KR20230019071A - 나노와이어들의 갈바닉 성장 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 방법으로서: a) 전해질 분배기(1)를 제공하는 단계, b) 다수의 연속 기공들(17)을 갖는 포일(16)을 제공하는 단계, c) 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4)과 표면(15) 사이에 포일(16)을 배열하는 단계, d) 액체 전해질이 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4) 상에서 포일(16) 상으로 침착되도록, 액체 전해질을 전해질 분배기(1) 내로 도입하는 단계, 및 e) 나노와이어들(14)이 포일(16)의 기공(17) 내에서, 액체 전해질로부터 표면(15) 상으로 성장되도록, 액체 전해질과 표면(15) 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.

Description

나노와이어들의 갈바닉 성장

본 발명은 나노와이어들의 갈바닉 성장(galvanic growth)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표면 상에 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 방법 및 배열체에 관한 것이다.

나노와이어들이 생성될 수 있는 방법들 및 배열체들이 알려져 있다. 예로서, 나노와이어들은 갈바닉 프로세스들에 의해 또는 박막 기술로부터 알려진 방법들에 의해 획득될 수도 있다. 많은 알려진 방법들은, 복잡한 기계들을 필요로 하고 특히, 그러므로 보통 실험실들 및 클린룸들에서만 사용된다는(될 수 있다는) 사실을 공통으로 갖는다. 특히, 알려진 방법들 대부분은 산업용으로 적합하지 않다.

또한, 많은 알려진 배열체들 및 방법들은, 획득되는 나노와이어들이 그들의 특성들의 관점에서 그리고 특히 그들의 품질과 관련하여 크게 다르다는 단점을 갖는다. 일반적으로, 동일한 또는 같은 기계들, 출발 물질들 및/또는 포뮬러들이 사용되더라도 상이한 성장 프로세스들로부터의 나노와이어들은, 부분적으로, 상당히 상이하다. 종종, 나노와이어들의 품질은 특히, 대응하는 배열체의 사용자의 또는 대응하는 방법의 사용자의 기량에, 환경적 영향들에 그리고/또는 단순히 우연에 의존한다. 이 모든 것은 나노와이어들이, 일부 경우들에서, 광학 현미경으로도 가시화될 수 없는 구조들이라는 사실에 의해 악화된다. 그러므로, 우선은 설명된 특성들(및 특히 이것들의 변동들)을 검출할 수 있기 위해 수고스러운 테스트들이 필요할 수도 있다.

알려진 방법들 및 배열체들로, 특히 설명된 품질 차이들로 인해, 나노와이어들의 성장으로 비교적 큰 표면들을 커버하는 것이 종종 가능하지 않다. 따라서 성장으로 커버된 비교적 큰 표면의 상이한 영역들 간에 나노와이어들의 특성들에 관하여 나노와이어들이 상이할 가능성이 있다. 이는 많은 응용들에 불리할 수도 있다.

이로부터 나아가, 선행 기술과 관련하여 논의된 기술적 문제들을 해결하거나 적어도 완화하는 것이 본 발명의 목적이다. 특히, 다수의 나노와이어들이 특히 넓은 영역에 걸쳐 그리고 특히 신뢰성 있는 방식으로 제공될 수 있는 방법 및 배열체를 제시하는 것이 의도이다.

상기 목적들은 독립 청구항들의 특징들에 따라 달성된다. 유리한 개선들은 종속적으로 작성된 청구항들에 각각 명시된다. 청구항들에서 개별적으로 명시된 특징들은 임의의 원하는 기술적으로 편의적인 방식으로 서로 조합될 수도 있고, 본 발명의 추가적인 설계 변형들이 강조되는 설명으로부터의 해석상의 사실들에 의해 보충될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 표면 상에 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은:

a) 전해질 분배기를 제공하는 단계,

b) 다수의 연속 기공(pore)들을 갖는 포일(foil)을 제공하는 단계,

c) 표면과 전해질 분배기의 출구 측면 사이에 포일을 배열하는 단계,

d) 액체 전해질이 전해질 분배기의 출구 측면 상에서 포일 상으로 침착되도록, 액체 전해질을 전해질 분배기 내로 도입하는 단계, 및

e) 나노와이어들이 포일의 기공들 내에서, 액체 전해질로부터 표면 상으로 성장되도록, 액체 전해질과 표면 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함한다.

a) 단계 내지 c) 단계는 바람직하게는 d) 단계 및 e) 단계 이전에 수행된다. a) 단계 및 b) 단계는 임의의 원하는 순서로 연속적으로 또는 동시에, 특히 심지어는 c) 단계와 동시에 수행될 수도 있다. d) 단계 및 e) 단계는 임의의 원하는 순서로 연속적으로 또는 동시에 수행될 수도 있다.

설명된 방법으로, 나노와이어들이 생성될 수 있다. 여기서, 나노와이어는 와이어와 같은 형태 및 수 나노미터 내지 수 마이크로미터 범위의 크기를 갖는 임의의 재료 바디(body)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 나노와이어는 예를 들어 원형, 타원형 또는 다각형 베이스 영역을 가질 수도 있다. 특히, 나노와이어는 육각형의 베이스 영역을 가질 수도 있다. 모든 나노와이어들이 동일한 재료로부터 형성되는 것이 바람직하다.

