纳米线结构元件 【发明领域】
本发明涉及一种纳米线结构元件，其制备方法和微反应器系统，尤其是微催化 剂系统。背景技术
K. 等人在″ Chemistry in Microstructured Reactors″， Ang.Chem.Int. Ed.2004，43，406-446 中展示了用于化学反应和分析目的的微结构化构件的优点。 这导 致用于化学合成和分析的这类系统的具有重要意义。 与常规的反应器相比，该微结构反 应器具有非常大的表面积 - 体积比，这对热交换功率以及物质传送过程产生正面影响 ( 参 见 O. 等人″ Microreactors-a New Efficient Tool forReactor Development″，Chem.Eng. Technol.2001，24，第 138-142)。
在微结构反应器中已经进行了许多已知的反应，尤其是还有许多催化反应。 在这里，无论是液相反应、气相反应还是气液相反应都是无关紧要的。 为了能够利用 催化剂的潜在活性，将催化剂材料与各种几何形状一起整合到微结构化系统中。 从 最简单的情况出发，则用于构件微反应器的反应器材料自身由催化活性物质构成 ( 参 见 M.Fichtner， “Microstructured Rhodium Catalysts for the PartialOxidation of Methane to Syngas under Pressure”，Ind.Eng.Chem.Res.2001，40，第 3475-3483 页 )。 但这导致催化 剂表面积被局限于反应器壁上。 这一缺点部分地借助于优化的催化剂 / 载体系统避免。 如今的微结构反应器主要包含加载到通道中的小的颗粒或粉末。
但 也 可 以 使 用 催 化 剂 - 纤 维、 线 和 膜 ( 参 见 G.Veser， “Experimental and Theoretical Investigation of H2 Oxidationin a High-Temperature Catalytic Microreactor”， Chem.Eng.Sci.2001，56，第 1265-1273 第 )。 金属纳米结构，尤其是由贵金属构成的那 些，由于它们的表面积与质量的比例大，这与较小的制备成本相关，在非均相催化中是 公知的 ( 参见 R.Narayanan 等人，“Catalysiswith Transition Metal Nanoparticles in Colloidal Solution ：Nanoparticle Shape Dependence and Stability” J.Chem.Phys.B，2005，109， 第 12663-12676 页 )。
纳米科学中的研究最初集中在均质金属颗粒的检测上，因此其催化特性已得 到充分研究。 但至今鉴于一维纳米结构在非均相催化上的应用还分析许多一维纳米结 构。 但一个大问题是它们的固定。 由 Z.Chen 等人 “Supportless Pt and PtPd Nanotubes as Electrocatalystsfor Oxygen-Reduction Reactions”， Angew.Chem.2007，119， S.4138-4141 已知的是将纳米结构施加到载体上或嵌入多孔材料中例如 Nafion 上，但这必然导致可用 的催化剂表面积减少。 此外，必需注意，由于扩散过程，催化活性取决于催化剂材料的 分布。 因此，虽然纳米颗粒显著提高表面积 - 体积比，但是由于以下原因造成这类反应 器的长期稳定性相对较小 ：
1. 由于载体的腐蚀造成纳米颗粒的接触损失
2. 溶解和重新沉积或奥斯特瓦尔德成熟 (Ostwald-Reifung)，3. 纳米颗粒的聚集，以便降低表面能，和
4. 纳米颗粒的溶解和可溶离子的迁移。
平 行 排 列 的 线 配 置 体 或 管 配 置 体 已 经 用 作 葡 萄 糖 传 感 器 (J.H.Yuan 等 人， ″ Highly ordered Platinum-Nanotubule Arrays forAmperometric Glucose Sensing ″， Adv.Funct.Mater 2005，15， 第 803 页 )， 用 作 电 催 化 剂， 例 如 在 醇 氧 化 中 (H.Wang 等 人， ″ Pdnanowire arrays as electrocatalysts for ethanolelectrooxidation ″， Electrochem. Commun.2007，9， 第 1212-1216 页 ) 和 过 氧 化 氢 还 原 中 (H.M.Zhang 等 人， ″ novel electrocatalyticactivity in layered Ni-Cu nanowire arrays ″， Chem.Commun.2003， 第 3022 页 )。 但在这些情况下，纳米结构是空的，使得所述配置体是开放的且不稳定的。
Nielsch 等 人 在 ″ Uniform Nickel Deposition into orderedAlumina pores by pulsed electrodeposition″， Adv.Mater.2000，12，第 582-586 页中报导了，使用脉冲沉积来沉积 薄的金属膜。 但总之，在纳米技术领域还存在巨大的其它创新潜力。
发明概述
本发明的目的在于提供一种新型的纳米线结构元件，其可多方面应用。
本发明的另一目的在于，提供一种方法，其使制备具有空腔结构的纳米线结构 元件成为可能。 本发明的另一目的在于，提供一种纳米线结构元件，其具有比表面积大的空腔 结构，且其例如适于作为催化剂元件。
本发明的目的通过独立权利要求的主题得以实现。 在从属权利要求中定义本发 明有利的改进方案。
已提出了制备纳米线结构元件的方法，其包括在两个覆盖层之间布置的纳米线 阵列，这样使得产生由纳米线柱状贯穿的空腔结构。 如下文那样应用所述基于模板的方 法。
