DE4130135C2 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern für Mikroelektrodenarrays - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern für MikroelektrodenarraysInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Formkörpern für Mikroelektrodenarrays aus Glas oder thermo
plastischen Werkstoffen.
Elektroden mit beispielsweise flächiger, zylindrischer oder
halbkugelförmiger Geometrie und Durchmessern im Bereich weni
ger µm (Mikroelektroden "mit Durchmessern, die erheblich
kleiner sind als die Dicke der Diffusionsschicht"), haben vor
allem wegen der interessanten Charakteristik des Stofftrans
portes zu und von diesen Elektroden, sowie wegen des großen
Wertes der Verhältniszahl iF/iC (iF = Faraday'scher
Strom/iC = kapazitiver Strom) zahlreiche Anwendungen in der Elektroche
mie gefunden. Diese Anwendungen werden beispielsweise be
schrieben in R. M. Wightman, Anal. Chem., 53 (1981) 1125 R und
"Ultramicroelectrodes", M. Fleischmann, S. Pons, D. R. Roison,
P. Schmidt, Datech Science, Morganton, North-Carolina, 1987.
Die bisherigen Herstellungsverfahren von Mikroelektroden und
deren Handhabung erfordern allerdings einen erheblichen Auf
wand und großes manuelles Geschick. Ein besonderer Nachteil
solcher Mikroelektroden ist der Umstand, daß die an solchen
Elektroden fließenden Ströme meist in der Größenordnung des
sub-Nanoampere-Bereiches liegen und mit elektrochemischen
Meßinstrumenten herkömmlicher Bauart kaum mehr gemessen wer
den können.
Für präparative Elektrolysen sind die einzelnen Mikroelektro
den wegen der geringeren Stoffumsätze gänzlich ungeeignet,
obwohl aufgrund der geringen Verweilzeiten der Produkte und
Edukte elektrochemischer Synthesen an der Elektrodenoberflä
che häufig ganz andere Produktverteilungen als an Makroelek
troden erhalten werden (M. I. Montenegro in: "Microelectrodes
- Theory and Applications", Kluwer Academic Publisher, Dord
recht 1991, S. 429).
Die Kombination der Vorzüge von Mikroelektroden mit denen
von normalen Makroelektroden ist durch ein Ensemble von
Mikroelektroden, sogenannten Mikroelektrodenarrays, möglich.
Mikroelektrodenarrays sind beispielsweise durch Bündelung
von einzelnen Mikroelektroden erhältlich, so daß bei analy
tischen Anwendungen gegenüber den Einzelelektroden der meß
technische Aufwand verringert wird und außerdem auch präpa
rativ interessante Stoffumsätze erzielt werden können.
Innerhalb des Standes der Technik wird häufig von Versuchen
zu unterschiedlichen Fertigungsmethoden von Mikroelektroden
arrays berichtet. Ziel waren dabei immer elektronenleitende
Strukturen, deren typische Durchmesser im Bereich von 1-10 µm
liegen, und die ebenfalls typischerweise von Isolatorbe
reichen mit einer Breite von 10-100 µm umgeben sind. Eine
weitere Anforderung wurde an die Elektrodenoberfläche ge
stellt: diese durfte nicht zu porös sein, da sich sonst die
gewünschten Diffusionsverhältnisse nicht mehr einstellen
konnten.
Da bei diffusionskontrollierten Elektrodenreaktionen die er
reichbaren Stromdichten an Mikroelektrodenarrays nicht sehr
viel niedriger liegen als an Makroelektroden, ist die Her
stellung von Edelmetall-Mikroelektrodenarrays wirtschaftlich
besonders interessant.
Innerhalb des Standes der Technik werden lithographische
Verfahren bzw. Aufdampfverfahren, die zur Herstellung lei
tender Mikrostrukturen auf isolierender Umgebung genutzt
werden können, beschrieben; beispielsweise durch C. E. Chid
sey, B. J. Feldmann, C. Lundgren, R.W. Murray, Anal. Chem.,
58 (1986) 601. In solchen Elektrodenarrays ist das leitende
Material nur in dünner Schicht vorhanden. Diese sind daher
sehr korrosionsempfindlich und außerdem sehr teuer in der
Herstellung, insbesondere wenn Arrays mit großen Flächen be
nötigt werden.
