

Der Abschnitt der Opferelektrode 16" kann innerhalb der Kühieinrichtung 2" auch in einer Röhre oder dergleichen aus einem wärmeleitfähigen Materia! aufgenommen sein. In diesem Fal! erfolgt die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode 16" über einen thermischen Kontakt des Abschnitts mit dem Kühlmedium 11" über die Röhre.

Figur 4 zeigt rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Glasobjektträgern als Substratoberflächen, auf die Silberpartikel abgeschieden wurden. Die Abscheidung der Partikel erfolgte mittels einer wie in Figur 2 gezeigten Vorrichtung mit einer Opferelektrode 16' aus Silber, wobei die in Figur 4(a) gezeigten Silberpartikel ohne Kühlung der Opferelektrode 16 und die in Figur 4{b) gezeigten Silberpartikel mit aktiver Kühlung der Opferelektrode 16' durch die Kühieinrichtung 2' abgeschieden wurden. Die in Figur 4 gezeigten rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden jeweils bei einer

Elektronenhochspannung (EHT;„Electron High Tension") von 5,00 kV aufgenommen. Der Abstand zwischen Substrat und Rasterelektronenmikroskop betrug bei der in Figur 4(a) gezeigten Messung 2,6 mm und bei der in Figur 4(b) gezeigten Messung 4,0 mm.

Wie der Figur 4 zu entnehmen ist, ermöglicht die aktive Kühlung der Opferelektrode 16' die Herstellung erheblich kleinerer bzw. feinerer Partikel. Überdies konnte die Abscheidegeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der eine vorgegebene Menge an Material auf einer Einheitsfläche abgeschieden wird, bei dem in Figur 4(b) gezeigten Substrat verglichen mit dem in Figur 4(a) gezeigten Substrat um einen Faktor von annähernd 12 erhöht werden. Diese erhebliche Erhöhung der Abscheidegeschwindigkeit wird durch die mittels Kühlung der Opferelektrode 16' erzielte Steigerung der Herstellrate der Partikel ermöglicht.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielbaren hohen

Partikelherstellraten, kleinen Partikelgrößen und homogenen Partikelgrößenverteilungen ermöglichen den Einsatz der hergestellten Partikel in vielfältigen Anwendungsgebieten, wie z.B. im Medizinsektor, für Haushaltsgeräte, für Hygieneartikel und für elektronische Elemente, z.B. in der Batterietechnik.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können zum Abscheiden von Schichten, insbesondere dichten nanopartikulären Schichten, auf Substratoberflächen verwendet werden. Überdies können Partikel in Schichten, wie beispielsweise plasmapolymeren Schichten, eingebaut werden. Als weitere Möglichkeit können die hergestellten Partikel auch aufgefangen werden, beispielsweise durch einen Pulverabscheider, und anschließend weiteren Verwendungen zugeführt werden,

Zum Beispiel können mittels der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung Silbernanopartikel in plasmapolymere Schichten zur Erzeugung einer nicht cytotoxischen und antimikrobiell wirksamen Beschichtung eingebaut werden. In ähnlicher Weise können Zinkpartikel in plasmapolymere Schichten eingebaut werden, um einen aktiven Korrosionsschutz für Metalle zu bilden, die oberhalb der Spannungsreihe stehen, also edler als Zink sind. Eine ähnliche Verwendung ist auch mit Magnesiumpartikeln möglich.

UV-absorbierende Partikel, wie z.B. ZnO- Partikel, können in plasmapolymere Schichten als UV-absorbierender Kratzschutz eingebaut werden.

Im Folgenden werden die wesentlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung nochmals zusammengefasst:

(1 ) Verfahren zur Herstellung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, bei dem das Plasma durch eine Entladung zwischen Elektroden in einem Prozessgas erzeugt wird, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und ein Abschnitt der Opferelektrode aktiv so gekühlt wird, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode.

(2) Verfahren nach Punkt (1 ), bei dem die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode über Wärmeleitung erfolgt.

(3) Verfahren nach Punkt (1) oder (2), bei dem die Kühlung des Abschnitts der Opferelektrode durch ein Kühlmedium erfolgt.

(4) Verfahren nach Punkt (3), bei dem das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt kommt.

(5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von Ts -393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von Ts - 373 K bis Ts - 77 K, bevorzugter von Ts - 323 K bis Ts - 77 K und am bevorzugtesten von Ts - 293 K bis Ts - 77 K, liegt, wobei Ts die Schmelztemperatur des Materials der

Opferelektrodein K ist.

(6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opfereiektrode an einer Eintrittssteile der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entladungsbereäch der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittssteile 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet.

(7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entiadungsbereichs der Opfereiektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.

(8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opfereiektrode eine längliche Form aufweist.

(9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Position des Entlad ungsbereichs der Opferelektrode erfasst wird.

(10) Verfahren nach Punkt (9), bei dem die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode optisch und/oder elektronisch erfasst wird.

(11 ) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Opfereiektrode so geführt wird, dass die Position des Entiadungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.

(12) Verfahren nach Punkt (11) wie abhängig von Punkt (9) oder (10), bei dem die Opferelektrode auf Grundlage der erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so geführt wird, dass die Position des

Entiadungsbereichs der Opferelektrode während des Verfahrens im Wesentlichen gleich bleibt.