在第一个方法步骤 (a) 中，首先提供介电模板膜。 视要使用何种产生纳米孔的 方法应当使用的方法而定，模板膜是例如常用的塑料膜，尤其是聚合物膜，但它也可以 是玻璃膜或云母膜或者铝膜。
在方法步骤 (b) 中，将第一平面封闭的导电覆盖层，优选金属层施加到模板膜 的第一侧面上。 优选首先溅射薄的金属层，例如金层，然后将该金层例如采用铜层电化 学增强。 这具有这样的优点 ：首先可以溅射相对薄的层。 该第一导电的覆盖层具有双重 功能，它一方面用作后续的电化学沉积法的阴极，另一方面随后用作要产生的纳米线结 构元件的稳定的封闭的覆盖层，即该覆盖层作为要产生的纳米线结构元件的完整组成部 分而保留，并因此不再被去除。
在方法步骤 (c) 中，在模板膜中产生许多纳米孔，其完全与模板膜的表面交叉地 穿过模板膜。 关于步骤 (b) 和 (c)，字母应当不含有特定顺序的意思。 就此而言，也就 是该方法顺序的各种可选方案都是可能的，如随后由其它说明书下文所得出的那样。
在随后的子步骤 (d1) 中，从第一覆盖层内侧开始，在纳米孔中，在模板膜内通 过电化学沉积培养纳米线，即从第一覆盖层起通过电化学沉积填充纳米孔，在此过程中 纳米线在纳米孔中生长。 为此，将被孔贯穿的且经单侧导电性涂层的介电膜置于电化学 沉积装置中，其中第一覆盖层用作纳米线的电化学沉积过程的阴极。 这时，通过金属离
子的电化学沉积在纳米孔中培养纳米线，其中，由金属构成的纳米线在纳米孔内部，尤 其是直接生长到第一覆盖层上，并在该过程中与第一覆盖层牢固地长在一起。
这 类 产 生 纳 米 线 的 方 法 基 本 上 是 已 知 的， 例 如 参 见 T.W.Cornelius 等 人， “Controlled fabrication of poly-andsingle-crystalline bismuth nanowires”， Nanotechnology 2005，16， 第 246-249 页 ；Thomas Walter Cornelius 的 博 士 论 文， GSI，2006 ；Florian Maurer， GSI，2007，以及 Shafqat Karim， GSI，2007，在此通过参考将它们并入。
然而在这些方法中仅获得单个的纳米线。 与此相反，采用本发明可以制备自 我支撑的结构元件，在该元件中获得第一覆盖层且其保持与纳米线连接，此外在子步骤 (d2) 中将平面封闭的第二导电覆盖层施加在位于对面的模板膜的第二侧面上，其同样成 为要产生的纳米线结构元件的整体组成部分。
与第一覆盖层一样，第二覆盖层与纳米线牢固地长在一起并不再被去除。 因此 所述纳米线如柱状阵列那样相互连接两个覆盖层。 在该方法情况中，在产生第二覆盖 层之后短时间内，在两个覆盖层之间暂时还存在三明治状包围在两个覆盖层之间的模板 膜，因为这两个覆盖层被直接施加到模板膜上。 在该方法情况中，模板膜被纳米线贯 穿，如在加钢筋的情况下那样。 当由两个覆盖层和被大量纳米线贯穿的模板膜构成的三明治状配置体被制成到 这两个覆盖层具有足够的厚度且由此具有足够的稳定性的程度时，在步骤 (e) 中将这两个 覆盖层之间的模板膜溶解，尤其是化学溶解，由此在获得纳米线的情况下使两个覆盖层 之间的空腔结构露出。 如果模板膜是塑料膜，则其例如可以用溶剂溶解。 其它膜，例如 玻璃、云母用例如氢氟酸 (HF) 溶解。 为了溶解氧化铝，稀释的碱，例如 NaOH 就足够 了。 在溶解时，至少将模板膜分解成如此小的组成部分，使得能够从两个覆盖层之间的 被纳米线贯穿的空腔结构中去除这些组成部分，而不损害覆盖层和纳米线。
因此，在完全去除模板膜之后剩下结构稳定的空腔构件，在该构件中许多纳米 线保持与两个覆盖层相互连接，且保持平行地彼此相互间隔。 也就是说，每种情况下纳 米线的第一末端与第一覆盖层连接成整体，且每种情况下第二末端与第二覆盖层连接成 整体。 因此，通过去除模板膜，使这两个覆盖层之间的结构化空腔露出，其中该空腔在 两侧被覆盖层划定边界、并且被平行的纳米线与这两个覆盖层交叉地贯穿。 纳米线之间 和这两个覆盖层之间的间隙在这两个覆盖层的平面内相互连接，从而在覆盖层的平面内 限定出二维开口的空腔结构。 换句话说，形成稳定的、自我支撑的纳米线结构元件，其 由这两个封闭的覆盖层和三明治状的包围在两个覆盖层之间的且与所述覆盖层连接的、 柱状纳米线阵列组成。
这些具有两侧平面封闭的纳米线阵列，或者层状的被纳米线贯穿的空腔结构的 纳米线结构元件优异地适合例如作为微反应器构件，尤其是作为用于非均相催化的微催 化剂构件。 此外该纳米线结构元件的长时间稳定性高，因为纳米线在两侧被牢固地固 定，而且例如在微通道中不会松动。
为了实现纳米线阵列和第二覆盖层之间的稳定连接，纳米线电化学沉积过程至 少持续如此长的时间，直至在模板膜的第二侧面上已形成纳米线上的凸端。 为了产生第 二覆盖层，进一步尤其提出以下两种可能性 ：
在完全填充纳米孔后再进一步继续进行电化学沉积过程，其中在模板膜的第二
侧面上首先长出在纳米线上的凸端。 在进一步继续进行电化学沉积时，所述凸端长成一 片从而生成平面封闭的层，该平面封闭的层随沉积时间的增长而获得厚度。 因此，也就 是说这时可以使电化学沉积过程 ( 利用该过程产生或培养纳米线 ) 简单地持续如此长的 时间，直至第二覆盖层完全以足够厚的、稳定的、平面封闭的层的形式长成。 在此，纳 米线和整个第二覆盖层然后形成长成整体的结构，该结构由电化学沉积材料构成。 也就 是说作为同样的电化学沉积过程的子步骤，采用同样的电化学材料进行子步骤 (d1) 和 (d2)。
