DE1120034B - Flaechenhaft ausgebildetes Mosaik aus auf Lichtstrahlung elektrisch ansprechenden Elementen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

len mit photomagnetoelektrischem und mit photoelek- 2

trischem Effekt gekennzeichnet. Zusätzlich zu den

Halbleiterkristallen mit photomagnetoelektrischem Orientierung der Kristalle und der Nadelmagnete zu Effekt können Elemente mit magnetischen Eigen- 30 zeigen;

schäften in gleicher Feinheit und Feinverteilung vor- Fig. 2 ist ein Schnitt durch Fig. 1 längs der

gesehen sein.

Zur Herstellung eines Mosaiks kann gemäß der
weiteren Erfindung so vorgegangen werden, daß eine
Mischung von Halbleiterkristallen und magnetischen 35 Fig. 5 und 6 stellen ein photomagnetoelektrisches Elementen in einem flüchtigen Material angefertigt und ein photoelektrisches Mosaik dar;
wird, daß diese Mischung auf eine Grundplatte gespritzt wird, daß Magnete an gegenüberliegenden
Seiten der Grundplatte angeordnet werden, daß die
Anordnung mit Ultraschaltfrequenzen in Schwingung 40 10 eine für Strahlen durchlässige Unterlage 11 aus versetzt wird und daß das flüchtige Material ver- Glas oder Quarz aufweist, auf der die einzelnen Halbdunstet wird. leiterkristalle 12 und die Nadelmagnete 13 befestigt

Die Erfindung ist näher und in besonderen Einzel- sind, und zwar in einem solchen Muster, daß photoheiten an Hand der Zeichnungen, die beispielhafte magnetoelektrische Wirkungen erzielt werden. Die Ausführungsformen der Erfindung zeigen, be- 45 Größe der Kristalle und Magnete ist übertrieben dar-

Linie 2-2;

Fig. 3 und 4 zeigen Herstellungsweisen des Mosaiks nach Fig. 1;

Fig. 7 bis 11 zeigen eine besondere Ausbildung der Vorrichtung mit einer Kühlungseinrichtung.

In den Fig. 1 und 2 ist zu sehen, daß das Mosaik

schrieben.

Fig. 1 und 2 stellen eine Aufsicht und einen Schnitt durch ein »photomagnetoelektrisches« Mosaik dar, welches gemäß der Erfindung hergestellt

gestellt, um deutlicher zu zeigen, wie sie liegen. Selbstverständlich sollen sie so klein wie möglich sein. Heutige Herstellungsweisen liefern Nadelmagnete und Kristalle in der Größenordnung eines

worden ist. Die Größe der Kristalle und der 50 Mikrons (10~⁴ cm). Vorzugsweise sollen die Kristalle Magnete ist aber nicht im richtigen Verhältnis zu Würfelform haben und die Nadelmagnete entspreder Größe der Unterlage gezeigt, um deutlicher die chend lang sein. Es ist ersichtlich, daß die Kristalle

109 750/463

Reihen bilden und daß zwischen diesen Reihen von Kristallen 12 sich Reihen von Nadelmagneten 13 befinden, so daß jedes Kristall von zwei Nadelmagneten umgeben ist.