Ein weiterer innerhalb des Standes der Technik bekannter Her
stellungsweg besteht in der Bündelung leitfähiger Fasern in
einer Kunststoff-Matrix (K. Morita, Y. Shimizu, Anal. Chem.,
61 (1989) 159). Relativ großflächige Elektrodenarrays sind
durch das Füllen mikroporöser Membranen mit leitfähigen Mate
rialien hergestellt worden (R. M. Penner, C. R. Martin, Anal.
Chem., 59 (1987) 2625). Bei diesem Herstellungsweg fallen die
Elektrodenarrays in Form von Filmen an, deren Dicken typi
scherweise um 50 µm liegen. Andere Formen sind mit diesem
Herstellungsweg kaum zugänglich. Wegen der Empfindlichkeit
der dünnen Filme ist eine mechanische Reinigung der Elektro
den schlecht möglich.
Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen durch Auffül
len der Poren schwammartiger elektronenleitender Materialien
mit Kunstharzen Mikroelektrodenarrays herstellbar sind (R. C.
Engstrom, Anal. Chem., 56 (1984) 990).
Generell bieten die bekannten Verfahren zur Herstellung von
Mikroelektrodenarrays nur wenige Möglichkeiten bei der Aus
wahl der leitenden bzw. isolierenden Materialien, sowie bei
der Gestaltung der Dimensionen der Leiterzüge bzw. Isolato
renbereiche an.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zu
grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden
und ein geeignetes Herstellungsverfahren von Formkörpern für
Mikroelektrodenarrays bereitzustellen, das sich dadurch aus
zeichnet, daß eine Vielzahl von Metallen und Isolatoren als
Ausgangsmaterialien eingesetzt werden können.
Das Problem wird durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 ge
löst. Die Ansprüche 2 bis 8 sind vorteilhafte Ausgestaltun
gen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die fol
genden Schritte aus:
- a) Kontaktieren eines thermoplastischen Werkstoffes oder von Glas mit einem Aktivator,
- b) Metallisieren des Glases oder thermoplastischen Werk stoffes mittels eines chemischen und/oder galvanischen Metallabscheidungsbades,
- c) Sintern oder Schmelzen des metallisierten Glases oder thermoplastischen Werkstoffes zur Bildung eines Formkör pers.
Unterschiedliche leitfähige Materialien lassen sich nach dem
Verfahren vielfältig mit den Isolatormaterialien, je nach An
wendungsgebiet der Arrays, kombinieren. Weiterhin können zur
Herstellung der Mikroelektrodenarrays kommerziell er
hältliche Erzeugnisse, wie Aktivatoren-Lösungen, chemisch
reduktive und/oder galvanische Metallabscheidungslösungen,
benutzt werden. Das Verfahren eignet sich besonders zur Her
stellung solcher Elektroden, die mit schmalen, parallel ge
schalteten und durch Isolatoren getrennten Leiterzügen ausge
stattet sind. Diese Elektroden lassen sich bevorzugt in der
Elektroanalytik und Elektrosynthese einsetzen.
Als Isolatorenmaterialien eignen sich Glas oder solche Isola
toren, die bei Raumtemperatur in Pulverform beständig sind und
die thermoplastische Eigenschaften besitzen, beispielsweise
Polypropylen oder Polystyrol. Dieses thermoplastische, pulver
förmige Isolatormaterial wird mit einem Aktivator, beispiels
weise einer Aktivatorenlösung, in Kontakt gebracht. Als Akti
vatoren eignen sich besonders die edelmetallhaltigen Derivate,
beschrieben beispielsweise in den Schriften EP 0 317 092 A1
und DE 39 38 710 A1. Der auf der Oberfläche des Pulvers be
findliche Aktivator kann anschließend in vorteilhafter Weise
mit den in der Galvanotechnik üblichen Reduktionsmitteln redu
ziert werden. Anschließend wird das so vorbereitete Pul
ver mit einer chemischen und/oder galvanischen Metallabschei
dungslösung in Kontakt gebracht. Als Lösungen eignen sich
sämtliche bekannten Metallabscheidungslösungen. Das partiell
metallisierte Pulver wird durch geeignete Methoden von den
Behandlungslösungen getrennt und einem Sinter- oder Schmelz
prozeß zur Formgebung unterzogen. In vorteilhafter Weise kön
nen die erhaltenen Formkörper auch geschliffen werden.