可选地，用于产生纳米线的根据子步骤 (d1) 的电化学沉积过程持续如此长的 时间，直至在模板膜的第二侧面上长出在纳米线上的凸端，且该凸端至少部分地长成一 片，但还不产生稳定的第二覆盖层，然后才结束。 第二覆盖层在分开的第二个随后的沉 积过程中才完成，其中，将平面封闭的另一层在至少部分地长成一片的凸端上沉积，使 得然后由至少部分地长成一片的凸端和平面封闭的另一层组成的双层配置体产生稳定的 第二覆盖层。 至少部分地长成一片的凸端由此形成第二覆盖层的第一子层，该另一层形 成第二覆盖层的第二子层。 所述分开的沉积过程同样可以是电化学沉积，但也可包括 PVD 方法，例如蒸镀或溅射。 即使分开的沉积过程是电化学沉积，对于第二子层可以 使用与纳米线和凸端不同的材料。 尤其证明适合的是，用脉冲电化学沉积法产生纳米线 和凸端，用直流电方法电化学沉积第二子层。 例如用逆变脉冲沉积由铂产生纳米线和凸 端，用直流电沉积由铜制备第二子层。 由此可以缩短沉积时间并降低材料成本。
因此，根据子步骤 (d2) 部分或全部地通过将导电材料，优选金属电化学沉积在 模板膜的第二侧面上产生第二覆盖层，使得第二覆盖层与纳米线牢固地长在一起。
因此，至少纳米线以及至少部分地长成一片的凸端优选以脉冲方式沉积。 该脉 冲沉积包括至少以下可选方案 ：
1) 采用脉冲沉积进行沉积，即沉积脉冲和无沉积的扩散时间间隔交替。
2) 采用逆变脉冲沉积进行沉积，即沉积脉冲和阳极反脉冲交替。
这两个可选方案均具有以下优点 ：在沉积脉冲间之间的间歇中，在电解液中离 子能够随后扩散到在纳米孔中，这导致纳米线和由长成一片的凸端构成的层更加均一地 生长。
第一覆盖层可通过涂层方法，例如 PVD、蒸镀或溅射整体施加。 但优选至少以 两层的方式制备第一覆盖层。 然而，优选通过 PVD、例如溅射或蒸镀沉积第一子层，然 后该第一子层通过电化学沉积，任选地用由另一种材料构成的第二子层，例如在金上的 铜来增强。
目前考虑两种基本上公知的方法用于在模板膜中产生纳米孔，一是离子束诱导 的蚀刻，二是阳极处理铝膜。
关于在阳极氧化铝中制备纳米孔阵列参见 A.P.Li 等人 “Hexagonal Pore Arrays with a 50-420 nm Interpore DistanceFormed by Self-Organization in Anodic Alumina”， Journal ofApplied Physics，84-11，1998， 第 6023-6026 页 以 及 综 述 文 章 J.W.Diggle， Thomas C.Downie，和 C.W.Goulding ；第 365-405 页， DOI ：10.1021/cr60259a005，在此 通过参考将它们并入。 这类阳极氧化铝模板具有特殊的性质，即纳米孔以六角形图案的 形式规则排列。与之相反，在通过离子束诱导的蚀刻行为的变化中，实现了纳米孔的随机分 布。 制备离子径迹蚀刻的模板包括用以下子步骤产生纳米孔 ：
首先将市售的塑料膜，例如聚合物膜用能量辐射，尤其采用高能离子束，例如 在 Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH，Darmstadt 的加速器设备中使用的那种，进 行辐射 (c1)。 通过该辐射，产生许多贯穿模板膜的潜在径迹。 该径迹的特征在于，沿 各单个的辐射离子轨迹，膜的聚合物结构被破坏。 在未蚀刻的状态下，这些径迹被视为 “潜在”。 随后通过蚀刻法将它们扩大成可见的径迹，纳米孔 (c2)。
优选首先进行离子辐射并随后，但还在蚀刻之前，施加第一覆盖层。 在将第一 覆盖层施加在模板膜上之后，才由潜在的离子诱导的径迹蚀刻纳米孔。 也就是说，在使 潜在的离子径迹经历化学蚀刻过程之前，尤其将导电的金属层施加到模板膜上并以电化 学方式将其增强。 以这种方法阻止了第一覆盖层的材料可能在孔中沉积。 由此可以实现 所产生的纳米线结构元件的改善的机械稳定性。 此外，孔是严格圆柱形的，在两末端均 没有变窄。
因此，在去除模板膜后，上述制备方法的结果是得到具有空腔结构的纳米线结 构元件，其由许多由彼此相邻布置的纳米线组成的阵列和两个平行间隔的、平面封闭的 覆盖层组成。 这两个覆盖层是纳米线结构元件的整体组成部分且不与纳米线分开，而是 与纳米线保持牢固连接，更确切地通过电化学沉积过程在原子 / 分子水平上相互长在一 起。 因此，纳米线在两个覆盖层之间横向延伸，所述纳米线以其第一末端与第一覆 盖层长在一起并以其第二末端与第二覆盖层长在一起，使得所述纳米线与两个覆盖层牢 固地相互连接，并如柱状阵列那样限定两个覆盖层之间的间隔。 由此产生稳定的三明治 状的纳米结，其具有在两侧被覆盖层划定边界的、被许多纳米线柱状贯穿的空腔结构。
此外，纳米线本身彼此相互间隔，使得纳米线之间存在彼此相互连接的间隔。 因此，该空腔结构在与覆盖层平行的平面内是二维开口的，使得可以在两个覆盖层之间 引导液体通过所述二维开口的空腔结构，以便与形成大表面积的纳米线的圆柱面发生相 互作用。
但通过该制备方法还获得所产生的纳米线结构元件的某些其它结构特性。 由于 纳米线由电化学沉积材料长成，其可能具有特定的晶体结构，该结构例如可以通过 X 射 线衍射检测。
此外，由于电化学沉积，纳米线在两侧与各覆盖层直接牢固地长在一起。 由于 纳米线的电化学沉积至少进行如此长的时间，直至凸端长成并任选地长成一片，纳米线 与第二覆盖层的至少一部分长成整体。 这还可以从结构上得到证明，尤其是当纳米线与 凸端长成整体以及所述凸端至少部分相互长在一起。 如果在凸端长成一片之后结束所述 沉积过程 ( 采用该过程产生纳米线 ) 并由此形成第二覆盖层的第一子层，并在分开的步骤 中采用改变的方法参数在彼此相互长在一起的凸端上沉积第二子层，则这在结构上也可 以是经得起证明的。 这不仅适用于覆盖层包括两个由不同的材料构成的子层的情况。
纳米线直径优选小于或等于 2000nm，尤其优选小于或等于 500nm 或小于或等于 100nm。 目前，看起来可制备低至 10nm 或甚至更小的直径。
纵横比越大，能产生的纳米线结构元件的活性表面越大。 纳米线的纵横比因此
优选大于或等于 1 至 50，尤其优选大于或等于 1 至 100。
两个覆盖层相互之间的距离或纳米线的长度由模板膜的厚度限定，优选小于或 等于 200μm，尤其优选小于或等于 50μm。