Diese Vorrichtung wird in folgender Weise hergestellt. Zuerst werden die Kristalle und Nadelmagneten gut vermischt in einem flüchtigen Lösungsmittel suspendiert, z. B. in Alkohol oder Äther zusammen mit einem Klebemittel. Diese Mischung von Kristallen, Magneten und Lösungsmitteln wird in einer ungefähr 1 Mikron dicken Schicht auf die Platte 11 aufgetragen. Die Platte 11, auf der sich (Fig. 3) die Mischungsschicht 14 befindet, wird zwischen zwei permanente Magnete 15 und 16 gebracht. Die Magnete sind durch Stützen 17 und 18 auseinandergehalten, die auch die Platte 11 festhalten, während die ganze Vorrichtung Ultraschallschwingungen unterworfen wird. Die speziell angewandte Wellenlänge der Ultraschallwellen bedingt den Abstand der Kristallreihen voneinander. Die Wellenlänge kann z. B. 100 kHz entsprechen oder sogar bis zu MHz reichen, entsprechend der Größe der Kristalle und abhängig von dem gewünschten Abstand zwischen einander folgenden Kristallreihen. Solche Schwingungen werden der Vorrichtung in Fig. 3 mitgeteilt, und zwar in einer Richtung, die senkrecht zur Zeichenebene steht, entsprechend dem Pfeil 19, oder in der Zeichenebene, entsprechend dem Pfeil 20, beide in Fig. 4. Infolge solcher Schwingungen und der Bewegungsfreiheit der Kristalle werden diese so verteilt, daß sie sich in den Knoten der Schwingungen lagern, die der Vorrichtung mitgeteilt werden. Gleichzeitig wird jeder Nadelmagnet magnetisch orientiert durch die magnetische Wirkung des Feldes der Magnete 15 und 16. Dann werden die Magnete 15 und 16 und die Stützen 17 und 18 entfernt, so daß das flüchtige Lösungsmittel verdunsten kann und nur das Klebemittel in der Mischung der Schicht 14 auf der Platte 11 zurückbleibt und die Kristalle und Nadelmagnete in der Lage auf der Platte 11 festhält, in der sie sich infolge der vorangegangenen Schwingungen befinden, wie Fig. 1 zeigt. Um den kleinstmöglichen Abstand der Kristalle voneinander zu erhalten, kann die Platte 11 Schwingungen derselben Frequenz, aber nicht derselben Phase unterworfen werden.

Anstatt ein Klebemittel in der Anfanglösung zu verwenden, kann dieses dadurch ersetzt werden, daß die Kristalle und Nadelmagnete auf die Platte durch eine Vorrichtung aufgestreut werden, so daß die Öffnungen der Streuvorrichtung das Muster, in dem die Elemente zu liegen kommen sollen, bestimmen. Nachdem das flüchtige Lösungsmittel verdunstet ist, können die bereits richtig gelagerten Elemente mit einer Lösung besprengt werden, die hart wird und die Kristalle und Magnete auf der Platte festhält.

Das Mosaik der Fig. 1 kann auch auf andere Weise hergestellt werden. Wie oben beschrieben, können die Kristalle und Nadelmagnete aufgespritzt werden. Die Kristalle können zuerst gespritzt werden, und dann die Magnete, die durch ein äußeres Feld orientiert werden. Dieses Feld wird von den Magneten 15 und 16 geliefert, ehe das Klebemittel hart wird, wie eben beschrieben.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Platte durch einen mit Kristallen in Suspension gefüllten Raum gezogen wird, so daß sich die Kristalle auf die Platte niederschlagen, sobald das Klebemittel der Suspension erhärtet. Die Nadelmagnete können vorher aufgesetzt und orientiert werden, oder aber erst nachdem die Kristalle befestigt worden sind.

Die Fig. 5 zeigt ein photomagnetoelektrisches Mosaik, bei dem die Elemente, z. B. Nickel, Kupfer, Schwefel oder Halbleiterkristalle, ζ. B. Indiumzinnat od. ä., oder eine Mischung verschiedener Kristalle auf einer strahlendurchlässigen Platte befestigt sind. Die photomagnetoelektrische Erscheinung und die photomagnetoelektrischen Stoffe sind in »Physical

ίο Review«, 60, S. 169 (1941), und 61, S. 733 (1942). beschrieben. Es sei bemerkt, daß dieses Mosaik keine Nadelmagnete enthält und daß das Pulver 24 auf dem Papier 23 hier paramagnetisch ist, d. h., es kann von einem Magneten angezogen werden, aber hat kein eigenes magnetisches Feld; solche Teilchen stellen sich in Richtung der Kraftlinien ein.

