EP2152928A1 - Modifizierte multikanalstrukturen - Google Patents

Modifizierte multikanalstrukturen

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EP2152928A1
EP2152928A1 EP08750022A EP08750022A EP2152928A1 EP 2152928 A1 EP2152928 A1 EP 2152928A1 EP 08750022 A EP08750022 A EP 08750022A EP 08750022 A EP08750022 A EP 08750022A EP 2152928 A1 EP2152928 A1 EP 2152928A1
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EP
European Patent Office
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channel structure
particles
coating
precursor material
channels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08750022A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörn Volkher WOCHNOWSKI
Jürgen HECK
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Universitaet Hamburg
Original Assignee
Universitaet Hamburg
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • G21K2201/06—Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067—Construction details

Definitions

  • the invention relates to modified multi-channel structures, to processes for their production and to the use of the modified multichannel structures.
  • Channel systems such as polycapillary structures are used in a variety of technical fields.
  • polycapillary structures are known above all as op- tics for focusing X-ray and neutron radiation (MA Kumakhov, FF Komarov, Multiple Reflection from Surface X-Ray Optics, Physics Reports 191, No. 5 289-350, 1990).
  • Polycapillary structures are also increasingly used as microcontainers, separators or microreactors for medical, chemical and biological applications (Optical Technologies from Berlin and Brandenburg, Newsletter No. 7, July 2003). They are produced from regularly arranged, uncoated glass capillaries or glass rods with the help of various drawing and sintering processes.
  • the known multichannel systems are not internally coated.
  • Multi-channel structures can be produced with almost any geometrical parameters of both the inner channels and the overall structure.
  • the above-mentioned polycapillary structures are currently produced exclusively from glass, since glass is the sole material because of its unique technical-physical and chemical properties (high radiation resistance, very good moldability, optimum flow properties and ease of processing), which meets the high requirements for production fully complied with polycapillary structures (V. Arkadiev, A. Bjeouhmov, Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis, Springer, 107-111, 2006).
  • the invention also relates to a method for producing a modified multi-channel structure according to claims 9 to 31 and to the use of a modified multi-channel structure according to claims 32 and 33.
  • the modified multichannel structure according to the invention is characterized in that (a) it has at least 10, preferably at least 100, more preferably at least 1000 and most preferably at least 10000 channels (eg at least several tens of thousands such as 20,000, 30,000, 40,000, 50,000 or more) and (B) in the channels of the multi-channel structure an inner coating and / or particles are introduced.
  • multichannel structure here refers to a structure which already exists prior to the introduction according to the invention of the inner coating and / or of the particles and which consists of a plurality of channels arranged at regular intervals at regular intervals and open at the ends.
  • multi-channel structures are polycapillaries, composite lenses made of individual mono- and / or polycapillaries, monolithic lenses made of individual mono- and / or polycapillaries, photonic crystals and monolithic integral microlenses.
  • the inner diameters of the individual channels of the multi-channel structures are usually in the range of 1 nm to 10 mm. Preferably, the inner diameters are smaller than 1000 ⁇ m, in particular smaller than 100 ⁇ m.
  • the inner diameter of the first cylindrical body For example, in general, the inner diameter of the first cylindrical body
  • Polycapillaries are usually monolithic structures having a plurality of channels, which channels are of substantially equal length and usually have a length to internal diameter ratio of at least about 100: 1, preferably at least about 1000: 1.
  • Polycapillaries may, for example, contain more than 10 3 to more than 10 6 channels which have internal diameters of, for example, less than 1 mm to less than 1 ⁇ m.
  • Photonic crystals are artificial periodic structures of a dielectric (e.g., glass) having specific optical properties. In addition to glass, other materials can also be used. Photonic crystals are used, for example, in optical metrology, communications and life sciences and are described in VP Bykov, "Spontaneous emission in a periodic structure", Soviet Physics JETP, American Institute of Physics, New York 1972, 35, 269 and K Busch et al. (Ed.), “Photonic Crystals - Advances in Design, Fabrication, and Characterization", Wiley-VCH, 1st Edition, 2004.
  • VP Bykov "Spontaneous emission in a periodic structure”
  • Soviet Physics JETP American Institute of Physics, New York 1972, 35, 269 and K Busch et al. (Ed.)
  • Photonic Crystals - Advances in Design, Fabrication, and Characterization Wiley-VCH, 1st Edition, 2004.
  • Monolithic integral microlenses are very largely miniaturized multi-channel structures which, for example, can have channels with inner diameters of about 0.3 to 1 ⁇ m.
  • Multi-channel structures often have a relatively thin channel wall in direct comparison to their outer wall.
  • This channel wall is significantly thinner than the outer wall of monocapillaries, as it serves only for the separation of the channels and has no structure-supporting function as in monocapillaries. This is possible with multichannel structures because of their monolithic overall structure.
  • the modified multi-channel structure according to the invention has a large inner surface and a large quotient of inner surface to inner volume. As a result, it is possible, for example, to carry out catalytic reactions with high efficiency and high throughput in the presence of a suitable coating or suitable particles.
  • Modified multi-channel structures according to the invention can have a wide variety of shapes and geometries. Examples of suitable shapes are cylindrical and non-cylindrical, for example elliptical or parabolic multi-channel structures.
  • the multichannel structure according to the invention preferably consists of glass.
  • the multi-channel structure contains heat conducting wires or heat conducting wires, eg by introducing metals, in particular heat conducting wires, into the multi-channel structure during the production of the multi-channel structure (eg in the stretching process).
  • heat conducting wires or heat conducting wires eg by introducing metals, in particular heat conducting wires, into the multi-channel structure during the production of the multi-channel structure (eg in the stretching process).
  • the coating and / or the particles of the modified multi-channel structure according to the invention usually contain an element other than carbon from the second to fifth main group or a subgroup of the Periodic Table of the Elements.
  • the coating and / or the particles contain an element selected from the group consisting of Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru and Ir, with the elements Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru and Ir being particularly preferred. Coatings and particles containing these elements are particularly suitable for catalytic applications.
  • the coating and / or the particles contain an element selected from the group consisting of Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb, Bi and U, wherein the elements Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi and U are particularly preferred. Coatings and particles containing these elements are particularly suitable for optical applications and applications in the guidance of electromagnetic radiation.
  • the coating and / or particles can consist, for example, of metal layers and / or metal particles, of metal oxide layers and / or metal oxide particles or of metal carbide layers and / or metal carbide particles.
  • a coating and / or particles for optical applications particularly preferably consist of amorphous metal layers and / or amorphous metal particles.
  • a coating and / or particles for catalytic applications particularly preferably consist of crystalline metal oxide layers and / or crystalline metal oxides. oxide particles.
  • the thickness of the coating can be varied within wide ranges depending on the inner diameters of the individual channels. For example, a coating according to the invention may have a thickness in the range from 1 to 1000 nm (frequently in the range from 10 to 250 nm, for example about 100 nm).
  • the invention also relates to a method for producing the modified multi-channel structures according to the invention.
  • This method is characterized in that the inner coating and / or the particles by a wet chemical process
  • wet chemical impregnation, dip coating a photolytic process (for example, laser coating), an electrochemical process (for example, an electrochemical coating process), a plasma technology process or a gas phase process are introduced into the multi-channel structure.
  • a photolytic process for example, laser coating
  • an electrochemical process for example, an electrochemical coating process
  • a plasma technology process or a gas phase process are introduced into the multi-channel structure.
  • wet-chemical methods for introducing the inner coating and / or the particles into multi-channel structures are particularly applicable to multi-channel structures whose inner channels have diameters of at least 400 ⁇ m.
  • wetting agent examples include sulfates of unbranched primary C 1 -C 6 -alcohols, such as sodium lauryl sulfate, and benzenesulfonates preferably substituted with branched C 1 -C 8 -alkyl groups, such as sodium dodecylbenzenesulfonate.
  • Suitable commercially available wetting agents are, for example, wetting agents H 135 and DL from Enthone, Inc., West Haven, CT, USA.
  • Examples of gas-phase processes are chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor infiltration
  • CVI chemical vapor deposition
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • methods are suitable in which the interior Layering and / or the particles by chemical vapor deposition of organometallic compounds, for example chemical vapor deposition of organometallic compounds (OMCVD), chemical vapor infiltration of elemental compounds, for example chemical vapor infiltration of organometallic compounds (OMCVI), or gas phase epitaxy of organometallic compounds, for example gas phase epitaxy Organometallic compounds (OMVPE) into which multichannel structures are introduced.
  • OMCVD chemical vapor deposition of organometallic compounds
  • OMCVI chemical vapor infiltration of elemental compounds
  • OMCVI chemical vapor infiltration of organometallic compounds
  • OCVPE gas phase epitaxy Organometallic compounds
  • organometallic compounds for gas-phase processes are in particular also complex or coordination compounds which contain an organic ligand and / or carbonyl.
