WO2021185619A1 - Galvanisches wachstum von nanodrähten - Google Patents

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WO2021185619A1
WO2021185619A1 PCT/EP2021/055803 EP2021055803W WO2021185619A1 WO 2021185619 A1 WO2021185619 A1 WO 2021185619A1 EP 2021055803 W EP2021055803 W EP 2021055803W WO 2021185619 A1 WO2021185619 A1 WO 2021185619A1
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WO
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electrolyte
distributor
nanowires
outlets
outlet side
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Application number
PCT/EP2021/055803
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English (en)
French (fr)
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Olav Birlem
Florian DASSINGER
Sebastian Quednau
Farough ROUSTAIE
Original Assignee
Nanowired Gmbh
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Publication date
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Priority to EP21710472.8A priority patent/EP4121582A1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/006—Nanostructures, e.g. using aluminium anodic oxidation templates [AAO]

Definitions

  • the invention relates to the galvanic growth of nanowires.
  • the invention relates to a method and an arrangement for providing a plurality of nanowires on a surface.
  • nanowires can be obtained via galvanic processes or by means of processes known from thin-film technology. What many known processes have in common is that they require complex machines and, in particular, are therefore usually only (can) used in laboratories and clean rooms. In particular, most of the known methods are not suitable for industry.
  • nanowires obtained vary greatly in terms of their properties and, in particular, of their quality.
  • the nanowires from different growth processes often differ considerably, even if the same or the same machines, starting materials and / or formulations are used.
  • the quality of nanowires often depends, in particular, on the skill of the user of a corresponding arrangement or the user of a corresponding method, on environmental influences and / or simply on chance. All of this is made more difficult by the fact that nanowires are structures that in some cases cannot be visualized even with a light microscope. Therefore, extensive investigations may be necessary in order to be able to determine the properties described (and in particular the fluctuations in these) at all.
  • a method for providing a plurality of nanowires is presented on a surface.
  • the method comprises: a) providing an electrolyte distributor, b) providing a film with a large number of continuous pores, c) arranging the film between the surface and an outlet side of the electrolyte distributor, d) introducing a liquid electrolyte into the electrolyte distributor, so that the liquid electrolyte is delivered to the foil at the outlet side of the electrolyte distributor, and e) applying an electrical voltage between the liquid electrolyte and the surface, so that the nanowires in the pores of the foil are grown from the liquid electrolyte onto the surface.
  • Steps a) to c) are preferably carried out before steps d) and e).
  • Steps a) and b) can be carried out one after the other or simultaneously in any order, in particular also simultaneously with step c).
  • Steps d) and e) can be carried out in any order, one after the other or at the same time.
  • nanowires can be produced.
  • a nanowire is understood here to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range from a few nanometers to a few micrometers.
  • a nanowire can, for example, have a circular, oval or polygonal base.
  • a nanowire can have a hexagonal base area. All nanowires are preferably formed from the same material.
  • the nanowires preferably have a length in the range from 100 nm [nanometers] to 100 gm [micrometers], in particular in the range from 500 nm to 30 gm. Furthermore, the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 10 ⁇ m, in particular in the range from 30 nm to 2 ⁇ m.
  • the term diameter refers to a circular base area, with a comparable definition of a diameter being used for a base area that differs therefrom. It is particularly preferred that all of the nanowires used have the same length and the same diameter. The method described can be used for a wide variety of nanowire materials.
  • the surface on which the nanowires are to be grown is preferably designed to be electrically conductive. If the surface is part of an otherwise non-electrically conductive body (such as a substrate), the electrical conductivity can e.g. B. can be achieved by metallization. So z. B. a non-electrically conductive substrate can be coated with a thin layer of metal. In particular, an electrode layer can be produced by the metallization. Depending on the material of the surface and / or the electrode layer, it can be useful to provide an adhesive layer between the surface and the electrode layer, which provides adhesion between the surface and the electrode layer.
  • the substrate can in particular be a silicon substrate.
  • the surface can in particular be the surface of a body which is provided with electrically conductive structures. This can in particular be a silicon chip or a so-called printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the nanowires can be grown galvanically on the surface in pores of a film.
  • An electrolyte is used for this purpose.
  • the nanowires can be provided over a particularly large area and particularly reliably if the electrolyte is distributed particularly evenly over the foil.
  • a particularly uniform distribution of the electrolyte over the foil can be achieved in the described method by the electrolyte distributor, which is provided in step a).
  • the electrolyte distributor preferably has at least one inlet and a plurality of outlets on the outlet side.
  • the electrolyte distributor is intended and set up to distribute a liquid electrolyte from the at least one inlet to the outlets. Because the electrolyte distributor has a Having a plurality of outlets, the electrolyte can be distributed particularly evenly over the outlet side. A multiplicity of outlets is to be understood as meaning at least three outlets.
  • the electrolyte distributor preferably has 100 to 1000 outlets.
  • the outlets preferably each have a diameter in the range from 0.1 to 2 mm.
  • the outlets are arranged on an outlet side of the electrolyte distributor.
  • the inlet or inlets of the electrolyte distributor are preferably arranged on an inlet side of the electrolyte distributor opposite the outlet side.
  • the outlets are preferably formed perpendicular to the outlet side. This means that one direction of flow of the electrolyte through the outlets is perpendicular to the outlet side. This means that the electrolyte can be dispensed particularly evenly on the outlet side.
  • the outlets are preferably arranged in a regular pattern on the outlet side. This allows the electrolyte to be dispensed evenly on the outlet side.
  • outlets can be arranged in the form of a grid, it being preferred that all rows of the grid each have the same size, all columns of the grid each have the same size and / or all rows of the grid have the same size as all columns of the grid.
  • the electrolyte manifold 400 may have outlets arranged in 20 rows and 20 columns.
  • step b) the film is provided with the multitude of continuous pores.
  • the film is preferably formed with a plastic material, in particular with a polymer material.
  • the film is connected to the surface in such a way that the film does not slip. This could reduce the quality of the grown nanowires.
  • the fact that the pores of the film are continuous is preferably implemented in such a way that the pores form continuous channels from an upper side of the film to a lower side of the film.
  • the pores are designed to be cylindrical.
  • the pores it is also possible for the pores to be designed as channels with a curved course.
  • a pore can, for example, have a circular, oval or polygonal base area.
  • a pore can have a hexagonal base area.
  • the pores are preferably designed to be uniform (ie the pores preferably do not differ in terms of size, shape, arrangement and / or spacing from adjacent pores).
  • the pores are preferably (in particular completely) filled with the electrodeposited material. This gives the nanowires the size, shape and arrangement of the pores.
  • the film can therefore also be referred to as a “template”, “template film” or “stencil”.
  • the foil is arranged between the surface and the electrolyte distributor, preferably in such a way that the foil rests against the surface.
  • the foil is preferably applied to the electrolyte distributor in such a way that a liquid electrolyte can be delivered to the foil with the electrolyte distributor.
  • the film can on the one hand be applied to the surface and on the other hand to be applied to the outlet side of the electrolyte distributor.
  • one or more intermediate layers permeable to the electrolyte to be arranged between the film and the outlet side of the electrolyte distributor.
  • a sponge can be placed on the one hand against the foil and on the other hand against the outlet side of the electrolyte distributor.
  • step d) the liquid electrolyte is preferably introduced into the inlet or into at least one of the inlets of the electrolyte distributor. As a result, the liquid electrolyte is dispensed at the outlets and, to that extent, given off to the foil.
