具体实施方式

图1示出了根据本发明的示例性实施例的沉积装置1的示意图，具体地，结构化材料印刷机，更具体地，气溶胶喷射印刷机。沉积装置1包括流体源，特别是气体源2。一方面，气体源2经由气体管线7耦接至气溶胶源3。另一方面，气体源2耦接至气体阀门6，并且经由气体阀门6和气体管线7耦接至沉积单元5。

在气溶胶源3中，来自气体源2的流体被用作携带气体以产生气溶胶流。气溶胶流离开该气溶胶源3并且被引导至改性剂4以用于改性气溶胶流(如果需要的话)。气溶胶流从改性剂4被引导至沉积单元5。气溶胶管线8分别将气溶胶源3连接至改性剂4、将改性剂4连接至沉积单元5。

排气管线9经由过滤装置10将沉积单元5连接至外界。

在该示例中，沉积单元5被定位在真空室13内，该真空室13连接至真空泵16以用于降低真空室内的压力。

以上提到的气体源2优选提供惰性气体，更优选氮气或氩气。气溶胶源3优选地是纳米气溶胶源，更优选地是火花烧蚀发生器。优选地，气溶胶源3被配置成生产或提供气溶胶，该气溶胶具有小于100nm、并且更优选地小于10nm的尺寸的气溶胶颗粒。

控制单元11通过控制管线12连接至气溶胶源3、改性剂4、沉积单元5和气体阀门6。控制单元11被布置成用于通过监测和控制沉积装置1的参数来控制沉积过程。优选地，控制单元11被布置成用于对沉积装置1的参数进行原位测量并且用于实时控制沉积过程。

当使用沉积装置1时，气体源2经由气体管线7将气体供应至气溶胶源3。气体流经活性气溶胶源3并且拾取由该气溶胶源产生的颗粒，从而产生包括气体和颗粒的气溶胶流。随后，气溶胶流经由气溶胶管线8通过改性剂4。改性剂4被布置成用于改性气溶胶流(如果必要的话)，以获得其所期望的特性。可改性的气溶胶流的性质，尤其是气溶胶颗粒或其附聚物的颗粒尺寸、气溶胶颗粒的形状和颗粒数浓度。随后，改性的气溶胶流经由气溶胶管线8流至真空室13内的沉积单元5。真空泵16提供真空室13内的真空。真空可以辅助气溶胶流流入真空室13中，如以下将进一步解释的。

此外，气体源2经由气体管线7并经由气体阀门6将气体供应至沉积单元5。在该示例中，气体阀门6被布置成开启和关闭流至沉积单元5的气体的阀门。应理解，可以使用多个气体源2以向沉积装置1供应气体。供应至气溶胶源3的气体可以不同于供应至气体阀门6的气体。

图2和图3示出了沉积单元5的示意图，该沉积单元5包括根据本发明的示例性实施例的转换装置20以及沉积头或喷嘴15。在该示例中，沉积单元5和喷嘴15被布置在真空室13内部。基板或靶材14在真空室13内被放置在喷嘴15下方。喷嘴15和靶材14能够关于彼此移动。在该示例中，将靶材14放置在未示出的平台上。平台能够关于喷嘴15在三维中移动，以调整喷嘴15在靶材14上方的高度和位置。

转换装置20包括流体导管26，该流体导管26具有用于流体(即气溶胶流40)的第一入口21，以及与喷嘴15流体连接的第一出口22。转换装置20进一步包括转换流体导管31和排气导管25，该转换流体导管31具有用于气体的第二入口23，该排气导管25具有第二出口24。转换流体导管31在第一位置33处与流体导管26流体连接。排气导管25在第一入口21与第一位置33之间的第二位置34处与流体导管26流体连接。第一出口22和第一位置33沿着流体导管26间隔开第一距离A，并且第一出口22和第二位置34沿着流体导管26间隔开第二距离B。第一入口21、第二入口23、第一出口22以及第二出口24分别与气溶胶管线8、气体管线7、喷嘴15以及排气管线9流体连接。

转换装置20另外包括控制转换流体导管31中的气体流动的第一阀门27，以及控制排气导管25中的气体流动的第二阀门28。优选地，第一阀门和第二阀门连接至控制单元11。

图2示意性地示出了处于第一状态的转换装置20，其中，阀门27、阀门28两者均关闭。在该状态下，气溶胶流40仅能够从气溶胶管线8经由流体导管26流动至第一出口22和喷嘴15。在喷嘴15处，气溶胶流被转换成气溶胶射流，该气溶胶射流被引导至靶材14上，以用于在靶材14的表面上提供来自气溶胶40的气溶胶颗粒的期望沉积。

图3示意性示出了处于第二状态中的转换装置20，其中，阀门27、阀门28两者均是打开的。在该状态下，转换流体41经过转换流体导管31流入流体导管26。一方面，转换流体41阻断了气溶胶流40的通路，该气溶胶流40被重定向至排气导管25。因为阀门28是打开的，气溶胶流40能够经由第二出口24离开转换装置20进入排气管线9中。另一方面，转换流体41至少部分地被引导至第一出口22和喷嘴15。在喷嘴15处，转换流体41被转换成射流，该射流被引导至靶材14上。

因此，在第二状态下，防止气溶胶流40到达喷嘴15，并防止来自气溶胶40的气溶胶颗粒沉积在靶材14的表面上。然而，气溶胶流40没有停止。气溶胶流40能够继续流动，但是被转换流体41重新引导至第二出口24。因此，在气溶胶流40在第一出口22与第二出口24之间(并且反之亦然)转换的过程中，气溶胶源3和/或改性剂4不需要改变其工作状态并且仍然能够提供连续且稳定的气溶胶流动。

图4和图5示出了沉积单元105的示意图，该沉积单元105包括根据本发明的第二示例性实施例的转换装置120以及沉积头或喷嘴115。在该示例中，沉积单元105和喷嘴115被布置在真空室113内。基板或靶材114在真空腔室113内被放置在喷嘴115下方。喷嘴115和靶材114能够关于彼此移动。在该示例中，将靶材114放置在未示出的平台上。平台能够关于喷嘴115在三维中移动，以调整喷嘴115在靶材114上方的高度和位置。

转换装置120包括流体导管126，该流体导管126具有用于流体(即气溶胶流140)的第一入口121，以及与喷嘴115流体连接的第一出口122。转换装置120进一步包括第一转换流体导管131，该第一转换流体导管131具有用于气体的第二入口123；以及排气导管125，该排气导管具有第二出口124。第一转换流体导管131在第一位置133处与流体导管126流体连接。排气导管125在第一入口121与第一位置133之间的第二位置134处与流体导管126流体连接。第一出口122和第一位置133沿着流体导管126间隔开第一距离A，并且第一出口122和第二位置134沿着流体导管126间隔开第二距离B。根据该示例的转换装置120还包括第二转换导管132，第二转换导管132在第一转换导管131和排气导管125之间提供流体连接。第一入口121、第二入口123、第一出口122和第二出口124分别与气溶胶管线8、气体管线7、喷嘴115和排气管线9流体连接。

转换装置120还包括控制装置127，在该示例中，控制装置127包括阀门128，更优选地是三通阀，该阀门128被布置在第一转换导管131和第二转换导管132之间的分支点处。控制装置127可在第一状态与第二状态之间转换阀门128。

在第一状态下，如图4中示意性地示出的，经由第二转换导管132在气体管线7与排气导管125之间建立流体连接。在使用中，转换流体141被引导到排气导管125中。转换流体141阻断气溶胶流140进入排气导管125中的通路，并且气溶胶流140被引导以沿流体导管126朝向第一出口122和喷嘴115前进。在喷嘴115处，气溶胶流被转换成气溶胶射流，该气溶胶射流被引导至靶材114上，以用于在靶材114的表面上提供来自气溶胶140的颗粒的期望沉积。优选地，转换流体141的压力被配置成用于将基本上整个气溶胶流140朝向喷嘴引导。然而，在使用中，气溶胶流140可能没有被转换流体141完全阻断，并且气溶胶流140的部分仍可能在第一状态下流经排气导管125到达第二出口124。