Prinzipiell können die thermoplastischen Isolatormaterialien
oder das Glas auch auf anderen Wegen als mit der oben be
schriebenen Metallisierungsmethode umhüllt werden. Insbeson
dere Elektronenleiter, die sich nicht durch chemische oder
galvanische Prozesse abscheiden lassen, können notfalls auch
durch andere Beschichtungsprozesse (z. B. Abscheidung aus der
Gasphase, Adsorption aus Lösungen mit hochgradig dispergierten
Elektronenleitern oder rein mechanisch durch intensives Ver
reiben) auf die thermoplastischen Isolatormaterialien aufge
bracht werden.
Dieser einfache und kostengünstige und allgemein gangbare Her
stellungsweg zu Mikroelektrodenarrays mit beliebig einstell
baren Dimensionen sowohl der Leiterzüge als auch der isolie
renden Bereiche, führt also über das Beschichten thermoplasti
scher Isolatormaterialien (beispielsweise auch von Kunstharzen
mit guter chemischer Beständigkeit) oder von Glas mit elek
tronenleitenden Stoffen (Metalle, Metallverbindungen, Kohlen
stoff). Die so erhaltenen leitend umhüllten Thermoplaste kön
nen anschließend bei ihrer Erweichungstemperatur zu beliebigen
Formkörpern verpreßt werden. Bei diesem Preßvorgang werden die
leitenden Umhüllungen der Thermoplaste stellenweise beschä
digt, so daß das thermoplastische Material die Umhüllung
durchdringen und mit dem aus benachbarten Umhüllungen eben
falls austretenden Material sich vereinigen und beim Erkalten
einen monolithischen Formkörper bilden kann.
Andererseits sind auch die leitenden Umhüllungen der Thermo
plaste in innigem Kontakt, so daß sich ein dreidimensionales
elektronenleitendes Netzwerk bildet, das durch das thermo
plastische Material gestützt wird. Besonders gute Ergebnisse
erhält man, wenn das umhüllende leitfähige Material eine hohe
Duktilität aufweist, beispielsweise bei Verwendung von Kupfer,
Silber oder Gold.
Die Oberflächen der so hergestellten Formkörper haben bereits
ohne weitere Nachbehandlung die Eigenschaften eines Mikroelek
trodenarrays, wobei allerdings noch relativ viele flächige und
damit ungünstig große leitende Bereiche vorhanden sind. Durch
das Abschleifen dieser Oberflächen läßt sich aber dann ein
Netzwerk freilegen, worin die Abmessungen der elektronenlei
tenden Stege durch die Dicke der Beschichtung des thermopla
stischen Materials und die Abmessungen der isolierenden Berei
che durch die Größe der thermoplastischen Partikel bestimmt
sind.
Der Herstellungsvorgang ist in der Fig. 1 verdeutlicht, die
nach rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen gezeichnet wur
de und am Beispiel eines Polypropylenpulvers (Isolator (1)),
das mit Kupfer (Elektronenleiter (2)) beschichtet, verpreßt
und angeschliffen wurde, das resultierende mit Polypropylen
gestützte Kupfer-Netzwerk zeigt.
Da besonders bei dünnen Leiterstegen der elektrische Wider
stand des erfindungsgemäßen Mikroelektrodenarrays für präpa
rative Elektrolysen zu groß sein kann, ist es zu empfehlen,
die oben genannten Formkörper mit einem Kern aus gut leitfä
higem Material zu versehen. Dieser Kern, beispielsweise ein
Streckmetall, kann dabei gleichzeitig auch Stützfunktionen
übernehmen. Das Verfahren ist nicht auf pulverförmige Thermo
plaste als Grundlage beschränkt. Durch leitendes Beschichten
von Fasern oder Folien aus thermoplastischen Materialien und
anschließendes Verpressen bei der Erweichungstemperatur können
insbesondere durch die Kombination von gerichteten Stapeln
oder Wickeln der beschichteten Thermoplaste und später gerich
tetem Anschleifen gezielt texturierte Mikroelektrodenarrays
mit beispielsweise konzentrischer oder laminarer Anordnung der
Leiterstege geschaffen werden.