  • step e) an electrical voltage is applied between the liquid electrolyte and the surface, so that the nanowires in the pores of the film are grown from the liquid electrolyte onto the surface.
  • the electrical voltage is preferably applied between an electrode and the surface.
  • the electrode is preferably in contact with the electrolyte in such a way that there is a continuous conduction path through the electrolyte from the electrode to the surface. This allows the nanowires to be grown galvanically onto the surface.
  • the method for copper as the material of the nanowires is preferably carried out at room temperature.
  • the applied voltage is preferably between 0.01 V and 2 V [volts], in particular 0.2 V.
  • the electrolyte for nanowires made of copper is in particular a mixture of CuS0 4 [copper sulfate], H2SO4 [sulfuric acid] and H2O [water ] preferred.
  • a current density of 1.5 mA / cm 2 [milliamps per square centimeter] (direct current) is preferred used over a growth period of 20 minutes.
  • nanowires can be of particularly high quality. will hold. Over a particularly large surface, these can also be grown particularly uniformly in terms of length, diameter, structure, density (ie average distance between neighboring nanowires) and material composition.
  • the method described is also not restricted to use in a laboratory, since it does not require any micro-assembly handling in particular. Processes that work with heavy ion bombardment, for example, are limited to a research facility, since an ion accelerator is a fixed, large-scale facility.
  • an electrolyte manifold comprising:
  • At least one inlet a film with a multitude of through pores, which is applied to the electrolyte distributor in such a way that a liquid electrolyte can be delivered to the film with the electrolyte distributor, and an electrode for applying an electrical voltage between the liquid electrolyte and the surface, so that the nanowires in the pores of the foil can grow from the liquid electrolyte onto the surface when the foil is applied to the surface.
  • the particular advantages and design features of the method described above can be used and transferred to the described arrangement, and vice versa.
  • the method described is preferably carried out with the arrangement described.
  • the described arrangement is preferably determined and set up to carry out the described method.
  • the surface is not part of the arrangement.
  • the assembly can be brought into contact with the surface in order to grow the nanowires onto the surface.
  • the foil is applied to the electrolyte distributor in such a way that a liquid electrolyte can be delivered to the foil with the electrolyte distributor.
  • the foil can be placed directly on the outlet side of the electrolyte distributor.
  • the foil is applied to the interlayer.
  • the electrolyte distributor has, for example, a sponge as an intermediate layer which is applied to the outlet side of the electrolyte distributor, the film is preferably applied to the sponge and, to that extent, to the electrolyte distributor.
  • the electrode is preferably arranged in such a way that there is a continuous conduction path through the electrolyte from the electrode to the surface when the electrolyte is delivered to the foil with the electrolyte distributor.
  • the electrode can be part of the electrolyte distributor.
  • the electrolyte distributor comprises at least two inlets, each of the inlets being connected to a respective group of the outlets, and the groups of the outlets being different from one another.
  • Each of the inlets is connected to a respective group of the outlets, the groups of outlets being different from one another.
  • a group of outlets comprises at least two and at most all outlets.
  • the groups can overlap each other.
  • An outlet can belong to one, several or all groups.
  • the electrolyte can also have outlets, which do not belong to any group - such outlets are, however, irrelevant for the functioning of the electrolyte distributor and are therefore not further considered here.
  • electrolyte distributor has two inlets and four outlets, the following groups can be provided, for example:
  • inlet 1 is connected to outlets 1 and 2 (group 1); Inlet 2 is connected to outlets 3 and 4 (group 2).
  • inlet 1 is connected to outlets 1, 2 and 3 (group 1); Inlet 3 is connected to outlets 1, 2 and 4 (group 2).
  • inlet 1 is connected to outlets 1, 2, 3 and 4 (group 1); Inlet 3 is connected to outlets 1, 2 and 3 (group 2).
  • the electrolyte distributor preferably has more than four outlets.
  • the electrolyte By arranging the outlets in groups, the electrolyte can be dispensed in zones at the outlet side. Depending on which of the inlets the electrolyte is introduced into, the electrolyte is dispensed in correspondingly different areas of these zones on the outlet side of the electrolyte distributor.
  • differently sized and / or differently shaped areas of a surface can be overgrown with nanowires. For example, if an area of the surface is to be covered with nanowires that is smaller than the outlet side of the electrolyte distributor, the release of the electrolyte can be limited to a corresponding sub-area of the outlet side of the electrolyte distributor.
  • this sub-area preferably corresponds to the part of the surface to be overgrown. Otherwise, the electrolyte is preferably released with the next larger sub-area of the outlet side of the electrolyte distributor, which covers the entire part of the surface to be covered with growth.
  • the design of the electrolyte distributor enables the electrolyte to be dispensed in a targeted manner. In this way, on the one hand, the consumption of the electrolyte can be reduced because the electrolyte is not released into areas in which it is not needed. It has been found, however, that the design of the electrolyte distributor also contributes to improving the quality of the nanowires. In particular, it has been found that, due to the design of the electrolyte distributor, particularly uniform nanowires can be produced. This is because the amount of electrolyte released on the foil has an influence on the properties of the nanowires produced.
  • electrolyte is provided in an area that is larger than the part of the surface to be covered, more electrolyte is available for the nanowire growth in the edge areas than in the center of the part of the surface to be covered. This can mean that the nanowires in the edge areas differ from the nanowires in the center. This can be prevented by the design of the electrolyte distributor.
  • the electrolyte can be fed individually to each of the inlets to be used.
  • the inlets are separably connected to an overall inlet via an inlet manifold.
  • the inlet manifold preferably has a respective valve for each inlet.
  • the electrolyte can thus be introduced into the electrolyte distributor through the entire inlet and distributed via the inlet distributor to the inlets whose valve is open.
  • By opening and closing the individual valves of the inlet manifold it is possible to determine from which group or groups the outlets the electrolyte is delivered.
  • the outlet side of the electrolyte distributor is flat.
  • the electrolyte distributor is particularly suitable for the galvanic growth of nanowires.
  • the nanowires are preferably grown on a flat surface. Accordingly, it is advantageous that the outlet side of the electrolyte distributor is flat. If a curved surface is to be covered with nanowires, a sponge is preferably arranged between the surface and the outlet side of the electrolyte distributor. The sponge can compensate for the curvature of the surface.
  • the electrolyte distributor comprises a distribution element with a respective distribution section for each of the groups of outlets, the respective inlet being connected to the corresponding group of outlets via the corresponding distribution section.
  • the distribution element is preferably designed as a distribution plate.
  • the Ver subsections are preferably designed as cavities within the distribution element. Each of the distribution sections is preferably connected directly or indirectly to the corresponding inlet.
  • An indirect connection is present when a further element is provided between a connection section and the corresponding inlet, through which the electrolyte can flow from the inlet to the distribution section.
  • Each of the distribution sections is preferably connected directly or indirectly to the corresponding outlets. It is preferred that each of the distribution sections is directly connected to the corresponding outlets in such a way that the outlets are designed as openings in the distribution element which extend between the corresponding distribution section and the surroundings of the distribution element.
  • the electrolyte distributor comprises a pre-distribution element, via which the respective inlet is connected to the corresponding distribution section of the distribution element.
  • the distribution element is indirectly connected to the inlets via the pre-distribution element.
  • the electrolyte can be conducted from the inlets into the corresponding distribution sections of the distribution element.