Das photoelektrische Mosaik nach Fig. 6 hat dieselbe Anordnung der einzelnen Elemente, die gleich groß und im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Es können alle Elemente aus demselben Stoff oder aber aus verschiedenen Stoffen bestehen, wodurch ein breites Band von Frequenzen wirksam wird. Verwendbar sind die sogenannten »Phosphore«. aktiviertes Schwefelsulfat usw., wie sie für Fernsehschirme oder Kathodenstrahlröhren verwendet werden. Diese Stoffe leuchten, wenn sie Licht trifft, und entwickeln ein Dipolfeld. Die photomagnetoelektrischen Mosaike sind aber vorzuziehen, da die »Phosphore« des photoelektrischen Mosaiks langer brauchen, ehe sie eine Ladung zeigen, und diese Ladung zu lange behalten, nachdem das Licht sie nicht mehr trifft.

In der Ausführungsform der Fig. 7 bis 10 ist auf dem Zylinder 51 eines der obengenannten Mosaike angeordnet, und die Lichtbestrahlung erfolgt von der Innenseite des Zylinders, wie z. B. in Fig. 7. In diesem Falle jedoch befindet sich ein durchsichtiger innerer Zylinder 52 innerhalb des Zylinders 51 und ist so angebracht, daß ein geschlossener Raum 53 gebildet wird, durch den eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas durch nachstehend beschriebene Mittel hindurchgeleitet werden kann. Der Zylinder 51 und der innere Zylinder 52 sind auf einer Scheibe 60 befestigt und abgedichtet. Die Scheibe wird gleichmäßig durch eine an der Welle 50 angreifende Kraft gedreht. Neben der Scheibe 60 ist ein unbeweglicher Kolbenzylinder 59 angebracht, der auch abgedichtet ist. Die Scheibe 60 trägt zwei Kolben 54 und 55, die genau gegenüber am Rande der Scheibe liegen und die gleichermaßen mit dem Zylinder 51 in dem unbeweglichen Kolbenzylinder gedreht werden. Jeder Kolben 54 und 55 hat ein Rückschlagventil 56 mit einer Ventilkugel 57. Der unbewegliche Kolbenzylinder 59 enthält zwei drehbare Sperren 62 und 63 (Fig. 8), die abwechselnd geöffnet und geschlossen werden können und durch die die Kolben 54 und 55 hindurchgehen können (Fig. 10). Beide Kolben 54 und 55 sind hohl (Fig. 8) und haben entsprechende Öffnungen 54,4 bzw. 55 A an ihren Vorderseiten. Die Rückschlagventile in jedem der Kolben 54 und 55 erlauben einen verhältnismäßig freien Zufluß des Gases oder der Flüssigkeit von dem Ringkühlzylinder 53 zu dem Kolbenzylinder 58. aber verhindern den Abfluß in entgegengesetzter Richtung. Wenn daher angenommen wird, daß die Kolben 54 und 55 in Fig. 8 sich in der Richtung des Uhrzeigersinns bewegen, dann steht die Flüssigkeit oder das Gas zwischen der Sperre 62 und dem Kolben 55 unter Druck, ebenso

wie das Gas oder die Flüssigkeit im Räume zwischen dem Kolben 54 und der Sperre 63. Ein solcher Druck erhöht die Temperatur, und die entstehende Wärme wird durch Ableitung, Strahlung oder Kontakt entfernt; hierzu notwendige Mittel sind vorzusehen. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die Druckzunahme im Raum zwischen Kolben 55 und der Sperre 63 wie auch im Raum zwischen dem Kolben 54 und der Sperre 62 verhältnismäßig gering ist.