나노와이어들은 바람직하게는 100 nm [나노미터] 내지 100 ㎛ [마이크로미터] 범위, 특히 500 nm 내지 30 ㎛ 범위의 길이를 갖는다. 또한, 나노와이어들은 바람직하게는 10 nm 내지 10 ㎛ 범위, 특히 30 nm 내지 2 ㎛ 범위의 직경을 갖는다. 여기서, '직경'이라는 표현은 원형 베이스 영역에 관한 것으로, 이를 벗어난 베이스 영역의 경우에는, 직경의 유사한 정의가 고려된다. 사용되는 모든 나노와이어들이 동일한 길이 및 동일한 직경을 갖는 것이 특히 바람직하다.

설명된 방법은 나노와이어들의 매우 다양한 상이한 재료들에 대해 사용될 수도 있다. 전기 전도성 재료들, 특히 구리, 은, 금, 니켈, 주석 및 백금과 같은 금속들이, 나노와이어들의 재료로서 바람직하다. 그러나 금속 산화물들과 같은 비전도성 재료들 또한 바람직하다.

나노와이어들이 성장될 표면은 바람직하게는 전기 전도성 형태이다. 그렇지 않고 표면이 전기 비전도성 바디의(예를 들어, 기판의) 일부인 경우, 전기 전도성이 예를 들어 금속화(metallization)에 의해 실현될 수도 있다. 따라서, 예를 들어 전기 비전도성 기판이 금속 박층으로 커버되는 것이 가능하다. 금속화에 의해, 특히 전극층이 생성되는 것이 가능하다. 표면의 및/또는 전극층의 재료에 따라, 표면과 전극층 사이에 접착층이 제공되는 것이 편리할 수도 있으며, 이 접착층은 표면과 전극층 사이의 접착을 증진시킨다.

표면의 전기 전도성 때문에, 이것은 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위한 전극으로서 활용될 수 있다. 기판은 특히, 실리콘 기판일 수도 있다. 표면은 특히, 전기 전도성 구조들이 구비된 바디의 표면일 수도 있다. 이것은 특히, 실리콘 칩 또는 소위 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)일 수도 있다.

설명된 방법으로, 나노와이어들이 표면 상으로 포일의 기공들 내에서 갈바닉 성장될 수 있다. 이를 위해, 전해질이 사용된다. 전해질이 포일에 걸쳐 특히 균일한 방식으로 분포된다면, 나노와이어들은 특히 넓은 영역에 걸쳐 그리고 특히 신뢰성 있는 방식으로 제공될 수 있다. 설명된 방법에서, 포일에 걸친 전해질의 특히 균일한 분배는, a) 단계에서 제공되는 전해질 분배기를 통해 달성될 수 있다.

전해질 분배기는 바람직하게는 적어도 하나의 입구 그리고 출구 측면 상에 다수의 출구들을 갖는다. 이를 위해, 전해질 분배기는 적어도 하나의 입구로부터 출구들로 액체 전해질을 분배하도록 의도되고 구성된다. 전해질 분배기가 다수의 출구들을 갖는다는 사실의 결과로서, 전해질은 출구 측면에 걸쳐 특히 균일한 방식으로 분배될 수 있다. 다수의 출구들은 적어도 3 개의 출구들을 의미하는 것으로 이해된다. 전해질 분배기는 바람직하게는 100 내지 1000 개의 출구들을 갖는다. 출구들은 바람직하게는 각각 0.1 내지 2 mm 범위의 직경을 갖는다.

출구들은 전해질 분배기의 출구 측면 상에 배열된다. 전해질 분배기의 입구 또는 입구들은 바람직하게는 전해질 분배기의 입구 측면에 배열되며, 상기 입구 측면은 출구 측면에 반대이다. 출구들은 바람직하게는 출구 측면에 대하여 수직으로 구성된다. 이는, 출구들을 통한 전해질의 유동 방향이 출구 측면에 수직이라는 것을 의미한다. 따라서, 전해질이 출구 측면에 특히 균일한 방식으로 증착되는 것이 가능하다.

출구들은 바람직하게는 출구 측면 상에 규칙적인 패턴으로 배열된다. 그 결과, 전해질이 출구 측면 상에서 균일한 방식으로 증착될 수 있다. 예로서, 출구들은 그리드의 형태로 배열될 수 있으며, 그리드의 모든 행들이 각각의 경우에 동일한 규모를 갖는 것, 그리드의 모든 열들이 각각의 경우에 동일한 규모를 갖는 것 및/또는 그리드의 모든 행들이 그리드의 모든 열들과 동일한 규모를 갖는 것이 바람직하다. 예로서, 전해질 분배기는 20 개의 행과 20 개의 열로 배열된 400 개의 출구들을 가질 수 있다.

b) 단계에서, 다수의 연속 기공들을 갖는 포일이 제공된다.