  • Complex or coordination compounds which contain a ligand selected from the group consisting of carbonyl, hexafluoroacetylacetonato and acetylacetonato are preferred.
  • Coating processes using high temperatures or energies can destroy the thin channel wall of multi-channel structures due to the action of energy.
  • chemical vapor deposition of organometallic compounds in particular the chemical vapor deposition of organometallic compounds (OMCVD), here a coating process is provided, can be carried out with the coatings of multi-channel structures at relatively low temperatures, without the thin channel walls of the muI tikanal Modellen damage or destroy.
  • OMCVD chemical vapor deposition of organometallic compounds
  • the invented The method according to the invention is also particularly suitable for producing modified multi-channel structures with special or complex geometries, such as elliptical multi-channel structures.
  • a method for producing the modified multi-channel structure according to the invention comprises the steps
  • the multi-channel structure is first of all connected in a gastight manner to a vacuum system by means of a temperature-stable adhesive, preferably a two-component adhesive.
  • a temperature-stable adhesive preferably a two-component adhesive.
  • a suitable vacuum system is described, for example, in DE 198 52 722 C1.
  • suitable two-component adhesives are epoxy resin adhesives, which are temperature-stable up to about 450 K, and silicone adhesives, which are temperature-stable up to about 570 K.
  • the adhesive is cured for a sufficient time.
  • the inner surfaces of the channels of the multi-channel structure may be activated.
  • This activation of the inner surfaces can be carried out, for example, by passing molecular oxygen, preferably at a temperature in the range from 480 K to 773 K.
  • molecular oxygen preferably at a temperature in the range from 480 K to 773 K.
  • the channels of the multi-channel structure may be cleaned. This can be done for example by plasma treatment, for example by an inductively or capacitively generated plasma, chemical processes and / or evacuation with simultaneous annealing.
  • the cleaning of the inner channels of the multi-channel structure by evacuation at a pressure below 10 ⁇ 3 mbar with simultaneous annealing, preferably at a temperature in the range of 473 K to 773 K occur.
  • a pressure gradient is established between the ends of the multichannel structure.
  • the multi-channel structure is evacuated from one of its ends.
  • a minimum pressure of less than 10 -2 mbar at this end, preferably set less than 10 "mbar and most preferably less than 10 ⁇ 4 mbar.
  • the transport of the precursor material Furthermore, the multi-channel structure can also be supported by an adjustable carrier gas flow.
  • the entire multi-channel structure is set to a constant basic temperature in the range from 273 K to 2073 K, preferably 293 K to 873 K, which is 50 K to 150 K, preferably 80 K to 120 K below the decomposition temperature of the precursor material.
  • the constant basic temperature can be adjusted, for example, by heating or heating with a heater (e.g., electric heater or induction furnace) or by coupling in electromagnetic waves (e.g., microwave or infrared radiation).
  • the precursor material is vaporized and transported through the multichannel structure by the pressure gradient, optionally with the assistance of the carrier gas stream.
  • the precursor stream and optionally the carrier gas stream can be preheated to a defined temperature, this temperature being 50 K to 150 K, preferably 80 K to 120 K below the decomposition temperature of the precursor material.
  • the deposition of a coating and / or of particles from the precursor material takes place by locally limited supply of energy.
  • This energy supply locally sets a temperature which is equal to or greater than the decomposition temperature of the precursor material.
  • the supply of energy by a heat or radiant heater, an oven, a laser, microwave radiation and / or a plasma.
  • a heat or radiant heater for the controllable deposition of the inner coating and / or the particles.
  • the adjustment of the multi-channel structure according to the invention to a constant basic temperature below the decomposition temperature of the precursor material can reduce the local additional energy supply necessary for the coating.
  • the temperature which is set locally limited, can be unchanged over the duration of the coating process. In the course of the coating process, however, this temperature can also be varied. Thus, in particular in the case of an autocatalytic acceleration of the decomposition of the precursor material by its decomposition product, the locally limited temperature can be reduced in the course of the coating process.
  • Such autocatalytic growth of the coating is observed, for example, when bis (1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato) palladium (II) is used as the precursor material, in particular when hydrogen is used as the carrier gas is used.
  • a chemical, physical and / or morphological change of the coating and / or the particles can be effected.
  • suitable gases are oxygen, hydrogen or nitrogen.
  • metal coatings or metal particles can be oxidized to catalytically active metal oxides or impurities removed by combustion, for example from organic radicals to carbon dioxide.
  • the method for producing the modified multi-channel structures according to the invention may further comprise performing an in-situ process analysis and process control. This makes it possible to optimize the process. Process analysis can be carried out, for example, by optical measurement methods, by online mass spectrometry or by taking gas samples and by gas chromatography.
  • a product analysis of the modified multichannel structures produced according to the invention is also possible to carry out a product analysis of the modified multichannel structures produced according to the invention.
  • suitable preparations can be made for carrying out an analysis, for example cross-sections by means of an ultramicrotome for energy-dispersive X-ray measurements, in particular a two-dimensional X-ray mapping, as well as for trans-electron microscopic or scanning electron microscopy investigations.
  • a measurement of the inner surfaces of the channels e.g. by means of BET or mercury porosimetry, as well as a determination of the channel internal diameter distribution and the change in the corresponding parameters brought about by the modifications made.
  • precursor materials can be used in the process according to the invention. It is advantageous if the precursor material is a sublimable material, with an easily sublimable material being preferred.
  • the precursor material may be an organometallic compound having at least one metal-carbon bond, or a complex or coordination compound containing an organic ligand and / or carbonyl.
  • Complex or coordination compounds which contain a ligand selected from the group consisting of carbonyl, hexafluoroacetylacetonato and acetylacetonato are preferred.
  • the Precursorma- material contains an element which is selected from the group consisting of Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru and Ir, with the elements Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru and Ir being particularly preferred.
  • a precursor material which is selected from the group consisting of
  • the precursor material includes an element selected from the group consisting of Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb,
  • Precursor material selected from the group consisting of
  • Precursor material selected from the group consisting of
  • TEOS Tetraethyl orthosilicate
  • TMOS Tetramethyl orthosilicate
  • Tetrabutoxysilane triethoxyphenylsilane, methyltripropoxysilane, 1, 2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1, 2-bis (triethoxysilyl) ethane,
  • the method according to the invention may also include destroying the multi-channel structure, preferably by chemical dissolution of the multi-channel structure.
  • the choice of the agent for the chemical dissolution of the multichannel structure depends on the material of the multichannel structure.
  • a suitable means for dissolving a multi-channel structure consisting of glass is, for example, hydrofluoric acid.
  • the method according to the invention also offers the possibility of producing special solid-state structures.
  • Solid-state structures with very small dimensions for example nanostructured solid-state structures, can have significantly different mechanical, optical, electrical and magnetic properties compared to corresponding macroscopic systems. Technologies that enable controlled, locally defined growth of such structures will be of considerable importance in the future.
  • the process according to the invention therefore also makes available a technology which makes it possible to produce particles-in particular metallic particles-with very narrow size distributions in relatively large quantities.
  • an agglomeration of the particles is avoided by their fixation on the inner surface of the channels of the multi-channel structures.
  • the maximum diameter of the individual particles is limited by the diameter of the channels.
  • tubes and rods can be produced by a uniform inner coating, the diameter of which is determined by the diameter of the channels.
  • nanotubes eg carbon nanotubes, CNTs
  • nanorods and nanowires eg nanopillars, nanorods, nanowires, nanofibers or nanofilaments
  • the type of growth can be controlled by selecting the material of the multi-channel structures, the precursor material and the coating parameters (eg temperature or temperature gradient, pressure, residence time or contact time).
  • coatings with high surface area, in particular rough layers and / or particles are particularly suitable for catalytic applications.
  • smooth coatings are advantageous for applications in guiding electromagnetic waves.
  • the invention also relates to the use of the modified multi-channel structures according to the invention.
  • the invention relates to the use of the modified multi-channel structures according to the invention for carrying out catalytic reactions (microreactors), for separation processes, e.g. as a membrane, separator, (molecular) sieve or as a (molecular) filter, as a memory (microcontainer) or for shaping, guiding, focusing and amplifying electromagnetic waves or particle radiation.
  • Modified multi-channel structures according to the invention can be used both for homogeneous catalytic and heterogeneous catalytic applications, e.g. catalytic gas phase reactions are used.
  • Modified multi-channel structures for catalytic applications preferably contain particles, particularly preferably nanoparticles with a narrow size distribution. Examples of catalytic gas phase reactions are C, C bond-forming reactions, oligomerization reactions and oxidation reactions.
  • Modified multi-channel structures according to the invention can also be used, in particular, for the shaping, guiding, focusing and amplification of electromagnetic waves or particle radiation, in particular of microwaves, the wavelength range from 100 cm to 1 mm, of visible light, the wavelength range of 380 to 750 nm being particularly preferred, of UV radiation, the wavelength ranges being from 50 to about 190 nm (VUV range) and 1 to 50 nm (EUV range) are particularly preferred, of laser radiation, X-rays and particle radiation ( ⁇ -radiation and neutron radiation) can be used.