Varianten der Mikroelektrodenarrays können durch weiteres Ab
scheiden von Elektronenleitern auf den wie oben beschrieben
hergestellten Elektroden erhalten werden. Dieses "Aufdicken"
der Leiterzüge, das zu einer Verbreiterung, aber vor allem
auch zum Hervortreten der Leiterzüge aus der Oberfläche des
Isolatormaterials führt, kann galvanisch oder durch chemische
Metallabscheidungsprozesse erfolgen. Dieses "Aufdicken" ist
besonders interessant, wenn an der Elektrodenoberfläche teure
Materialien, beispielsweise Edelmetalle eingesetzt werden sol
len. Durch anodisches oder chemisches "Rückätzen" der Leiter
züge vor dem "Aufdicken" mit anderen Materialien kann deren
Verankerung noch verbessert werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elek
troden lassen sich für analytische und präparative Anwendungen
einsetzen. So sind die in Beispiel 3 beschriebenen Gold-
Mikroelektrodenarrays mit Glasmatrix für voltametrische Mes
sungen geeignet. Elektroden mit einem tablettenförmigen
Elektrodenkopf aus bei erhöhter Temperatur gepreßtem, vergol
detem Glaspulver können dank ihrer Robustheit problemlos ge
handhabt und durch Schleifen bzw. Polieren immer wieder ge
reinigt werden. Bei einem Kopfdurchmesser von 1 cm liegen die
erreichbaren Ströme um mehrere Größenordnungen über denen ein
zelner Gold-Mikroelektroden und sind damit leicht meßbar.
Eine präparative Anwendung wurde für die in Beispiel 1 be
schriebenen Kupfer-Mikroelektrodenarrays mit Polypropylenma
trix gefunden. Bei der Metallabscheidung aus ungerührten Lö
sungen (beispielsweise der Abscheidung von Kupfer aus handels
üblichen sauren Kupferbädern) entsteht aufgrund der besonderen
Diffusionsverhältnisse hochdisperses Kupferpulver, das durch
eine Art "Scheibenwischermechanismus" kontinuierlich abge
streift werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können insbesondere handels
übliche edelmetallhaltige Lösungen zur Aktivierung von Isola
torenoberflächen zur Vorbereitung einer chemischen Metallab
scheidung sowie chemische und galvanische Metallab
scheidungsbäder zur Herstellung von Mikroelektrodenarrays
eingesetzt werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfin
dung:
Käuflich erhältliches Polypropylenpulver mit einem mittleren
Partikeldurchmesser von etwa 30 µm wird mit einer Vortauch
lösung (Neoganth BR der Firma Atotech Deutschland GmbH, Ber
lin, Deutschland) behandelt. Die Konzentration des Polypro
pylenpulvers beträgt etwa 10 bis 20 g Pulver pro Liter Lö
sung. Nach intensivem Verrühren wird das Polypropylenpulver
abfiltriert und ohne Spülung und Lagerung wie folgt weiter
behandelt:
Das so erhaltene Pulver wird nun mit der Palladiumaktivator
lösung (Neoganth BR der Firma Atotech Deutschland GmbH) be
handelt. Nach intensivem Rühren wird das Pulver erneut ab
filtriert, das Filtrat erneut in Wasser aufgeschlämmt und
ein zweites Mal abfiltriert. Das so behandelte Material wird
einer nachfolgenden Reduktion unterzogen:
Zu einer Suspension des so vorbehandelten Polypropylenpul
vers werden 4 g pro Liter Natriumhydroxid und 1 g pro Liter
Natriumborhydrid zugesetzt. Bei einer Badtemperatur von
20-25°C wird ca. 6 Minuten lang reduziert. Anschließend wird
das Pulver abfiltriert, mit Wasser gewaschen und gegebenen
falls im Vakuum getrocknet und gegebenenfalls unter Argon
gelagert.
Zur Verkupferung des so erhaltenen aktivierten Polypropylen
pulvers wird ein chemisches Kupferbad (NoviganthR der Firma
Atotech Deutschland GmbH) verwendet. Die Verkupferung er
folgt mit einem Ansatz von 1 bis 15 g Pulver pro Liter Kup
ferbad, abhängig von der gewünschten Schichtdicke und gege
benenfalls unter Argon als Schutzgas. Entgegen der Be
triebsanleitung des Bades werden die Badparameter bezüglich
des Kupfergehaltes nicht kontrolliert, sondern das Bad bis
zur Entfärbung der Lösung benutzt. Anschließend wird das
verkupferte Pulver abgesaugt, mit Wasser gewaschen und im
Vakuum getrocknet.
Das so erhaltene verkupferte Pulver wird zu Formkörpern ver
arbeitet. Die Formgebung geschieht mit einem Preßwerkzeug.