포일은 바람직하게는 플라스틱 재료로, 특히 폴리머 재료로 형성된다. 특히, 포일이 미끄러지지 않는 방식으로 표면에 포일이 연결되는 것이 바람직하다. 이는 성장되는 나노와이어들의 품질을 감소시킬 수 있다.

기공들이 포일을 통해 연장되도록 형성된다는 사실은, 포일의 상부면에서부터 포일의 하부면까지 연속되는 채널들을 기공들이 형성한다는 사실에 의해 바람직하게 실현된다. 특히, 기공들은 원통형인 것이 바람직하다. 그러나, 굴곡진 프로파일을 갖는 채널들로서 기공들이 형성되는 것 또한 가능하다. 기공은 예를 들어 원형, 타원형 또는 다각형 베이스 영역을 가질 수도 있다. 특히, 기공은 육각형의 베이스 영역을 가질 수도 있다. 기공들은 바람직하게는 균일한 설계이다 (즉, 기공들은 바람직하게는 크기, 형상, 배열 및/또는 인접한 기공들에 대한 스페이싱(spacing)에 관해서 상이하지 않다).

c) 단계에서 나노와이어들이 성장될 때, 기공들은 바람직하게는 (특히 완전히) 갈바닉 증착된 재료로 채워진다. 이러한 방식으로, 나노와이어들은 기공들의 크기, 형상 및 배열을 취한다. 따라서, 포일의 또는 그 내부의 기공들의 선택을 통해, 성장될 나노와이어들의 특성들을 설정하거나 그에 영향을 주는 것이 가능하다. 따라서 포일은 "템플릿", "템플릿 포일" 또는 "패턴"으로도 지칭될 수도 있다.

c) 단계에서, 포일은 표면과 전해질 분배기 사이에, 바람직하게는 포일이 표면에 대해 지지(bear)하는 방식으로 배열된다. 포일은 바람직하게는, 액체 전해질이 전해질 분배기에 의해 포일 상으로 침착될 수 있는 방식으로 전해질 분배기에 적용된다. 예로서, 포일은 한편으로는 표면에, 그리고 다른 한편으로는 전해질 분배기의 출구 측면에 적용될 수 있다. 전해질에 대해 투과성인 하나 이상의 중간층들이 포일과 전해질 분배기의 출구 측면 사이에 배열되는 것 또한 가능하다. 예로서, 한편으로는 포일에, 그리고 다른 한편으로는 전해질 분배기의 출구 측면에 스펀지가 적용될 수 있다.

d) 단계에서, 액체 전해질은 바람직하게는 전해질 분배기의 입구 내로 또는 입구들 중 적어도 하나 내로 도입된다. 그 결과, 액체 전해질이 출구들에서 배출되고, 이런 점에서, 포일 상으로 증착된다.

e) 단계에서, 나노와이어들이 포일의 기공들 내에서, 액체 전해질로부터 표면 상으로 성장되도록, 액체 전해질과 표면 사이에 전압이 인가된다. 전압은 바람직하게는 전극과 표면 사이에 인가된다. 전극은 바람직하게는, 전해질을 통해 전극으로부터 표면까지 연속적인 전도 경로가 생성되는 방식으로 전해질과 접촉한다. 그 결과, 나노와이어들은 표면 상으로 갈바닉 성장될 수 있다.

상기 방법은 바람직하게는, 나노와이어들의 재료가 구리일 때 실온에서 수행된다. 인가된 전압은 바람직하게는 0.01 V와 2 V [볼트] 사이, 특히 0.2 V이다. 구리로 구성된 나노와이어들을 위한 전해질로서, 바람직한 것은 특히 CuSO₄ [황산구리], H₂SO₄ [황산] 및 H₂O [물]로 구성된 혼합물이다. 이러한 조건들 하에서, 예를 들어 100 nm [나노미터]의 직경 및 10 ㎛ [마이크로미터]의 길이를 갖는 구리로 구성된 나노와이어들을 획득하기 위해, 20 분의 성장 기간에 걸쳐 1.5 mA/cm² [제곱 센티미터당 밀리암페어]의 전류 밀도(직류)를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 1 ㎛ [마이크로미터]의 직경 및 10 ㎛ [마이크로미터]의 길이를 갖는 구리로 구성된 나노와이어들을 획득하기 위해, 40 분의 성장 기간에 걸쳐 0.5 내지 2 mA/cm² [제곱 센티미터당 밀리암페어] (직류)의 전류 밀도를 사용하는 것이 바람직하다.

설명된 방법으로, 특히 바람직한 것으로 설명된 파라미터들을 사용하여, 특히 높은 품질의 나노와이어들을 획득하는 것이 가능하다. 이들은 또한, 특히 큰 영역에 걸쳐 길이, 직경, 구조, 밀도(즉, 인접한 나노와이어들 사이의 평균 스페이싱) 및 재료 조성에 관하여 특히 균일하게 성장될 수도 있다. 설명된 방법은 또한, 실험실에서의 사용으로 제한되지 않는데, 이는 특히 마이크로 어셈블리 처리 동작들을 필요로 하지 않기 때문이다. 이온 가속기가 고정 대형 설비이기 때문에, 예를 들어 중이온 충격(heavy ion bombardment)으로 작동하는 방법들은 연구 시설로 제한된다.