  • the hard X-radiation in particular the discrete wavelengths of the CuK ⁇ radiation (8 keV) and the MoKa radiation (17 keV), as well as the high-energy range of the hard X-radiation with an energy greater than 15 KeV.
  • the use for X-ray lithographic applications such as Soft X-ray Lithography (SXRL) at 1-2 keV or deep X-ray lithography such as Deep X-ray Lithography (DXRL) at 4 to 10 keV.
  • SXRL Soft X-ray Lithography
  • DXRL Deep X-ray Lithography
  • X-ray microscopic applications in the spectral range of about 2 to about 4 nm (water window).
  • a particular advantage of the modified multi-channel structures according to the invention is their improved long-term stability when used for shaping, guiding, focusing and amplifying electromagnetic waves or particle radiation.
  • energy recordings for example by X-ray exposure, lead in the long term to material damage to the multi-channel structures and thus to loss of intensity and the unusability of the structures.
  • material damage can be at least partially avoided.
  • multichannel structures modified according to the invention for focusing EUV radiation or X-radiation for (X-ray) lithographic applications, for example in mask exposure for semiconductor production, is also particularly preferred.
  • the invention also relates to the use of the modified multi-channel structures according to the invention as a matrix for the production of nanoparticles and other nanoparticles by deposition of appropriate coatings and / or particles and subsequent destruction of the glass structure.
  • nanoparticles are nanotubes (eg carbon nanotubes (CNTs), nanorods and nanowires (eg nanopillars, nanorods, nanowires, nanofibers or nanofilaments) for nanotechnological and medical applications, for example as contrast agents (nanoparticles) or as nanoparticles Stents (microrods, ie micro hollow rods), cosmetic applications, eg titanium oxide particles as UV filters, nanomechanical or optical applications, eg as anisotropic components of system elements or as non-linear optical components.
  • CNTs carbon nanotubes
  • nanorods and nanowires eg nanopillars, nanorods, nanowires, nanofibers or nanofilaments
  • cosmetic applications eg titanium oxide particles as UV filters
  • nanomechanical or optical applications eg as anisotropic components of system elements or as non-linear optical components.
  • a glass polycapillary structure having a length of 50 mm and a maximum outside diameter of 7.20 mm was used which contained about 40,000 channels with a channel internal diameter of 29.5 ⁇ m.
  • This polycapillary structure was connected in a gastight manner by means of a two-component adhesive to a vacuum system according to the apparatus described in DE 198 52 722 C1 and cleaned from the inside by simultaneous heating to 650 K and passing 1000 mbar of molecular oxygen. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure of 296 K was set.
  • Bis (1, 1, 1, 5, 5, 5-hexafluoro-2, 4-pentanedionato) palladium (II) was used as pre cursor.
  • the pressure gradient used was 10 " mbar vs. 10 ⁇ 5 mbar, a localized temperature of 600 K was set in sections in a first phase over a period of 240 minutes in a second phase and in a second phase the local temperature set via the furnace system gradually over a time cavities of 300 minutes to about 380 K reduced.
  • 5000 mbar oxygen to 10 -5 mbar by the inner channels of the Polykapillar Vietnamese Subsequently, at about 678 K conducted in semi-continuous operation. by this step, an oxidation of the metallic palladium carried on of the catalytically active species in the oxidation state + II.
  • the modified polycapillary structure thus prepared was used in a heterogeneous catalytic process. Ethene was passed through the modified polycapillary structure in a continuous procedure. Gaseous products were separated by a specially designed cooling trap system and the unreacted ethene was recycled. The resulting products were analyzed by GC / MS coupling and separated by distillation or chromatography. It could be shown that by catalytic ethenoligomeri- (analogous to the SHOP process) ⁇ -terminal olefins were formed.
  • a polycapillary structure was connected to a vacuum system as in Example 1 and cleaned from the inside. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure of 296 K was set. Bis (1,1,1,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato) palladium (II) was used as precursor. The pressure gradient used was 10 ⁇ 3 mbar against 10 ⁇ 5 mbar.
  • a locally limited temperature of 600 K was set in sections in a first phase over a period of 120 minutes. In a second phase, the local temperature set via the kiln system was continuously reduced to about 380 K over a period of 500 minutes.
  • a polycapillary structure was connected to a vacuum system as in Example 1 and cleaned from the inside. Subsequently, a constant basic temperature of the polycapillary structure of 296 K was set. Bis (1,1,1,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato) palladium (II) was used as precursor. The used pressure gradient was 10 ⁇ 4 mbar against 10 ⁇ 5 mbar.
  • a locally limited temperature of 435 K was set in sections in a first phase over a period of 360 minutes by means of a mobile furnace system.
  • the local temperature set via the furnace system was continuously reduced to about 380 K over a period of 1200 minutes.
  • the polycapillary structure was removed and placed completely in hydrofluoric acid in a bowl for 48 hours. To improve internal wetting, surfactants were added to the hydrofluoric acid. Additionally, the hydrofluoric acid was warmed cautiously to about 320 K to accelerate the kinetics. Upon complete decomposition of the polycapillary structure, the hydrofluoric acid was removed and the microtubes were supported on a scanning electron microscopic slide. The microtubes were examined by scanning electron microscopy (LEO 1525, 5 kV acceleration voltage) and by transelectron microscopy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine modifizierte Multikanalstruktur, bei der die Multikanalstruktur mindestens 10, bevorzugt mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 1000 und am meisten bevorzugt mindestens 10000 Kanäle aufweist und in die Kanäle der Multikanalstruktur eine Innenbeschichtung und/oder Partikel eingebracht sind. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung der modifizierten Multikanalstruktur sowie deren Verwendung.

Description

Modifizierte MuItikanalstrukturen
Die Erfindung betrifft modifizierte Multikanalstrukturen, Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung der modifi- zierten Multikanalstrukturen.
Kanalsysteme wie beispielsweise Polykapillarstrukturen werden in verschiedensten technischen Gebieten eingesetzt. So sind Polykapillarstrukturen neben Monokapillaren vor allem als Op- tiken für die Fokussierung von Röntgen- und Neutronenstrahlung bekannt (M. A. Kumakhov, F. F. Komarov, Multiple Reflection from Surface X-Ray Optics, Physics Reports 191, No. 5 289-350, 1990) . Polykapillarstrukuren werden zunehmend auch als Mikro- container, Separatoren oder Mikroreaktoren für medizinische, chemische und biologische Applikationen verwendet (Optische Technologien aus Berlin und Brandenburg, Newsletter Nr. 7, Juli 2003) . Ihre Herstellung erfolgt aus regulär angeordneten, unbeschichteten Glaskapillaren oder Glasstäbchen mit Hilfe verschiedener Zieh- und Sinterprozesse. Die bekannten Multika- nalsysteme sind nicht innenbeschichtet.
Multikanalstrukturen können mit nahezu beliebigen geometri- sehen Parametern sowohl der Innenkanäle als auch der Gesamtstruktur hergestellt werden. Dabei werden die oben erwähnten Polykapillarstrukturen zur Zeit ausschließlich aus Glas hergestellt, da Glas wegen seiner einzigartigen technischphysikalischen und chemischen Eigenschaften (hohe Strahlungs- resistenz, sehr gute Formbarkeit, optimale Fließeigenschaften und einfache Verarbeitbarkeit) der alleinige Werkstoff ist, der die hohen Anforderungen für die Herstellung von Polykapillarstrukturen uneingeschränkt erfüllt (V. Arkadiev, A. Bjeou- mikhov, Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis, Springer, 107 - 111, 2006) .
DE 198 52 722 Cl beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung einzelner Monokapillaren sowie die Verwendung beschichteter Monokapillaren oder Bündel beschichteter Monokapillaren für bestimmte katalytische und optische Anwendungen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Anwendbarkeit beschichteter Monokapillaren beschränkt ist und sich deren Verwendung in der Technik bislang nicht durchsetzten konnte. Das gleiche gilt für eine nachträgliche Bündelung von einzeln innenbeschichteten Monokapillaren (siehe DE 198 52 722 Cl, Spalte 2, Zeile 15-19) unter anderem aufgrund des hohen Aufwands und des im Verhältnis zur Anzahl der Kanäle ungünstigen Außendurchmessers entsprechender Kapillarbündel.
Es besteht daher ein Bedarf nach weiteren modifizierten Hohlraumstrukturen, die sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine verbesserte Brauchbarkeit, beispielsweise für katalytische und/oder optische Zwecke, aufwei- sen. Diese Aufgabe wird durch die modifizierte Multikanalstruktur gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 gelöst. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer modifizierten Multikanalstruktur gemäß den Ansprüchen 9 bis 31 sowie die Verwendung einer modifizierten Multikanalstruktur gemäß den Ansprüchen 32 und 33.