纳 米 线 数 量 的 面 积 密 度 同 样 是 活 性 表 面 的 量 度， 优 选 大 于 或 等 于 n/F ＝ 7 -2 10 cm ，尤其优选大于或等于 n/F ＝ 108cm-2。
单位纳米结构元件的面积 ( 覆盖层的面积 ) 和单位纳米线的长度 ( 结构化空腔的 高度 ) 的纳米线几何比表面积可以用作纳米线结构元件的活性表面的特定量度。 因此， 几何比表面积 Av 为
其中， D 是纳米线的平均直径， n/F 是纳米线的面积密度。
几何比表面积 Av 应至少为 1mm2/(cm2μm) ；但优选为更大的值，即 Av 大于 或等于 5mm2/(cm2μm)，大于或等于 20mm2/(cm2μm)，或甚至大于或等于 100mm2/ (cm2μm)。 任选地能够甚至达到最高至 1000mm2/(cm2μm) 的值。
在采用逆变脉冲法制备纳米线时，纳米线具有明显的 <100> 织构或者晶体结 构。 对于某些金属，例如金，可能有利的是产生尽可能小的晶粒。 对此，优选获得小于 或等于 4nm 的晶粒尺寸，其中，平均晶粒尺寸小于或等于 10nm 通常已可以是有利的。
由于微晶织构，表面的实际尺寸大于基于光滑圆柱表面的几何比表面积 Av，即 目前优选约大 4 到 5 倍。
根据本发明的一个特别的具体实施方式，还可制备非常小的纳米线结构元件。 对此，通过具有一个或多个开口的掩膜辐射模板膜，使得仅在掩膜开口的区域内产生潜 在径迹。 即产生具有潜在径迹的岛。 在蚀刻以及将第一阴极层施加在模板膜的第一侧面 上之后，将纳米线沉积到在纳米孔中以及将凸端沉积在模板膜的第二侧面上如此长的时 间，直至在模板膜的第二侧面上的凸端以岛状长成一片。 随后将使所述岛相互连接的导 电层以跨岛方式 (Inselübergreifend) 沉积到以岛状长成一片的凸端上。 该层随后用作第二 阴极层。 在产生该第二阴极层之后，再去除第一阴极层，并在相反的方向上继续进行电 化学沉积，其中，这时在模板膜的第一侧面上长出在纳米线上的凸端。 该沉积过程同样 继续进行如此长的时间直至凸端以岛状形式长成一片。 随后再去除第二阴极层并溶解模 板膜。 产生许多岛状的纳米线结构元件，其具有分别由长成一片的凸端构成的两侧的覆 盖层。 该岛状纳米线结构元件非常小，例如直径为几至几十微米、任选地几百微米的， 并由此在这里被称为微元件。
甚至可能的是，设计具有多个岛状微元件的复合构件。 为此不去除第二阴极层 或者在溶解模板膜之前施加一个或多个新的覆盖层。 所述一个或多个新施加的覆盖层可 以是导电的或者甚至是电绝缘的。 通过辐射掩膜中的开口预先限定岛的尺寸和分布。 因此可以制备一种构件，其包括许多预定布置的划以岛状在基材层上分布的微元件，其 中，岛状微元件以由辐射掩膜预定的图案分布在基材层上，并与基材层牢固连接。 所述 基材层尤其可以是导电的或电绝缘的，使得所述微元件彼此间电连通或电绝缘。
根据本发明制备的纳米线结构元件的尤其优选的应用领域是非均相催化。 即， 一个或多个纳米线结构元件用作催化剂构件，尤其用于微催化剂。 对此有利的是，在一
个或多个侧面上，使覆盖层围绕所述端面并使其与另一个覆盖层长在一起，即，将各端 面整体封闭在纳米线结构元件上。 特别简单的是，首先封闭所有端面，随后将纳米线结 构元件与所述覆盖层的平面交叉地沉积在例如两个的相对的端面上。
微催化剂优选包括具有液体入口和液体出口的微结构化的通道系统以及至少一 个在液体入口和液体出口之间作为催化剂元件的纳米线结构元件，使得能够将来自液体 入口的液体导入所述两个覆盖层之间的空腔结构，通过纳米线间的间隙穿流引导，并通 过液体出口再从所述空腔结构引出。 此处，在两个覆盖层之间的纳米线结构元件的二维 开口的空腔结构形成催化反应体积，纳米线的圆柱面形成与空腔结构内的液体相互作用 的催化活性表面。 优选通过沉积大量形成纳米线，例如由铂构成，使得催化剂元件是全 催化剂元件。
以下借助于具体实施例以及参照附图更详细地阐释本发明，其中，相同或类似 的元件部分地标以相同的附图标记，不同的具体实施例的特征，特别是使用或不使用辐 射掩膜的方法可以相互组合。
附图简要说明
附图显示 ： 图 1 纳米线结构元件制备的概要 ：(c1) 用离子辐射， (b) 施加导电层， (c2) 蚀 刻离子径迹， (d1) 纳米线沉积和凸端生长， (d2) 沉积第二金属层， (e) 溶解模板，
图 2 本发明纳米线结构元件的三维示意图，
图 3 用于电化学沉积的沉积装置的三维图，
图 4 用于沉积第一覆盖层的沉积装置的三维透视分解图，
图 5 用于沉积纳米线和第二覆盖层的沉积装置的三维透视分解图，
图 6 本发明的纳米线结构元件的扫描电镜图 (REM)，
图 7 图 6 的纳米线结构元件的放大侧视图，
图 8 具有由铂纳米线组成的纳米线阵列的端侧两侧开放的和端侧两侧封闭的纳 米线结构元件的 REM 图，
图 9 图 8 的纳米线阵列的放大 REM 图，
图 10 具有各种尺寸的凸端、在直流电下沉积的铂纳米线阵列的 REM 图 ( 边长约 350μm)，
图 11 图 10 的放大剖面图 ( 边长约 100μm)，
图 12 在直流电下沉积的铂纳米线阵列的 REM 图，其反映了凸端的空间分布，并 显示了凸端的局部受限的生长，
图 13 图 12 的剖面放大图，
图 14 在逆变脉冲下沉积的具有长成一片从而生成致密层的凸端的铂纳米线阵列 的 REM 图，
图 15 图 14 的放大剖面图，
图 16 铂纳米线阵列的 REM 图，其被置于机械负荷下
图 17 图 16 的剖面放大图，
图 18 具有用于穿流操作的纳米线结构元件的微反应器的示意分解图，
图 19 穿孔掩膜的剖面放大图，
图 20 图 19 的穿孔掩膜的开口的剖面放大图，
图 21 用穿孔掩膜制备许多岛状微元件 - 纳米线结构元件的概要，
图 22 正视两个覆盖层之一的微元件 - 纳米线结构元件的 REM 图，
图 23 斜视的微元件 - 纳米线结构元件的周长的另一个图 22 的微元件 - 纳米线结 构元件的 REM 图，和
图 24 具有两个微元件 - 纳米线结构元件的传感器元件的示意图
