Für den Einsatz von Nanodrähten in Anwendungen ist die Entwicklung neuer Methoden, die eine Integration der Nanostrukturen in verschiedene Gerätearchitekturen erlauben, entscheidend. Unter den bekannten Methoden erscheint die direkte Herstellung von komplexen Nanodrahtanordnungen besonders geeignet, um eine große Anzahl an Nanostrukturen geordnet in die Mikro-/Makrodimension zu überführen. Insbesondere dreidimensionale (3-D) Nanodrahtanordnungen mit hoher Integrationsdichte und einstellbarer Konnektivität sind vielversprechend für Anwendungen in den Bereichen Energieumwandlung, (Elektro-)Katalyse und Sensorsysteme.

Die vorliegende Arbeit zeigt die Herstellung und Charakterisierung von komplexen Nanodrahtanordnungen, einschließlich Arrays, 3-D Netzwerken und hierarchischen Strukturen. Das Verfahren beruht auf elektrochemischer Abscheidung in ionenspurgeätzte Polymerfolien, welche seit Jahrzehnten verwendet werden, um parallel ausgerichtete Nanodrahtanordnungen zu erzeugen. Die Methode wurde maßgeblich weiterentwickelt, damit Nanodrähte zu komplexen Struktureinheiten zusammengefasst werden können, indem sowohl die Templatherstellung als auch die elektrochemische Abscheidung gezielt verändert wurden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Syntheseverfahren wird die unabhängige Kontrolle über verschiedene Parameter ermöglicht. Es können nicht nur einzelne Nanostrukturen in Hinblick auf Abmessungen und Zusammensetzung definiert werden, auch die exakte Anordnung der Nanostrukturkomponenten zu größeren Struktureinheiten kann genau bestimmt werden. Nach dieser Methode wurden verschiedene Nanodrahtanordnungen erzeugt. Verbesserte Eigenschaften, welche sich aus der abgestimmten Anordnung zu 3-D Nanodrahtarchitekturen ergeben, werden gezeigt. Vor allem 3-D Nanodrahtnetzwerke weisen aufgrund ihrer Struktur eine große spezifische Oberfläche und hervorragende Transportprozesse auf, was sie zu vielversprechenden Elektrokatalysatoren macht. Die vorgestellten Untersuchungen wurden exemplarisch an Platin vorgenommen, die grundsätzliche Anwendbarkeit wird aber anhand von weiteren Materialien demonstriert.

Zudem wird der Erforschung neuer Methoden zur Strukturierung von Nanodrähten besondere Aufmerksamkeit gewidmet, da die Beeinflussung der Struktur als Mittel zur Manipulation der Eigenschaften genutzt werden kann. Infolgedessen wurden für andere Templatmaterialien bekannte Techniken übernommen, um 1-D Schichtstrukturen aus verschiedenen Materialien zu erschaffen. Weiterhin wurde eine Methode zur Herstellung segmentierter Nanodrähte, welche nur aus Platin bestehen, basierend auf elektrochemischer Abscheidung in ionenspurgeätzte Polycarbonatfolien, entwickelt. Ein spezielles Umkehrpulsverfahren wurde auf ein ausgewähltes Templat-Elektrolyt-System angewendet, damit die lokale Konzentration an Pt-Ionen beeinflusst werden kann. Durch einen kinetisch kontrollierten Wachstumsprozess entstehen verbundene Segmente, die Nanodrähte bilden. Dieser neue Wachstumsprozess erlaubt die Ausgestaltung von Nanodrähten mit einer definierten Anzahl an Segmenten und somit auch einer bekannten Anzahl an Segmentgrenzflächen und Durchmesserverengungen entlang der Drahtachse. Aufgrund der analysierten Drahtstruktur wird ein Mechanismus vorgeschlagen, der Entstehung und Wachstum der Segmente erklärt. In Hinblick auf potentielle Anwendungen wurde die Stabilität von zylindrischen Drähten gegenüber morphologischen Veränderungen bei erhöhten Temperaturen untersucht.

Schließlich wird die Möglichkeit, Nanostrukturierungsmethoden auf komplexe Nanodrahtanordnungen anzuwenden, demonstriert. Dadurch lassen sich strukturierte Nanodrahtanordnungen herstellen.

Die gezeigten Verfahren eröffnen neue Wege, um Nanodrähte zu mechanisch stabilen, makroskopischen Anordnungen mit sehr hohen Integrationsdichten zu verbinden. Auf diese Weise wird eine einfache Handhabung der Nanodrähte möglich, während ihre Konnektivität erhalten bleibt.