Die erfindungsgemäße modifizierte Multikanalstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass (a) sie mindestens 10, bevorzugt mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 1000 und am meisten bevorzugt mindestens 10000 (z.B. mindestens mehrere 10000 wie 20000, 30000, 40000, 50000 oder mehr) Kanäle aufweist und (b) in die Kanäle der Multikanalstruktur eine Innenbeschich- tung und/oder Partikel eingebracht sind.
Der Begriff "Multikanalstruktur" bezeichnet hier eine bereits vor der erfindungsgemäßen Einbringung der Innenbeschichtung und/oder der Partikel bestehende Struktur, die aus mehreren zu einander räumlich in regelmäßigen Abständen angeordneten, durchgehenden und an den Enden offenen Kanälen besteht. Beispiele für Multikanalstrukturen sind Polykapillaren, zusammengesetzte Linsen hergestellt aus einzelnen Mono- und/oder Polykapillaren, monolithische Linsen hergestellt aus einzelnen Mo- no- und/oder Polykapillaren, photonische Kristalle und monolithische integrale Mikrolinsen.
Die Innendurchmesser der einzelnen Kanäle der Multikanalstrukturen liegen üblicherweise im Bereich von 1 nm bis 10 mm. Be- vorzugt sind die Innendurchmesser kleiner als 1000 μm, insbesondere kleiner als 100 μm.
Beispielsweise liegen im Allgemeinen die Innendurchmesser der
Kanäle bei zusammengesetzten Linsen hergestellt aus Monokapil- laren im Bereich von 1 bis 10 mm, bei monolithischen Linsen hergestellt aus Monokapillaren im Bereich von 0,1 bis 1 mm, bei zusammengesetzten Linsen hergestellt aus Polykapillaren im Bereich von 10 bis 100 μm, bei monolithischen Linsen hergestellt aus Polykapillaren im Bereich von 1 bis 10 μm und bei monolithischen integralen Mikrolinsen im Bereich von 0,3 bis 1 μm.
Polykapillaren sind üblicherweise monolithische Strukturen, die eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, wobei die Kanäle im Wesentlichen gleiche Länge haben und üblicherweise ein Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser von mindestens etwa 100:1, bevorzugt mindestens etwa 1000:1 aufweisen. Polykapillaren können beispielsweise mehr als 103 bis zu mehr als 106 Kanäle enthalten, die Innendurchmesser von beispielsweise we- niger als 1 mm bis zu weniger als 1 μm aufweisen.
Photonische Kristalle sind künstliche periodische Strukturen aus einem Dielektrikum (z.B. Glas) mit spezifischen optischen Eigenschaften. Neben Glas sind auch andere Materialien ver- wendbar. Photonische Kristalle werden beispielsweise in der optischen Messtechnik, der Kommunikationstechnik und den Biowissenschaften angewendet und sind beschrieben in V. P. Bykov, "Spontaneous emission in a periodic structure", Soviet Physics JETP, American Institute of Physics, New York 1972, 35, 269 und in K. Busch et al . (Hrsg.), "Photonic Crystals - Advances in Design, Fabrication, and Characterization", Wiley-VCH, 1. Auflage, 2004.
Monolithische integrale Mikrolinsen sind sehr weitgehend mini- aturisierte Multikanalstrukturen, die beispielsweise Kanäle mit Innendurchmessern von etwa 0,3 bis 1 μm aufweisen können.
Verschiedene Multikanalstrukturen sind kommerziell beispielsweise von der IfG - Institute for Scientific Instruments GmbH, Berlin-Adlershof, Deutschland, der Unisantis Europe GmbH, Ge- orgsmarienhütte, Deutschland und der X-Ray Optical Systems, Inc. (XOS®) , East Greenbush, N. Y., USA erhältlich.
Multikanalstrukturen weisen häufig im direkten Vergleich zu ihrer Außenwandung eine verhältnismäßig dünne Kanalwandung auf. Diese Kanalwandung ist deutlich dünner als die Außenwandung von Monokapillaren, da sie nur zur Abtrennung der Kanäle dient und keine strukturtragende Funktion wie bei Monokapillaren besitzt. Dieses ist bei Multikanalstrukturen aufgrund ih- rer monolithischen Gesamtstruktur möglich.
Die erfindungsgemäße modifizierte Multikanalstruktur weist eine große Innenoberfläche und einen großen Quotienten von Innenoberfläche zu Innenvolumen auf. Dadurch können beispielwei- se bei Vorliegen einer geeigneten Beschichtung bzw. geeigneter Partikel katalytische Reaktionen mit hoher Effizienz und hohem Durchsatz durchgeführt werden.
Erfindungsgemäße modifizierte Multikanalstrukturen können ver- schiedenste Formen und Geometrien aufweisen. Beispiele für geeignete Formen sind zylindrische und nicht-zylindrische, beispielsweise elliptische oder parabolische Multikanalstrukturen .
Bevorzugt besteht die erfindungsgemäße Multikanalstruktur aus Glas.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Multikanalstruktur Wärmeleitfäden oder Wärmeleitdrähte enthält, z.B. indem bei der Herstellung der Multikanalstruktur (z.B. im Verstreckungspro- zess) Metalle, insbesondere Wärmeleitdrähte, in die Multikanalstruktur eingebracht werden. Dies gewährleistet eine isotrope Temperaturverteilung innerhalb der Multikanalstruktur, was sich positiv auf thermische Beschichtungsverfahren (siehe unten) sowie insbesondere auf Anwendungen der erfin- dungsgemäßen modifizierten Multikanalstruktur bei höheren Temperaturen auswirkt.
Die Beschichtung und/oder die Partikel der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstruktur enthalten üblicherweise ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Beschichtung und/oder die Partikel ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru und Ir, wobei die Elemente Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru und Ir besonders bevorzugt sind. Beschichtungen und Partikel, die diese Elemente enthalten, sind insbesondere für katalytische Anwendungen geeignet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthalten die Beschichtung und/oder die Partikel ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb, Bi und U, wobei die Elemente Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi und U besonders bevorzugt sind. Beschichtungen und Partikel, die diese Elemente enthalten, sind insbesondere für optische Anwendungen und Anwendungen in der Führung elektromag- netischer Strahlung geeignet.
Die Beschichtung und/oder Partikel können beispielweise aus Metallschichten und/oder Metallpartikeln, aus Metalloxidschichten und/oder Metalloxidpartikeln oder aus Metallcarbid- schichten und/oder Metallcarbidpartikeln bestehen. Eine Beschichtung und/oder Partikel für optische Anwendungen bestehen besonders bevorzugt aus amorphen Metallschichten und/oder amorphen Metallpartikeln. Eine Beschichtung und/oder Partikel für katalytische Anwendungen bestehen besonders bevorzugt aus kristallinen Metalloxidschichten und/oder kristallinen Metall- oxidpartikeln. Die Dicke der Beschichtung kann in Abhängigkeit von den Innendurchmessern der einzelnen Kanäle in weiten Bereichen variiert werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Beschichtung eine Dicke im Bereich von 1 bis 1000 nm (häufig im Bereich von 10 bis 250 nm, z.B. etwa 100 nm) aufweisen .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen . Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenbeschich- tung und/oder die Partikel durch ein nasschemisches Verfahren
(beispielsweise nasschemische Imprägnation, dip coating) , ein photolytisches Verfahren (beispielsweise Laserbeschichtung) , ein elektrochemisches Verfahren (beispielsweise ein elektro- chemisches Beschichtungsverfahren) , ein plasmatechnologisches Verfahren oder ein Gasphasen-Verfahren in die Multikanalstruk- tur eingebracht werden.
Nasschemische Verfahren zur Einbringung der Innenbeschichtung und/oder der Partikel in Multikanalstrukturen sind vor allem bei Multikanalstrukturen anwendbar, deren Innenkanäle Durchmesser von mindestens 400 μm haben. Insbesondere bei relativ geringen Durchmessern der Innenkanäle ist es vorteilhaft, der Beschichtungslösung Benetzungsmittel zuzusetzen. Beispiele für geeignete Benetzungsmittel sind Sulfate unverzweigter primärer Cio-Cis-Alkohole, wie Natriumlaurylsulfat, und mit vorzugsweise verzweigten Cio-Cig-Alkylgruppen substituierte Benzolsulfonate, wie Natriumdodecylbenzolsulfonat . Geeignete kommerziell erhältliche Benetzungsmittel sind beispielsweise die Netzmittel H 135 und DL der Enthone, Inc., West Haven, CT, USA.