본 발명의 추가 양태로서, 표면 상에 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 배열체가 제시된다. 장치는 다음을 포함한다:

- 전해질 분배기로서:

- 전해질 분배기의 출구 측면 상의 다수의 출구들, 및

- 적어도 하나의 입구

를 포함하는, 상기 전해질 분배기,

- 전해질 분배기에 의해 액체 전해질이 포일 상으로 침착될 수 있도록 전해질 분배기에 적용되는, 다수의 연속 기공들을 갖는 포일, 및

- 포일이 표면에 적용될 때 나노와이어들이 포일의 기공들 내에서, 액체 전해질로부터 표면 상으로 성장될 수 있도록, 액체 전해질과 표면 사이에 전압을 인가하기 위한 전극.

위에서 추가로 설명된 방법의 특정한 이점들 및 설계 특징들은, 설명된 배열체에 적용가능 및 전이가능하며, 그 반대도 마찬가지이다. 설명된 방법은 바람직하게는 설명된 배열체로 수행된다. 설명된 배열체는 바람직하게는, 설명된 방법을 수행하기 위해 의도되고 구성된다.

표면은 배열체의 일부가 아니다. 배열체는, 표면 상으로 나노와이어들을 성장시키기 위해 표면과 접촉시켜질 수 있다.

전해질 분배기에 의해 액체 전해질이 포일 상으로 침착될 수 있는 방식으로 포일이 전해질 분배기에 적용된다. 이를 위해, 포일은 전해질 분배기의 출구 측면에 직접적으로 적용될 수 있다. 전해질에 대해 투과성인 중간층이 포일과 전해질 분배기의 출구 측면 사이에 배열되면, 포일은 중간층에 적용된다. 예를 들어, 전해질 분배기가 스펀지를 전해질 분배기의 출구 측면에 적용되는 중간층으로서 갖는다면, 포일은 바람직하게는 스펀지에 적용되고, 이런 점에서, 전해질 분배기에 적용된다.

전극은 바람직하게는, 전해질이 전해질 분배기에 의해 포일 상으로 침착될 때 전해질을 통해 전극으로부터 표면까지 연속적인 전도 경로가 생성되는 방식으로 배열된다. 전극은 전해질 분배기의 일부일 수도 있다.

배열체의 바람직한 실시예에서, 전해질 분배기는 적어도 2 개의 입구들을 포함하며, 입구들 각각은 출구들의 각 그룹에 연결되고, 출구들의 그룹들은 서로 상이하다.

입구들 각각은 출구들의 각 그룹에 연결되고, 출구들의 그룹들은 서로 상이하다.

출구들의 그룹은 적어도 2 개의 출구들 그리고 최대로 모든 출구들을 포함한다. 그룹들은 서로 중첩될 수도 있다. 출구는 그룹들 중 하나에, 몇몇에 또는 모든 그룹들에 속할 수도 있다. 전해질은 또한 어느 그룹에도 속하지 않는 출구들을 가질 수 있다 - 그러나 이러한 출구들은 전해질 분배기의 기능과 무관하고 그러므로 본 명세서에서 더 이상 고려되지 않는다. 2 개의 동일한 그룹들은 존재할 수 없다. 각 입구에 대하여 정확히 1 개의 그룹이 존재하고; 따라서 그룹들의 수는 입구들의 수에 대응한다.

전해질 분배기가 2 개의 입구들 및 4 개의 출구들을 갖는 경우, 예를 들어 다음의 그룹이 제공되는 것이 가능하다:

제1 예: 입구 1은 출구들 1 및 2 (그룹 1)에 연결됨;

입구 2는 출구들 3 및 4 (그룹 2)에 연결됨.

제2 예: 입구 1은 출구들 1, 2 및 3 (그룹 1)에 연결됨;

입구 2는 출구들 1, 2 및 4 (그룹 2)에 연결됨.

제3 예: 입구 1은 출구들 1, 2, 3 및 4 (그룹 1)에 연결됨;

입구 2는 출구들 1, 2 및 3 (그룹 2)에 연결됨.

이들 예들은 특히 그룹들의 정의를 예시하는 역할을 한다. 전해질 분배기는 바람직하게는 4 개보다 많은 출구들을 갖는다.

