DE102020107514A1

DE102020107514A1 - Galvanisches Wachstum von Nanodrähten

Info

Publication number: DE102020107514A1
Application number: DE102020107514.6A
Authority: DE
Inventors: Olav Birlem; Florian Dassinger; Sebastian Quednau; Farough Roustaie
Original assignee: Nanowired GmbH
Current assignee: Nanowired GmbH
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN115698387A; WO2021185619A1; JP7565369B2; TW202200847A; EP4121582A1; KR20230019071A; JP2023518077A

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, unde) 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

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 Reinräumen eingesetzt werden (können). Insbesondere sind die meisten bekannten Verfahren 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 verschiedenen Wachstumsvorgängen auch dann zum Teil erheblich, wenn die gleichen oder dieselben Maschinen, Ausgangsmaterialien und/oder Rezepturen verwendet 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 visualisieren 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 beschriebenen Qualitätsunterschiede oft nicht möglich, größere Flächen mit Nanodrähten zu bewachsen. So ist es wahrscheinlich, dass sich die Nanodrähte hinsichtlich 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 vorgestellt 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.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten 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 Elektrolytverteilers,
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) durchgeführt. 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 gleichzeitig 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, ovale 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 [Nanometer] bis 100 µm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 30 µm auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 µm 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 verwendeten 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 Materialien, 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 vorzugsweise 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 erzeugt werden. Je nach Material der Oberfläche und/oder der Elektrodenschicht kann es sinnvoll sein, eine Haftschicht zwischen der Oberfläche und der Elektrodenschicht vorzusehen, die eine Haftung zwischen der Oberfläche und der Elektrodenschicht 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 verwendet. 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 erreicht 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 bestimmt 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 mindestens drei Auslässe zu verstehen. Vorzugsweise weist der Elektrolytverteiler 100 bis 1000 Auslässe auf. Die Auslässe haben vorzugsweise jeweils einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 2 mm.
Die Auslässe sind an einer Auslassseite des Elektrolytverteilers angeordnet. Vorzugsweise ist der Einlass bzw. sind die Einlässe des Elektrolytverteilers an einer der Auslassseite gegenüberliegenden Einlassseite des Elektrolytverteilers angeordnet. Die Auslässe sind vorzugsweise senkrecht zur Auslassseite ausgebildet. Das bedeutet, dass eine Fließrichtung des Elektrolyten durch die Auslässe senkrecht zur Auslassseite steht. Damit kann der Elektrolyt besonders gleichmäßig an der Auslassseite abgegeben werden.
Die Auslässe sind vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster an der Auslassseite angeordnet. Dadurch kann der Elektrolyt gleichmäßig an der Auslassseite abgegeben 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 Ausdehnung 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 Folie durchgehende Kanäle ausbilden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Poren zylinderförmig ausgeführt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Poren als Kanäle mit gekrümmtem Verlauf ausgeführt sind. Eine Pore kann z.B. eine kreisförmige, 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 Poren).
Werden die Nanodrähte in Schritt c) gewachsen, so werden die Poren vorzugsweise (insbesondere vollständig) mit dem galvanisch abgeschiedenen Material gefüllt. Dadurch erhalten die Nanodrähte die Größe, Form und Anordnung der Poren. 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. Vorzugsweise wird die Folie derart an den Elektrolytverteiler angelegt, dass ein flüssiger Elektrolyt mit dem Elektrolytverteiler an die Folie abgegeben werden kann. Beispielsweise kann die Folie einerseits an die Oberfläche angelegt sein und andererseits an die Auslassseite des Elektrolytverteilers angelegt sein. Es ist auch möglich, 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 andererseits 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 angelegt. Die Elektrode steht vorzugsweise derart mit dem Elektrolyten in Kontakt, dass sich ein durchgehender Leitungspfad durch den Elektrolyten von der Elektrode zur Oberfläche ergibt. Dadurch können die Nanodrähte galvanisch auf die Oberfläche gewachsen werden.