Beispiele für Gasphasen-Verfahren sind die Chemische Gaspha- senabscheidung (CVD) , die Chemische Gasphaseninfiltration
(CVI) oder die Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Ins- besondere sind Verfahren geeignet, bei denen die Innenbe- Schichtung und/oder die Partikel durch Chemische Gasphasenab- scheidung von elementorganischen Verbindungen, beispielsweise Chemische Gasphasenabscheidung von Organometallverbindungen (OMCVD) , chemische Gasphaseninfiltration von elementorgani- sehen Verbindungen, beispielsweise chemische Gasphaseninfiltration von Organometallverbindungen (OMCVI), oder Gasphasenepitaxie von elementorganischen Verbindungen, beispielsweise Gasphasenepitaxie von Organometallverbindungen (OMVPE) , in die Multikanalstrukturen eingebracht werden. Der Begriff "element- organische Verbindung" bezeichnet hier insbesondere eine Verbindung, die ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie organische Gruppen und/oder Carbonyl enthält, die chemisch direkt und/oder über ein EIe- ment der fünften oder sechsten Hauptgruppe an das jeweilige Element gebunden sind. Geeignete elementorganische Verbindungen für Gasphasenverfahren sind insbesondere auch Komplexoder Koordinationsverbindungen, die einen organischen Liganden und/oder Carbonyl enthalten. Dabei sind Komplex- oder Koordi- nationsverbindungen bevorzugt, die einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonyl, Hexafluoracetylacetona- to und Acetylacetonato enthalten.
Durch Beschichtungsverfahren, bei denen hohe Temperaturen oder Energien zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel durch die Physikalische Gasphasenabscheidung oder die Chemische Gasphasenabscheidung, kann die dünne Kanalwandung von Multikanalstrukturen aufgrund der Energieeinwirkung zerstört werden. Durch die Chemische Gasphasenabscheidung von elementorganischen Verbin- düngen, insbesondere die Chemische Gasphasenabscheidung von Organometallverbindungen (OMCVD) , wird hier ein Beschichtungs- verfahren bereitgestellt, mit dem Beschichtungen von Multikanalstrukturen bei verhältnismäßig geringen Temperaturen durchgeführt werden können, ohne die dünnen Kanalwandungen der MuI- tikanalstrukturen zu beschädigen oder zu zerstören. Das erfin- dungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von modifizierten Multikanalstrukturen mit speziellen oder komplexen Geometrien wie elliptischen Multikanalstrukturen .
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanal- struktur die Schritte
(a) Evakuieren der Multikanalstruktur, wobei zwischen den Enden der Multikanalstruktur ein Druckgradient aufgebaut wird,
(b) Einstellen der gesamten Multikanalstruktur auf eine konstante Temperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevor- zugt 293 K bis 873 K, die 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precur- sormaterials liegt,
(c) Verdampfen eines Precursormaterials und Transport des Pre- cursormaterials durch die Multikanalstruktur durch den Druckgradienten,
(d) Abscheiden einer Beschichtung und/oder von Partikeln aus dem Precursormaterial durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie .
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zunächst die Multikanalstruktur mit Hilfe eines temperaturstabilen Klebstoffs, bevorzugt eines Zweikomponentenklebstoffs, an ein Vakuumsystem gasdicht angeschlossen. Ein geeignetes Vakuumsystem ist beispielweise in DE 198 52 722 Cl beschrieben. Beispiele für ge- eignete Zweikomponentenklebstoffs sind Epoxidharzkleber, die bis etwa 450 K temperaturstabil sind, und Silikonklebstoffe, die bis etwa 570 K temperaturstabil sind. Vor den weiteren Verfahrensschritten wird der Klebstoff ausreichend lange ausgehärtet . Gegebenenfalls können vor Schritt (a) die Innenoberflächen der Kanäle der Multikanalstruktur aktiviert werden. Dieses Aktivieren der Innenoberflächen kann beispielsweise durch Überleiten von molekularem Sauerstoff, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 480 K bis 773 K erfolgen. Durch das Aktivieren der Innenoberflächen wird deren Adsorptionsfähigkeit deutlich verbessert und so die Affinität des Beschichtungsmaterials gegenüber den Innenoberflächen signifikant gesteigert. Daher kann das Aktivieren der Innenoberflächen auch die Art des Wachstumsverhaltens der Beschichtung auf den Innenoberflächen positiv beeinflussen.
Ferner können vor Schritt (a) und gegebenenfalls vor dem Aktivieren der Innenoberflächen die Kanäle der Multikanalstruktur gereinigt werden. Dies kann beispielsweise durch Plasmabehandlung, z.B. durch ein induktiv oder kapazitiv erzeugtes Plasma, chemische Prozesse und/oder Evakuieren mit gleichzeitigem Ausheizen erfolgen. Insbesondere kann das Reinigen der inneren Kanäle der Multikanalstruktur durch Evakuieren bei einem Druck unterhalb von 10~3 mbar mit gleichzeitigem Ausheizen, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 473 K bis 773 K, erfolgen. Durch die Reinigung der Kanäle können vor allem eventuell vorhandene organische Verunreinigungen der Innenoberflächen durch Verbrennung zu Kohlendioxid entfernt werden und so eine ver- besserte Haftung der Innenbeschichtung oder der Partikel an der Innenoberfläche erreicht werden.
Für den Transport des Precursormaterials durch die Kanäle der Multikanalstruktur wird zwischen den Enden der Multikanal- struktur ein Druckgradient aufgebaut. Dazu wird die Multikanalstruktur von einem ihrer Enden her evakuiert. Dabei wird an diesem Ende ein Minimaldruck von weniger als 10~2 mbar, vorzugsweise weniger als 10" mbar und besonders bevorzugt weniger als 10~4 mbar eingestellt. Der Transport des Precursormaterials durch die Multikanalstruktur kann ferner auch durch einen einstellbaren Trägergasstrom unterstützt werden.
Anschließend wird die gesamte Multikanalstruktur auf eine kon- stante Grundtemperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevorzugt 293 K bis 873 K eingestellt, die 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials liegt. Die konstante Grundtemperatur kann beispielsweise durch Erwärmen oder Erhitzen mit einer Heizung (z.B. elektrische Heizung oder Induktionsofen) oder durch Ein- kopplung elektromagnetischer Wellen (z.B. Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung) eingestellt werden.
Das Precursormaterial wird verdampft und durch den Druckgra- dienten, gegebenenfalls unter Mithilfe des Trägergasstroms, durch die Multikanalstruktur transportiert. Der Precursorstrom sowie gegebenenfalls der Trägergasstrom können auf eine definierte Temperatur vorgewärmt werden, wobei diese Temperatur 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zerset- zungstemperatur des Precursormaterials liegt.
Die Abscheidung einer Beschichtung und/oder von Partikeln aus dem Precursormaterial erfolgt durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie. Durch diese Energiezufuhr wird lokal eine Temperatur eingestellt, die gleich der oder größer als die Zersetzungstemperatur des Precursormaterials ist. Bevorzugt wird durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie eine lokale Temperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, besonders bevorzugt 293 K bis 873 K eingestellt. Durch die Zersetzung des Precursormaterials werden die Innenbeschichtung und/oder die Partikel auf der Innenoberfläche der Kanäle abgeschieden.
Bevorzugt erfolgt die Zufuhr von Energie durch einen Wärmeoder Heizstrahler, einen Ofen, einen Laser, Mikrowellen- Strahlung und/oder ein Plasma. Insbesondere bei Multikanalstrukturen mit vielen Kanälen kann eine für die kontrollierbare Abscheidung der Innenbeschichtung und/oder der Partikel wünschenswerte isotrope Energiezufuhr schwer zu realisieren sein. Es ist daher ein besonderer Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße Einstellung der Multika- nalstruktur auf eine konstante Grundtemperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials die zur Beschich- tung notwendige lokale zusätzliche Energiezufuhr reduziert werden kann.
Die Temperatur, die jeweils lokal begrenzt eingestellt wird, kann über die Dauer des Beschichtungsvorgangs unverändert sein. Im Verlauf des Beschichtungsvorgangs kann diese Tempera- tur aber auch variiert werden. So kann insbesondere im Falle einer autokatalytischen Beschleunigung der Zersetzung des Precursormaterials durch dessen Zersetzungsprodukt die lokal begrenzte Temperatur im Verlauf des Beschichtungsvorgangs reduziert werden. Ein solches autokatalytisches Wachstum der Be- Schichtung wird beispielsweise bei Verwendung von Bis- (1, 1, 1, 5, 5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) -palladium (II) als Precursormaterial beobachtet, insbesondere wenn Wasserstoff als Trägergas verwendet wird.
Gegebenenfalls kann durch nachfolgendes Durchleiten eines Gases eine chemische, physikalische und/oder morphologische Veränderung der Beschichtung und/oder der Partikel bewirkt werden. Beispiele für geeignete Gase sind Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff. Beispielsweise können durch Behandlung mit Sauerstoff Metallbeschichtungen oder Metallpartikel zu kataly- tisch aktiven Metalloxiden oxidiert oder Verunreinigungen durch Verbrennung, beispielsweise von organischen Resten zu Kohlenstoffdioxid, entfernt werden. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen kann ferner die Durchführung einer in-situ-Prozessanalytik und Prozesssteuerung umfassen. Dadurch ist es möglich, das Verfahren zu optimieren. Eine Pro- zessanalytik kann beispielsweise durch optische Messmethoden, durch online-Massenspektrometrie oder durch Entnahme von Gasproben und Vermessung mittels Gaschromatographie erfolgen.