출구들의 그룹들로의 배열은, 전해질이 출구 측면 상에 구역 단위(zone-wise) 방식으로 증착되는 것을 가능하게 한다. 어느 입구들 내로 전해질이 도입되었는지에 따라, 전해질은 전해질 분배기의 출구 측면 상의 상기 구역들 중 대응하여 상이한 구역들에 증착된다. 따라서, 설명된 방법으로, 상이한 크기 및/또는 상이한 형태의 표면의 영역들이 나노와이어들의 성장으로 커버되는 것이 가능하다. 예를 들어, 표면의 영역이 나노와이어들의 성장으로 커버되도록 의도되며, 상기 영역이 전해질 분배기의 출구 측면보다 작은 경우, 전해질의 증착이 전해질 분배기의 출구 측면의 대응하는 서브영역으로 제한되는 것이 가능하다. 출구들의 그룹들로의 분할로써 가능하게 하는 한, 상기 서브영역은 바람직하게는 성장으로 커버될 표면의 그 부분에 대응한다. 그렇지 않으면, 전해질은 바람직하게는, 성장으로 커버될 표면의 전체 부분을 커버하는 전해질 분배기의 출구 측면의 그 다음으로 가장 큰 서브영역을 사용하여 침착된다.

전해질 분배기의 구성은 전해질이 목표한 방식으로 침착되는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 한편으로는, 전해질이 요구되지 않는 영역들에 전해질이 증착되지 않기 때문에, 전해질의 소비가 감소되는 것이 가능하다. 그러나, 전해질 분배기의 구성은 또한 나노와이어들의 품질 향상에도 추가적으로 기여하는 것으로 나타났다. 특히, 전해질 분배기의 구성으로 인하여, 특히 균일한 나노와이어들이 생성될 수 있는 것으로 나타났다. 이는 포일 상으로 증착된 전해질의 양이 생산된 나노와이어들의 특성에 영향을 미치기 때문이다. 성장으로 커버될 표면의 그 부분보다 더 큰 영역에 전해질이 제공되면, 성장으로 커버될 표면의 그 부분의 중심에서보다 가장자리 영역들에서 나노와이어 성장에 이용가능한 전해질이 더 많다. 이는 가장자리 영역들에서의 나노와이어들이 중심에서의 나노와이어들과는 상이하다는 결과를 가질 수도 있다. 전해질 분배기의 구성은 이를 방지하는 것을 가능하게 한다.

전해질은, 사용될 입구들 각각에 개별적으로 공급될 수 있다. 이를 위해, 입구들이 입구 분배기를 통해 입구 전체에 분리가능한 방식으로 연결되는 것이 바람직하다. 입구 분배기는 바람직하게는 각각의 입구에 대한 각각의 밸브를 갖는다. 따라서, 전해질은 입구 전체를 통해 전해질 분배기 내로 도입되고 밸브가 개방된 입구들로 입구 분배기를 통해 분배될 수 있다. 입구 분배기의 개별 밸브들의 개폐에 의해, 전해질이 침착되는 출구들의 그룹 또는 그룹들을 결정하는 것이 가능하다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기의 출구 측면은 평면형 구성이다.

전해질 분배기는 특히 나노와이어들의 갈바닉 성장에 적합하다. 나노와이어들은 바람직하게는 평면형 표면 상으로 성장된다. 대응하여, 전해질 분배기의 출구 측면이 평면형 구성인 것이 유리하다.

굴곡형 표면이 나노와이어들의 성장으로 커버되도록 의도된다면, 스펀지가 바람직하게 표면과 전해질 분배기의 출구 측면 사이에 배열된다. 스펀지는 표면의 굴곡을 보상(compensate)할 수 있다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기는 출구들의 그룹들 각각에 대한 각각의 분배부를 갖는 분배 엘리먼트를 포함하며, 각각의 입구는 대응하는 분배부를 통해 출구들의 대응하는 그룹에 연결된다.

분배 엘리먼트는 바람직하게는 분배 플레이트(plate)의 형태로 구성된다. 분배부들은 바람직하게는 분배 엘리먼트 내 캐비티(cavity)들의 형태로 구성된다. 분배부들 각각은 바람직하게는 대응하는 입구에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 전해질이 입구로부터 분배부로 흐를 수 있는 추가 엘리먼트가 연결부 및 대응하는 입구 사이에 제공되면 간접적인 연결이 존재한다. 분배부들 각각은 바람직하게는 대응하는 출구들에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 출구들이, 대응하는 분배부와 분배 엘리먼트의 주변부(surroundings) 사이에 연장되는, 분배 엘리먼트 내 개구들의 형태로 구성되는 방식으로, 분배부들 각각이 대응하는 출구에 직접적으로 연결되는 것이 바람직하다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기는 사전 분배 엘리먼트를 포함하며, 이를 통해 각각의 입구가 분배 엘리먼트의 대응하는 분배부에 연결된다.

본 실시예에서, 분배 엘리먼트는 사전 분배 엘리먼트를 통해 간접적으로 입구에 연결된다. 사전 분배 엘리먼트는, 전해질이 입구들로부터 분배 엘리먼트의 대응하는 분배부들 내로 전도되는 것을 가능하게 한다. 입구들과 분배부들 사이의 직접적인 연결에 비해, 사전 분배 엘리먼트로 인해서 보다 균일한 방식으로 출구 측면 상에 전해질이 침착될 수 있다. 이는, 전해질이 입구들로부터 직접적인 것 보다 사전 분배 엘리먼트를 통하여 더 균일한 방식으로 분배부들 상으로 증착될 수 있기 때문이다. 그 결과, 전해질의 유속은 이미 분배 엘리먼트 내에서 더 균일하다.