本发明详述
制备方法的概要
纳米线结构元件的制备基于模板基的方法。 该方法的子步骤在图 1 中示意性说 明。 为了清楚起见，在此字母相应于上述方法步骤，其优选以在图 1 中所述的顺序，即 (c1)、 (b)、 (c2)、 (d1)、 (d2)、 (e) 进行。 但原则上也可以使用其它顺序，例如从两侧 蚀刻并随后才施加阴极层 ( 子步骤 (c2) 在步骤 (b) 之前 )。
参见图 1，首先用离子 14 辐射模板膜 12，其中，沿着轨迹在模板膜 12 的材料中 制备潜在的离子径迹 16(c1)。 在本实施例中，模板膜 12 是聚合物膜，更确切地是聚碳酸 酯膜。
随后在模板膜 12 的第一侧面 12a 上溅射薄的、导电的金属层 22a，例如金，其 形成第一子层。 随后，用第二子层 24a 电化学增强第一子层 22a，从而形成第一覆盖层 26a，其随后用作纳米线沉积的阴极 (b)。 为了电化学沉积第二子层 24a，将模板膜 12 在 图 3-5 所示的沉积设备 82 中绷紧。
随后将单侧涂层的模板膜 12 再次从沉积设备 82 中取出，化学蚀刻潜在的离子径 迹 16，由此产生均一的纳米孔 32。 可选地，所述蚀刻过程也可在沉积设备 82 中以如下 方式进行 ：将蚀刻液填充到相应的腔室 88 中并在蚀刻结束后再取出。 模板膜的取出和重 新安装不是必需的。 纳米孔 32 的直径可以通过操控蚀刻时间来控制 (c2)。
随后，将如此准备好的模板膜 12 再次绷紧到沉积设备 82 中，并在第二电化学工 艺中将所期望的金属沉积到纳米孔 32 中 (d1)。 纳米线 34 达到模板膜 12 的第二侧面 12b 上的孔末端 32b，由此开始形成凸端 36。 在合适的条件下凸端 36 以平面形式长成一片， 并形成封闭的、但还不足够稳定的、平行于第一覆盖层或阴极层的第二金属层 22b(d2)。 该金属层在本实施例中是第一子层 22b，沉积另一金属层到该第一子层上，该另一金属层 形成第二子层 24b(d2)。 通过第二子层 24b，使长成一片的凸端机械稳定地嵌入。 由此 第一和第二子层 22b、24b 共同形成第二覆盖层 26b。
随后模板膜 12 在合适的有机溶剂中溶解 (e)。 由此根据本发明制备的纳米线结 构元件 1 示于图 2 中。 至少面向空腔结构 42 的第二覆盖层 26b 的内侧在此至少部分通过 电化学沉积的层 22b 形成。
基于模板的方法提供能够有针对性地影响许多参数的优点。 纳米线 34 的长度通 过所使用模板 12 的厚度确定，优选是 10-100μm，尤其优选约 30μm±50％。 纳米线 34 的面积密度通过辐射确定，为了制备阵列优选为 1 · 107 至 1 · 109cm-2。 纳米线 34 的 直径 D 通过蚀刻的持续时间调节，可以达到约 20nm 至 2000nm。 纵横比可提高到最高至 1000 的值。
两个覆盖层 26a，26b 的厚度通过各电化学沉积持续时间控制，并应是确保足够稳定性的厚度。 它们优选分别为 5μm 至 10μm。
作为用于纳米线的材料可以考虑适于电化学沉积的金属。 总结经验为如下金 属 ：Cu、 Au、 Bi、 Pt、 Ag、 Cu、 Cu/Co 多层、 Bi2Te3。
为了获得大的活性表面，一方面大数目的具有小的直径 D 的纳米线 34 是值得期 望的，另一方面应获得良好的机械稳定性。 最佳化取决于材料且适应于需求。
对于具有在铜子层 24a、24b 之间的铂纳米线 34 的纳米线结构元件 1，例如制备 2 每 cm 具有 108 个纳米线的稳定的具体实施形式，其直径为 250nm，长度为 30μm。 此 处纵横比为 120。 这类元件适于例如作为催化剂元件。
为了制备纳米线结构元件 1，除了聚合物膜 12 还可以使用其它模板膜，如由 氧化铝构成的硬质模板膜。 在此，可达到的孔径为 10-200nm。 在此，厚度达到约 6.5 · 108-1.3 · 1011cm-2。 多孔氧化铝模板使产生规则排列的结构成为可能。 作为模板 能想到的还有离子径迹蚀刻的玻璃和云母膜。 在这些模板中，采用氢氟酸 (HF) 进行模板 的溶解，由此用于线沉积和金属层的金属选择某些受到限制。
实施例 1
为了制备纳米线结构元件 1，使用 30μm 厚、圆形的 (r ＝ 1.5cm) 的聚碳酸酯膜 12( )，将其用能量为 11.1MeV/u 并以通量为 3 ·107 离子 /cm2 的重离子 14 辐射。 在施加导电金属层 22a 之前，将聚合物膜 12 的每个侧面用紫外光辐射 1 小时，以 提高沿径迹 16 蚀刻的选择性。
在聚合物膜 12 的第一侧面 12a 上，溅射约 30nm 厚的金层 22a。 该金层以如下方 式得到增强 ：将来自基于 CuSO4 电解液 (Cupatierbad，Riedel) 的铜恒压地在 U ＝ -500mV 的电压下沉积，其中铜棒电极用作阳极 ( 子层 24a)。在 30 分钟后中断沉积，据此铜层 24a 为约 10μm 厚。 随后，在 60℃下用 NaOH 溶液 (6M) 蚀刻模板膜 12 的未处理侧 12b25 分钟并用去离子水彻底清洗，以去除残留的蚀刻液。 这时将纳米孔化的模板膜 12 绷紧于 沉积装置 82 中。
纳米线 34 的沉积在 65℃下用碱性 Pt 电解液 (Pt-OH- 浴， Metakem) 进行。 为 了产生纳米线 34 和凸端 36，使用逆变脉冲沉积法，以补偿在纳米孔 32 中缓慢的扩散驱 动的物质转移并获得均一的纳米线生长和凸端生长 34、36。 在 U ＝ -1.3V 的沉积脉冲 4s 之后，接着进行 U ＝ +0.4V 的阳极脉冲 1s。 在约 80 分钟后停止沉积并控制生长。 此时 凸端 36 足以长成一片从而生成子层 22b，使得在其上能够在 U ＝ -500mV 下进行铜子层 24b 的恒压沉积约 30 分钟。