Zur Optimierung des Verfahrens kann auch eine Produktanalytik der erfindungsgemäß hergestellten modifizierten Multikanalstrukturen durchgeführt werden. Dazu können für die Durchführung einer Analytik geeignete Präparationen angefertigt werden, beispielsweise Querschnitte mittels eines Ultramikrotoms für energiedispersive Röntgenmessungen, insbesondere eines zweidimensionalen Röntgenmappings, sowie für transelektronen- mikroskopische oder rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen. Ebenso kann eine Vermessung der Innenflächen der Kanäle, z.B. mittels BET oder Quecksilber-Porosimetrie, sowie eine Bestimmung der Kanalinnendurchmesserverteilung vorgenom- men und die durch die durchgeführten Modifikationen bewirkte Veränderung der entsprechenden Parameter untersucht werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Precur- sormaterialien verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Precursormaterial ein sublimierbares Material ist, wobei ein leicht sublimierbares Material bevorzugt ist.
Bevorzugt ist Precursormaterial, das ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie organische Gruppen und/oder Carbonyl enthält, die chemisch direkt und/oder über ein Element der fünften oder sechsten Hauptgruppe an das jeweilige Element gebunden sind. Insbesondere kann das Precursormaterial eine organometallische Verbin- düng, die mindestens eine Metall-Kohlenstoff-Bindung aufweist, oder eine Komplex- oder Koordinationsverbindung sein, die einen organischen Liganden und/oder Carbonyl enthält. Dabei sind Komplex- oder Koordinationsverbindungen bevorzugt, die einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonyl, He- xafluoracetylacetonato und Acetylacetonato enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Precursorma- terial ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru und Ir, wobei die Elemente Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru und Ir besonders bevorzugt sind. Besonders bevorzugt ist dabei ein Precursormaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Bis-(l,l,l,5,5,5-hexafluor-2, 4-pentandionato) -palladium (II) ,
Nickelocen,
Chromhexacarbonyl ,
Tris (2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptandionato) chrom (III) ,
Rhodium (III) acetylacetonat, Kupfer (II) trifluoracetylacetonat,
Kupfer (II) acetylacetonat und
Bis (hexafluoracetylacetonato) kupfer (II) .
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält das Pre- Cursormaterial ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Be, Ni, Pt, Cu, Pd, Ag, W, Re, Ir, Os, Au, Pb,
Bi und U, wobei die Elemente Ni, Ag, Au, W, Pb, Pt, Bi und U besonders bevorzugt sind. Besonders bevorzugt ist dabei ein
Precursormaterial, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Bis- (1, 1, 1, 5, 5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) -palladium (II) , Tetracarbonylnickel, Nickelocen, 2,2,6, 6-Tetramethyl-3, 5-heptanedionatosilber (I) , Tris (2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptandionato) bismut (III) ,
Tetraethylblei,
Bis (2,2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptanedionato) blei (II) ,
Uranhexafluorid, Uranocen,
Uranacetat,
Wolframhexacarbonyl,
Dimethyl (hexafluoracetylacetonato) gold,
Tetrakis (triphenylphosphin) platin ( 0 ) , Bis (hexafluoracetylacetonato) platin (II) ,
Bis (acetylacetonato) platin (II) ,
Dimethyl (1, 5-cyclooctadien) platin (II) ,
Methyl (triphenylphosphin) gold ( I ) und
Bis- (1,1,1,5,5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) -blei (II) .
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das
Precursormaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat (TMOS),
Tetrabutoxysilan, Triethoxyphenylsilan, Methyltripropoxysilan, 1, 2-Bis (trimethoxysilyl) ethan, 1, 2-Bis (triethoxysilyl) ethan,
Phenethyltrimethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan, Tris-
(2-methoxyethoxy) vinylsilan, Octyltrimethoxysilan, Phenyltri- ethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Al (0-iso-C3H7) 3, Ti (O-iso-
C3Hv)4, Zr(O-t-C4H9)4, Zr (0-.Ti-C4H9) 4 sowie deren Derivate und Mi- schungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch das Zerstören der Multikanalstruktur, bevorzugt durch chemisches Auflösen der Multikanalstruktur umfassen. Die Wahl des Mittels zur chemi- sehen Auflösung der Multikanalstruktur ist abhängig vom Material der Multikanalstruktur. Ein geeignetes Mittel zur Auflösung einer Multikanalstruktur bestehend aus Glas ist beispielsweise Fluorwasserstoffsäure. Es ist auch möglich, die Multikanalstruktur durch mechanische oder physikalische Metho- den, z.B. durch Brechen, zu zerstören. Durch die Zerstörung der Multikanalstruktur können die Innenbeschichtung und/oder die Partikel freigesetzt werden. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit, spezielle Festkörperstrukturen herzustellen.
Festkörperstrukturen mit sehr kleinen Abmessungen, zum Beispiel nanostrukturierte Festkörperstrukturen, können im Vergleich zu entsprechenden makroskopischen Systemen signifikant veränderte mechanische, optische, elektrische und magnetische Eigenschaften besitzen. Technologien, die ein kontrolliertes, lokal definiertes Wachstum solcher Strukturen ermöglichen, kommt zukünftig eine erhebliche Bedeutung zu.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt daher auch eine Techno- logie zur Verfügung, die es erlaubt, Partikel - insbesondere metallische Partikel - mit sehr engen Größenverteilungen in größeren Mengen herzustellen. Dabei wird eine Agglomeration der Partikel durch deren Fixierung auf der Innenoberfläche der Kanäle der Multikanalstrukturen vermieden. Der maximale Durch- messer der einzelnen Partikel wird durch den Durchmesser der Kanäle limitiert, wobei durch Verwendung von Multikanalstrukturen mit geeigneten Kanalinnendurchmessern auch die Herstellung von Nanopartikeln mit einer sehr homogenen Partikelgrößenverteilung möglich ist. Durch die vorgegebenen Kanäle wird eine kontrollierbare Synthese mit einer organisierten Anordnung und Funktionalisierung möglich.
Ebenso können durch eine gleichmäßige Innenbeschichtung Röhrchen und Stäbchen hergestellt werden, wobei deren Durchmesser durch den Durchmesser der Kanäle bestimmt werden. Bei der Auswahl von Multikanalstrukturen mit geeigneten Kanalinnendurchmessern ist somit die Herstellung von so genannten Nanotubes (z.B. Carbon Nanotubes, CNT), Nanorods und Nanowires (z.B. Na- nosäulen, Nanostäbchen, Nanodrähten, Nanofasern oder Nanofila- menten) in verhältnismäßig großen Mengen möglich. Die Art des Wachstums (Schichtwachstum bzw. Partikelwachstum) kann durch Wahl des Materials der Multikanalstrukturen, des Precursormaterials und der Beschichtungsparameter (z.B. Tempe- ratur bzw. Temperaturgradient, Druck, Verweil- bzw. Kontaktzeit) gesteuert werden. Beispielsweise sind für katalytische Anwendungen Beschichtungen mit großer Oberfläche, insbesondere raue Schichten und/oder Partikel, besonders geeignet. Dagegen sind für Anwendungen in der Führung elektromagnetischer Wellen glatte Beschichtungen vorteilhaft.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen modifizier- ten Multikanalstrukturen zur Durchführung von katalytischen Reaktionen (Mikroreaktoren) , für Trennverfahren, z.B. als Membran, Separator, (Molekular-) Sieb oder als (Molekular-) Filter, als Speicher (Mikrocontainer) oder zur Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer WeI- len oder Teilchenstrahlung.
Erfindungsgemäße modifizierte Multikanalstrukturen können sowohl für homogenkatalytische als auch für heterogenkatalyti- sche Anwendungen, z.B. katalytische Gasphasenreaktionen, ein- gesetzt werden. Bevorzugt enthalten modifizierte Multikanalstrukturen für katalytische Anwendungen Partikel, besonders bevorzugt Nanopartikel mit enger Größenverteilung. Beispiele für katalytische Gasphasenreaktionen sind C, C-Bindungs- knüpfungsreaktionen, Oligomerisierungsreaktionen und Oxidati- onsreaktionen .