In dieses Werkzeug wird die entsprechende Menge Pulver ein
gebracht, das Pulver langsam und schrittweise innerhalb von
30 Minuten bis zum maximal für das Werkzeug zulässigen Preß
druck gepreßt (mindestens 2 t/cm2). Ist dieser Preßdruck
erreicht, wird der Druck für weitere 30 Minuten konstant
gehalten. Das im Preßwerkzeug befindliche Polypropylenpulver
wird anschließend in einen auf 210°C vorgeheizten Ofen
gebracht und 30 Minuten lang getempert. Nach dem Abkühlen
auf Raumtemperatur wird der Elektrodenrohling dem Ofen ent
nommen.
Gegebenenfalls kann der Rohling auf den vorgesehenen Elek
trodenflächen abgeschliffen und poliert werden. Die übrigen
Elektrodenflächen werden nach Aufrauhung mit einem Zweikom
ponenten-Epoxid-Kleber isoliert.
Die Kontaktierung des erhaltenen Formkörpers kann wahlweise
durch das Einpressen und Einschmelzen eines Anschlusses,
durch das Aufpressen und Aufschmelzen auf eine leitfähige
Unterlage oder durch das Aufkleben der Elektroden mittels
eines leitfähigen Klebers geschehen.
Analog Beispiel 1 wird das mit einer Edelmetallösung akti
vierte Polypropylenpulver mit einem chemischen Nickelbad,
beispielsweise NikoraR der Firma Atotech Deutschland GmbH,
vernickelt. Es wird in einer Konzentration von 4 g aktiver
tem Poylpropylenpulver pro Liter Lösung gearbeitet.
Glaspulver wird mittels thermischer Zersetzung einer ange
säuerten Palladiumnitrat-Lösung aktiviert. Dazu werden die
Pulveroberflächen zur Erhöhung der Benetzbarkeit zunächst
mit Flußsäure angeätzt und anschließend mit destilliertem
Wasser gespült. Nach dem Trocknen wird das Pulver gleichmä
ßig mit einer 0,4%igen acetatgepufferten Palladiumnnitrat-
Lösung befeuchtet und danach bei 85°C getrocknet. Das Pul
ver wird anschließend für 15 Minuten auf 450°C erwärmt.
Nach dem Abkühlen gibt man das so behandelte Pulver in eine
Reduktionslösung, bestehend aus 4 g Natriumhydroxid pro
Liter und 1,0 g Natriumborhydrid pro Liter. Nach 10 Minuten
Reaktionszeit wird das Pulver abgetrennt und mit destillier
tem Wasser gespült. Das so aktivierte Glaspulver wird mit
einer Lösung, bestehend aus 0,02 mol Kaliumdicyanoaurat-(II)
pro Liter, 0,1 mol Kaliumcyanid pro Liter, 0,2 mol Kalium
hydroxid pro Liter und 0,2 mol Kaliumborhydrid pro Liter
unter Argon als Schutzgas vergoldet. Die Vergoldung erfolgt
bei 70°C und unter Rühren und Einblasen von Argon. Nach dem
Vergolden wird das Pulver abfiltriert, mit destilliertem
Wasser gespült, getrocknet und wie beschrieben geformt.