  • the electrolyte can be dispensed more evenly on the outlet side due to the pre-distribution element. This is because the electrolyte can be delivered more evenly to the distribution sections via the pre-distribution element than directly from the inlets. As a result, the flow rate of the electrolyte is more even within the distribution element.
  • the electrolyte distributor is preferably constructed in layers: a first layer is formed by the predistribution element and a second layer is formed by the distribution element.
  • outlets of the electrolyte distributor are formed in a cover of the electrolyte distributor.
  • the electrolyte distributor is preferably built up in layers: a first layer is formed by the pre-distribution element, a second layer is formed by the distribution element and a third layer is formed by the cover. educated. The distribution element rests on the one hand against the pre-distribution element and on the other hand against the cover.
  • the outlets are formed in the cover.
  • the distribution element preferably has a plurality of holes which are designed and arranged in accordance with the outlets. Electrolyte can thus exit the distribution element through a hole and pass the cover through the corresponding outlet.
  • the material of the outlet side can have an influence on the growth of the nanowires. Depending on the electrolyte used and / or depending on the material of the nanowires to be grown, a different material of the outlet side can consequently be advantageous.
  • the cover can be exchanged more easily compared to the distribution element. Because of the cover, the electrolyte distributor can therefore be used particularly flexibly. The cover can also be replaced more easily than the distribution element in the event of wear and / or contamination.
  • the outlet side of the electrolyte distributor is designed as an electrode.
  • the electrolyte distributor can be used particularly well for the galvanic growth of nanowires. In this way, an electrical voltage can be applied between the outlet side and a surface to be overgrown with nanowires. Another electrode is not required, which reduces the structural effort.
  • the outlets are formed in a cover of the electrolyte distributor.
  • the cover is preferably formed on a metal and can be used as the electrode. Deposits can form during galvanic growth of the nanowires come to the cover. To clean the cover, it can be detached from the distribution element. The cover can also be replaced more easily than, for example, the distribution element. This is also advantageous because the material of the electrode can have an influence on the growth of the nanowires.
  • the electrolyte distributor comprises a guide device for guiding a movement of the electrolyte distributor perpendicular to the outlet side.
  • the electrolyte distributor can be used particularly well for the galvanic growth of nanowires.
  • a body to be covered with nanowires can be arranged below the electrolyte distributor, a film can be applied to the surface of the body to be covered and the electrolyte distributor - guided by the guide device - can be applied to the film.
  • the guide device is preferably designed to interact with a counterpart that is arranged, for example, in a housing within which the electrolyte distributor can be used.
  • the housing is not part of the electrolyte manifold.
  • the guide device can consist of one or more guide rods that can be performed as a counterpart in the corresponding recordings.
  • the electrolyte distributor comprises a sponge which rests against the outlet side of the electrolyte distributor.
  • the sponge On its first side, the sponge can take up the electrolyte from the outlet side of the electrolyte distributor on its side opposite the first release the second side again, especially on a foil for galvanic growth of nanowires.
  • the delivery of the electrolyte can be evened out by the sponge.
  • Fig. 1 a cross-sectional view of an electrolyte distributor for an arrangement according to the Invention
  • FIG. 3 a flow chart of a method according to the invention for providing a plurality of nanowires on a surface using the arrangement from FIG. 2 with the electrolyte distributor from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows an electrolyte distributor 1 with two inlets 2 a, 2 b and a large number of outlets 3.
  • the outlets 3 are arranged on an outlet side 4 of the electrolyte distributor 1.
  • the outlet side 4 is flat.
  • a first of the inlets 2a is connected to a first group 5a of the outlets 3.
  • a second of the inlets 2b is connected to a second group 5b of the outlets 3.
  • the groups 5a, 5b are different from one another.
  • the electrolyte distributor 1 has a distribution element 6 and a pre-distribution element 8.
  • the distribution element 6 has a respective distribution section 7a, 7b for each of the groups 5a, 5b of the outlets 3.
  • the inlets 2a, 2b are via the Vorverteilele element 8 with the corresponding distribution section 7a, 7b of the distribution element 6 and via the distribution sections 7a, 7b of the Distribution element 6 is connected to the corresponding group 5a, 5b of the outlets 3.
  • the second distribution section 7b is shown partially to the right of the first distribution section 7a and partially to the left of it in the cross-sectional view of FIG. 1. This is due to the cross-sectional representation.
  • the two parts of the second distribution section 7b shown are connected to one another outside the plane of the section.
  • the outlets are formed in a cover 9 of the electrolyte distributor 1.
  • the cover 9 is designed as an electrode 10, as a result of which the outlet side 4 is designed as the electrode 10.
  • the electrolyte distributor 1 comprises a guide device 11 for guiding a movement of the electrolyte distributor 1 perpendicular to the outlet side 4.
  • FIG. 2 shows an arrangement 12 for providing a multiplicity of nanowires 14 on a surface 15.
  • a body 19 with the surface 15 is shown. Neither the body 19 nor the surface 15 belong to the arrangement 12.
  • the arrangement 12 comprises an electrolyte distributor 1, which is designed as shown in FIG. 1 and also has a sponge 13 which is attached to the Outlet side 4 of the electrolyte distributor 1 is applied.
  • the electrolyte distributor 1 is shown in simplified form in FIG. 2. Only the electrode 10 on the outlet side 4, the guide device 11 and the sponge 13, which are each part of the electrolyte distributor 1, are shown.
  • the arrangement 12 further comprises a film 16 with a large number of continuous pores 17.
  • the film 16 is applied to the electrolyte distributor 1 in such a way that a liquid electrolyte can be delivered to the film 16 with the electrolyte distributor 1.
  • the film 16 is applied to the sponge 13 of the electrolyte distributor 1 for this purpose.
  • the electrode 10 is suitable for applying an electrical voltage between the liquid electrolyte and the surface 15, so that the nanowires 14 in the pores 17 of the film 16 can be grown from the liquid electrolyte onto the surface 15.
  • the voltage can be applied with a current and voltage source 18.
  • the electrolyte distributor 1 can be moved, guided by the guide device 11, perpendicular to the outlet side 4. Above the electrolyte distributor 1, receptacles 23 are shown, with which the guide device 11 interacts. The electrolyte distributor 1 can be pressed against the foil 16 with a predetermined pressure by means of a spring 22.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for providing a large number of nanowires 14 on a surface 15. The method is described with reference to the reference symbols from FIGS. 1 and 2. The method comprises: a) providing the electrolyte distributor 1 from FIG.
  • the method can in particular be carried out with the arrangement from FIG. 2.

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Abstract

Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (14) auf einer Oberfläche (15), umfassend: a) Bereitstellen eines Elektrolytverteilers (1), b) Bereitstellen einer Folie (16) mit einer Vielzahl von durchgehenden Poren (17), c) Anordnen der Folie (16) zwischen der Oberfläche (15) und einer Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1), d) Einleiten eines flüssigen Elektrolyten in den Elektrolytverteiler (1), so dass der flüssige Elektrolyt an der Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) an die Folie (16) abgegeben wird, und e) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche (15), so dass die Nanodrähte (14) in den Poren (17) der Folie (16) aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche (15) gewachsen werden.

Description

Galvanisches Wachstum von Nanodrähten
Die Erfindung betrifft das galvanische Wachstum von Nanodrähten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche.