Erfindungsgemäße modifizierte Multikanalstrukturen können insbesondere auch für die Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung, insbesondere von Mikrowellen, wobei der Wellenlängenbereich von 100 cm bis 1 mm besonders bevorzugt ist, von sichtbarem Licht, wobei der Wellenlängenbereich von 380 bis 750 nm besonders bevorzugt ist, von UV-Strahlung, wobei die Wellenlängenbereiche von 50 bis etwa 190 nm (VUV-Bereich) und 1 bis 50 nm (EUV-Bereich) besonders bevorzugt sind, von Laserstrahlung, von Röntgenstrahlung und von Teilchenstrahlung (γ-Strahlung und Neutronenstrahlung) verwendet werden. Besonders bevorzugt ist dabei die harte Röntgenstrahlung, insbesondere die diskreten Wellenlängen der CuKα-Strahlung (8 keV) und der MoKa- Strahlung (17 keV) , sowie der hochenergetische Bereich der harten Röntgenstrahlung mit einer Energie größer als 15 KeV. Bevorzugt ist auch die Verwendung für röntgenlithographische Anwendungen wie Soft X-ray Lithographie (SXRL) mit 1-2 keV oder Röntgentiefenlithographie wie Deep X-ray Lithography (DXRL) mit 4 bis 10 keV. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung für röntgenmikroskopische Anwendungen im Spektralbereich von etwa 2 und bis etwa 4 nm (Wasserfenster) .
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen ist ihre verbesserte Langzeitstabilität bei der Verwendung zur Formung, Führung, Fokussierung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung. Bei unbeschichteten Multikanalstrukturen, beispielsweise aus Bleiglas, führen Energieaufnahmen, beispielsweise durch Rönt- gen-Exposition, langfristig zu Materialschäden an den Multikanalstrukturen und damit zu Intensitätsverlusten und zur Unbrauchbarkeit der Strukturen. Bei den erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen können solche Materialschäden zumindest teilweise vermieden werden.
Besonders bevorzugt ist auch die Verwendung erfindungsgemäß modifizierter Multikanalstrukturen zur Fokussierung von EUV- Strahlung oder Röntgenstrahlung für (röntgen) lithographische Anwendungen beispielsweise in der Maskenbelichtung für die Halbleiterproduktion. Ebenso betrifft die Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen modifizierten Multikanalstrukturen als Matrix für die Herstellung von Nanopartikeln und anderen Nanoteilchen durch Abscheidung entsprechender Beschichtungen und/oder Partikel und nachfolgende Zerstörung der Glasstruktur. Beispiele für bevorzugte Nanoteilchen sind Nanotubes (z.B. Carbon Nano- tubes (CNT)), Nanorods und Nanowires (z.B. Nanosäulen, Na- nostäbchen, Nanodrähte, Nanofasern oder Nanofilamente) für na- notechnologische und medizinische Anwendungen, z.B. als Kontrastmittel (Nanopartikel) oder als Stents (Mikrorods, d.h. Mikrohohlstäbe) , kosmetische Anwendungen, z.B. Titanoxidpartikel als UV-Filter, nanomechanische oder optische Anwendungen, z.B. als anisotrope Bauteile von Systemelementen oder als nichtlineare optische Bauteile.
Die Erfindung wird nun anhand von ausgewählten Beispielen eingehender erläutert.
Bei spiel 1
Es wurde eine Polykapillarstruktur aus Glas mit einer Länge von 50 mm und einem maximalen Außendurchmesser von 7,20 mm verwendet, die etwa 40000 Kanäle mit einem Kanalinnendurchmesser von 29,5 μm enthielt. Diese Polykapillarstruktur wurde mittels eines Zweikomponentenklebstoffs an ein Vakuumsystem entsprechend der in DE 198 52 722 Cl beschriebenen Apparatur gasdicht angeschlossen und durch gleichzeitiges Erhitzen auf 650 K und Überleiten von 1000 mbar molekularem Sauerstoff von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 296 K eingestellt. Als Pre- cursor wurde Bis- (1, 1, 1, 5, 5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) - palladium (II) verwendet. Der verwendete Druckgradient betrug 10" mbar gegen 10~5 mbar. Durch ein bewegliches Ofensystem wurde in einer ersten Phase über einen Zeitraum von 240 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 600 K eingestellt. In einer zweiten Phase wurde die über das Ofensystem eingestellte lokale Temperatur schrittweise über einen Zeit- räum von 300 Minuten bis auf etwa 380 K reduziert. Anschließend wurden bei etwa 678 K im halbkontinuierlichen Betrieb 5000 mbar Sauerstoff gegen 10~5 mbar durch die Innenkanäle der Polykapillarstruktur geleitet. Durch diesen Schritt erfolgte eine Oxidation des metallischen Palladium zu der katalytisch aktiven Spezies in der Oxidationsstufe + II.
Die so hergestellte modifizierte Polykapillarstruktur wurde in einem heterogenkatalytischen Verfahren eingesetzt. Dazu wurde in kontinuierlicher Verfahrensweise Ethen durch die modifi- zierte Polykapillarstruktur geleitet. Gasförmige Produkte wurden durch ein speziell entwickeltes Kühlfallensystem abgetrennt, und das nicht umgesetzte Ethen wurde zurückgeführt. Die erhaltenen Produkte wurden mittels GC/MS-Kopplung untersucht und destillativ oder chromatographisch getrennt. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch katalytische Ethenoligomeri- sierung (analog dem SHOP-Prozess) α-terminale Olefine gebildet worden waren.
Beispiel 2
Eine Polykapillarstruktur wurde wie in Beispiel 1 an ein Vakuumsystem angeschlossen und von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 296 K eingestellt. Als Precursor wurde Bis- (1, 1, 1, 5, 5, 5- hexafluor-2, 4-pentandionato) -palladium (II) verwendet. Der verwendete Druckgradient betrug 10~3 mbar gegen 10~5 mbar. Durch ein bewegliches Ofensystem wurde in einer ersten Phase über einen Zeitraum von 120 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 600 K eingestellt. In einer zweiten Phase wurde die über das Ofensystem eingestellte lokale Temperatur kontinuierlich über einen Zeitraum von 500 Minuten bis auf etwa 380 K reduziert. Anschließend wurden bei etwa 380 K im Batchbetrieb 500 mbar Sauerstoff gegen 10~5 mbar durch die Innenkanäle der Polykapillarstruktur geleitet und dadurch der in den Partikeln verbliebene Kohlenstoff durch Verbrennung zu CO2 entfernt. Schließlich wurde die Polykapillarstruktur ausgebaut und in einer Schale 72 Stunden lang vollständig in Fluorwasserstoffsäure eingelegt. Zur Verbesserung der Innenbenet- zung wurden der Fluorwasserstoffsäure Tenside zugesetzt. Zudem wurde die Fluorwasserstoffsäure zur Beschleunigung der Kinetik vorsichtig auf etwa 320 K erwärmt. Nach vollständiger Zersetzung der Polykapillarstruktur wurde die Fluorwasserstoffsäure entfernt, und die Nanopartikeln verblieben geträgert auf der Schalenwandung. Die Nanopartikel wurden rasterelektronenmikro- skopisch (LEO 1525, 5 kV Beschleunigungsspannung) und trans- elektronenmikroskopisch untersucht . Bei spiel 3
Eine Polykapillarstruktur wurde wie in Beispiel 1 an ein Vakuumsystem angeschlossen und von innen gereinigt. Anschließend wurde eine konstante Grundtemperatur der Polykapillarstruktur von 296 K eingestellt. Als Precursor wurde Bis- (1, 1, 1, 5, 5, 5- hexafluor-2 , 4-pentandionato) -palladium ( II ) verwendet. Der verwendete Druckgradient betrug 10~4 mbar gegen 10~5 mbar. Durch ein bewegliches Ofensystem wurde in einer ersten Phase über einen Zeitraum von 360 Minuten abschnittweise eine lokal begrenzte Temperatur von 435 K eingestellt. In einer zweiten Phase wurde die über das Ofensystem eingestellte lokale Temperatur kontinuierlich über einen Zeitraum von 1200 Minuten bis auf etwa 380 K reduziert. Schließlich wurde die Polykapillar- struktur ausgebaut und in einer Schale 48 Stunden lang vollständig in Fluorwasserstoffsäure eingelegt. Zur Verbesserung der Innenbenetzung wurden der Fluorwasserstoffsäure Tenside zugesetzt. Zudem wurde die Fluorwasserstoffsäure zur Beschleunigung der Kinetik vorsichtig auf etwa 320 K erwärmt. Nach vollständiger Zersetzung der Polykapillarstruktur wurde die Fluorwasserstoffsäure entfernt, und die Mikroröhrchen wurden auf einem Rasterelektronenmikroskopie-Probenträger geträgert. Die Mikroröhrchen wurden rasterelektronenmikroskopisch (LEO 1525, 5 kV Beschleunigungsspannung) und transelektronen- mikroskopisch untersucht.

Claims

Patentansprüche
1. Modifizierte Multikanalstruktur, bei der
a) die Multikanalstruktur mindestens 10, bevorzugt min¬ destens 100, besonders bevorzugt mindestens 1000 und am meisten bevorzugt mindestens 10000 Kanäle aufweist und b) in die Kanäle der Multikanalstruktur eine Innenbe- schichtung und/oder Partikel eingebracht sind.