Eine Polypropylen-Kupfer-Elektrode wird gemäß Beispiel 1
hergestellt. Die Leiterstege werden durch galvanisches Ver
golden mit einem handelsüblichen cyanidischen Goldbad aus
der Schliffebene um ca. 2 µm hervorgehoben. Die Nachvergol
dung erfolgt bei einer Stromdichte von 2 mA/cm2 (bezogen auf
die Gesamtoberfläche des Schliffkörpers) innerhalb von 2
Minuten. Die so erhaltene Elektrode verhält sich bei volta
metrischen Messungen wie eine reine Goldelektrode.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern für Mikroelek
trodenarrays aus Glas oder thermoplastischen Werkstoffen,
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- a) Kontaktieren des Glases oder thermoplastischen Werkstof fes mit einem Aktivator,
- b) Metallisieren des Glases oder thermoplastischen Werk stoffes mittels eines chemischen Metallabscheidungsba des,
- c) Sintern oder Schmelzen des Glases oder thermoplastischen Werkstoffes zur Bildung des Formkörpers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Kontaktieren mit einem Aktivator das Glas oder der
thermoplastische Werkstoff vor dem Verfahrensschritt b) mit
einem Reduktionsmittel behandelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der gebildete Formkörper geschliffen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Glas oder die thermoplastischen Werk
stoffe in Form von Pulvern, Folien oder Fasern vorliegen,
wobei die Teilchendurchmesser bzw. die Dicken der Fasern und
Folien zwischen 5 und 500 µm liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf das Glas oder die thermoplastischen
Werkstoffe beim Metallisieren Metalle in einer Schichtdicke
von 0,05 bis 50 µm aufgebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
edelmetallhaltige Lösungen zur Aktivierung der Oberfläche von
Isolatormaterialien verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
Verfahrensschritt b) chemisch reduktive und/oder galvanische
Metallabscheidungsbäder verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Formkörper anschließend mit Anschluß
elektroden versehen werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19914130135 DE4130135C2 (de) | 1991-09-07 | 1991-09-07 | Verfahren zur Herstellung von Formkörpern für Mikroelektrodenarrays |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4130135A1 DE4130135A1 (de) | 1993-03-11 |
| DE4130135C2 true DE4130135C2 (de) | 1999-07-22 |
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|---|---|
| DE (1) | DE4130135C2 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19941043A1 (de) * | 1999-08-28 | 2001-03-01 | Bosch Gmbh Robert | Bekeimungsbad und Verfahren zur Bekeimung von pulverförmigen Werkstoffen, Verfahren zur Metallisierung eines bekeimten pulverförmigen Werkstoffs und Verfahren zur Herstellung metallisch begrenzter Hohlkörper |
| DE102006031778A1 (de) * | 2006-07-10 | 2008-01-24 | Bartelt, Gunter, Dr. | Verfahren zur Beschichtung von Polyolefin-Pulver mit Silber |
| US20220134642A1 (en) * | 2020-11-03 | 2022-05-05 | Eos Of North America, Inc. | Pretreated Material for Laser Sintering |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19831529C2 (de) * | 1998-07-14 | 2002-04-11 | Micronas Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer Elektrode |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0317092A1 (de) * | 1987-10-27 | 1989-05-24 | OMI International Corporation | Katalysator für die stromlose Plattierung |
| DE3938710A1 (de) * | 1989-11-17 | 1991-05-23 | Schering Ag | Komplexverbindungen mit oligomerem bis polymerem charakter |
-
1991
- 1991-09-07 DE DE19914130135 patent/DE4130135C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0317092A1 (de) * | 1987-10-27 | 1989-05-24 | OMI International Corporation | Katalysator für die stromlose Plattierung |
| DE3938710A1 (de) * | 1989-11-17 | 1991-05-23 | Schering Ag | Komplexverbindungen mit oligomerem bis polymerem charakter |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Anal. Chem., (1981), 53, 1125 * |
| Anal. Chem., (1984), 56, 990 * |
| Anal. Chem., (1986), 58, 601 * |
| Anal. Chem., (1989), 61, 159 * |
| Microelectrodes, Theory and Applications, Vol. 197, S. 429-443 * |
| Ultramicroelectrodes Datatech. Systems, Inc., Science Publishers, Sn. 276-288 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19941043A1 (de) * | 1999-08-28 | 2001-03-01 | Bosch Gmbh Robert | Bekeimungsbad und Verfahren zur Bekeimung von pulverförmigen Werkstoffen, Verfahren zur Metallisierung eines bekeimten pulverförmigen Werkstoffs und Verfahren zur Herstellung metallisch begrenzter Hohlkörper |
| DE19941043B4 (de) * | 1999-08-28 | 2004-04-29 | Robert Bosch Gmbh | Bekeimungsbad und Verfahren zur Bekeimung von pulverförmigen Werkstoffen, Verfahren zur Metallisierung eines bekeimten pulverförmigen Werkstoffs und Verfahren zur Herstellung metallisch begrenzter Hohlkörper |
| DE102006031778A1 (de) * | 2006-07-10 | 2008-01-24 | Bartelt, Gunter, Dr. | Verfahren zur Beschichtung von Polyolefin-Pulver mit Silber |
| US20220134642A1 (en) * | 2020-11-03 | 2022-05-05 | Eos Of North America, Inc. | Pretreated Material for Laser Sintering |
| US11975482B2 (en) * | 2020-11-03 | 2024-05-07 | Eos Of North America, Inc. | Pretreated material for laser sintering |
Also Published As
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|---|---|
| DE4130135A1 (de) | 1993-03-11 |
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