전해질 분배기는 바람직하게는 레이어 단위(layer-wise) 방식으로 구성된다: 제1 레이어는 사전 분배 엘리먼트에 의해 형성되고 제2 레이어는 분배 엘리먼트에 의해 형성된다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기의 출구들은 전해질 분배기의 커버링에 형성된다.

전해질 분배기는 바람직하게는 레이어 단위 방식으로 구성된다: 제1 레이어는 사전 분배 엘리먼트에 의해 형성되고, 제2 레이어는 분배 엘리먼트에 의해 형성되고 제3 레이어는 커버링에 의해 형성된다. 분배 엘리먼트는, 한편으로는 사전 분배 엘리먼트에 대해 그리고 다른 한편으로는 커버링에 대해 지지한다.

출구들은 커버링에 형성된다. 분배 엘리먼트는 바람직하게는, 출구들에 대응하도록 설계 및 배열되는 복수의 홀(hole)들을 갖는다. 따라서, 전해질은 홀을 통해 분배 엘리먼트 밖으로 빠져나가고 대응하는 출구를 통해 커버링을 통과할 수 있다.

출구 측면의 재료는 나노와이어들의 성장에 영향을 미칠 수 있다. 사용된 전해질에 따라 그리고/또는 성장될 나노와이어들의 재료에 따라, 다른 재료의 출구 측면이 따라서 유리할 수도 있다. 커버링은 분배 엘리먼트에 비해 더 간단한 방식으로 교체될 수 있다. 따라서 커버링으로 인해, 전해질 분배기는 특히 유연한 방식으로 활용될 수 있다. 마모 및/또는 오염의 경우, 커버링은 또한 분배 엘리먼트보다 더 간단한 방식으로 교체될 수 있다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기의 출구 측면은 전극의 형태로 구성된다.

이러한 실시예에서, 전해질 분배기는 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위해 특히 잘 사용될 수 있다. 따라서, 나노와이어들의 성장으로 커버될 표면과 출구 측면 사이에 전압이 인가되는 것이 가능하다. 추가적인 전극이 필요하지 않으며, 이는 구성적 소모를 감소시킨다.

특히 본 실시예에서, 출구들이 전해질 분배기의 커버링에 형성되는 것이 바람직하다. 커버링은 바람직하게는 금속 상에 형성되고 전극으로서 사용될 수 있다. 나노와이어들의 갈바닉 성장 동안, 커버링 상에 침착물들이 형성될 수 있다. 커버링은 세정되기 위해 분배 엘리먼트로부터 제거될 수 있다. 커버링은 또한, 예를 들어 분배 엘리먼트보다 더 간단한 방식으로 교체될 수 있다. 이는 전극의 재료가 나노와이어들의 성장에 영향을 미칠 수 있다는 추가적인 이유로 유리하다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 전해질 분배기는 전해질 분배기의 이동을 출구 측면에 대해 수직으로 가이드하기 위한 가이드 디바이스를 포함한다.

이러한 실시예에서, 전해질 분배기는 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위해 특히 잘 사용될 수 있다. 따라서, 나노와이어들의 성장으로 커버될 바디는 전해질 분배기 아래에 배열될 수 있고, 성장으로 커버될 바디의 그 표면에 포일이 적용될 수 있고, 전해질 분배기는 포일에 - 가이드 디바이스에 의해 가이드되어 - 적용될 수 있다.

가이드 디바이스는 바람직하게는, 예를 들어 내부에 전해질 분배기가 사용될 수 있는 하우징 내에 배열된 상대물(counterpart)과 상호작용하도록 설계된다. 하우징은 전해질 분배기의 일부가 아니다. 예를 들어 가이드 디바이스는, 상대물로서의 대응하는 리셉터클(receptacle)들 내에서 가이드될 수 있는, 하나 이상의 가이드 바들로 구성될 수 있다.

배열체의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전해질 분배기는 전해질 분배기의 출구 측면에 대해 지지하는 스펀지를 포함한다.

스펀지는, 그의 제1 측면 상에서는 전해질 분배기의 출구 측면으로부터 전해질을 수용할 수 있고, 제1 측면 반대편의 그의 제2 측면 상에서는 상기 전해질을 다시, 특히 나노와이어들의 갈바닉 성장을 위한 포일 상으로, 침착시킬 수 있다. 스펀지의 결과로서, 전해질의 침착이 더 균질화될 수 있다.

본 발명 및 기술 분야는 도면들을 기반으로 보다 상세히 아래에 논의될 것이다. 도면들은 특히 바람직한 예시적인 실시예들을 도시하지만, 본 발명은 이 제한되지 않는다. 특히, 도면들 및 특히 예시된 비율들은 단지 개략적인 것임을 지적한다. 도면들에서, 각각의 경우 개략적으로 다음과 같다:
도 1은 본 발명에 따른 배열체를 위한 전해질 분배기의 단면도를 도시하고,
도 2는 도 1의 전해질 분배기를 포함하는, 표면 상에 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 본 발명에 따른 배열체의 단면도를 도시하고,
도 3은 도 1의 전해질 분배기를 갖는 도 2의 배열체를 사용하여 표면 상에 다수의 나노와이어들을 제공하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.