Es sind Verfahren und Anordnungen bekannt, mit denen Nanodrähte hergestellt werden können. Beispielsweise können Nanodrähte über galvanische Prozesse oder mittels Verfahren, die aus der Dünnschichttechnologie bekannt sind, erhalten werden. Vielen bekannten Verfahren ist gemein, dass diese komplexe Maschinen erfordern und insbesondere deshalb üblicherweise nur in Labors und in Reinräu men eingesetzt werden (können). Insbesondere sind die meisten bekannten Ver fahren nicht industrie-tauglich.
Auch haben viele bekannte Anordnungen und Verfahren den Nachteil, dass die erhaltenen Nanodrähte stark in ihren Eigenschaften und insbesondere hinsichtlich ihrer Qualität variieren. Regelmäßig unterscheiden sich die Nanodrähte aus ver schiedenen Wachstumsvorgängen auch dann zum Teil erheblich, wenn die glei chen oder dieselben Maschinen, Ausgangsmaterialien und/oder Rezepturen ver wendet werden. Oft hängt die Qualität von Nanodrähten insbesondere von dem Können des Nutzers einer entsprechenden Anordnung bzw. des Anwenders eines entsprechenden Verfahrens, von Umwelteinflüssen und/oder auch schlicht vom Zufall ab. Erschwert wird all dies dadurch, dass es sich bei Nanodrähten um Strukturen handelt, die teilweise auch mit einem Lichtmikroskop nicht zu visuali- sieren sind. Daher können aufwendige Untersuchungen notwendig sein, um die beschriebenen Eigenschaften (und insbesondere die Schwankungen in diesen) überhaupt feststellen zu können.
Mit bekannten Verfahren und Anordnungen ist es insbesondere aufgrund der be schriebenen Qualitätsunterschiede oft nicht möglich, größere Flächen mit Nano- drähten zu bewachsen. So ist es wahrscheinlich, dass sich die Nanodrähte hin sichtlich ihrer Eigenschaften zwischen verschiedenen Bereichen einer größeren bewachsenen Fläche unterscheiden. Dies kann für viele Anwendungen nachteilig sein.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung vorge stellt werden, mit denen eine Vielzahl von Nanodrähten besonders großflächig und besonders zuverlässig bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Erfmdungsgemäß wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nano drähten auf einer Oberfläche vorgestellt. Das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen eines Elektrolytverteilers, b) Bereitstellen einer Folie mit einer Vielzahl von durchgehenden Poren, c) Anordnen der Folie zwischen der Oberfläche und einer Auslassseite des El ektroly tverteil er s, d) Einleiten eines flüssigen Elektrolyten in den Elektrolytverteiler, so dass der flüssige Elektrolyt an der Auslassseite des Elektrolytverteilers an die Folie abgegeben wird, und e) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche, so dass die Nanodrähte in den Poren der Folie aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche gewachsen werden. Die Schritte a) bis c) werden vorzugsweise vor den Schritten d) und e) durchge führt. Die Schritte a) und b) können in beliebiger Reihenfolge nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden, insbesondere auch gleichzeitig mit Schritt c). Die Schritte d) und e) können in beliebiger Reihenfolge nacheinander oder gleich zeitig durchgeführt werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren können Nanodrähte hergestellt werden. Unter einem Nanodraht (engl „nanowire“) wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ova le oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind alle Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanome ter] bis 100 gm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 30 gm auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 pm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 pm auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwende ten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen. Das beschriebene Verfahren ist für verschiedenste Materialien der Nanodrähte anwendbar. Als Material der Nanodrähte bevorzugt sind elektrisch leitende Mate rialien, insbesondere Metalle wie Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Zinn und Platin. Aber auch nichtleitende Materialien wie Metalloxide sind bevorzugt. Die Oberfläche, auf die die Nanodrähte gewachsen werden sollen, ist vorzugswei se elektrisch leitend ausgeführt. Sofern die Oberfläche Teil eines ansonsten nicht elektrisch leitenden Körpers (wie z.B. eines Substrats) ist, kann die elektrische Leitfähigkeit z. B. durch eine Metallisierung erreicht werden. So kann z. B. ein nicht elektrisch leitendes Substrat mit einer dünnen Schicht Metall überzogen werden. Durch die Metallisierung kann insbesondere eine Elektrodenschicht er zeugt werden. Je nach Material der Oberfläche und/oder der Elektrodenschicht kann es sinnvoll sein, eine Haftschicht zwischen der Oberfläche und der Elektro denschicht vorzusehen, die eine Haftung zwischen der Oberfläche und der Elekt rodenschicht vermittelt.
Durch die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche kann diese als Elektrode für das galvanische Wachstum der Nanodrähte genutzt werden. Das Substrat kann insbesondere ein Siliziumsubstrat sein. Die Oberfläche kann insbesondere die Oberfläche eines Körpers sein, der mit elektrisch leitenden Strukturen versehen ist. Das kann insbesondere ein Siliziumchip oder ein sogenanntes printed Circuit board (PCB) sein.
Mit dem beschriebenen Verfahren können die Nanodrähte galvanisch in Poren einer Folie auf die Oberfläche gewachsen werden. Dazu wird ein Elektrolyt ver wendet. Die Nanodrähte können besonders großflächig und besonders zuverlässig bereitgestellt werden, wenn der Elektrolyt besonders gleichmäßig über die Folie verteilt wird. Eine besonders gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten über die Folie kann bei dem beschriebenen Verfahren durch den Elektrolytverteiler er reicht werden, der in Schritt a) bereitgestellt wird.
Der Elektrolytverteiler weist vorzugsweise mindestens einen Einlass und an der Auslassseite eine Vielzahl von Auslässen auf. Der Elektrolytverteiler ist dazu be stimmt und eingerichtet, einen flüssigen Elektrolyten von dem mindestens einen Einlass auf die Auslässe zu verteilen. Dadurch, dass der Elektrolytverteiler eine Vielzahl der Auslässe aufweist, kann der Elektrolyt besonders gleichmäßig über die Auslassseite verteilt werden. Unter einer Vielzahl von Auslässen sind mindes tens drei Auslässe zu verstehen. Vorzugsweise weist der Elektrolytverteiler 100 bis 1000 Auslässe auf. Die Auslässe haben vorzugsweise jeweils einen Durch- messer im Bereich von 0,1 bis 2 mm.
Die Auslässe sind an einer Auslassseite des Elektrolytverteilers angeordnet. Vor zugsweise ist der Einlass bzw. sind die Einlässe des Elektrolytverteilers an einer der Auslassseite gegenüberliegenden Einlassseite des Elektrolytverteilers ange- ordnet. Die Auslässe sind vorzugsweise senkrecht zur Auslassseite ausgebildet. Das bedeutet, dass eine Fließrichtung des Elektrolyten durch die Auslässe senk recht zur Auslassseite steht. Damit kann der Elektrolyt besonders gleichmäßig an der Auslassseite abgegeben werden. Die Auslässe sind vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster an der Auslasssei te angeordnet. Dadurch kann der Elektrolyt gleichmäßig an der Auslassseite ab gegeben werden. Beispielsweise können die Auslässe in Form eines Gitternetzes angeordnet sein, wobei bevorzugt ist, dass alle Zeilen des Gitternetzes jeweils die gleiche Ausdehnung haben, alle Spalten des Gitternetzes jeweils die gleiche Aus- dehnung haben und/oder alle Zeilen des Gitternetzes die gleiche Ausdehnung wie alle Spalten des Gitternetzes haben. Beispielsweise kann der Elektrolytverteiler 400 Auslässe aufweisen, die in 20 Reihen und 20 Spalten angeordnet sind.