Sobald die Kolben die Sperren durchlaufen haben, dehnt sich die Kühlflüssigkeit oder das Kühlgas aus und füllt vom Kühlzylinder 53 aus den Raum im Kolbenzylinder zwischen den Kolben, der vorher entleert worden war. Diese Ausdehnung kühlt vor allem die Wände des Kühlzylinders 53 und daher besonders den drehbaren Zylinder 51. Weitere Umdrehung der Kolben 54 und 55 mit gleichzeitiger Schließung der Sperre 62 und 63 bringt die Kühlflüssigkeit oder das Kühlgas wieder unter Druck.

Entsprechende Mittel, wie Triebwerke, sind vorgesehen, um die Sperren 62 und 63 zu öffnen und zu schließen. Solche Mittel sind durch 61 angedeutet und können aus Zahnrädern bestehen, die einige fehlende Zähne aufweisen, sogenannte »beschädigte« Triebwerke. Diese bewirken, daß während einer ersten Zeitspanne der Umdrehung der Welle 50 die Sperren geschlossen bleiben, wie es Fig. 8 zeigt. Während einer zweiten Zeitspanne der Umdrehung der Welle 50 werden die Sperren 62 und 63 geöffnet, um den Durchgang der Kolben 54 und 55 zu gestatten, und werden lang genug offen gehalten, um den freien Durchgang nicht zu hindern. Während der folgenden Umdrehungszeit der Welle 50 werden die Sperren wieder in ihre geschlossene Ausgangsstellung zurückgebracht.

Eine andere Möglichkeit, den Durchgang der Kolben nicht zu hindern, besteht darin, die öffnung der Sperren breit genug zu machen, so daß sie den freien Durchgang der Kolben nicht hindern, oder aber die Form der öffnung der Sperren kann so gewählt werden, daß diese sich weiter gleichmäßig drehen können, während die Kolben hindurchgehen. Auch kann ein Ring um die nun unbewegliche Sperre, der drehbar und mit einer öffnung entsprechend der Sperre bereits versehen ist, so gedreht werden, daß der Durchgang der Kolben ermöglicht wird und trotzdem die Sperren hinter den Kolben geschlossen werden können.

Eine andere Möglichkeit, um die entstehende Wärme abzuleiten, die durch den Druck auf die Kühlmittel verursacht wird, ist in Fig. 11 gezeigt. Hier sind ein Ausströmventil 164 und ein Einströmventil 165 vorgesehen; beide sind durch eine einzige Sperre 163 gesteuert. Auch ist nur ein Kolben 155 notwendig. Gerade ehe die Sperre 163 so gestellt wird, daß der Kolben hindurchgehen kann, wird die Ausströmöffnung freigegeben und das Gas oder die Flüssigkeit unter Druck in das Gefäß 166 befördert. Sobald die öffnung 164 freigegeben ist, öffnet sich auch die Einströmöffnung, und vorgekühlte Flüssigkeit oder Gas kann nunmehr vom Gefäß 167 in den Kolbenzylinder strömen. Auf diese Weise sind Ausström- und Einströmöffnung immer gleichzeitig geschlossen oder offen. Anders gesagt, beide Ventile und ihre Öffnungen arbeiten gleichzeitig und werden durch das Triebwerk, das die Sperren dreht, gesteuert.

Diese Art der Kühlung ist nicht mehr notwendig, wenn einmal die Anlage arbeitet. Die Ventile 170 und 171 in den Rohren 172 und 173, die zu den Gefäßen 166 und 167 führen, können dann mit der Hand geschlossen werden, so daß diese ganze Nebenanlage ausgeschaltet wird und die Kühlvorrichtung so arbeitet, wie oben beschrieben.