在第二状态下，如图5中示意性地示出的，在气体管线107与流体导管126之间建立流体连接。在该状态下，转换流体141经过转换流体导管131流入流体导管126内。一方面，转换流体141阻断气溶胶流140的通路，该气溶胶流140被重定向至排气导管125。气溶胶流140能够经由第二出口124离开转换装置120进入排气管线9中。另一方面，转换流体141至少部分地被引导至第一出口122和喷嘴115。在喷嘴115处，转换流体141被转换成射流，该射流被引导至靶材114上。

因此，在第二状态下，防止气溶胶流140到达喷嘴115，并防止来自气溶胶140的气溶胶颗粒沉积在靶材114的表面上。然而，气溶胶流140没有停止。气溶胶流140能够继续流动，但是被转换流体141重新引导至第二出口124。因此，在气溶胶流在第一出口122与第二出口124之间(并且反之亦然)转换的过程中，气溶胶源3和/或改性剂4不需要改变其工作状态并且仍能够提供连续且稳定的气溶胶流动。优选地，转换流体141的压力被配置成至少在第二状态下有效地阻断气溶胶流140。更优选地，转换流体141的压力被配置成使得转换流体141的部分可以与气溶胶流140一起流动穿过排气导管125到达第二出口124。

至少在上述示例中，气溶胶流的流速优选为1-10升/分钟。在第一状态下，气溶胶流40、140从第一入口21、121经由流体导管26、126，经由第一出口22、122流经喷嘴15、115，该喷嘴15、115将气溶胶流40、140引导至靶材14、114上以将气溶胶颗粒沉积在靶材14、114上。通过关于喷嘴15、115来移动平台并随之移动靶材14、114，在靶材14、114上形成气溶胶颗粒的材料层，尤其是气溶胶颗粒的结构化层，这允许通过沉积的气溶胶颗粒在靶材14、114上提供线和/或图案。印刷的结构化线和图案的特征尺寸优选地小于1mm，并且更优选地小于100μm。

图6示出了转换设备220的简化示例。如所示的，转换装置220还可实施为不具有第二阀门28或第二气体导管132。这个实施例特别适合于在真空室中使用。

优选地，从气溶胶流240的颗粒的沉积在清洁环境中进行，以防止沉积的材料被来自外界的颗粒污染。提供清洁环境的一种途径是在真空室中进行沉积，在真空室中外界空气和任何污染物在很大程度上被去除。当在真空室中使用沉积单元时，真空室内部的真空能够辅助气溶胶流240流至喷嘴215并穿过喷嘴215，因为转换装置220内部的压力高于喷嘴215外部的压力。由于真空室内的压力也低于排气导管内的压力，气溶胶流240将主要地穿过流体导管226流向喷嘴215。真空室内的压力优选地等于或低于10mbar、优选地等于或低于1mbar。应当理解，压力差可以以其他方式获得。

控制装置227包括阀门229。控制装置227可以在第一状态和第二状态之间转换阀门229，在第一状态中，阀门229关闭并且阻塞转换流体导管231，在第二状态中，阀门229打开并且允许转换流体241经由转换流体导管231进入流体导管226。

当转换装置220处于第一状态时，转换流体导管231被阀门229阻断。因此，转换流体241的流动被阻断。气溶胶流240经由第一入口221被引入转换装置220中，流经流体导管226。气溶胶流240的至少第一部分流动至第一出口222并且穿过喷嘴214，以将气溶胶流240的第一部分的气溶胶颗粒沉积在靶材(未示出)上。气溶胶流240的第二部分可流经排气导管225。优选地，沉积装置被配置成使气溶胶流240的该第二部分最小化。

当转换装置220处于第二状态时，转换流体241可以进入流体导管226。一方面，转换流体241被配置成阻断气溶胶流240的通路，气溶胶流240被重新引导至排气导管225。另一方面，转换流体241至少部分地被引导至第一出口222和喷嘴214。