2. Multikanalstruktur nach Anspruch 1, bei der die Multikanalstruktur ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polykapillaren, zusammengesetzten Linsen hergestellt aus einzelnen Mono- und/oder Polykapillaren, monolithischen Linsen hergestellt aus einzelnen Mono- und/oder Polykapil¬ laren, photonischen Kristallen und monolithischen integralen Mikrolinsen.
3. Multikanalstruktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Multikanalstruktur aus Glas besteht.
4. Multikanalstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Multikanalstruktur Wärmeleitfäden oder Wärmeleitdrähte enthält.
5. Multikanalstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Beschichtung und/oder die Partikel ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente enthalten.
6. Multikanalstruktur nach Anspruch 5, bei der die Beschichtung und/oder die Partikel ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru, Ir, Ag, Os, Pb, Bi und U enthalten, wobei die Elemente Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru, Ir, Ag, Au, W, Pb, Bi und U besonders bevorzugt sind.
7. Multikanalstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Beschichtung und/oder die Partikel aus Metallschichten und/oder Metallpartikeln, bevorzugt aus amorphen Metallschichten und/oder amorphen Metallpartikeln bestehen .
8. Multikanalstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Beschichtung und/oder die Partikel aus Metalloxidschichten und/oder Metalloxidpartikeln, bevorzugt aus kristallinen Metalloxidschichten und/oder kristallinen Metalloxidpartikeln bestehen.
9. Verfahren zur Herstellung der modifizierten Multikanalstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die In- nenbeschichtung und/oder die Partikel durch ein nasschemisches Verfahren, ein photolytisches Verfahren, ein elektrochemisches Verfahren, ein plasmatechnologisches Verfahren oder ein Gasphasen-Verfahren in die Multikanalstruktur eingebracht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Innenbeschichtung und/oder die Partikel durch Chemische Gasphasenabscheidung
(CVD), Chemische Gasphaseninfiltration (CVI) oder Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) in die Multikanalstruktur eingebracht werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Innenbeschichtung und/oder die Partikel durch Chemische Gasphasenabscheidung von Organometallverbindungen (OMCVD) , chemische Gasphaseninfiltration von Organometallverbindungen (OMCVI) oder Gasphasenepitaxie von Organometallverbindungen (OMVPE) in die Multikanalstruktur eingebracht werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, das die Schritte
(a) Evakuieren der Multikanalstruktur, wobei zwischen den Enden der Multikanalstruktur ein Druckgradient aufgebaut wird,
(b) Einstellen der gesamten Multikanalstruktur auf eine konstante Grundtemperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevorzugt 293 K bis 873 K, die 50 K bis 150 K, bevorzugt 80 K bis 120 K unterhalb der Zersetzungstemperatur des Precursormaterials liegt,
(c) Verdampfen eines Precursormaterials und Transport des Precursormaterials durch die Multikanalstruktur durch den Druckgradienten, und
(d) Abscheiden einer Beschichtung und/oder von Partikeln aus dem Precursormaterial durch lokal begrenzte Zufuhr von Energie
umfasst .
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem vor Schritt (a) die Innenoberflächen der Kanäle der Multikanalstruktur aktiviert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Aktivieren der Innenoberfläche durch Überleiten von molekularem Sauerstoff, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 480 K bis 773 K, erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem vor Schritt (a) und gegebenenfalls vor dem Aktivieren der Innenoberflächen die Kanäle der Multikanalstruktur gereinigt werden .
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Reinigen der Kanäle der Multikanalstruktur durch Plasmabehandlung, chemische Prozesse und/oder Evakuieren mit gleichzeitigem Ausheizen erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Reinigen der Kanäle der Multikanalstruktur durch Evakuieren bei einem Druck unterhalb von 10" mbar mit gleichzeitigem Ausheizen, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 473 K bis 773 K, erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem in Schritt (a) ein Minimaldruck von weniger als 10~2 mbar, vorzugsweise weniger als 10~3 mbar und besonders bevorzugt weniger als 10~4 mbar, eingestellt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem der Transport des Precursormaterials durch die Multikanalstruktur in Schritt (c) durch einen Trägergasstrom unterstützt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei dem in Schritt (d) eine lokale Temperatur im Bereich von 273 K bis 2073 K, bevorzugt 293 K bis 873 K, eingestellt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, bei dem die Zufuhr von Energie in Schritt (d) durch einen Wärme- oder Heizstrahler, einen Ofen, einen Laser, Mikrowellenstrahlung und/oder ein Plasma erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, das ferner das Durchleiten eines Gases zur chemischen, physikalischen und/oder morphologischen Veränderung der Beschichtung und/oder der Partikel umfasst.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, das ferner die Durchführung einer in-situ-Prozessanalytik und Prozesssteuerung umfasst.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, bei dem das Precursormaterial ein sublimierbares Material ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, bei dem das Precursormaterial ein von Kohlenstoff verschiedenes Element aus der zweiten bis fünften Hauptgruppe oder einer Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie organische Gruppen und/oder Carbonyl enthält, die chemisch direkt und/oder über ein Element der fünften oder sechsten Hauptgruppe an das jeweilige Element gebunden sind.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, bei dem das Precursormaterial eine organometallische Verbindung, die mindestens eine Metall-Kohlenstoff-Bindung aufweist, oder eine Komplex- oder Koordinationsverbindung ist, die einen organischen Liganden und/oder Carbonyl enthält.
27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Komplex- oder Koordinationsverbindung einen Liganden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonyl, Hexafluoracetylacetonato und Acetylacetonato enthält.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 27, bei dem das Precursormaterial ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Zr, V, Cr, Mo, W, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Fe, Al, Re, Rh, Ru, Ir, Ag, Os, Pb, Bi und U enthält, wobei die Elemente Ni, Cr, Mo, Cu, Pd, Pt, Rh, Ru, Ir, Ag, Au, W, Pb, Bi und U besonders bevorzugt sind.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 28, bei dem das Precursormaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Chromhexacarbonyl ,
Tris (2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptandionato) chrom (III) ,
Rhodium (III) acetylacetonat,
Kupfer (II) trifluoracetylacetonat,
Kupfer (II) acetylacetonat,
Bis (hexafluoracetylacetonato) kupfer (II) ,
Bis- (1,1,1,5,5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) - palladium (II) ,
Tetracarbonylnickel,
Nickelocen,
2,2,6, 6-Tetramethyl-3, 5-heptanedionatosilber (I) ,
Tris (2, 2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptandionato) bismut (III) ,
Tetraethylblei,
Bis (2,2, 6, 6-tetramethyl-3, 5-heptanedionato) blei (II) ,
Uranhexafluorid,
Uranocen,
Uranacetat,
Wolframhexacarbonyl,
Dimethyl (hexafluoracetylacetonato) gold,
Tetrakis (triphenylphosphin) platin (0) ,
Bis (hexafluoracetylacetonato) platin (II) ,
Bis (acetylacetonato) platin (II) ,
Dimethyl (1, 5-cyclooctadien) platin (II) ,
Methyl (triphenylphosphin) gold (I) und
Bis- (1,1,1,5,5, 5-hexafluor-2, 4-pentandionato) -blei (II) .
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, bei dem das Precursormaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetraethylorthosilicat (TEOS) , Tetramethylorthosilicat
(TMOS) , Tetrabutoxysilan, Triethoxyphenylsilan, Me- thyltripropoxysilan, 1, 2-Bis (trimethoxysilyl) ethan, 1,2- Bis (triethoxysilyl) ethan, Phenethyltrimethoxysilan, Isobu- tyltriethoxysilan, Tris (2-methoxyethoxy) vinylsilan, Oc- tyltrimethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Octyltri- ethoxysilan, Al (0-ISO-C3H1) 3, Ti (0-ISO-C3H1) 4, Zr (O- U-C4H9) 4, Zr(O-Ti-C4Hg)4 sowie deren Derivaten und Mischungen.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 30, das in einem weiteren Schritt das Zerstören der Multikanalstruktur, bevorzugt durch chemisches Auflösen der Multikanalstruktur, umfasst .
32. Verwendung einer modifizierten Multikanalstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder einer gemäß einem der Ansprüche 9 bis 31 hergestellten modifizierten Multikanalstruktur zur Durchführung von katalytischen Reaktionen, für Trennverfahren, zur Formung, Führung, Fokussie- rung und Verstärkung elektromagnetischer Wellen oder Teilchenstrahlung oder als Matrix für die Herstellung von Na- nopartikeln und Nanoteilchen .
33. Verwendung nach Anspruch 32 als Matrix für die Herstellung von Nanopartikeln und Nanoteilchen, insbesondere für medizinische, kosmetische, nanotechnologische oder optische Anwendungen .
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