도 1은 2 개의 입구들(2a, 2b) 및 다수의 출구들(3)을 갖는 전해질 분배기(1)를 도시한다. 출구들(3)은 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4) 상에 배열된다. 출구 측면(4)은 평면형 구성이다.

입구들 중 제1 입구(2a)는 출구들(3)의 제1 그룹(5a)에 연결된다. 입구들 중 제2 입구(2b)는 출구들(3)의 제2 그룹(5b)에 연결된다. 그룹들(5a, 5b)은 서로 상이하다.

전해질 분배기(1)는 분배 엘리먼트(6) 및 사전 분배 엘리먼트(8)를 갖는다. 분배 엘리먼트(6)는 출구들(3)의 그룹들(5a, 5b) 각각에 대한 각각의 분배부(7a, 7b)을 갖는다. 입구들(2a, 2b)은 사전 분배 엘리먼트(8)를 통해 분배 엘리먼트(6)의 대응하는 분배부(7a, 7b)에 연결되고 분배 엘리먼트(6)의 분배부(7a, 7b)를 통해 출구들(3)의 대응하는 그룹(5a, 5b)에 연결된다.

도 1의 단면도에서, 제2 분배부(7b)는 제1 분배부(7a)의 우측에 부분적으로 그리고 좌측에 부분적으로 도시되어 있다. 이는 횡단면 예시로 인한 것이다. 제2 분배부(7b)의 2 개로 도시된 부분들은 단면 평면의 외부에서 서로 연결되어 있다. 사전 분배 엘리먼트(8)에 대해서도 대응하여 동일하게 적용된다: 제2 입구(2b)로부터, 전해질은 - 화살표로 표시된 바와 같이 - 한편으로는 제2 분배부(7b)의 좌측 부분 내에, 다른 한편으로는 제2 분배부(7b)의 우측 부분 내에 도달할 수 있다.

출구들은 전해질 분배기(1)의 커버링(9)에 형성된다. 커버링(9)은 전극(10)의 형태로 구성되고, 그 결과 출구 측면(4)은 전극(10)의 형태로 구성된다.

게다가, 전해질 분배기(1)는 전해질 분배기(1)의 이동을 출구 측면(4)에 대해 수직으로 가이드하기 위한 가이드 디바이스(11)를 포함한다.

도 2는 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12)를 도시한다. 표면(15)을 갖는 바디(19)가 도시되어 있다. 바디(19)와 표면(15) 중 어느 것도 배열체(12)의 일부가 아니다.

배열체(12)는, 도 1에 도시된 바와 같이 구성된 전해질 분배기(1)를 포함하고, 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4)에 대해 지지하는 스펀지(13)를 부가적으로 갖는다. 전해질 분배기(1)는 도 2에 단순화된 형태로 예시되어 있다. 도시된 것들은 단지, 전해질 분배기(1)의 각 부분인, 출구 측면(4) 상의 전극(10), 가이드 디바이스(11) 및 스펀지(13)뿐이다.

또한, 배열체(12)는 다수의 연속 기공들(17)을 갖는 포일(16)을 포함한다. 포일(16)은 액체 전해질이 전해질 분배기(1)에 의해 포일(16) 상으로 침착될 수 있는 방식으로 전해질 분배기(1)에 적용된다. 이를 위해, 도시된 실시예에서, 포일(16)은 전해질 분배기(1)의 스펀지(13)에 적용된다.

전극(10)은, 나노와이어들(14)이 포일(16)의 기공들(17) 내에서 액체 전해질로부터 표면(15) 상으로 성장될 수 있도록, 액체 전해질과 표면(15) 사이에 전압을 인가하기에 적합하다. 전압은 전류 및 전압 소스(18)에 의해 인가될 수 있다.

전해질 분배기(1)는 가이드 디바이스(11)에 의해 출구 측면(4)에 대해 수직으로 가이드되도록 이동될 수 있다. 전해질 분배기(1) 위에 리셉터클들(23)이 도시되어 있으며, 가이드 디바이스(11)가 이와 상호작용한다. 전해질 분배기(1)는 스프링(22)에 의해 기지정된 압력으로 포일(16)에 대해 가압될 수 있다.

표면(15) 전체가 성장으로 커버되는 것이 아니도록, 나노와이어들(14)의 성장은 국부적으로 제한될 수 있다. 이를 위해, 표면(15)에는 나노와이어들이 성장할 수 없는 구조화 레이어(20)가 제공될 수 있다. 그 결과, 나노와이어들(14)의 성장은 구조화 레이어(20) 내 애퍼처(aperture)들(21)에 제한될 수 있다. 애퍼처들(21)은 예를 들어 리소그래피에 의해 획득될 수 있다.