In Schritt b) wird die Folie mit der Vielzahl durchgehender Poren bereitgestellt.
Die Folie ist vorzugsweise mit einem Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem Polymermaterial gebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Folie derart mit der Oberfläche verbunden wird, dass die Folie nicht verrutscht. Dies könnte die Qualität der gewachsenen Nanodrähte mindern. Dass die Poren der Folie durchgehend ausgeführt sind, ist vorzugsweise derart realisiert, dass die Poren von einer Oberseite der Folie zu einer Unterseite der Fo lie durchgehende Kanäle ausbilden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Poren zylinderförmig ausgeführt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Poren als Kanä- le mit gekrümmtem Verlauf ausgeführt sind. Eine Pore kann z.B. eine kreisförmi ge, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann eine Pore eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind die Poren gleichmäßig ausgeführt (d.h. die Poren unterscheiden sich vorzugsweise nicht hinsichtlich der Größe, Form, Anordnung und/oder Abstand zu benachbarten Po- ren).
Werden die Nanodrähte in Schritt c) gewachsen, so werden die Poren vorzugswei se (insbesondere vollständig) mit dem galvanisch abgeschiedenen Material ge füllt. Dadurch erhalten die Nanodrähte die Größe, Form und Anordnung der Po- ren. Durch Wahl der Folie bzw. der Poren darin können also die Eigenschaften der zu wachsenden Nanodrähte festgelegt bzw. beeinflusst werden. Die Folie kann daher auch als „Template“, „Templatefolie“ oder „Schablone“ bezeichnet werden.
In Schritt c) wird die Folie zwischen der Oberfläche und dem Elektrolytverteiler angeordnet, vorzugsweise derart, dass die Folie an der Oberfläche anliegt. Vor zugsweise wird die Folie derart an den Elektrolytverteiler angelegt, dass ein flüs siger Elektrolyt mit dem Elektrolytverteiler an die Folie abgegeben werden kann. Beispielsweise kann die Folie einerseits an die Oberfläche angelegt sein und ande rerseits an die Auslassseite des Elektrolytverteilers angelegt sein. Es ist auch mög- lieh, dass zwischen der Folie und der Auslassseite des Elektrolytverteilers eine oder mehrere für den Elektrolyten durchlässige Zwischenschichten angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Schwamm einerseits an die Folie angelegt und an dererseits an die Auslassseite des Elektrolytverteilers angelegt sein. In Schritt d) wird der flüssige Elektrolyt vorzugsweise in den Einlass bzw. in mindestens einen der Einlässe des Elektrolytverteilers eingeleitet. Dadurch wird der flüssige Elektrolyt an den Auslässen ausgegeben und insoweit an die Folie abgegeben.
In Schritt e) wird eine elektrische Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche angelegt, so dass die Nanodrähte in den Poren der Folie aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche gewachsen werden. Die elektrische Spannung wird vorzugsweise zwischen einer Elektrode und der Oberfläche ange legt. Die Elektrode steht vorzugsweise derart mit dem Elektrolyten in Kontakt, dass sich ein durchgehender Leitungspfad durch den Elektrolyten von der Elekt rode zur Oberfläche ergibt. Dadurch können die Nanodrähte galvanisch auf die Oberfläche gewachsen werden.
Bevorzugt wird das Verfahren für Kupfer als Material der Nanodrähte bei Raum temperatur durchgeführt. Die angelegte Spannung liegt bevorzugt zwischen 0,01 V und 2 V [Volt], insbesondere bei 0,2 V. Als Elektrolyt für Nanodrähte aus Kupfer ist insbesondere eine Mischung aus CuS04 [Kupfersulfat], H2SO4 [Schwe felsäure] und H2O [Wasser] bevorzugt. Um unter diesen Bedingungen beispiels weise Nanodrähte aus Kupfer mit einem Durchmesser von 100 nm [Nanometer] und einer Länge von 10 pm [Mikrometer] zu erhalten, wird bevorzugt eine Stromdichte von 1,5 mA/cm2 [Milliampere pro Quadratzentimeter] (Gleichstrom) über eine Wachstumsdauer von 20 Minuten verwendet. Um beispielsweise Nano drähte aus Kupfer mit einem Durchmesser von 1 pm [Mikrometer] und einer Län ge von 10 pm [Mikrometer] zu erhalten, wird bevorzugt eine Strom dichte von 0,5-2 mA/cm2 [Milliampere pro Quadratzentimeter] (Gleichstrom) über eine Wachstumsdauer von 40 Minuten verwendet.
Mit dem beschriebenen Verfahren, insbesondere unter Verwendung der als bevor zugt beschriebenen Parameter, können Nanodrähte besonders hoher Qualität er- halten werden. Auch können diese über eine besonders große Oberfläche beson ders gleichmäßig hinsichtlich Länge, Durchmesser, Struktur, Dichte (d.h. mittle ren Abstands zwischen benachbarten Nanodrähten) und Materialzusammenset zung gewachsen werden. Auch ist das beschriebene Verfahren nicht auf den Ein satz in einem Labor beschränkt, da es insbesondere ohne Mikromontage- Handhabung auskommt. Verfahren, die beispielswiese mit Schwerionen-Beschuss arbeiten, sind auf eine Forschungseinrichtung beschränkt, da ein Ionenbeschleuni ger eine feststehende Großanlage ist.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst: einen Elektrolytverteiler, umfassend:
- eine Vielzahl von Auslässen an einer Auslassseite des Elektrolytverteilers und
- mindestens einen Einlass, eine Folie mit einer Vielzahl von durchgehenden Poren, welche derart an den Elektrolytverteiler angelegt ist, dass ein flüssiger Elektrolyt mit dem Elektro lytverteiler an die Folie abgegeben werden kann, und eine Elektrode zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüs sigen Elektrolyten und der Oberfläche, so dass die Nanodrähte in den Poren der Folie aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche gewachsen wer den können, wenn die Folie an die Oberfläche angelegt ist.
Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens sind auf die beschriebene Anordnung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Vorzugsweise wird das beschriebene Verfahren mit der beschrie benen Anordnung durchgeführt. Vorzugsweise ist die beschriebene Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bestimmt und eingerichtet. Die Oberfläche ist nicht Teil der Anordnung. Die Anordnung kann mit der Ober fläche in Kontakt gebracht werden, um die Nanodrähte auf die Oberfläche zu wachsen.
Die Folie ist derart an den Elektrolytverteiler angelegt, dass ein flüssiger Elektro lyt mit dem Elektrolytverteiler an die Folie abgegeben werden kann. Dazu kann die Folie unmittelbar an die Auslassseite des Elektrolytverteilers angelegt sein. Ist zwischen der Folie und der Auslassseite des Elektrolytverteilers eine für den Elektrolyten durchlässige Zwischenschicht angeordnet, ist die Folie an der Zwi schenschicht angelegt. Weist der Elektrolytverteiler beispielsweise einen Schwamm als Zwischenschicht auf, der an die Auslassseite des Elektrolytvertei lers angelegt ist, ist die Folie vorzugsweise an den Schwamm und insoweit an den Elektrolytverteiler angelegt.
Die Elektrode ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sich ein durchgehender Leitungspfad durch den Elektrolyten von der Elektrode zur Oberfläche ergibt, wenn der Elektrolyt mit dem Elektrolytverteiler an die Folie abgegeben wird. Die Elektrode kann Teil des Elektrolytverteilers sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytver teiler mindestens zwei Einlässe, wobei jeder der Einlässe mit einer jeweiligen Gruppe der Auslässe verbunden ist, und wobei die Gruppen der Auslässe vonei nander verschieden sind.