最后，采用如下方式去除模板膜 ：将具有纳米膜 12 的所有纳米线结构元件置入 具有 10ml 二氯甲烷的容器中数小时。 更换溶剂三次，以便从双面由覆盖层封闭的结构的 内腔 38 中彻底去除聚合物残余物。 采用这种方法制备的在覆盖层 26a，26b 间具有纳米 线阵列 35 的空腔结构 42 在图 6 和 7 的扫描电镜图 (REM) 中可见。 在此，纳米线 34 的 直径为约 650nm。
实施例 2
参见图 8 和 9 得到另一个具体实施例，尤其是为了显示直径和纳米线 31 数量的 参数可以变化。 18 分钟的蚀刻时间得到直径约为 250nm 的金属线 34。 面积密度 ( 单 位面积的数量 ) 为 108cm-2。 为了电化学沉积金属线，重新使用逆变脉冲方法。 在沉积脉冲为 U1 ＝ -1.4V 进行 40ms 后，接着进行 2ms 的短暂的 U2 ＝ -0.1V 的反脉冲以及在 U ＝ -0.4V 的电压下 100ms 的脉冲间隔，这相应于约 0V 的过压。 也就是说，在反脉冲期 间系统处于平衡状态。
将纳米线阵列 35 切割成在平面内是矩形的纳米线结构元件 1。 随后重新将铜 层恒压沉积到所有还具有模板膜 12 的纳米线结构元件上，使得其在所有端面上还是封闭 的。 随后在两个短的端面或边上将其切下，接着将模板 12 溶解，以便获得在两个相对的 端面上开放的以及在剩下的两个相对的端面上封闭的纳米线结构元件 1。显而易见的是， 图 8 和 9 右侧所示的端侧 28 采用如下方式流体密封地封闭 ：上方的覆盖层 26b 围绕端侧 28。 所述纳米线结构元件 1 非常适于作为用于引导待催化的流体通过的催化剂元件，可 以将该流体在开放的端侧引入并再在对面的开放的端侧流出。
用于电化学沉积的构造
再参见图 3-5，由许多纳米线 34 组成的纳米线阵列 35 的电化学沉积完全在图 3 所示的沉积装置 82 中进行。 它由金属壳体 84 组成，可以将固定两个电解槽 86，88 的金 属滑座推到该金属壳体中。 由于金属良好的导热性，通过受控的外部供热对沉积装置进 行调温是可能的。 由 PCTFE 制得的电解槽 86，88 在彼此相对的侧面上分别具有同样大小的圆形开 孔 87，89，并可以通过手持式螺栓旋紧器 90 紧密地相互挤压。 在两个电解槽 86，88 之 间的铜环 92 用作阴极或者对于电化学沉积来说用于接触第一覆盖层。
参见图 4，为了电化学增强子层 22a，将离子径迹蚀刻的模板膜 12 如此安置在两 个电解槽 86，88 之间，使得子层 22a，这里是溅射的金层 22a 与环状的铜电极 92 良好地 接触。 在作为阴极使用的铜环的两侧，将电解液充入电解槽。 采用在与子层 22a 相对的 电解槽 86 中布置的第一阳极 94 以及具有控制器的外部供电，进行金层 22a 电化学增强成 为第一覆盖层 26a 的过程。
在取出模板膜 12 并在沉积装置 82 外部蚀刻纳米孔 32 之后，将模板膜 12 再次放 入沉积装置 82 中。
参见图 5，为了电化学沉积纳米线 34、凸端 36 以及任选的完整的第二覆盖层 26b，单侧涂层的并配备有纳米孔的模板膜 12 如在图 4 中那样再次绷紧于沉积装置 82 中，使得第一覆盖层 26a 与环电极 92 接触。 这时在模板膜 12 的第二侧 12b 上在背离第 一覆盖层 26a 的电解槽 88 中用在该处布置的第二阳极 96 进行沉积。
电化学沉积条件对纳米线生长和凸端生长的影响的检测
采用脉冲沉积法产生纳米线 34 有利地能够在沉积的任意时刻使纳米线获得均一 的长度。 在无完整性和精确性要求时这可由此得到解释 ：与直流电沉积相比迅速获得扩 散层。 在沉积脉冲之间的间歇 ( 平衡状态或反脉冲 ) 中，金属离子可以后续扩散，使得在 整个电极表面上都存在与每次沉积脉冲起始时几乎相同的浓度比，这导致均匀生长。 扩 散层几乎没有重叠且没有增强在表面中的不均匀性。
目前确定，脉冲沉积法除了确保凸端 36 窄的尺寸分布外，由此有利的是，脉冲 沉积法至少还用于制备凸端。
为了检测凸端生长，在直流电沉积下和在逆变脉冲沉积下实施并比较所述试 验。
直流电下沉积
在图 10 和 11 中示出在形成凸端 36 后在直流电下形成的纳米线阵列。 即，在形 成凸端 36 后中断该制备方法，在不产生完整的第二覆盖层 26b 的情况下去除模板膜 12， 以便更准确地检测凸端生长。 如果放大不是太大，则凸端 36 看起来在它的尺寸分布上相 当均匀 ( 图 10)。 但要清楚认识到，虽然凸端 36 部分地长成一片，但发现在它们之间还 有延伸的空隙 37。 此外，发现几个孤立的凸端 36。
这在图 11 的放大图中更明显，在该图中还呈现尺寸分布的效果。 凸端 36 不仅 在其空间的延伸上，而且在其与其它凸端的连接性上显示出明显的偏差。
图 12 示出纳米线阵列的更大的面积，其是在直流电下制备的，同样出于检测目 的在去除模板膜 12 后不产生完整的第二覆盖层 26b。 需认识到，凸端 36 的生长取决于在 阵列上的位置。
参见图 13 的放大图，凸端 36 的空间分布是不均匀的。 尤其是单个孤立的凸端 36 看起来被许多线包围，这些线甚至基本没有显示出凸端生长。
在对完整性和精确性没有要求时，各纳米电极的扩散层的重叠被视为尺寸分布 扩大的主要原因，由于该原因可以对纳米线进行处理。 纳米线 34 还深深地存在于纳米 孔 32 中，金属离子必须通过平面扩散经过长路径。 纳米线 34 长得越长，它们在纳米孔 32 中升得越高，越接近凸端生长 36 开始的孔末端 32b。 与此相关地，扩散层继续伸入溶 液中，并且与其他层重叠的可能性增加。 此外要考虑的是，前述生长的扩散偏离平面行 为，最后可以被视为完整的半球形，只要纳米线 34 的长度与模板膜 12 的厚度一致。 彼此之间距离小的纳米电极竞争来自溶液的金属离子，因此与处于相对隔离状 态的电极相比经历较缓慢的生长。 尺寸分布的扩大因此是布置孔 32 的随机性的直接结 果。