因此，在第二状态下，防止气溶胶流240到达喷嘴214，并防止来自气溶胶240的气溶胶颗粒沉积在靶材的表面上。然而，气溶胶流240没有停止。气溶胶流240可以继续流动，但是被转换流体241重新引导至第二出口224。因此，在气溶胶流240在第一出口222与第二出口224之间转换(并且反之亦然)的过程中，气溶胶源3和/或改性剂4不需要改变其工作状态并且仍能够提供连续且稳定的气溶胶流动。

此外，如果转换流体241和/或气溶胶流240的压力被恰当地设定，则来自喷嘴214的射流的流动轮廓基本上不被干扰。为了最小化来自喷嘴214的喷射的干扰，将相同的流体、特别是相同的气体用于气溶胶的转换流体和载体流体。

当将气溶胶流240的流动从第一出口222转换至第二出口224时，即转换流体流240以停止流经喷嘴214，转换气体流241迫使气溶胶流240从第一出口222朝向排气导管225。在转换气溶胶流240之后，已经经过转换流体导管232入口的气溶胶流240的部分在小的延迟周期内继续流动至喷嘴214并穿过喷嘴214。该延迟周期至少部分地与沿着流体导管226的第一距离A相关。为了最小化延迟周期，距离A应尽可能小，优选地小于10cm，优选地在0.2cm和10cm之间，更优选地在0.5cm和2cm之间。

此外，阀门229和流体导管226之间的距离也优选地尽可能小，以在借助于转换流体241转换气溶胶流240之后，最小化延迟周期。

当转换装置220将流体流240的流动从第二出口224转换至第一出口222时，即将流体流240转换成流经喷嘴214，转换气体流241停止并且允许气溶胶流240从排气导管225的入口朝向第一出口222流动。在转换气溶胶流240之后，气溶胶流240在小的延迟周期内从排气导管225的入口流至第一出口222。该延迟周期至少部分地与沿着流体导管226的第二距离B相关。为了最小化延迟周期，距离B应尽可能小，优选地小于20cm，更优选地在1cm和20cm之间。

应理解的是，沉积单元5可以包括多个喷嘴，该多个喷嘴被布置成流体连接至转换装置的第一出口以将结构化材料沉积到靶材上或同时沉积到多个靶材上。可替代地，多个喷嘴中的每一个喷嘴可布置成流体连接至相应的转换装置的第一出口，以将结构化材料沉积到靶材上或彼此独立地沉积到多个靶材上。

图7示出了用于多个喷嘴314的转换装置320的示例。流体导管326包括多个第一出口322，其中，转换流体导管331被布置成在相应的第一出口322与第一入口321之间的多个第一位置处与流体导管326流体连接，并且多个喷嘴314中的每个喷嘴314被布置成与多个第一出口322中的一个第一出口322流体连接。

转换装置320另外包括控制单元327，该控制单元327包括成组的阀门329，该成组的阀门329控制转换流体导管331中的每一个转换流体导管331中的气体的流动。通过控制每个阀门329，能够控制经过每个相应的第一出口322和相应的喷嘴314的气溶胶流340的流动。已被转换流体341阻断的气溶胶流340的部分被重定向至排气导管325。尽管图7示出了具有一个排气导管325的实施例，转换装置320还可以包括对应于每个第一出口322的单独的排气导管。

应当理解，以上的描述被包括在内以说明优选实施例的操作，并且不意味着限制本发明的范围。从以上的讨论中，许多变体对于本领域技术人员将是明显的，这些变体仍将被本发明的范围所涵盖。

例如，以上描述的示例的控制装置，特别是阀门27、28、128、229、329还可以被配置成提供转换流体被引入流体导管中，以便不转换气溶胶流，而是稀释经由第一出口离开转换装置的气溶胶流。

总之，本发明涉及一种用于转换流体流动的转换装置，其中，转换装置包括流体导管、第一转换流体导管、排气导管以及控制装置，该流体导管包括用于该流体的第一入口和第一出口，该第一转换流体导管包括用于转换流体的第二入口，该第一转换流体导管被配置成在第一入口与第一出口之间的第一位置处与流体导管流体连接，该排气导管包括第二出口，该排气导管被配置成在第一入口和第一位置之间的第二位置处与流体导管流体连接，该控制装置被配置成用于控制转换流体流入流体导管。