Jeder der Einlässe ist mit einer jeweiligen Gruppe der Auslässe verbunden, wobei die Gruppen der Auslässe voneinander verschieden sind.
Eine Gruppe der Auslässe umfasst mindestens zwei und höchstens alle Auslässe. Die Gruppen können einander überlappen. Ein Auslass kann zu einer, zu mehre ren oder zu allen Gruppen gehören. Auch kann der Elektrolyt Auslässe aufweisen, die zu keiner Gruppe gehören - solche Auslässe sind aber für die Funktionsweise des Elektrolytverteilers unbeachtlich und werden daher hier nicht weiter betrach tet. Es kann keine zwei identischen Gruppen geben. Je Einlass gibt es genau eine Gruppe; die Anzahl der Gruppen entspricht also der Anzahl der Einlässe.
Wenn der Elektrolytverteiler zwei Einlässe und vier Auslässe aufweist, können beispielsweise folgende Gruppen vorgesehen sein:
Erstes Beispiel: Einlass 1 ist mit Auslässen 1 und 2 verbunden (Gruppe 1); Einlass 2 ist mit Auslässen 3 und 4 verbunden (Gruppe 2).
Zweites Beispiel: Einlass 1 ist mit Auslässen 1, 2 und 3 verbunden (Gruppe 1); Einlass 3 ist mit Auslässen 1, 2 und 4 verbunden (Gruppe 2).
Drittes Beispiel: Einlass 1 ist mit Auslässen 1, 2, 3 und 4 verbunden (Gruppe 1); Einlass 3 ist mit Auslässen 1, 2 und 3 verbunden (Gruppe 2).
Diese Beispiele dienen insbesondere der Veranschaulichung der Definition der Gruppen. Vorzugsweise weist der Elektrolytverteiler mehr als vier Auslässe auf.
Durch die Anordnung der Auslässe in Gruppen kann der Elektrolyt an der Aus lassseite zonenweise abgegeben werden. Je nachdem, in welche(n) der Einlässe der Elektrolyt eingeleitet wird, wird der Elektrolyt in entsprechend unterschiedli chen dieser Zonen an der Auslassseite des Elektrolytverteilers abgegeben. Mit dem beschriebenen Verfahren können dadurch unterschiedlich große und/oder unterschiedlich geformte Bereiche einer Oberfläche mit Nanodrähte bewachsen werden. Soll beispielsweise ein Bereich der Oberfläche mit Nanodrähten bewach sen werden, der kleiner als die Auslassseite des Elektrolytverteilers ist, kann die Abgabe des Elektrolyten auf einen entsprechenden Teilbereich der Auslassseite des Elektrolytverteilers beschränkt werden. Sofern die Einteilung der Auslässe in die Gruppen dies ermöglicht, entspricht dieser Teilbereich vorzugsweise dem zu bewachsende Teil der Oberfläche. Ansonsten wird der Elektrolyt vorzugsweise mit dem nächstgrößeren Teilbereich der Auslassseite des Elektrolytverteilers ab gegeben, der den gesamten zu bewachsenden Teil der Oberfläche überdeckt.
Die Ausgestaltung des Elektrolytverteilers ermöglicht eine gezielte Abgabe des Elektrolyten. Dadurch kann einerseits der Verbrauch des Elektrolyten reduziert werden, weil der Elektrolyt nicht in Bereiche abgegeben wird, in denen er nicht benötigt wird. Es hat sich aber herausgestellt, dass die Ausgestaltung des Elektro lytverteilers darüber hinaus auch dazu beiträgt, die Qualität der Nanodrähte zu verbessern. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass aufgrund der Ausgestaltung des Elektrolytverteilers besonders gleichmäßige Nanodrähte hergestellt werden können. Das liegt daran, dass die Menge des an die Folie abgegebenen Elektroly ten einen Einfluss auf die Eigenschaften der hergestellten Nanodrähte hat. Wird der Elektrolyt in einem Bereich bereitgestellt, der größer ist als der zu bewach sende Teil der Oberfläche, steht für das Nanodrahtwachstum in den Randberei chen mehr Elektrolyt zur Verfügung als im Zentrum des zu bewachsenden Teils der Oberfläche. Dies kann dazu führen, dass sich die Nanodrähte in den Randbe reichen von den Nanodrähten im Zentrum unterscheiden. Durch die Ausgestaltung des Elektrolytverteilers kann dies verhindert werden.
Der Elektrolyt kann jedem der zu verwendenden Einlässe einzeln zugeleitet wer den. Bevorzugt ist es dazu, dass die Einlässe über einen Einlassverteiler trennbar mit einem Gesamteinlass verbunden sind. Der Einlassverteiler weist vorzugsweise für jeden Einlass ein jeweiliges Ventil auf. So kann der Elektrolyt durch den Ge samteinlass in den Elektrolytverteiler eingeleitet werden und über den Einlassver teiler auf die Einlässe verteilt werden, deren Ventil geöffnet ist. Durch Öffnen und Schließen der einzelnen Ventile des Einlassverteilers kann bestimmt werden, aus welcher Gruppe beziehungsweise aus welchen Gruppen der Auslässe der Elektro lyt abgegeben wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist die Aus lassseite des Elektrolytverteilers eben ausgebildet. Der Elektrolytverteiler ist insbesondere für das galvanische Wachstum von Nano- drähten geeignet. Die Nanodrähte werden vorzugsweise auf eine ebene Oberflä che gewachsen. Entsprechend ist es vorteilhaft, dass die Auslassseite des Elektro lytverteilers eben ausgebildet ist. Soll eine gekrümmte Oberfläche mit Nanodrähten bewachsen werden, ist vor zugsweise ein Schwamm zwischen der Oberfläche und der Auslassseite des Elekt rolytverteilers angeordnet. Der Schwamm kann die Krümmung der Oberfläche ausgleichen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytverteiler ein Verteilelement mit einem jeweiligen Verteilabschnitt für jede der Gruppen der Auslässe, wobei der jeweilige Einlass über den entsprechen den Verteilabschnitt mit der entsprechenden Gruppe der Auslässe verbunden ist. Das Verteilerelement ist vorzugsweise als eine Verteilplatte ausgebildet. Die Ver teilabschnitte sind vorzugsweise als Hohlräume innerhalb des Verteilelements ausgebildet. Jeder der Verteilabschnitte ist vorzugsweise direkt oder indirekt mit dem entsprechenden Einlass verbunden. Eine indirekte Verbindung liegt vor, wenn zwischen einem Verbindungsabschnitt und dem entsprechenden Einlass ein weiteres Element vorgesehen ist, durch welches der Elektrolyt vom Einlass zum Verteilabschnitt strömen kann. Jeder der Verteilabschnitte ist vorzugsweise direkt oder indirekt mit den entsprechenden Auslässen verbunden. Bevorzugt ist, dass jeder der Verteilabschnitte derart direkt mit den entsprechenden Auslässen ver bunden ist, dass die Auslässe als Öffnungen in dem Verteilelement ausgebildet sind, die sich zwischen dem entsprechenden Verteilabschnitt und der Umgebung des Verteilelements erstrecken.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytverteiler ein Vorverteilelement, über welches der jeweilige Einlass mit dem entsprechenden Verteilabschnitt des Verteilelements verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verteilelement indirekt über das Vorverteilelement mit den Einlässen verbunden. Durch das Vorverteilelement kann der Elektrolyt von den Einlässen in die entsprechenden Verteilabschnitte des Verteilelements geleitet werden. Im Vergleich zu einer direkten Verbindung zwi schen den Einlässen und den Verteilabschnitten kann der Elektrolyt aufgrund des Vorverteilelements gleichmäßiger an der Auslassseite abgegeben werden. Das liegt daran, dass der Elektrolyt über das Vorverteilerelement gleichmäßiger an die Verteilabschnitte abgegeben werden kann als direkt von den Einlässen. Dadurch ist die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten bereits innerhalb des Verteil elements gleichmäßiger.