只要平面的和半球形的扩散同时存在，假设在生长速度上的差距具有极值。 如 果纳米线 34 达到孔末端 32b 并开始形成凸端 36，而所述线 34 在邻近的周围还处于孔 32 中，在此它们经历平面的扩散过程，则就是这种情况。 由于聚合物膜 12 的天然粗糙的表 面，孔 32 从开始就具有不同的长度，由此纳米线 34 以相同的生长速度在不同的时间到达 末端。
不能排除的是，在直流电沉积下，以凸端 36 产生的纳米线阵列可用于制备稳定 的纳米线结构元件 1。 但要以脉冲沉积进行另外的试验，以便还在那里检测凸端生长。
逆变脉冲沉积
在图 14 和 15 中可见在逆变脉冲沉积的情况下制备的铂纳米线阵列 35。 凸端 36 共同长成致密的、封闭的层 22b，这通过更好的尺寸分布成为可能，该尺寸分布采用逆变 脉冲沉积实现。 层 22b 在所有的电极表面上是均匀的，并且没有空隙。 要注意的是，在 该测试中，在形成由完全长成一片的凸端 36 构成的金属层 22b 之后，也不完全进行第二 覆盖层 26b 的沉积过程，使得第二覆盖层 26b 还没有完全形成，而是由长成一片的凸端 36 构成的金属层 22b 仅形成第二覆盖层 26b 的子层 22b。
如果以如下方式给该未完成的阵列施以机械负荷 ：例如用镊子施加压力，则由 凸端 36 形成的层 22b 破裂，如在图 16 中所描述的那样，使看到金属覆盖层之间的阵列内 部成为可能。 图 17 示出了一裂开处的剖面放大图。 可以明显看出的是平行布置的纳米
线 34，所述纳米线在保持相同的距离上将与其牢固连接的金属层固定在一起。
在对完整性和精确性没有要求时，与直流电沉积相比，凸端 36 有利地更窄的尺 寸分布，通过更短的扩散层得以表明。 在脉冲之间的间歇，金属离子可以继续扩散，使 得在每次沉积脉冲起始时在所有的电极表面上都存几乎相同的浓度比，这导致均匀的生 长。 扩散层几乎没有区别，在表面中的不规则性没有增强。
总体上可以确定，纳米线 34 和凸端 36 的脉冲沉积，尤其在逆变脉冲沉积下，使 出色地均匀的凸端生长成为可能。 在此，用于制备纳米线 34 电化学沉积至少持续如此长 的时间，直至在纳米线上已经形成凸端 36，并且这些凸端长成一片从而生成平面封闭的 层 22b。随后或者继续使电化学材料进行沉积，从而以这样的程度增强由长成一片的凸端 36 构成的层 22b，直至产生稳定的第二覆盖层 26b ；或者在分开的沉积过程中施加第二子 层 24b，使长成一片的凸端 36 嵌入到该第二子层中。 为了制备本发明稳定的纳米线结构 元件 1，特别是在此之后才将模板膜 12 去除。 第二覆盖层 26b 的厚度应为至少 1μm。 但优选厚度大于 5μm，例如在 5μm-10μm 之间。 这同样适用于第一覆盖层 26a。
纳米线的结构特性
在本发明的范围内还检测了由各种材料构成的纳米线 34 的结构特性。 在电化学 沉积的材料中，例如控制晶粒的尺寸是可能的。 这对机械稳定性、热和电传导性以及表 面并由此还对催化活性也具有影响。 由此可以有针对性地影响许多特性。
尤其是通过 X 射线衍射检测纳米线 34 的结构。 为此，将织构作为电化学沉积条 件的函数分析。
在直流电下制备的 Pt 纳米线 34 显示出明显的 <100>- 织构。 织构系数 TC100 为 2.32，其中它的最大值是 3。 晶粒的尺寸借助于 Scherrer 公式由铂信号的半值宽度确定， 且为 8nm。 为了催化应用，尽可能小的晶粒尺寸是值得期望的。 此处所给出的值处于通 常在催化中所使用的纳米颗粒的数量级内。 可以假设，通过变化的电化学沉积条件还可 以降低晶粒尺寸。
检测在脉冲沉积下制备的纳米线 34，没有发现特别的织构。 信号强度相应于多 晶铂的信号强度。
最后分析了用逆变脉冲制备的试样。 再次显示出明显的 <100>- 织构，其中织构 系数 TC100 是 4.16。 因此，该晶粒具有优选的取向，其中对齐度为 83％。 至少 50％的对 齐是任选地有利的。
借助于 X 射线衍射对以不同方式制备的纳米线 34 的表征显示，沉积条件对织构 产生影响。 因此可以有针对性地影响纳米线的结构。 可期待，如果相应低地选择过压， 甚至可以制备单晶纳米线。
纳米线 34 的表面不符合于几何表面计算所基于的圆柱体的光滑表面，而使显示 出许多凹坑和凸起，这明显使表面增大。 也就是说表面的实际尺寸典型地大于几何表 面，而且因为构造纳米线 34 的晶粒是非常小的。 为了获得所获得纳米线阵列 35 的表面的 更准确的表现，在 60℃下，在 0.5M H2SO4 中在基于标准氢电极的电势范围为 0-1300mV 下进行循环伏安法测定。 由氢吸收过程中传递的电荷，在考虑电容电流的情况下可以计 算电极的表面。 纳米线阵列电极的循环伏安法检测得出，实际的表面比几何表面大 4 到 5 倍。应用
对于催化剂，可能的是，将由许多本发明的纳米线结构元件 1 组成的组连接在 一起。 但由于尺寸，该纳米线结构元件 1 单独地也适于安装到微结构化系统中，该系统 是三维结构，其内部尺寸小于 1mm，大多数在 10 到几百微米之间。
图 18 示意性地显示微催化剂 100，其中在液体入口 102 和液体出口 104 之间置 入本发明的纳米线结构元件 1。 可想象的是，液相或气相反应可以在这样的微催化剂 100 中进行。 为此，将气体流或液体流优选用压力导引穿过微催化剂 100。
根据本发明可制备的纳米线结构元件 1 还固有地包含所有在两个金属层之间布 置的纳米线的电接触。 由此可以在纳米线 34 上施加受控的电压，因此使电催化工艺成为 可能。 此外，该构件可以用作测量电流传感器。
用辐射掩膜制备微元件
根据本发明可以由此产生在两侧被两个覆盖层 26a，26b 封闭的、具有非常小的 尺寸的纳米线结构元件或纳米线阵列 ：将模板膜 12，在本实施例中是聚合物膜，通过相 应的掩膜 110 用重离子辐射 ( 图 21 中的步骤 (c1))。 在事先在步骤 (c0) 中施加的掩膜 110，例如穿孔掩膜，具有许多开口 112 或钻孔，其中，每个开口 112 限定了一个后面的 微元件 1a。 掩膜 110 在辐射期间覆盖模板膜 12，因此产生潜在的离子径迹 16，其随后只 在没有覆盖的区域被蚀刻成纳米孔 32，即在掩膜 110 的开孔 112 处。 也就是说微元件 1a 的轮廓和形状通过掩膜 110 预先确定。