도 3은 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 상기 방법은 도 1 및 도 2의 참조 부호들을 기반으로 설명된다. 상기 방법은 다음을 포함한다:

a) 전해질 분배기(도 1의 1)를 제공하는 단계,

b) 다수의 연속 기공들(17)을 갖는 포일(16)을 제공하는 단계,

c) 표면(15)과 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4) 사이에 포일(16)을 배열하는 단계,

d) 액체 전해질이 전해질 분배기(1)를 통해 포일(16) 상으로 침착되도록, 액체 전해질을 전해질 분배기(1)의 입구들(2a, 2b) 중 적어도 하나 내로 도입하는 단계, 및

e) 나노와이어들(14)이 포일(16)의 기공들(17) 내에서, 액체 전해질로부터 표면(15) 상으로 성장되도록, 액체 전해질과 표면(15) 사이에 전압을 인가하는 단계.

상기 방법은 특히 도 2의 배열체로 수행될 수 있다.

1 전해질 분배기
2a 제1 입구
2b 제2 입구
3 출구
4 출구 측면
5a 제1 그룹
5b 제2 그룹
6 분배 엘리먼트
7a 제1 분배부
7b 제2 분배부
8 사전 분배 엘리먼트
9 커버링
10 전극
11 가이드 디바이스
12 배열체
13 스펀지
14 나노와이어
15 표면
16 포일
17 기공
18 전류 및 전압 소스
19 바디
20 구조화 레이어
21 애퍼처
22 스프링
23 리셉터클

Claims (10)

1. 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 방법으로서,
   a) 전해질 분배기(1)를 제공하는 단계,
   b) 다수의 연속 기공들(17)을 갖는 포일(16)을 제공하는 단계,
   c) 상기 표면(15)과 상기 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4) 사이에 상기 포일(16)을 배열하는 단계,
   d) 액체 전해질이 상기 전해질 분배기(1)의 상기 출구 측면(4) 상에서 상기 포일(16) 상으로 침착되도록, 상기 액체 전해질을 상기 전해질 분배기(1) 내로 도입하는 단계, 및
   e) 상기 나노와이어들(14)이 상기 포일(16)의 상기 기공들(17) 내에서, 상기 액체 전해질로부터 상기 표면(15) 상으로 성장되도록, 상기 액체 전해질과 상기 표면(15) 사이에 전압을 인가하는 단계
   를 포함하는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 방법.
2. 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12)로서,
   - 전해질 분배기(1)로서:
   - 상기 전해질 분배기(1)의 출구 측면(4) 상의 다수의 출구들(3) 및
   - 적어도 하나의 입구(2a, 2b)
   를 포함하는, 상기 전해질 분배기(1),
   - 다수의 연속 기공들(17)을 갖는 포일(16)로서, 액체 전해질이 상기 전해질 분배기(1)에 의해 상기 포일(16) 상으로 침착될 수 있도록 상기 전해질 분배기(1)에 적용되는, 상기 포일(16), 및
   - 상기 포일(16)이 상기 표면(15)에 적용될 때 상기 나노와이어들(14)이 상기 포일(16)의 상기 기공들(17) 내에서, 상기 액체 전해질로부터 상기 표면(15) 상으로 성장될 수 있도록, 상기 액체 전해질과 상기 표면(15) 사이에 전압을 인가하기 위한 전극(10)
   을 포함하는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전해질 분배기(1)는 적어도 2 개의 입구들(2a, 2b)을 포함하고, 상기 입구들(2a, 2b) 각각은 상기 출구들(3)의 각 그룹(5a, 5b)에 연결되고, 상기 출구들(3)의 그룹들(5a, 5b)은 서로 상이한, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 전해질 분배기(1)의 상기 출구 측면(4)은 평면형 구성인, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 출구들(3)의 상기 그룹들(5a, 5b) 각각에 대한 각각의 분배부(7a, 7b)를 갖는 분배 엘리먼트(6)를 포함하며,
   각각의 상기 입구(2a, 2b)는 대응하는 상기 분배부(7a, 7b)를 통해 상기 출구들(3)의 대응하는 그룹(5a, 5b)에 연결되는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
6. 제 5 항에 있어서,
   사전 분배 엘리먼트(8)로서, 이를 통해 각각의 상기 입구(2a, 2b) 가 상기 분배 엘리먼트(6)의 대응하는 상기 분배부(7a, 7b)에 연결되는, 상기 사전 분배 엘리먼트(8)를 포함하는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전해질 분배기(1)의 상기 출구들(3)은 상기 전해질 분배기(1)의 커버링(9)에 형성되는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전해질 분배기(1)의 상기 출구 측면(4)이 전극(10)의 형태로 구성되는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전해질 분배기(1)의 이동을 상기 출구 측면(4)에 대해 수직으로 가이드하기 위한 가이드 디바이스(11)를 포함하는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).
10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질 분배기(1)의 상기 출구 측면(4)에 대해 지지하는 스펀지(13)를 포함하는, 표면(15) 상에 다수의 나노와이어들(14)을 제공하기 위한 배열체(12).

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