(13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Entladung eine gepulste Entladung ist.

(14) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μΐη aufweisen.

( 5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, bei dem das Erzeugen des Atmosphärendruckplasmas, das Abtragen des Materials und das Entstehen der Partikel unter Verwendung einer Plasmadüse erfolgen.

(16) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, insbesondere nach Punkt (15), bei dem Partikel in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas aus dem abgetragenen Material entstehen. (17) Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, insbesondere nach Punkt (15) oder (16), bei dem die Verweildauer des Materials in einem relaxierenden Bereich des Atmosphärendruckplasmas kontrolliert wird.

(18) Vorrichtung zur Hersteilung von Partikeln unter Verwendung eines Atmosphärendruckplasmas, insbesondere in einem Atmosphärendruckplasma, die umfasst: ein Gehäuse mit einem Kanal, mindestens zwei Elektroden, die zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sind, eine Spannungsquelle, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden anzulegen, wobei die mindestens zwei Elektroden dafür eingerichtet sind, das Plasma durch eine Entladung zwischen den Elektroden in einem Prozessgas in dem Kanal zu erzeugen, mindestens eine der Elektroden eine Opferelektrode ist, von der durch die Entladung Material abgetragen wird, und es sich bei dem abgetragenen Material um Partikel handelt und/oder aus dem abgetragenen Material Partikel entstehen, und eine Kühleinrichtung, die dafür eingerichtet ist, einen Abschnitt der Opfereiektrode aktiv so zu kühlen, dass die mittlere Temperatur der Opferelektrode in einem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode niedriger ist als innerhalb des Entladungsbereichs der Opfereiektrode.

(19) Vorrichtung nach Punkt (18), bei der die Kühleinrichtung dafür eingerichtet ist, den Abschnitt der Opferelektrode über Wärmeleitung zu kühlen.

(20) Vorrichtung nach Punkt (18) oder (19), bei der die Kühleinrichtung dafür eingerichtet ist, den Abschnitt der Opferelektrode durch ein Kühlmedium zu kühlen.

(21 ) Vorrichtung nach Punkt (20), bei der die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass das Kühlmedium nur mit dem Bereich der Opferelektrode außerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode in Kontakt, insbesondere direkt oder über eine Wandung thermisch in Kontakt, kommt. (22) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (21), bei der die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opfereiektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entiadungsbereich der Opferelektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Opfereiektrode innerhalb des Entladungsbereichs der Opferelektrode und der mittleren Temperatur der Opfereiektrode an der Eintrittsstelle in dem Bereich von Ts - 393 K bis Ts - 77 K, bevorzugt von Ts - 373 K bis Ts - 77 K, bevorzugter von Ts - 323 K bis Ts - 77 K und am bevorzugtesten von Ts - 293 K bis Ts - 77 K, liegt, wobei Ts die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode in K ist.

(23) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (22), bei der die Opferelektrode an einer Eintrittsstelle der Opferelektrode in einen Kühlungsbereich eintritt, in dem der Abschnitt der Opferelektrode aktiv gekühlt wird, wobei die Eintrittsstelle an einer dem Entiadungsbereich der Opfereiektrode gegenüberliegenden Seite des Kühlungsbereichs liegt, und die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die mittlere Temperatur der Opferelektrode an der Eintrittsstelle 393 K, bevorzugt 373 K, bevorzugter 323 K und am bevorzugtesten 293 K, nicht überschreitet.

(24) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (23), bei der die Kühleinrichtung so eingerichtet ist, dass bei Betrieb der Vorrichtung die mittlere Temperatur der Opferelektrode innerhalb des Entladungsbereichs der

Opferelektrode die Schmelztemperatur des Materials der Opferelektrode nicht überschreitet.

(25) Vorrichtung nach einem der Punkte ( 8) bis (24), bei der die Opferelektrode eine längliche Form aufweist.

(26) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (25), die ferner eine Erfassungseinrichtung umfasst, die dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der O ferelektrode zu erfassen.

(27) Vorrichtung nach Punkt (26), bei der die Erfassungseinrichtung dafür eingerichtet ist, die Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode optisch und/oder elektronisch zu erfassen.

(28) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (27), die ferner eine Steuereinrichtung umfasst, die dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode so zu führen, dass die Position des Entlad ungsbereichs der Opferelektrode während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen gleich bleibt. (29) Vorrichtung nach Punkt (28) wie abhängig von Punkt (26) oder (27), bei der die Steuereinrichtung dafür eingerichtet ist, die Opferelektrode auf Grundlage der durch die Erfassungseinrichtung erfassten Position des Entladungsbereichs der Opferelektrode so zu führen, dass die Position des Entladungsbereichs der Opfereiektrode während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen gleich bleibt.

(30) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (29), bei der die Spannungsqueile so eingerichtet ist, dass die Entladung eine gepulste Entladung ist.

(31) Vorrichtung nach einem der Punkte (18) bis (30), bei der die Partikel eine Partikelgröße im Bereich von 2 nm bis 20 μηι aufweisen.