这些方法尤其适于制备许多非常小的纳米线结构元件，如所述以微元件 1a 的形 式。 该由此可制备的由与纳米线牢固长在一起的两个覆盖层组成的微元件 1a 可以具有小 于 500μm、尤其小于 100μm 以及任选地甚至小至几微米的直径。 直径是指在平行于覆 盖层 26a，26b 或与纳米线 34 的平面交叉的平面中的尺寸。 在这里，例如微元件的直径 与微元件的厚度的纵横比可以小于 20 ∶ 1 或 5 ∶ 1。 微元件的厚度是指与覆盖层 26a， 26b 的平面交叉的尺寸 ( 在约两个覆盖层的距离内 )。
图 19 显示示例的穿孔掩膜 110 的剖面图，图 20 显示孔 112 的扩大图。 穿孔掩 膜 110 的孔 112 在本实施例中直径为 50μm，使得纳米线 34 仅在 50μm 直径的圆形范围 内进行电化学沉积，由此能够制备直径为约 50μm 的微元件 1a。
图 22 和 23 显示许多由穿孔掩膜 110 制备的直径约为 50μm、厚度约为 30μm 的 微元件 1a 中的一个。 该微元件 1a 在两侧配备有平面封闭的覆盖层 26a，26b，其与纳米 线 34 长在一起。 由在模板膜 12 的两侧 12a，12b 上长成一片的凸端 36，126 已经形成的 封闭的金属层 26a，26b，与在内部的纳米阵列 35a 相比显示略微更大的膨胀。 辐射采用 每 cm2108 个离子来进行。 因此在 50μm 大的微元件 1a 的金属层 26a，26b 间存在 2000 个纳米线 34。
在本实施例中，在约为 0.5cm2 总沉积面积上给用于离子辐射的穿孔掩膜 110 配 备约 2000 个孔 112，使得可以在模板膜 12 内一次产生 2000 个具有纳米线阵列 35a( 如岛 116) 的微元件 1a。
这种在模板膜 12 中制备许多具有纳米线阵列 35 的微元件 1a 的过程比制备那种 占据所有沉积面积的大纳米线阵列 35 的微元件更复杂，因为进行了额外的步骤。
在将潜在离子径迹 16 蚀刻成纳米孔 32 之前在模板膜 12 的第一侧面 12a 上施加金属起始层 25。 该起始层 25 反过来用作纳米线 34 沉积的临时阴极。 再除去起始层 25， 然后在起始层 25 对面的模板膜 12 的第二侧面 12b 上形成凸端 36，由此可以随后分离微元 件 1a。 当起始层 25 由另一种导电材料，尤其是另一种作为纳米线 34 的金属组成时，那 么选择性去除是尤其可能的。
然后将首先形成的凸端 36，也就是说在模板膜 12 的第二侧面 12b 上的那些，用 选择性可去除的导电层，同样优选金属层覆盖，其形成用于进一步沉积的第二临时阴极 层 118。 通过第二阴极层 118，使许多岛状分布的微元件的纳米线 34 通过第二侧面 12b 上的凸端 36 相互电接触，这时也可在模板膜 12 的第一侧面 12a 上 ( 在其上存在起始层 25)，第二凸端 126 长到纳米线 34 上。 如果在模板膜 12 的第一侧面 12a 上也长出足够稳 定的金属层，该金属层由纳米线 34 上长成一片的第二凸端 126 组成，则可将第二侧面 12b 上的临时性第二阴极层 118 选择性地去除。 随后将模板膜 12，在本实施例中是聚合物基 体溶解，在掩膜孔 112 范围内产生分散的微元件 - 纳米线结构元件 1a，其具有分别由长成 一片的凸端构成的两侧的覆盖层 26a，26b。 这样制备的微元件 - 纳米线结构元件 1a 的一 个实例在图 22 和 23 中示出，其中在上文所述的工序中，制备许多这种微元件一纳米线结 构元件 1a。
由将掩膜 110 用于辐射获得这样的优点，可将所制备的具有纳米线阵列 35a 的 微元件 1a 直接作为整体使用，而无需进一步的加工。 也就是微元件 1a 的纳米线阵列 35 沿圆周 132 在平行于覆盖层 26a，26b 的平面内是开孔的，其中该开孔性在沉积时已经产 生，使得产生具有纳米线阵列 35a 的各侧面沿圆周 132 未剪切的微元件 1a。 由此可以避 免例如因侧面或侧边 134 的切割带来的机械负荷。 在图 22 和 23 中可见，覆盖层 26a， 26b 由长成一片的凸端 126 或 36 形成，它们在边缘处稍凸出。 也就是说该边缘由自然生 长并长成一片的凸端形成。 此处，可以清楚看出，微元件 - 纳米线 - 结构元件 1a 由该特 殊方法制得，并且尤其是，其在边缘处是未剪切的。
因为所有的纳米线 34 在两侧面 12a，12b 上是电接触的，具有纳米线阵列 35a 的 微元件 1a 尤其适于制造小型化的传感器。 由大数目的线不仅会产生高的灵敏度，而且产 生高的耐缺陷性 (Defekttoleranz)。
图 24 显示了一个传感器 150 的实例，例如用于测量气体流量、温度以及作为运 动传感器。 传感器 150 具有至少一个具有第一和第二微元件纳米线结构元件 1a 的测量单 元，其中，该微元件纳米线结构元件 1a 分别在两侧配备覆盖层 26a，26b，其中，使两个 纳米线结构元件 1a 中的每一个通过一个或两个覆盖层 26a，26b 电接触，其中，使两个纳 米线结构元件 1a 分开地接触。 在两个微元件纳米线结构元件之间布置加热元件，例如通 过施加电压可加热的微导线 152。 将传感器元件 150 的电阻的变化用作气体流量、温度变 化或运动变化的量度。
对本领域技术人员显而易见的是，上述的具体实施方式应理解为示例性的，发 明不限于此，在不脱离本发明的情况下能以各种方式进行改变。 特别是，微催化剂的制 备仅是本发明纳米线结构元件众多应用领域中的一个。 此外显而易见的是，其特征不取 决于，它们是否在说明书、权利要求书、附图或其它方式中公开，即使与其它特征一起 被共同描述，都各自限定了本发明的关键组成部分。