Bevorzugt wird das Verfahren für Kupfer als Material der Nanodrähte bei Raumtemperatur 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 CuSO₄ [Kupfersulfat], H₂SO₄ [Schwefelsäure] und H₂O [Wasser] bevorzugt. Um unter diesen Bedingungen beispielsweise Nanodrähte aus Kupfer mit einem Durchmesser von 100 nm [Nanometer] und einer Länge von 10 µm [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 Nanodrähte aus Kupfer mit einem Durchmesser von 1 µm [Mikrometer] und einer Länge von 10 µm [Mikrometer] zu erhalten, wird bevorzugt eine Stromdichte 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 bevorzugt beschriebenen Parameter, können Nanodrähte besonders hoher Qualität erhalten werden. Auch können diese über eine besonders große Oberfläche besonders gleichmäßig hinsichtlich Länge, Durchmesser, Struktur, Dichte (d.h. mittleren Abstands zwischen benachbarten Nanodrähten) und Materialzusammensetzung gewachsen werden. Auch ist das beschriebene Verfahren nicht auf den Einsatz 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 Ionenbeschleuniger 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 Elektrolytverteiler an die Folie abgegeben werden kann, und
- eine Elektrode zum 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 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 beschriebenen 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 Oberfläche in Kontakt gebracht werden, um die Nanodrähte auf die Oberfläche zu wachsen.
Die Folie ist derart an den Elektrolytverteiler angelegt, dass ein flüssiger Elektrolyt 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 Zwischenschicht angelegt. Weist der Elektrolytverteiler beispielsweise einen Schwamm als Zwischenschicht auf, der an die Auslassseite des Elektrolytverteilers 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 Elektrolytverteiler mindestens zwei Einlässe, wobei jeder der Einlässe mit einer jeweiligen Gruppe der Auslässe verbunden ist, und wobei die Gruppen der Auslässe voneinander 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 mehreren 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 betrachtet. 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 Auslassseite zonenweise abgegeben werden. Je nachdem, in welche(n) der Einlässe der Elektrolyt eingeleitet wird, wird der Elektrolyt in entsprechend unterschiedlichen 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 bewachsen 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 abgegeben, 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 Elektrolytverteilers 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 Elektrolyten einen Einfluss auf die Eigenschaften der hergestellten Nanodrähte hat. Wird der Elektrolyt in einem Bereich bereitgestellt, der größer ist als der zu bewachsende Teil der Oberfläche, steht für das Nanodrahtwachstum in den Randbereichen mehr Elektrolyt zur Verfügung als im Zentrum des zu bewachsenden Teils der Oberfläche. Dies kann dazu führen, dass sich die Nanodrähte in den Randbereichen 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 werden. 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 Gesamteinlass in den Elektrolytverteiler eingeleitet werden und über den Einlassverteiler 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 Elektrolyt abgegeben wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist die Auslassseite des Elektrolytverteilers eben ausgebildet.
Der Elektrolytverteiler ist insbesondere für das galvanische Wachstum von Nanodrähten geeignet. Die Nanodrähte werden vorzugsweise auf eine ebene Oberfläche gewachsen. Entsprechend ist es vorteilhaft, dass die Auslassseite des Elektrolytverteilers eben ausgebildet ist.
Soll eine gekrümmte Oberfläche mit Nanodrähten bewachsen werden, ist vorzugsweise ein Schwamm zwischen der Oberfläche und der Auslassseite des Elektrolytverteilers 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 entsprechenden Verteilabschnitt mit der entsprechenden Gruppe der Auslässe verbunden ist.
Das Verteilerelement ist vorzugsweise als eine Verteilplatte ausgebildet. Die Verteilabschnitte 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 verbunden 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 zwischen 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 Verteilelements 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 ausgebildet.
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 ausgebildet. Das Verteilelement liegt einerseits an dem Vorverteilelement an und andererseits an der Abdeckung.
Die Auslässe sind in der Abdeckung ausgebildet. Vorzugsweise weist das Verteilelement eine Vielzahl von Löchern auf, die entsprechend den Auslässen ausgebildet und angeordnet sind. Elektrolyt kann somit durch ein Loch aus dem Verteilelement austreten und die Abdeckung durch den entsprechenden Auslass passieren.
Das Material der Auslassseite kann einen Einfluss auf das Wachstum der Nanodrähte haben. Je nach verwendetem Elektrolyten und/oder je nach Material der zu wachsenden Nanodrähte kann folglich ein anderes Material der Auslassseite vorteilhaft 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 Auslassseite des Elektrolytverteilers als eine Elektrode ausgebildet.
In dieser Ausführungsform kann der Elektrolytverteiler besonders gut zum galvanischen 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 galvanischen Wachstum von Nanodrähten verwendet werden. So kann ein mit Nanodrähten zu bewachsender Körper unterhalb des Elektrolytverteilers angeordnet werden, eine Folie an die zu bewachsende Oberfläche des Körpers angelegt werden und der Elektrolytverteiler - durch die Führungseinrichtung geführt - an die Folie angelegt werden.
Die Führungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mit einem Gegenstück 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 Aufnahmen als Gegenstück geführt werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst der Elektrolytverteiler einen Schwamm, welcher an der Auslassseite des Elektrolytverteilers 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 Elektrolyten weiter vergleichmäßigt werden.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:

1: eine Querschnittsansicht eines Elektrolytverteilers für eine erfindungsgemäße Anordnung,
2: eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche umfassend den Elektrolytverteiler aus 1 und
3: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Oberfläche unter Verwendung der Anordnung aus 2 mit dem Elektrolytverteiler aus 1.

1 zeigt einen Elektrolytverteiler 1 mit zwei Einlässen 2a, 2b und einer Vielzahl von Auslässen 3. Die Auslässe 3 sind an einer Auslassseite 4 des Elektrolytverteilers 1 angeordnet. Die Auslassseite 4 ist eben ausgebildet.
Ein erster der Einlässe 2a ist mit einer ersten Gruppe 5a der Auslässe 3 verbunden. 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 Vorverteilelement 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 1 teilweise 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 verbunden. 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.
2 zeigt eine Anordnung 12 zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten 14 auf einer Oberfläche 15. Ein Körper 19 mit der Oberfläche 15 ist eingezeichnet. Weder der Körper 19 noch die Oberfläche 15 gehören zur Anordnung 12.
Die Anordnung 12 umfasst einen Elektrolytverteiler 1, der wie in 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 2 vereinfacht dargestellt. Gezeigt sind lediglich die Elektrode 10 an der Auslassseite 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 durchgehenden Poren 17. Die Folie 16 ist derart an den Elektrolytverteiler 1 angelegt, dass ein flüssiger Elektrolyt mit dem Elektrolytverteiler 1 an die Folie 16 abgegeben 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 Spannungsquelle 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 können. Das Wachstum der Nanodrähte 14 kann dadurch auf Auslassungen 21 in der Strukturierungsschicht 20 begrenzt werden. Die Auslassungen 21 können beispielswiese lithografisch erhalten werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten 14 auf einer Oberfläche 15. Das Verfahren wird anhand der Bezugszeichen aus den 1 und 2 beschrieben. Das Verfahren umfasst:

a) Bereitstellen des Elektrolytverteilers 1 aus 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 Elektrolytverteiler 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.

Das Verfahren kann insbesondere mit der Anordnung aus 2 durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrolytverteiler
2a: erster Einlass
2b: zweiter Einlass
3: Auslass
4: Auslassseite
5a: erste Gruppe
5b: zweite Gruppe
6: Verteilelement
7a: erster Verteilabschnitt
7b: zweiter Verteilabschnitt
8: Vorverteilelement
9: Abdeckung
10: Elektrode
11: 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

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.
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 Elektrolytverteilers (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 Elektrolyt 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 Nanodrähte (14) in den Poren (17) der Folie (16) aus dem flüssigen Elektrolyten auf die Oberfläche (15) gewachsen werden können, wenn die Folie (16) an die Oberfläche (15) angelegt ist.
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.
Anordnung (12) nach Anspruch 2, wobei die Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) eben ausgebildet ist.
Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, umfassend ein Verteilelement (6) mit einem jeweiligen Verteilabschnitt (7a,7b) für jede der Gruppen (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.
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.
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.
Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) als eine Elektrode (10) ausgebildet ist.
Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, umfassend eine Führungseinrichtung (11) zum Führen einer Bewegung des Elektrolytverteilers (1) senkrecht zur Auslassseite (4).
Anordnung (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, umfassend einen Schwamm (13), welcher an der Auslassseite (4) des Elektrolytverteilers (1) anliegt.