Der Elektrolytverteiler ist vorzugsweise schichtweise aufgebaut: eine erste Schicht ist durch das Vorverteilelement gebildet und eine zweite Schicht ist durch das Verteilelement ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung sind die Auslässe des Elektrolytverteilers in einer Abdeckung des Elektrolytverteilers aus- gebildet.
Der Elektrolytverteiler ist vorzugsweise schichtweise aufgebaut: eine erste Schicht ist durch das Vorverteilelement gebildet, eine zweite Schicht ist durch das Verteilelement ausgebildet und eine dritte Schicht ist durch die Abdeckung aus- gebildet. Das Verteilelement liegt einerseits an dem Vorverteilelement an und andererseits an der Abdeckung.
Die Auslässe sind in der Abdeckung ausgebildet. Vorzugsweise weist das Verteil element eine Vielzahl von Löchern auf, die entsprechend den Auslässen ausgebil det und angeordnet sind. Elektrolyt kann somit durch ein Loch aus dem Verteil element austreten und die Abdeckung durch den entsprechenden Auslass passie ren.
Das Material der Auslassseite kann einen Einfluss auf das Wachstum der Nano- drähte haben. Je nach verwendetem Elektrolyten und/oder je nach Material der zu wachsenden Nanodrähte kann folglich ein anderes Material der Auslassseite vor teilhaft sein. Die Abdeckung kann im Vergleich zum Verteilelement einfacher ausgetauscht werden. Aufgrund der Abdeckung kann der Elektrolytverteiler also besonders flexibel genutzt werden. Auch kann die Abdeckung bei Verschleiß und/oder Verschmutzung einfacher ausgetauscht werden als das Verteilelement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist die Aus lassseite des Elektrolytverteilers als eine Elektrode ausgebildet.
In dieser Ausführungsform kann der Elektrolytverteiler besonders gut zum galva nischen Wachstum von Nanodrähten verwendet werden. So kann eine elektrische Spannung zwischen der Auslassseite und einer mit Nanodrähten zu bewachsenden Oberfläche angelegt werden. Eine weitere Elektrode ist nicht erforderlich, was den konstruktiven Aufwand verringert.
Insbesondere in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Auslässe in einer Abdeckung des Elektrolytverteilers ausgebildet sind. Die Abdeckung ist vorzugsweise auf einem Metall gebildet und kann als die Elektrode verwendet werden. Beim galvanischen Wachstum der Nanodrähte kann es zu Ablagerungen an der Abdeckung gekommen. Zur Reinigung der Abdeckung kann diese vom Verteilelement gelöst werden. Auch kann die Abdeckung einfacher ausgetauscht werden als beispielsweise das Verteilelement. Das ist auch deshalb vorteilhaft, weil das Material der Elektrode einen Einfluss auf das Wachstum der Nanodrähte haben kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytverteiler eine Führungseinrichtung zum Führen einer Bewegung des Elektrolytverteilers senkrecht zur Auslassseite.
In dieser Ausführungsform kann der Elektrolytverteiler besonders gut zum galva nischen Wachstum von Nanodrähten verwendet werden. So kann ein mit Nano- drähten zu bewachsender Körper unterhalb des Elektrolytverteilers angeordnet werden, eine Folie an die zu bewachsende Oberfläche des Körpers angelegt wer den und der Elektrolytverteiler - durch die Führungseinrichtung geführt - an die Folie angelegt werden.
Die Führungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mit einem Gegen stück zusammenzuwirken, das beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet ist, innerhalb dessen der Elektrolytverteiler verwendet werden kann. Das Gehäuse ist nicht Teil des Elektrolytverteilers. Beispielsweise kann die Führungseinrichtung aus einem oder mehreren Führungsstäben bestehen, die in entsprechenden Auf nahmen als Gegenstück geführt werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytverteiler einen Schwamm, welcher an der Auslassseite des Elektrolyt verteilers anliegt.
Der Schwamm kann an seiner ersten Seite den Elektrolyten von der Auslassseite des Elektrolytverteilers aufnehmen an seiner der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite wieder abgeben, insbesondere an eine Folie zum galvanischen Wachstum von Nanodrähten. Durch den Schwamm kann die Abgabe des Elektro lyten weiter vergleichmäßigt werden.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungs beispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhält nisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: eine Querschnittsansicht eines Elektrolytverteilers für eine erfindungs gemäße Anordnung,
Fig. 2: eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Be reitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche umfas send den Elektrolytverteiler aus Fig. 1 und
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereit stellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche unter Ver wendung der Anordnung aus Fig. 2 mit dem Elektrolytverteiler aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Elektrolytverteiler 1 mit zwei Einlässen 2a, 2b und einer Viel zahl von Auslässen 3. Die Auslässe 3 sind an einer Auslassseite 4 des Elektrolyt verteilers 1 angeordnet. Die Auslassseite 4 ist eben ausgebildet.
Ein erster der Einlässe 2a ist mit einer ersten Gruppe 5a der Auslässe 3 verbun den. Ein zweiter der Einlässe 2b ist mit einer zwiten Gruppe 5b der Auslässe 3 verbunden. Die Gruppen 5a, 5b sind voneinander verschieden. Der Elektrolytverteiler 1 weist ein Verteilelement 6 und ein Vorverteilelement 8 auf. Das Verteilelement 6 hat einen jeweiligen Verteilabschnitt 7a, 7b für jede der Gruppen 5a, 5b der Auslässe 3. Die Einlässe 2a, 2b sind über das Vorverteilele ment 8 mit dem entsprechenden Verteilabschnitt 7a, 7b des Verteilelements 6 und über die Verteilabschnitte 7a, 7b des Verteilelements 6 mit der entsprechenden Gruppe 5a, 5b der Auslässe 3 verbunden.
Der zweite Verteilabschnitt 7b ist in der Querschnittsdarstellung der Fig. 1 teil weise rechts vom ersten Verteilabschnitt 7a und teilweise links davon gezeigt. Dies ist der Querschnittsdarstellung geschuldet. Die beiden gezeigten Teile des zweiten Verteilabschnitts 7b sind außerhalb der Schnittebene miteinander verbun den. Entsprechendes gilt für das Vorverteilelement 8: Vom zweiten Einlass 2b kann der Elektrolyt - wie durch Pfeile angedeutet - einerseits in den linken Teil des zweiten Verteilabschnitts 7b gelangen und andererseits in den rechten Teil des zweiten Verteilabschnitts 7b.
Die Auslässe sind in einer Abdeckung 9 des Elektrolytverteilers 1 ausgebildet. Die Abdeckung 9 ist als Elektrode 10 ausgebildet, wodurch die Auslassseite 4 als die Elektrode 10 ausgebildet ist.
Weiterhin umfasst der Elektrolytverteiler 1 eine Führungseinrichtung 11 zum Führen einer Bewegung des Elektrolytverteilers 1 senkrecht zur Auslassseite 4.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung 12 zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodräh- ten 14 auf einer Oberfläche 15. Ein Körper 19 mit der Oberfläche 15 ist einge zeichnet. Weder der Körper 19 noch die Oberfläche 15 gehören zur Anord nung 12.
Die Anordnung 12 umfasst einen Elektrolytverteiler 1, der wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet ist und darüber hinaus einen Schwamm 13 aufweist, welcher an der Auslassseite 4 des Elektrolytverteilers 1 anliegt. Der Elektrolytverteiler 1 ist in Fig. 2 vereinfacht dargestellt. Gezeigt sind lediglich die Elektrode 10 an der Aus lassseite 4, die Führungseinrichtung 11 und der Schwamm 13, die jeweils Teil des Elektrolytverteilers 1 sind.
Weiterhin umfasst die Anordnung 12 eine Folie 16 mit einer Vielzahl von durch gehenden Poren 17. Die Folie 16 ist derart an den Elektrolytverteiler 1 angelegt, dass ein flüssiger Elektrolyt mit dem Elektrolytverteiler 1 an die Folie 16 abgege ben werden kann. In der gezeigten Ausführungsform ist die Folie 16 dazu an den Schwamm 13 des Elektrolytverteilers 1 angelegt.
Die Elektrode 10 ist zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche 15 geeignet, so dass die Nanodrähte 14 in den Poren 17 der Folie 16 aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche 15 gewachsen werden können. Die Spannung kann mit einer Strom- und Spannungs quelle 18 angelegt werden.
Der Elektrolytverteiler 1 kann durch die Führungseinrichtung 11 senkrecht zur Auslassseite 4 geführt bewegt werden. Oberhalb des Elektrolytverteilers 1 sind Aufnahmen 23 gezeigt, mit denen die Führungseinrichtung 11 wechselwirkt. Mit einer Feder 22 kann der Elektrolytverteiler 1 mit einem vorbestimmten Druck an die Folie 16 gepresst werden.
Das Wachstum der Nanodrähte 14 kann lokal begrenzt werden, so dass nicht die gesamte Oberfläche 15 bewachsen wird. Dazu kann die Oberfläche 15 mit einer Strukturierungsschicht 20 versehen sein, auf der keine Nanodrähte wachsen kön nen. Das Wachstum der Nanodrähte 14 kann dadurch auf Auslassungen 21 in der Strukturierungsschicht 20 begrenzt werden. Die Auslassungen 21 können bei spielswiese lithografisch erhalten werden. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Viel zahl von Nanodrähten 14 auf einer Oberfläche 15. Das Verfahren wird anhand der Bezugszeichen aus den Fig. 1 und 2 beschrieben. Das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen des Elektrolytverteilers 1 aus Fig. 1, b) Bereitstellen einer Folie 16 mit einer Vielzahl von durchgehenden Poren 17, c) Anordnen der Folie 16 zwischen der Oberfläche 15 und der Auslassseite 4 des Elektrolytverteilers 1, d) Einleiten eines flüssigen Elektrolyten in mindestens einen der Einlässe 2a, 2b des Elektrolytverteilers 1, so dass der flüssige Elektrolyt über den Elektrolyt- Verteiler 1 an die Folie 16 abgegeben wird, und e) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche 15, so dass die Nanodrähte 14 in den Poren 17 der Fo lie 16 aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche 15 gewachsen wer den.
Das Verfahren kann insbesondere mit der Anordnung aus Fig. 2 durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
I Elektrolytverteiler
2a erster Einlass 2b zweiter Einlass
3 Auslass
4 Auslassseite
5 a erste Gruppe
5b zweite Gruppe 6 Verteilelement
7a erster Verteilabschnitt
7b zweiter Verteilabschnitt
8 Vorverteilelement
9 Abdeckung 10 Elektrode
I I Führungseinrichtung
12 Anordnung
13 Schwamm
14 Nanodraht 15 Oberfläche
16 Folie
17 Pore
18 Strom- und Spannungsquelle
19 Körper 20 Strukturierungsschicht
21 Auslassung
22 Feder
23 Aufnahme

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (14) auf einer
Oberfläche (15), umfassend: a) Bereitstellen eines Elektrolytverteilers (1) b) Bereitstellen einer Folie (16) mit einer Vielzahl von durchgehenden Po ren (17), c) Anordnen der Folie (16) zwischen der Oberfläche (15) und einer Aus lassseite (4) des Elektrolytverteilers (1), d) Einleiten eines flüssigen Elektrolyten in den Elektrolytverteiler (1), so dass der flüssige Elektrolyt an der Auslassseite (4) des Elektrolytvertei lers (1) an die Folie (16) abgegeben wird, und e) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektro lyten und der Oberfläche (15), so dass die Nanodrähte (14) in den Po ren (17) der Folie (16) aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberflä che (15) gewachsen werden.
2. Anordnung (12) zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten (14) auf einer Oberfläche (15), umfassend: - einen Elektrolytverteiler (1), umfassend:
- eine Vielzahl von Auslässen (3) an einer Auslassseite (4) des Elektro lytverteilers (1) und
- mindestens einen Einlass (2a, 2b), eine Folie (16) mit einer Vielzahl von durchgehenden Poren (17), welche derart an den Elektrolytverteiler (1) angelegt ist, dass ein flüssiger Elekt rolyt mit dem Elektrolytverteiler (1) an die Folie (16) abgegeben werden kann, und eine Elektrode (10) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der Oberfläche (15), so dass die Nano- drähte (14) in den Poren (17) der Folie (16) aus dem flüssigen Elektroly- ten auf die Oberfläche (15) gewachsen werden können, wenn die Fo lie (16) an die Oberfläche (15) angelegt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei der Elektrolytverteiler (1) mindestens zwei Einlässe (2a, 2b) umfasst, und wobei jeder der Einlässe (2a, 2b) mit einer jeweiligen Gruppe (5a, 5b) der Auslässe (3) verbunden ist, und wobei die Gruppen (5a, 5b) der Auslässe (3) voneinander verschieden sind.
4. Anordnung (12) nach Anspruch 2, wobei die Auslassseite (4) des Elektrolyt- Verteilers (1) eben ausgebildet ist.
5. Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, umfassend ein Verteil element (6) mit einem jeweiligen Verteilabschnitt (7a, 7b) für jede der Grup pen (5a, 5b) der Auslässe (3), wobei der jeweilige Einlass (2a, 2b) über den entsprechenden Verteilabschnitt (7a, 7b) mit der entsprechenden Gruppe
(5a, 5b) der Auslässe (3) verbunden ist.
6. Anordnung (12) oder Elektrolytverteiler (1) nach Anspruch 5, umfassend ein Vorverteilelement (8), über welches der jeweilige Einlass (2a, 2b) mit dem entsprechenden Verteilabschnitt (7a, 7b) des Verteilelements (6) verbunden ist.
7. Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Auslässe (3) des Elektrolytverteilers (1) in einer Abdeckung (9) des Elektrolytverteilers (1) ausgebildet sind.
8. Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) als eine Elektrode (10) ausgebildet ist.
9. Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, umfassend eine Füh rungseinrichtung (11) zum Führen einer Bewegung des Elektrolytverteilers (1) senkrecht zur Auslassseite (4).
10. Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, umfassend einen
Schwamm (13), welcher an der Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) anliegt.
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