in manchen Fällen kann das benutzte Kühlmittel ein Gas sein, das unter Druck gesetzt wird und sich abwechselnd ausdehnt und wieder unter Druck gesetzt wird, z. B. Stickoxyd, das unter Druck Wärme aufnimmt und Wärme abgibt, wenn es sich ausdehnt. Der Grad der Wärmeaufnahme nimmt mit sinkender Temperatur zu. Ein solches Gas kann in Anlagen nach Fig. 7 bis 10 verwendet werden und auch in solchen nach Fig. 11, jedoch müssen folgende Änderungen vorgesehen werden: Die Rückschlagventile werden so angebracht, daß sie gerade umgekehrt arbeiten, d. h., in diesem Falle gestatten sie dem Stickoxyd verhältnismäßig freien Zugang zum Kühlzylinder 53 aus dem Kolbenzylinder, aber verhindern im wesentlichen den Fluß in umgekehrter Richtung. Stickoxyd unter Druck setzt die Temperatur herab und bewirkt die Kühlung des Zylinders 51.

Die Verwendung von Stickoxyd ist außerdem auch vorteilhaft, wenn es zusammen mit einem magnetischen Mosaik verwendet wird. Stickoxyd hat die Eigenschaft, daß es paramagnetisch wird, wenn der Druck erhöht wird, und, da — wie bekannt — paramagnetische Stoffe, nachdem sie ein magnetisches Feld verlassen haben. Wärme aufnehmen, hat der Magnetismus des Mosaiks einen zusätzlichen Vorteil; er trägt nämlich zur eigenen Kühlung bei.

Wenn auch die Ventile 170 und 171 in der Fig. 11 als mit der Hand bedient gezeigt werden, so kann doch in manchen Fällen ihr Öffnen und Schließen durch temperaturempfindliche Apparate geregelt werden, die unter der Wirkung der Temperatur des Kühlungszylinders stehen.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flächenhaft ausgebildetes Mosaik aus auf Lichtstrahlung elektrisch ansprechenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Mosaik aus feinen und feinverteilten Halbleiterkristallen besteht, die einen photomagnetoelektrischen Effekt aufweisen.

2. Mosaik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination von Halbleiterkristallen mit photomagnetoelektrischem und mit photoelektrischem Effekt.

3. Mosaik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Halbleiterkristallen mit photomagnetoelektrischem Effekt Elemente mit magnetischen Eigenschaften in gleicher Feinheit und Feinverteilung vorgesehen sind.

4. Mosaik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkristalle und die magnetischen Elemente in abwechselnden Reihen angeordnet sind.

5. Mosaik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine strahlendurchlässige Unterlage.

6. Mosaik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage durchsichtig ist.

7. Mosaik nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zylinderförmig

ist und die Halbleiterkristalle und magnetischen Elemente auf dem Umfang der Unterlage angeordnet sind.

8. Mosaik nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage drehbar ist.

9. Mosaik nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung.

10. Mosaik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine ringförmige Kolbenkammer, in derselben mit der Trommel drehbare Kolben, von denen jeder ein Rückschlagventil enthält, das die Strömung des Kühlmittels von dem Zylinder zu der Kolbenkammer zuläßt und die entgegengesetzte Strömung verhindert, und Sperren in der Kolbenkammer enthält, die in zeitlicher Abhängigkeit von der Bewegung der Kolben arbeiten.

11. Mosaik nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Stickstoffoxyd verwendet wird.

12. Mosaik nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel magnetisch ist.

13. Mosaik nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ringförmig ist und eine Sperre vorgesehen ist, die in der Kammer von einer offenen zu einer geschlossenen Stellung bewegbar ist, und daß die Sperre in ihrer geschlossenen Stellung die Kammer teilt und in ihrer offenen Stellung den Kolben sich durch dieselbe bewegen läßt.

14. Mosaik nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben über ein Sperrventil mit einer zweiten Kammer in Verbindung steht.

15. Verfahren zur Herstellung eines Mosaiks nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Halbleiterkristallen und magnetischen Elementen in einem flüchtigen Material angefertigt wird, daß diese Mischung auf die Grundplatte gespritzt wird, daß Magnete an gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte angeordnet werden, daß die Anordnung mit Ultraschallfrequenzen in Schwingung versetzt wird und daß das flüchtige Material verdunstet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen