DE102010001567A1

DE102010001567A1 - Electrically conductive material useful as electrode material, conductor material, chemosensitive, gas sensitive material for a sensor, comprises a core made from platinum, rhodium and/or ruthenium, which is surrounded by oxide of cerium

Info

Publication number: DE102010001567A1
Application number: DE102010001567A
Authority: DE
Inventors: Markus 71101 Widenmeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2011-08-04
Also published as: FR2955968A1; CN102148068A; JP2011162879A; CN102148068B

Abstract

The electrically conductive material comprises a core (1) made from platinum, rhodium and/or ruthenium. The core is partially surrounded by oxides (2a) of yttrium, cerium, titanium, zirconium and/or tantalum. The core exhibits an average size of = 100 nm. The material is made from interconnected particles with intervening pores, where the particles comprise a core made from metal or metal mixture partially surrounded with the oxide layer of metal or metal mixture. The particles exhibit an average particle size of 0.5-110 nm, calculated by scanning electron microscopy. The electrically conductive material comprises a core (1) made from platinum, rhodium and/or ruthenium. The core is partially surrounded by oxides (2a) of yttrium, cerium, titanium, zirconium and/or tantalum. The core exhibits an average size of = 100 nm. The material is made from interconnected particles with intervening pores, where the particles comprise a core made from metal or metal mixture partially surrounded with the oxide layer of metal or metal mixture. The particles exhibit an average particle size of 0.5-110 nm, calculated by scanning electron microscopy. The material, relative to the total number of metal atoms in the material, comprises 65-97 atom% of platinum, rhodium and/or ruthenium, and 3-35 atom% of yttrium, cerium, titanium, zirconium and/or tantalum. An independent claim is included for a method for preparing an electrically conductive material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch leitfähiges Material, insbesondere ein Elektroden- und/oder Leiterbahnmaterial, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.The present invention relates to an electrically conductive material, in particular an electrode and / or conductor material, and a method for producing such.

Stand der TechnikState of the art

In technischen Anwendungen werden thermisch und korrosiv hochstabile Elektroden- und Leiterbahnmaterialien benötigt, die überwiegend metallisch und elektrisch leitfähig sind sowie eine nanoskalige und regelmäßig definierte Struktur aufweisen.In technical applications, thermally and corrosively highly stable electrode and conductor material are required, which are predominantly metallic and electrically conductive and have a nanoscale and regularly defined structure.

Die Druckschrift US 2007/0251822 A1 beschreibt chemochrome Nanoteilchen, welche als Pigmente, Farben, Beschichtungen und Tinten eingesetzt werden können.The publication US 2007/0251822 A1 describes chemochromic nanoparticles that can be used as pigments, paints, coatings and inks.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch leitfähiges Material, insbesondere ein Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material, welches

– Kerne aus einem Metall oder Metallgemisch, ausgewählt aus der Gruppe A bestehend aus Platin, Rhodium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Iridium, Ru-Osmium, Rhenium und Mischungen davon, umfasst,
– wobei die Kerne von Oxid/en eines Metalls oder Metallgemischs, ausgewählt aus der Gruppe B bestehend aus Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, den Lanthaniden, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink und Mischungen davon, zumindest teilweise umgeben sind, und

das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kerne eine durchschnittliche Größe von kleiner oder gleich 100 nm, insbesondere von ≥ 0,4 nm bis ≤ 100 nm, beispielsweise von ≥ 0,5 nm bis ≤ 40 nm, zum Beispiel von ≥ 1 nm bis ≤ 7 nm, aufweisen.The present invention is an electrically conductive material, in particular an electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material which

Cores of a metal or metal mixture selected from group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, Ru-osmium, rhenium and mixtures thereof,
- wherein the cores of oxide / s of a metal or metal mixture selected from the group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium , Hafnium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, at least in part, and

characterized in that the cores have an average size of less than or equal to 100 nm, in particular from ≥ 0.4 nm to ≤ 100 nm, for example from ≥ 0.5 nm to ≤ 40 nm, for example from ≥ 1 nm to ≤ 7 nm.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem „elektrisch leitfähigen Material” insbesondere ein Material verstanden, welches eine spezifische Leitfähigkeit von mindestens 10 Sm^–1.In the context of the present invention, an "electrically conductive material" is understood in particular to mean a material which has a specific conductivity of at least 10 Sm ^-1 .

Im Sinn der vorliegenden Erfindung werden unter den „Lanthaniden” insbesondere die Elemente: Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium verstanden.For the purposes of the present invention, the term "lanthanides" is understood to mean, in particular, the elements: cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Halbmetalle (Bor, Silizium, Germanium) zu den Metallen gezählt.In the context of the present invention, the semimetals (boron, silicon, germanium) are counted among the metals.

Insbesondere können die Kerne von Oxid/en eines Metalls oder Metallgemischs, der Gruppe B im Wesentlichen vollständig umgeben sein. Dabei wird unter „im Wesentlichen vollständig umgeben” insbesondere verstanden, dass Abweichungen, die darauf beruhen:

– dass das Oxid beziehungsweise die Oxide Poren, die zumindest gasdurchlässige sind, beispielsweise eine durchschnittliche Porengröße von ≥ 0,1 nm bis ≤ 5 nm, aufweisen, und/oder
– dass zwei oder mehr Kerne, die einander kontaktieren, und/oder
– dass ein Kern oder mehrere Kerne, die eine Substratoberfläche kontaktieren,

umfasst sind.In particular, the cores of oxides of a metal or metal mixture, group B, may be substantially completely surrounded. In particular, "substantially completely surrounded" means that deviations based thereon:

- That the oxide or oxides pores, which are at least gas-permeable, for example, have an average pore size of ≥ 0.1 nm to ≤ 5 nm, and / or
That two or more cores contacting each other and / or
That one or more cores contacting a substrate surface

are included.

Das elektrisch leitfähige Material kann insbesondere durch ein später erläutertes Verfahren hergestellt werden.The electrically conductive material can be produced in particular by a method explained later.

Insbesondere aufgrund der oxidischen Umgebung, kann das elektrisch leitfähige Material vorteilhafterweise korrosionsbeständig und/oder temperaturstabil sein. Dabei kann unter „korrosionsbeständig” verstanden werden, dass sich das Material nach 10 Stunden bei 400°C in einem Gasgemisch, aus 10,00000 Volumenprozent Sauerstoff, 10,00000 Volumenprozent Wasserdampf, 0,00100 Volumenprozent Stickstoffmonoxid, 0,00005 Volumenprozent Schwefeldioxid und 79,99895 Volumenprozent Stickstoff, mittels Rasterelektronenmikroskopie nicht nachweisbar verändert. Dabei wird unter „temperaturstabil” insbesondere verstanden, dass sich das Material nach 10 Stunden bei 400°C in Luft mittels Rasterelektronenmikroskopie nicht nachweisbar verändert. Weiterhin kann das Material porös sein. Darüber hinaus können die Kerne und Oxide in dem Material im Wesentlichen homogen verteilt vorliegen. Ferner kann das elektrisch leitfähige Material eine regelmäßig definierte Struktur im Nanometerbereich aufweisen.In particular, due to the oxidic environment, the electrically conductive material may advantageously be corrosion resistant and / or temperature stable. In this case, "corrosion-resistant" is understood to mean that the material after 10 hours at 400 ° C in a gas mixture of 10.00000 volume percent oxygen, 10.00000 volume percent water vapor, 0.00100 volume percent nitrogen monoxide, 0.00005 volume percent sulfur dioxide and 79 , 99895 volume percent nitrogen, undetectable by scanning electron microscopy. In particular, "temperature-stable" is understood to mean that the material does not detectably change after 10 hours at 400 ° C. in air by means of scanning electron microscopy. Furthermore, the material may be porous. Moreover, the cores and oxides in the material may be substantially homogeneously distributed. Furthermore, the electrically conductive material may have a regularly defined structure in the nanometer range.

Zudem können Elektroden, Leiterbahnen beziehungsweise Schichten aus einem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Material vorteilhafterweise eine geringe Neigung zu Spannungen, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und/oder Temperaturstabilität sowie Kontaktierungs- und Verfahrensvorteile aufweisen. Insbesondere aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit und Temperaturstabilität, können aus einem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Material dünnere Elektroden, Leiterbahnen beziehungsweise Schichten für Anwendungen in chemisch aggressiven, insbesondere oxidativen, Atmosphären bei Temperaturen von über 500°C hergestellt werden als beispielsweise aus reinem Platin, welches unter diesen Bedingungen degradieren, insbesondere schwinden, und reißen kann. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Material insbesondere Kontaktierungs- und Verfahrensvorteile aufweisen, wenn eine Elektrode oder Schicht aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Material mit einer Leiterbahn aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen, Material kontaktiert wird.In addition, electrodes, interconnects or layers of an electrically conductive material according to the invention advantageously have a low tendency to stress, high corrosion resistance and / or temperature stability as well as contacting and process advantages. In particular, due to the high corrosion resistance and temperature stability, thinner electrodes, interconnects or layers for applications in chemically aggressive, in particular oxidative, atmospheres at temperatures of over 500 ° C can be prepared from an electrically conductive material according to the invention as for example of pure platinum, which degrade under these conditions, especially dwindling, and can tear. In addition, the electrically conductive material according to the invention may in particular have Kontaktierungs- and process advantages, when an electrode or layer of the inventive electrically conductive material is contacted with a conductor of the inventive electrically conductive, material.

Vorzugsweise verändert sich das Material auch nach 10 Stunden bei 500°C, insbesondere bei 600°C, in einem Gasgemisch aus 10,00000 Volumenprozent Sauerstoff, 10,00000 Volumenprozent Wasserdampf, 0,00100 Volumenprozent Stickstoffmonoxid, 0,00005 Volumenprozent Schwefeldioxid und 79,99895 Volumenprozent Stickstoff, mittels Rasterelektronenmikroskopie nicht nachweisbar. Vorzugsweise verringert und sich die elektrische Leitfähigkeit des Materials bei – der Behandlung in dem Gasgemisch, aus 10,00000 Volumenprozent Sauerstoff, 10,00000 Volumenprozent Wasserdampf, 0,00100 Volumenprozent Stickstoffmonoxid, 0,00005 Volumenprozent Schwefeldioxid und 79,99895 Volumenprozent Stickstoff, nicht mehr als zwei Größenordnungen oder in Luft um nicht mehr als zwei Größenordnungen, vorzugsweise um nicht mehr als eine Größenordnung, insbesondere um nicht mehr als 50°%.Preferably, the material also changes after 10 hours at 500 ° C, especially at 600 ° C, in a gas mixture of 10.00000 volume percent oxygen, 10.00000 volume percent water vapor, 0.00100 volume percent nitrogen monoxide, 0.00005 volume percent sulfur dioxide and 79, 99895 volume percent nitrogen, undetectable by scanning electron microscopy. Preferably, the electrical conductivity of the material upon treatment in the gas mixture, of 10.00000 volume percent oxygen, 10.00000 volume percent water vapor, 0.00100 volume percent nitric oxide, 0.00005 volume percent sulfur dioxide and 79.99895 volume percent nitrogen, no longer decreases as two orders of magnitude or in air by not more than two orders of magnitude, preferably by not more than one order of magnitude, in particular by not more than 50%.

Das Material kann insbesondere Partikel aufweisen, welche jeweils einen Kern aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A aufweisen, welcher zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Oxidschicht eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B umgeben ist.In particular, the material may comprise particles which each have a core of a metal or metal mixture of group A, which is at least partially, in particular substantially completely, surrounded by an oxide layer of a metal or metal mixture of group B.

Auch im Rahmen der Oxidschicht wird unter „im Wesentlichen vollständig umgeben” insbesondere verstanden, dass Abweichungen, die darauf beruhen:

– dass die Oxidschicht Poren, die zumindest gasdurchlässige sind, beispielsweise eine durchschnittliche Porengröße von ≥ 0,1 nm bis ≤ 5 nm, aufweisen, und/oder
– dass zwei oder mehr Kerne, die einander kontaktieren, und/oder
– dass ein Kern oder mehrere Kerne, die eine Substratoberfläche kontaktieren,

umfasst sind.In the context of the oxide layer, too, "substantially completely surrounded" means, in particular, that deviations based thereon:

- That the oxide layer pores, which are at least gas-permeable, for example, have an average pore size of ≥ 0.1 nm to ≤ 5 nm, and / or
That two or more cores contacting each other and / or
That one or more cores contacting a substrate surface

are included.

Im Rahmen einer Ausführungsform des Materials ist das Material aus miteinander verbundenen Partikeln mit dazwischen liegenden Poren aufgebaut ist, wobei die Partikel jeweils einen Kern aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A aufweisen, welcher zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Oxidschicht eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B umgeben ist. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Kerne durch die Oxidschicht stabilisiert werden. Insbesondere werden die Kerne dadurch im Wesentlichen gegen thermisch induzierte Vergröberungen und Versinterungen geschützt. Ferner können die Kerne vor Umgebungseinflüssen, insbesondere Korrosionsmittel, geschützt werden. Trotz dieses Schutzes kann das Material aufgrund der Porosität katalytisch aktiv sein, was beispielsweise für manche Anwendungen im Sensorbereich vorteilhaft ist. Im Rahmen dieser Ausführungsform kann das Material einerseits zwischen den Partikel liegende Poren und andererseits Poren in der Oxidschicht, die zumindest gasdurchlässige sind, beispielsweise eine durchschnittliche Porengröße von ≥ 0,1 nm bis ≤ 5 nm aufweisen, umfassen.In the context of one embodiment of the material, the material is composed of interconnected particles with intervening pores, the particles each having a core of a metal or metal mixture of group A, which at least partially, in particular substantially completely, with an oxide layer of a metal or metal compound of group B is surrounded. This has the significant advantage that the cores are stabilized by the oxide layer. In particular, the cores are protected thereby substantially against thermally induced coarsening and sintering. Furthermore, the cores can be protected from environmental influences, in particular corrosive agents. Despite this protection, the material may be catalytically active due to the porosity, which is advantageous, for example, for some sensor applications. In the context of this embodiment, the material may comprise, on the one hand, pores lying between the particles and, on the other hand, pores in the oxide layer which are at least gas-permeable, for example an average pore size of ≥ 0.1 nm to ≦ 5 nm.

Die Partikel können eine durchschnittliche Partikelgröße von kleiner oder gleich 110 nm, beispielsweise von kleiner oder gleich 50 nm, insbesondere von kleiner oder gleich 25 nm, zum Beispiel von kleiner oder gleich 15 nm, gemessen durch Rasterelektronenmikroskopie, aufweisen.The particles may have an average particle size of less than or equal to 110 nm, for example less than or equal to 50 nm, in particular less than or equal to 25 nm, for example less than or equal to 15 nm, as measured by scanning electron microscopy.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Materials weisen die Partikel eine durchschnittlichen Partikelgröße von ≥ 0,5 nm bis ≤ 110 nm, beispielsweise von ≥ 1 nm bis ≤ 50 nm, insbesondere von ≥ 1 nm bis ≤ 25 nm, zum Beispiel von ≥ 2 nm bis ≤ 15 nm, gemessen durch Rasterelektronenmikroskopie, auf.Within the scope of a further embodiment of the material, the particles have an average particle size of ≥ 0.5 nm to ≦ 110 nm, for example from ≥ 1 nm to ≦ 50 nm, in particular from ≥ 1 nm to ≦ 25 nm, for example from ≥ 2 nm to ≤ 15 nm, measured by scanning electron microscopy.

Die zwischen den Partikeln liegenden Poren können eine durchschnittlichen Porengröße von kleiner oder gleich 50 nm, beispielsweise von kleiner oder gleich 25 nm, insbesondere von kleiner oder gleich 15 nm, zum Beispiel von kleiner oder gleich 10 nm, gemessen durch Rasterelektronenmikroskopie, aufweisen.The pores lying between the particles may have an average pore size of less than or equal to 50 nm, for example less than or equal to 25 nm, in particular less than or equal to 15 nm, for example less than or equal to 10 nm, as measured by scanning electron microscopy.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Materials weisen die zwischen den Partikeln liegenden Poren eine durchschnittlichen Porengröße von ≥ 0,1 nm bis ≤ 50 nm, beispielsweise von ≥ 0,2 nm bis ≤ 20 nm, insbesondere von ≥ 0,3 nm bis ≤ 10 nm, zum Beispiel von ≥ 0,5 nm bis ≤ 5 nm, gemessen durch Rasterelektronenmikroskopie, auf.Within the scope of a further embodiment of the material, the pores lying between the particles have an average pore size of ≥ 0.1 nm to ≦ 50 nm, for example from ≥ 0.2 nm to ≦ 20 nm, in particular from ≥ 0.3 nm to ≦ 10 nm, for example from ≥ 0.5 nm to ≤ 5 nm, as measured by scanning electron microscopy.

Das Material kann eine Leitfähigkeit von größer oder gleich 10³ Sm^–1, insbesondere von größer oder gleich 10⁶ Sm^–1, aufweisen. Darüber hinaus kann das Material eine BET-Oberfläche von größer oder gleich 10 m²/g aufweisen.The material may have a conductivity of greater than or equal to 10 ³ Sm ^-1 , in particular greater than or equal to 10 ⁶ Sm ^-1 . In addition, the material may have a BET surface area greater than or equal to 10 m ² / g.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Materials umfasst das Material, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen in dem Material:

– ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 97 Atomprozent, insbesondere ≥ 80 Atomprozent bis ≤ 95 Atomprozent, an Metallen der Gruppe A und
– ≥ 3 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent, insbesondere ≥ 5 Atomprozent bis ≤ 20 Atomprozent, an Metallen der Gruppe B umfasst, wobei die Summe der Metallatome der Gruppen A und B zusammen 100 Atomprozent ergibt.

In another embodiment of the material, the material comprises, based on the total number of metal atoms in the material:

- ≥ 65 atomic percent to ≤ 97 atomic percent, in particular ≥ 80 atomic percent to ≤ 95 atomic percent, of group A metals and
- ≥ 3 atomic percent to ≤ 35 atomic percent, in particular ≥ 5 atomic percent to ≤ 20 atomic percent, of Group B metals, the sum of the metal atoms of Groups A and B together amounting to 100 atomic percent.

Aufgrund der geringen Anzahl an oxidbildenden Metallen der Gruppe B ist das elektrisch leitfähige Material vorteilhafterweise überwiegend metallisch.Due to the small number of oxide-forming metals of group B, the electrically conductive material is advantageously predominantly metallic.

Vorzugsweise besteht die Gruppe A aus Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium, Rhenium, Gold und Mischungen davon. Beispielsweise kann das Metallgemisch der Gruppe A ein Metallgemisch, insbesondere eine Metalllegierung, sein welche Gold und Palladium umfasst. Gegebenenfalls kann das Gold-Platin-Metallgemisch weiterhin mindestens ein weiteres Metall ausgewählt aus Rhodium, Iridium, Ruthenium und Rhenium umfassen. Die Gruppe A kann jedoch auch nur aus Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium, Rhenium und Mischungen davon, bestehen. Beispielsweise kann das Metall der Gruppe A reines Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium oder Rhenium sein.Preferably, the group A consists of platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium, rhenium, gold and mixtures thereof. For example, the group A metal mixture may be a metal mixture, in particular a metal alloy comprising gold and palladium. Optionally, the gold-platinum-metal mixture may further comprise at least one other metal selected from rhodium, iridium, ruthenium and rhenium. However, the group A may consist only of platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium, rhenium and mixtures thereof. For example, the group A metal may be pure platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium or rhenium.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Materials besteht die Gruppe A aus Platin, Rhodium, Rhenium und Mischungen davon, beispielsweise aus Platin und Rhodium.In a further embodiment of the material, the group A consists of platinum, rhodium, rhenium and mixtures thereof, for example of platinum and rhodium.

Das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A kann, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 30 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent an Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium, Rhenium Gold oder einer Mischung davon, und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 70 Atomprozent an Silber, Kupfer, Osmium oder einer Mischung davon umfassen, wobei die Summe der Atome von Platin, Rhodium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Iridium, Ruthenium, Osmium und Rhenium zusammen 100 Atomprozent ergibt.The Group A metal or metal mixture may range from ≥ 30 atomic percent to ≤ 100 atomic percent of platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium, rhenium gold or a mixture thereof, and ≥ 0 atomic percent, based on the total number of Group A metal atoms to ≤ 70 atomic percent of silver, copper, osmium or a mixture thereof, the sum of the atoms of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium and rhenium totaling 100 atomic percent.

Alternativ dazu kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 30 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent an Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium, Rhenium Gold oder einer Mischung davon, und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 70 Atomprozent an Silber, Kupfer, Osmium oder einer Mischung davon umfassen, wobei die Summe der Atome von Platin, Rhodium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Iridium, Ruthenium, Osmium und Rhenium zusammen 100 Atomprozent ergibt.Alternatively, the Group A metal or metal mixture, based on the total number of Group A metal atoms, may range from ≥ 30 at% to ≤ 100 at% of platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium, rhenium gold or a mixture thereof, and ≥ 0 atomic percent to ≤ 70 atomic percent of silver, copper, osmium or a mixture thereof, wherein the sum of the atoms of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium and rhenium together gives 100 atomic percent.

Vorzugsweise umfasst das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 40 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 95 Atomprozent, insbesondere von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 90 Atomprozent an Platin und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 60 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 5 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent, insbesondere von ≥ 10 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent an Rhodium, Palladium, Iridium. Ruthenium, Rhenium oder einer Mischung davon, wobei die Summe der Atome von Platin, Rhodium, Palladium, Iridium, Ruthenium und Rhenium zusammen 100 Atomprozent ergibt.Preferably, the Group A metal or metal mixture, based on the total number of Group A metal atoms, comprises from ≥40 at% to ≤100 at%, for example from ≥65 at% to ≤95 at%, more preferably ≥65 at% to ≤90 at% of platinum and from ≥ 0 at% to ≤ 60 at%, for example from ≥ 5 at% to ≤ 35 at%, in particular from ≥ 10 at% to ≤ 35 at% of rhodium, palladium, iridium. Ruthenium, rhenium or a mixture thereof, wherein the sum of the atoms of platinum, rhodium, palladium, iridium, ruthenium and rhenium together gives 100 atomic percent.

Zum Beispiel kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 40 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 95 Atomprozent, insbesondere von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 90 Atomprozent an Platin und von 0 Atomprozent bis ≤ 60 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 5 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent, insbesondere von ≥ 10 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent an Rhodium, Rhenium oder einer Mischung davon, insbesondere Rhodium, umfassen, wobei die Summe der Atome von Platin, Rhodium und Rhenium, insbesondere Platin und Rhodium, zusammen 100 Atomprozent ergibt.For example, the Group A metal or metal mixture, based on the total number of Group A metal atoms, may range from ≥40 at% to ≤100 at%, for example from ≥65 at% to ≤95 at%, more preferably ≥65 at% to ≤90 at% Platinum and from 0 atomic percent to ≤ 60 atomic percent, for example from ≥ 5 atomic percent to ≤ 35 atomic percent, in particular from ≥ 10 atomic percent to ≤ 35 atomic percent of rhodium, rhenium or a mixture thereof, in particular rhodium, the sum of the atoms of platinum , Rhodium and rhenium, especially platinum and rhodium, together yielding 100 atomic percent.

Vorzugsweise besteht die Gruppe B aus Aluminium, Gallium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, den Lanthaniden, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Wolfram, Mangan, Eisen oder einer Mischung davon.Preferably, the group B consists of aluminum, gallium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium, tungsten, manganese, iron or a mixture thereof.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Materials besteht die Gruppe B aus Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom oder einer Mischung davon, insbesondere aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium, Tantal oder einer Mischung davon.In a further embodiment of the material, the group B consists of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, in particular of yttrium, cerium, titanium, zirconium, tantalum or a mixture thereof.

Beispielsweise kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B und/oder die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 70 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom oder einer Mischung davon, und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 30 Atomprozent an Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink oder einer Mischung davon umfassen, wobei die Summe der Atome von Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel und Zink zusammen 100 Atomprozent ergibt.For example, the Group B metal or metal mixture and / or the Group B metal or metal compound compound, based on the total number of Group A metal atoms, can range from ≥70 at% to ≤100 at% of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, Niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, and from ≥ 0 atomic percent to ≤ 30 atomic percent of silicon, germanium, tin, boron, Gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, Nickel, zinc or a mixture thereof, wherein the sum of the atoms of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium, silicon, germanium, tin, boron, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium , Lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc together yield 100 atomic percent.

Das die Kerne zumindest teilweise umgebende Oxid kann sowohl ein Oxid eines Metalls als auch eine Mischung aus Oxiden von zwei oder mehr Metallen beziehungsweise ein Mischoxid sein. Beispielsweise kann Oxid eine Mischung aus einem Oxid eines ersten Metalls der Gruppe B, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium und Tantal, und einem Oxid eines zweiten, vom ersten unterschiedlichen Metalls der Gruppe B, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium und Tantal, sein.The oxide surrounding the cores at least partially may be both an oxide of a metal and a mixture of oxides of two or more metals or a mixed oxide. For example, oxide may be a mixture of an oxide of a first group B metal, for example, selected from the group consisting of yttrium, cerium, titanium, zirconium, and tantalum, and an oxide of a second, different group B metal, for example, selected from Group consisting of yttrium, cerium, titanium, zirconium and tantalum.

Bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, kann die Mischung aus dem Oxid des ersten Metalls der Gruppe B und dem Oxid des zweiten Metalls der Gruppe B von ≥ 1 Atomprozent bis ≤ 99 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 45 Atomprozent bis ≤ 55 Atomprozent an erstem Metall, zum Beispiel Zirkonium oder Tantal, und von ≥ 1 Atomprozent bis ≤ 99 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 45 Atomprozent bis ≤ 55 Atomprozent, an zweitem Metall, zum Beispiel Ce oder Yttrium, umfassen, wobei die Summe der Metallatomen des ersten und zweiten Metalls zusammen 100 Atomprozent ergibt.Based on the total number of Group A metal atoms, the Group B Group B and Second Group B oxide oxide may be from ≥1 at% to ≤99 at%, for example from ≥45 at% to ≤55 at% first metal, for example zirconium or tantalum, and from ≥ 1 atomic percent to ≤ 99 atomic%, for example from ≥ 45 atomic% to ≤ 55 atomic%, of second metal, for example Ce or yttrium, wherein the sum of the metal atoms of the first and second Metal together yields 100 atomic percent.

Das erfindungsgemäße Material kann zum Beispiel als Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material für einen Sensor, einen Katalysator oder eine Brennstoffzelle verwendet werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Material in einem Abgassensor, beispielsweise einer Lambda-Sonde, in einem Chemosensor, wie einem Feldeffekt-Chemosensor, oder in einem, beispielsweise chemosensitiven, Feldeffekttransistoren(-Sensor), beispielsweise als Gate-Elektrode beziehungsweise Gate-Elektrodenmaterial und/oder als Leiterbahn beziehungsweise Leiterbahnmaterial verwendet werden.The material according to the invention can be used, for example, as electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material for a sensor, a catalyst or a fuel cell. In particular, the material of the invention in an exhaust gas sensor, such as a lambda probe, in a chemo-sensor, such as a field effect chemo-sensor, or in, for example, chemosensitive, field effect transistors (sensor), for example as a gate electrode or gate electrode material and / or be used as a conductor or conductor material.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials, insbesondere eines erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Materials, beispielsweise eines Elektrodenmaterials und/oder Leiterbahnmaterials und/oder elektrisch leitfähigen, chemosensitiven, insbesondere gassensitiven, Materials, umfassend die Verfahrensschritte:

a1) Bereitstellen von Nanoteilchen, umfassend ein Metall oder Metallgemisch, beispielsweise eine Metalllegierung, ausgewählt aus der Gruppe A bestehend aus Platin, Rhodium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhenium und Mischungen davon, und ein Metall oder Metallgemisch, beispielsweise eine Metalllegierung, ausgewählt aus der Gruppe B bestehend aus Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, den Lanthaniden, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink und Mischungen davon, und/oder
a2) Bereitstellen einer homogenen Mischung aus – Nanoteilchen, umfassend ein Metall oder Metallgemisch, beispielsweise eine Metalllegierung, ausgewählt aus der Gruppe A bestehend aus Platin, Rhodium, Gold, Palladium, Silber, Kupfer, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhenium und Mischungen davon, und – einem Metall oder Metallgemisch, beispielsweise eine Metalllegierung, ausgewählt aus der Gruppe B bestehend aus Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, den Lanthaniden, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink und Mischungen davon, und/oder mindestens einer Verbindung eines Metalls oder Metallgemischs, ausgewählt aus der Gruppe B bestehend aus Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, den Lanthaniden, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink und Mischungen davon, und
b) Behandeln des Materials aus Verfahrensschritt a1) oder a2) bei mindestens 200°C für 10 Minuten, beispielsweise bei mindestens 500°C für mindestens eine Stunde, zum Beispiel bei mindestens 600°C für mindestens 2 Stunden, mit einem oxidierenden Gas oder Gasgemisch.

The invention further provides a process for producing an electrically conductive material, in particular an electrically conductive material according to the invention, for example an electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material, comprising the process steps:

a1) providing nanoparticles comprising a metal or metal mixture, for example a metal alloy selected from the group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium, rhenium and mixtures thereof, and a metal or A metal mixture, for example a metal alloy, selected from the group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, Chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, and / or
a2) providing a homogeneous mixture of nanoparticles comprising a metal or metal mixture, for example a metal alloy, selected from the group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium, rhenium and mixtures thereof, and a metal or metal mixture, for example a metal alloy, selected from the group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium , Niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, and / or at least one compound of a metal or metal mixture selected from group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, Aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, Nickel, zinc and mixtures thereof, and
b) treating the material from process step a1) or a2) at least 200 ° C for 10 minutes, for example at least 500 ° C for at least one hour, for example at least 600 ° C for at least 2 hours, with an oxidizing gas or gas mixture ,

Unter „Nanoteilchen” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Verbünde von Atomen oder Molekülen bezeichnet deren durchschnittliche Größe kleiner oder gleich 100 nm, insbesondere von ≥ 0,4 nm bis ≤ 100 nm, beispielsweise von ≥ 0,5 nm bis ≤ 40 nm, zum Beispiel von ≥ 1 nm bis ≤ 7 nm, ist.For the purposes of the present invention, "nanoparticles" are in particular composites of atoms or molecules whose average size is less than or equal to 100 nm, in particular from ≥ 0.4 nm to ≦ 100 nm, for example from ≥ 0.5 nm to ≦ 40 nm, for example, from ≥ 1 nm to ≦ 7 nm.

Unter einem „oxidierenden Gas oder Gasgemisch” kann ein Gas oder Gasgemisch verstanden werden, in welchem bei Temperaturen von 200°C oder mehr, das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B beziehungsweise die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B oxidiert. Insbesondere kann unter einem „oxidierenden Gas oder Gasgemisch” ein Gas oder Gasgemisch verstanden werden, in welchem bei Temperaturen von 500°C oder mehr, insbesondere von 600°C oder mehr, das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B beziehungsweise die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B oxidiert. Insbesondere kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B beziehungsweise die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B vollständig oxidiert werden. Das oxidierende Gas oder Gasgemisch kann beispielsweise eine Gasgemisch aus 10 Volumenprozent Sauerstoff und 90 Volumenprozent Stickstoff sein.An "oxidizing gas or gas mixture" can be understood as meaning a gas or gas mixture in which, at temperatures of 200 ° C. or more, the Group B metal or metal mixture or the group B metal or metal compound compound is oxidized. In particular, an "oxidizing gas or gas mixture" can be understood as meaning a gas or gas mixture in which at temperatures of 500 ° C. or more, in particular of 600 ° C. or more, the metal or metal mixture of group B or the compound of the metal or metal mixture the group B oxidized. In particular, the Group B metal or metal mixture or the Group B metal or metal compound compound can be completely oxidized. The oxidizing gas or gas mixture may be, for example, a gas mixture of 10 volume percent oxygen and 90 volume percent nitrogen.

In Verfahrensschritt a1) werden Nanoteilchen eingesetzt, die sowohl ein Metall oder Metallgemisch der Gruppe A als auch ein Metall oder Metallgemisch der Gruppe B umfassen. Dabei können die Nanoteilchen auch in Form einer Suspension von Nanoteilchen in einem Lösungsmittel eingesetzt werden. Das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B kann in Verfahrensschritt a1) ein Metallgemisch, insbesondere eine Metalllegierung, mit dem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A bilden. Insbesondere können die Nanoteilchen in Verfahrensschritt a1) aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A und einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe B bestehen.In method step a1) nanoparticles are used which comprise both a group A metal or metal mixture and a group B metal or metal mixture. The nanoparticles can also be used in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent. The metal or metal mixture of group B can form a metal mixture, in particular a metal alloy, with the metal or metal mixture of group A in process step a1). In particular, the nanoparticles in method step a1) can consist of a group A metal or metal mixture and a group B metal or metal mixture.

In Verfahrensschritt a2) werden zwar auch Nanoteilchen eingesetzt, die ein Metall oder Metallgemisch der Gruppe A umfassen, das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B ist dabei jedoch nicht in den Gruppe-A-Nanoteilchen enthalten, sondern liegt als separate Komponente vor. Dabei kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B in Verfahrensschritt a2) in Form von Partikeln, insbesondere Nanoteilchen, oder in Form einer Suspension von Partikel, insbesondere Nanoteilchen, in einem Lösungsmittel eingesetzt werden. Die Verbindung des Metalls oder Metallgemisch der Gruppe B kann in Verfahrensschritt a2) in Form von Partikeln, insbesondere Nanoteilchen, oder in Form einer Suspension von Partikel, insbesondere Nanoteilchen, in einem Lösungsmittel oder in einem Lösungsmittel gelöst eingesetzt werden. Auch in Verfahrensschritt a2) können die Nanoteilchen aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A bestehen.Although nanoparticles comprising a metal or metal mixture of group A are used in method step a2), the metal or metal mixture of group B is not contained in the group A nanoparticles, but is present as a separate component. In this case, the metal or metal mixture of group B in process step a2) in the form of particles, in particular nanoparticles, or in the form of a suspension of particles, in particular nanoparticles, can be used in a solvent. The compound of the metal or metal mixture of group B can be used in process step a2) in the form of particles, in particular nanoparticles, or in the form of a suspension of particles, in particular nanoparticles, dissolved in a solvent or in a solvent. Also in process step a2), the nanoparticles may consist of a metal or metal mixture of group A.

Durch Verfahrensschritt b) kann vorteilhafterweise eine Hülle aus korrosions- und sinterstabilen Metalloxiden der Gruppe B um Metalle der Gruppe A ausgebildet werden. Insbesondere kann ein Material hergestellt werden, welches ein metallisches Gerüst aus Metallen der Gruppe A aufweist, das mit Metalloxiden der Gruppe B umgeben ist. Auf diese Weise kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A vorteilhafterweise vor möglichen Strukturveränderungen und chemischen Angriffen geschützt werden.By method step b), it is advantageously possible to form an envelope of corrosion-resistant and sinter-stable metal oxides of group B around metals of group A. In particular, a material may be made which comprises a metallic framework of Group A metals surrounded by Group B metal oxides. In this way, the group A metal or metal mixture can advantageously be protected from possible structural changes and chemical attack.

Ein durch ein solches Verfahren kann vorteilhafterweise das zuvor beschriebene elektrisch leitfähige Material, insbesondere Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material, mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften hergestellt werden. Dieses kann – wie bereits erläutert nicht nur elektrisch leitfähig, sondern auch überwiegend metallisch und/oder korrosionsbeständig und/oder temperaturstabil und/oder porös sein. Darüber hinaus kann ein durch ein solches Verfahren hergestelltes elektrisch leitfähige Material, insbesondere Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material, eine regelmäßig definierte Struktur im Nanometerbereich aufweisen.By means of such a method, the above-described electrically conductive material, in particular electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material with the properties described above can advantageously be produced. This can - as already explained not only be electrically conductive, but also predominantly metallic and / or corrosion resistant and / or temperature stable and / or porous. In addition, an electrically conductive material produced by such a method, in particular electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material, have a regularly defined structure in the nanometer range.

Das Behandeln mit dem oxidierenden Gas oder Gasgemisch kann insbesondere bei einer Temperatur von ≥ 500°C bis ≤ 1500°C, beispielsweise von ≥ 550°C bis ≤ 1000°C, und/oder während einer Behandlungszeit von mehr als einer Stunde, beispielsweise von mehr als 2 Stunden, erfolgen.The treatment with the oxidizing gas or gas mixture may in particular at a temperature of ≥ 500 ° C to ≤ 1500 ° C, for example from ≥ 550 ° C to ≤ 1000 ° C, and / or during a treatment time of more than one hour, for example more than 2 hours.

Das oxidierende Gas oder Gasgemisch kann beispielsweise von ≥ 1 Volumenprozent bis ≤ 100 Volumenprozent, beispielsweise von ≥ 1 Volumenprozent bis ≤ 20 Volumenprozent, insbesondere von ≥ 1 Volumenprozent bis ≤ 15 Volumenprozent, an Sauerstoff und von ≥ 0 Volumenprozent bis ≤ 99 Volumenprozent, beispielsweise von ≥ 80 Volumenprozent bis ≤ 99 Volumenprozent, insbesondere von ≥ 85 Volumenprozent bis ≤ 99 Volumenprozent, an Stickstoff oder einem oder mehreren Edelgasen, insbesondere Argon, oder eine Mischung von Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen, insbesondere Argon, umfassen, wobei die Summe der Volumenprozente von Sauerstoff, Stickstoff und den Edelgasen zusammen 100 Volumenprozent ergibt.The oxidizing gas or gas mixture can, for example, be from ≥ 1 volume percent to ≦ 100 volume percent, for example from ≥ 1 volume percent to ≦ 20 volume percent, in particular from ≥ 1 volume percent to ≦ 15 volume percent of oxygen and from ≥ 0 volume percent to ≦ 99 volume percent, for example ≥ 80% by volume to ≤ 99% by volume, in particular of ≥ 85% by volume to ≤ 99% by volume, of nitrogen or one or more noble gases, in particular argon, or a mixture of nitrogen and one or more noble gases, in particular argon, wherein the sum of the volume percent of oxygen, nitrogen and the noble gases together gives 100 volume percent.

Im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens wird in Verfahrensschritt a2) die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B in einem Lösungsmittel gelöst (als Lösung), bereitgestellt. Auf diese Weise kann erzielt werden, dass die Nanoteilchen der Gruppe A im Wesentlichen vollständig mit einer Oxidschicht umgeben werden.In one embodiment of the process, in step a2), the compound of the metal or metal mixture of group B is dissolved in a solvent (as a solution). In this way it can be achieved that the group A nanoparticles are substantially completely surrounded by an oxide layer.

In Verfahrensschritt a2) kann die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B jedoch auch in Form von Nanoteilchen bereitgestellt werden. Das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B kann in Verfahrensschritt a2) ebenfalls in Form von Nanoteilchen bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Nanoteilchen als Schüttung bereitgestellt werden.In process step a2), however, the compound of the metal or metal mixture of group B can also be provided in the form of nanoparticles. The metal or metal mixture of group B can also be provided in method step a2) in the form of nanoparticles. For example, the nanoparticles may be provided as a bed.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in Verfahrensschritt a1) das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B in Form einer Suspension von Nanoteilchen in einem Lösungsmittel und/oder in Verfahrensschritt a2) das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B in Form einer Suspension von Nanoteilchen in einem Lösungsmittel und/oder in Verfahrensschritt a2) die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B in Form einer Suspension von Nanoteilchen in einem Lösungsmittel bereitgestellt. Auf diese Weise kann eine hohe Homogenität des elektrisch leitfähigen Materials erzielt werden.In a further embodiment of the process, in step a1) the metal or metal mixture of group B in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent and / or in process step a2) the metal or metal mixture of group B in the form of a suspension of nanoparticles in one Solvent and / or in step a2) the compound of the metal or metal mixture of group B is provided in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent. In this way, a high homogeneity of the electrically conductive material can be achieved.

Bevorzugt werden polar protische Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, oder protische Lösungsmittel, wie Ethanol, Ethylenglycol, Hexansäure oder Tripropylamin, als Lösungsmittel eingesetzt.Preference is given to using polar protic solvents, such as dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, or protic solvents, such as ethanol, ethylene glycol, hexanoic acid or tripropylamine, as solvent.

Nach den Verfahrensschritten a1) oder a2) kann das Verfahren den Verfahrensschritt b01): Auftragen des Materials aus Verfahrensschritt a1) und/oder a2) auf die Oberfläche eines Trägerelements, beispielsweise eines Trägerelements aus Zirkoniumoxid oder eines Silizium-Wafers, umfassen. Insbesondere kann das Material aus Verfahrensschritt a1) und/oder a2) in Verfahrensschritt b01) zunächst in einem Lösungsmittel auf die Oberfläche aufgetragen werden. Das Lösungsmittel kann dann in einem an den Verfahrensschritt b01) anschließenden Verfahrensschritt b02) entfernt/getrocknet werden.After the process steps a1) or a2), the process may comprise the process step b01): applying the material from process step a1) and / or a2) to the surface of a carrier element, for example a zirconium oxide carrier element or a silicon wafer. In particular, the material from process step a1) and / or a2) in process step b01) can first be applied to the surface in a solvent. The solvent can then be removed / dried in a process step b02) following the process step b01).

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren nach den Verfahrensschritten a1)/a2), b01) und/oder b02) und/oder vor dem Verfahrensschritt b) den Verfahrensschritt b03): Behandeln des Materials bei mindestens 350°C für mindestens 20 Minuten, insbesondere bei mindestens 500°C für mindestens 1 Stunden, beispielsweise bei mindestens 550°C für mindestens 1,5 Stunden, zum Beispiel bei mindestens 600°C für mindestens 2 Stunden, mit einem nichtoxidierenden, insbesondere reduzierenden, Gas oder Gasgemisch. Auf diese Weise kann unter anderem eine Legierungsbildung zwischen Metallen der Gruppen A und B begünstigt werden. Das Behandeln mit dem nichtoxidierenden, insbesondere reduzierenden, Gas oder Gasgemisch kann beispielsweise bei einer Temperatur von ≥ 500°C bis ≤ 1500°C, beispielsweise von ≥ 550°C bis ≤ 1000°C, und/oder während einer Behandlungszeit von mehr als einer Stunde, beispielsweise von mehr als 2 Stunden, erfolgen.Within the scope of a further embodiment of the method, the method according to method steps a1) / a2), b01) and / or b02) and / or before method step b) comprises method step b03): treating the material at at least 350 ° C. for at least 20 Minutes, in particular at least 500 ° C for at least 1 hour, for example at least 550 ° C for at least 1.5 hours, for example at least 600 ° C for at least 2 hours, with a non-oxidizing, especially reducing, gas or gas mixture. In this way, inter alia, an alloy formation between metals of groups A and B can be promoted. The treatment with the non-oxidizing, in particular reducing, gas or gas mixture may, for example, at a temperature of ≥ 500 ° C to ≤ 1500 ° C, for example from ≥ 550 ° C to ≤ 1000 ° C, and / or during a treatment time of more than one Hour, for example, more than 2 hours.

Unter einem „nichtoxidierenden Gas oder Gasgemisch” kann dabei eine Gasmischung verstanden werden, in welcher bei Temperaturen von 350°C oder mehr, das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A und das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B und die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B nicht oxidiert werden. Insbesondere kann unter einem „nichtoxidierenden Gas oder Gasgemisch” eine Gasmischung verstanden werden, in welcher bei Temperaturen von 500°C oder mehr, beispielsweise von 550°C oder mehr, zum Beispiel von 600°C oder mehr, das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A und das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B und die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B nicht oxidiert werden. Beispielsweise kann als „nicht-oxidierendes Gas oder Gasgemisch” ein Gasgemisch aus 5 Volumenprozent Wasserstoff und 95 Volumenprozent Stickstoff verstanden werden.A "non-oxidizing gas or gas mixture" may be understood to mean a gas mixture in which, at temperatures of 350 ° C. or more, the metal or metal mixture of group A and the metal or metal mixture of group B and the compound of the metal or metal mixture of the group B are not oxidized. In particular, a "non-oxidizing gas or gas mixture" can be understood as meaning a gas mixture in which at temperatures of 500 ° C. or more, for example of 550 ° C. or more, for example of 600 ° C. or more, the metal or metal mixture of group A. and the Group B metal or metal mixture and the Group B metal or metal compound compound are not oxidized. For example, a "non-oxidizing gas or gas mixture" can be understood as meaning a gas mixture of 5% by volume of hydrogen and 95% by volume of nitrogen.

Unter einem „reduzierenden Gas oder Gasgemisch” kann dabei eine Gasmischung verstanden werden, in welcher bei Temperaturen von 350°C oder mehr, Verbindungen, beispielsweise Oxide, des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B mit einer Oxidationszahl von größer Null zumindest teilweise reduziert werden. Insbesondere kann unter einem „reduzierenden Gas oder Gasgemisch” eine Gasmischung verstanden werden, in welcher bei Temperaturen von 500°C oder mehr, beispielsweise von 550°C oder mehr, zum Beispiel von 600°C oder mehr, Verbindungen, beispielsweise Oxide, des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B mit einer Oxidationszahl von größer Null zumindest teilweise reduziert werden. Gegebenenfalls kann das reduzierende Gas oder Gasgemisch auch Verbindungen, des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe A mit einer Oxidationszahl von größer Null, welche gegebenenfalls als Verunreinigungen in den Nanoteilchen auftreten können, teilweise oder vollständig reduzieren.A "reducing gas or gas mixture" may be understood to mean a gas mixture in which, at temperatures of 350 ° C. or more, compounds, for example oxides, of the metal or metal mixture of group B having an oxidation number greater than zero are at least partially reduced. In particular, a "reducing gas or gas mixture" can be understood as meaning a gas mixture in which at temperatures of 500 ° C. or more, for example of 550 ° C. or more, for example of 600 ° C. or more, compounds, for example oxides, of the metal or metal compound of group B having an oxidation number of greater than zero are at least partially reduced. Optionally, the reducing gas or gas mixture may also partially or completely reduce compounds, the metal or metal mixture of group A having an oxidation number greater than zero, which may optionally occur as impurities in the nanoparticles.

Das nichtoxidierende, insbesondere reduzierende, Gas oder Gasgemisch kann beispielsweise von ≥ 0,001 Volumenprozent bis ≤ 100 Volumenprozent, beispielsweise von ≥ 0,01 Volumenprozent bis ≤ 20 Volumenprozent, insbesondere von ≥ 0,1 Volumenprozent bis ≤ 10 Volumenprozent, zum Beispiel von ≥ 1 Volumenprozent bis ≤ 5 Volumenprozent an Wasserstoff oder Kohlenmonoxid oder einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid und von 0 Volumenprozent bis ≤ 99,999 Volumenprozent, beispielsweise von ≥ 80 Volumenprozent bis ≤ 99,99 Volumenprozent, insbesondere von 90 Volumenprozent bis ≤ 99,9 Volumenprozent, zum Beispiel von ≥ 95 Volumenprozent bis ≤ 99 Volumenprozent an Stickstoff oder einem oder mehreren Edelgasen, insbesondere Argon, oder eine Mischung von Stickstoff und einem oder mehreren Edelgasen, insbesondere Argon, umfassen, wobei die Summe der Volumenprozente von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Stickstoff und den Edelgasen zusammen 100 Volumenprozent ergibt.The non-oxidizing, in particular reducing, gas or gas mixture can, for example, be from ≥ 0.001% by volume to ≦ 100% by volume, for example from ≥ 0.01% by volume to ≦ 20% by volume, in particular from ≥ 0.1% by volume to ≦ 10% by volume, for example 1% by volume to ≤ 5 volume percent of hydrogen or carbon monoxide or a mixture of hydrogen and carbon monoxide and from 0 volume percent to ≤ 99.999 volume percent, for example from ≥80 volume percent to ≤99.99 volume percent, in particular from 90 volume percent to ≤99.9 volume percent, for example ≥ 95 volume percent to ≤ 99 volume percent of nitrogen or one or more noble gases, in particular argon, or a mixture of nitrogen and one or more noble gases, in particular argon, wherein the sum of the volume percent of hydrogen, carbon monoxide, nitrogen and the noble gases together 100 Volume percent results.

Die Verbindung eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B kann beispielsweise ein anorganisches oder organisches Salz und/oder ein anorganischer oder organischer Komplex eines Metalls oder Metallgemischs (das heißt von zwei oder mehr Metallen) der Gruppe B sein.The compound of a metal or metal compound of group B may be, for example, an inorganic or organic salt and / or an inorganic or organic complex of a metal or metal mixture (that is, two or more metals) of group B.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Verbindung eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B ein Oxid, Nitrat und/oder Halogenid eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B.In a further embodiment of the process, the compound of a metal or metal mixture of group B is an oxide, nitrate and / or or halide of a metal or metal mixture of group B.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Verbindung eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B ein Alkoholat, beispielsweise ein Methoxylat, Ethoxylat, n-Propoxylat, Isopropoxylat, ein n-Butoxylat oder ein Isobutoxylat, insbesondere ein Ethoxylat, Isopropoxylat oder Isobutylat, eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B oder ein Salz einer organischen Säure, beispielsweise ein Acetat, mit einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe B. Zum Beispiel kann Verbindung eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B Tantalpentaethoxid, Zirconiumtetraisopropoxid, Titantetraisobutoxylat, Ceracetat oder Yttriumacetat sein.In a further embodiment of the process, the compound of a metal or metal mixture of group B is an alcoholate, for example a methoxylate, ethoxylate, n-propoxylate, isopropoxylate, an n-butoxylate or an isobutoxylate, in particular an ethoxylate, isopropoxylate or isobutylate, of a metal For example, a compound of a Group B metal or metal compound may be tantalum pentaethoxide, zirconium tetraisopropoxide, titanium tetraisobutoxylate, cerium acetate or yttrium acetate.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens besteht die Gruppe A aus Platin, Rhodium, Rhenium und Mischungen davon, beispielsweise aus Platin und Rhodium.In a further embodiment of the process, the group A consists of platinum, rhodium, rhenium and mixtures thereof, for example of platinum and rhodium.

Zum Beispiel kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe A, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 40 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 95 Atomprozent, insbesondere von ≥ 65 Atomprozent bis ≤ 90 Atomprozent an Platin und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 60 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 5 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent, insbesondere von ≥ 10 Atomprozent bis ≤ 35 Atomprozent an Rhodium, Rhenium oder einer Mischung davon, insbesondere Rhodium, umfassen, wobei die Summe der Atome von Platin, Rhodium und Rhenium, insbesondere Platin und Rhodium, zusammen 100 Atomprozent ergibt.For example, the Group A metal or metal mixture, based on the total number of Group A metal atoms, may range from ≥40 at% to ≤100 at%, for example from ≥65 at% to ≤95 at%, more preferably ≥65 at% to ≤90 at% Platinum and from ≥ 0 atomic percent to ≤ 60 atomic percent, for example from ≥ 5 atomic percent to ≤ 35 atomic percent, in particular from ≥ 10 atomic percent to ≤ 35 atomic percent of rhodium, rhenium or a mixture thereof, in particular rhodium, wherein the sum of the atoms of Platinum, rhodium and rhenium, especially platinum and rhodium, together yielding 100 atomic percent.

Gegebenenfalls kann die Metallverbindung der Gruppe B aus einem Oxid oder mehrere Oxiden von Bor bestehen.Optionally, the Group B metal compound can be one oxide or more oxides of boron.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens besteht die Gruppe B aus Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom oder einer Mischung davon, insbesondere aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium, Tantal oder einer Mischung davon.In a further embodiment of the method, the group B consists of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, in particular of yttrium, cerium, titanium, zirconium, tantalum or a mixture thereof.

Beispielsweise kann das Metall oder Metallgemisch der Gruppe B und/oder die Verbindung des Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B, bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A, von ≥ 70 Atomprozent bis ≤ 100 Atomprozent Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom oder einer Mischung davon, und von ≥ 0 Atomprozent bis ≤ 30 Atomprozent an Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Zink oder einer Mischung davon umfassen, wobei die Summe der Atome von Aluminium, Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Chrom, Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Gallium, Indium, Beryllium, Magnesium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel und Zink zusammen 100 Atomprozent ergibt.For example, the Group B metal or metal mixture and / or the Group B metal or metal compound compound, based on the total number of Group A metal atoms, can range from ≥70 at% to ≤100 at% of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, Niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, and from ≥ 0 atomic percent to ≤ 30 atomic percent of silicon, germanium, tin, boron, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, praseodymium, Neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc or a mixture thereof, wherein the sum of the atoms of aluminum , Cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium, silicon, germanium, tin, boron, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium , Dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel and zinc together gives 100 atomic percent.

In Verfahrensschritt a2) können auch zwei oder mehr Verbindungen eines Metalls oder Metallgemischs bereitgestellt werden. Dabei können sich die Verbindungen sowohl in der Art des Metalls und/oder in der Art des bindenden Teilchens, insbesondere des Salzbildners beziehungsweise Komplexbildners, unterscheiden. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt a2) eine erste Verbindung, beispielsweise ein Ethoxylat, Isopropoxylat oder Isobutylat, eines ersten Metalls der Gruppe B, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium und Tantal, und eine zweite, von der ersten gleichen oder unterschiedliche Verbindung, beispielsweise ein Ethoxylat, Isopropoxylat oder Isobutylat, eines zweiten, vom ersten gleichen oder unterschiedlichen, insbesondere unterschiedlichen, Metalls der Gruppe B, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Cer, Titan, Zirkonium und Tantal, bereitgestellt werden.In process step a2), two or more compounds of a metal or metal mixture can also be provided. In this case, the compounds may differ both in the type of metal and / or in the nature of the binding particle, in particular the salt former or complexing agent. For example, in process step a2) a first compound, for example an ethoxylate, isopropoxylate or isobutylate, of a first metal of group B, for example selected from the group consisting of yttrium, cerium, titanium, zirconium and tantalum, and a second, of the first same or a different compound, for example an ethoxylate, isopropoxylate or isobutylate, a second, of the first identical or different, in particular different, metal of group B, for example selected from the group consisting of yttrium, cerium, titanium, zirconium and tantalum.

Bezogen auf die Gesamtanzahl an Metallatomen der Gruppe A der ersten und zweiten Verbindung, können von ≥ 1 Atomprozent bis ≤ 99 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 45 Atomprozent bis ≤ 55 Atomprozent an erster Verbindung, zum Beispiel Zirkoniumtetraisopropoxid oder Tantalpentaethoxid, und von ≥ 1 Atomprozent bis ≤ 99 Atomprozent, beispielsweise von ≥ 45 Atomprozent bis ≤ 55 Atomprozent, an zweiter Verbindung, zum Beispiel Ceracetat oder Yttriumacetat, bereitgestellt werden, wobei die Summe der Metallatomen der ersten und zweiten Verbindung zusammen 100 Atomprozent ergibt.Relative to the total number of Group A metal atoms of the first and second compounds, from ≥1 at% to ≤99 at%, for example from ≥45 at% to ≤55 at% of the first compound, for example zirconium tetraisopropoxide or tantalum pentaethoxide, and from ≥1 at% ≤ 99 atomic percent, for example, from ≥ 45 atomic% to ≤ 55 atomic%, of second compound, for example, cerium acetate or yttrium acetate, wherein the sum of the metal atoms of the first and second compounds together makes 100 atomic percent.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes, elektrisch leitfähiges Material, insbesondere Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material, sowie dessen Verwendung. Zum Beispiel kann ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes, elektrisch leitfähiges Material als Elektrodenmaterial und/oder Leiterbahnmaterial und/oder elektrisch leitfähiges, chemosensitives, insbesondere gassensitives, Material für einen Sensor, einen Katalysator oder eine Brennstoffzelle verwendet werden. Insbesondere kann ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes, elektrisch leitfähiges Material in einem Abgassensoren, wie einer Lambda-Sonde, in einem Chemosensor, wie einem Feldeffekt-Chemosensor, oder in einem, beispielsweise chemosensitiven, Feldeffekttransistor(-Sensor), beispielsweise als Gate-Elektrode beziehungsweise Gate-Elektrodenmaterial und/oder als Leiterbahn beziehungsweise Leiterbahnmaterial verwendet werden.Another object of the present invention is an electrically conductive material produced by an inventive method, in particular electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material, and its use. For example, an electrically conductive material produced by a method according to the invention can be used as electrode material and / or conductor material and / or electrically conductive, chemosensitive, in particular gas-sensitive, material for a sensor, a catalyst or a fuel cell. In particular, an electrically conductive material produced by an inventive method in an exhaust gas sensors, such as a lambda probe, in a chemo-sensor, such as a field effect chemo-sensor, or in a, for example, chemosensitive, field effect transistor (sensor), for example, as a gate electrode or gate electrode material and / or be used as a conductor or conductor material.

Zeichnungen und BeispieleDrawings and examples

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigtFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. It shows

1 einen stark schematisierten Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materials; 1 a highly schematic cross section through a first embodiment of an electrically conductive material according to the invention;

2 einen stark schematisierten Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materials; 2 a highly schematic cross section through a second embodiment of an electrically conductive material according to the invention;

3a einen stark schematisierten Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materials; 3a a highly schematic cross section through a third embodiment of an electrically conductive material according to the invention;

3b einen stark schematisierten Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materials; und 3b a highly schematic cross-section through a fourth embodiment of an inventive electrically conductive material; and

4 einen stark schematisierten Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Materials. 4 a highly schematic cross section through a fifth embodiment of an inventive electrically conductive material.

1 zeigt, dass das elektrisch leitfähige Material der ersten Ausführungsform, Kerne 1 aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A umfasst, wobei die die Kerne von Oxid/en 2a, 2b eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B zumindest teilweise umgeben sind. Ein derartiges Material kann beispielsweise – gemäß Verfahrensschritt a2) – durch den Einsatz von gleich großen Nanoteilchen der Gruppen A und B hergestellt werden. 1 shows that the electrically conductive material of the first embodiment, cores 1 of a group A metal or metal mixture, wherein the cores of oxide (s) 2a . 2 B a metal or metal mixture of group B are at least partially surrounded. Such a material can be produced, for example, in accordance with process step a2) by using nanoparticles of groups A and B of equal size.

2 zeigt, dass sich das elektrisch leitfähige Material der zweiten Ausführungsform dadurch von dem elektrisch leitfähigen Material der ersten Ausführungsform unterscheidet, dass in Verfahrensschritt a2) für die Gruppe B Nanoteilchen eingesetzt wurden, welche deutlich kleiner als die Nanoteilchen der Gruppe A sind. 2 shows that the electrically conductive material of the second embodiment differs from the electrically conductive material of the first embodiment in that in method step a2) for group B nanoparticles were used, which are significantly smaller than the nanoparticles of group A.

3a illustriert einen Partikel 3, welcher – gemäß Verfahrensschritt a1) – aus der Oxidation von Nanoteilchen die sowohl Metalle der Gruppe A als auch Metalle der Gruppe B resultiert. 3a zeigt, dass der auf diese Weise hergestellte Partikel 3 einen Kern 1 aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A aufweist, welcher vollständig mit einer Oxidschicht 2b eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B umgeben ist. 3a zeigt weiterhin, dass der Übergang von Kern 1 zu Oxidschicht 2b fließend ist. 3a illustrates a particle 3 which, according to process step a1), results from the oxidation of nanoparticles which both Group A metals and Group B metals. 3a shows that the particle produced in this way 3 a core 1 of a metal or metal mixture of group A, which completely with an oxide layer 2 B surrounded by a group B metal or metal mixture. 3a further shows that the transition from core 1 to oxide layer 2 B is fluent.

3b illustriert einen Partikel 3, welcher – gemäß Verfahrensschritt a2) – aus der Umsetzung von Nanoteilchen der Gruppe A mit einer Lösung aus einer Verbindung eines Metalls der Gruppe B und anschließender Oxidation resultiert. 3b zeigt, dass der auf diese Weise hergestellte Partikel 3 einen Kern 1 aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A aufweist, welcher vollständig mit einer Oxidschicht 2c eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B umgeben ist. 3b illustrates a particle 3 which, according to process step a2), results from the reaction of group A nanoparticles with a solution of a compound of a metal of group B and subsequent oxidation. 3b shows that the particle produced in this way 3 a core 1 of a metal or metal mixture of group A, which completely with an oxide layer 2c surrounded by a group B metal or metal mixture.

4 veranschaulicht, dass das elektrisch leitfähige Material der fünften Ausführungsform aus miteinander verbundenen Partikeln 3 mit dazwischen liegenden Poren 4 aufgebaut ist, wobei die Partikel 3 jeweils einen Kern 1 aus einem Metall oder Metallgemisch der Gruppe A aufweisen, welcher zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen vollständig, mit einer Oxidschicht 2a, 2b eines Metalls oder Metallgemischs der Gruppe B umgeben ist. Ein derartiges Material kann sowohl – gemäß Verfahrensschritt a1) – aus der Oxidation von Nanoteilchen, die sowohl Metalle der Gruppe A als auch Metalle der Gruppe B umfassen, als auch gemäß Verfahrensschritt a2) – aus der Umsetzung von Nanoteilchen der Gruppe A mit einer Lösung aus einer Verbindung eines Metalls der Gruppe B und anschließender Oxidation, hergestellt werden. 4 illustrates that the electrically conductive material of the fifth embodiment of interconnected particles 3 with pores in between 4 is constructed, the particles 3 one core each 1 of a metal or metal mixture of group A, which at least partially, in particular substantially completely, with an oxide layer 2a . 2 B surrounded by a group B metal or metal mixture. Such a material may comprise both - according to process step a1) - from the oxidation of nanoparticles comprising both Group A metals and Group B metals, and according to process step a2) - from the reaction of Group A nanoparticles with a solution of a compound of a metal of group B and subsequent oxidation.

Beispiel 1:Example 1:

Aus 80 Gewichtsprozent Platin, 10 Gewichtsprozent Rhodium und 10 Gewichtsprozent Titan bestehende Nanoteilchen werden kolloidal, in einem Lösungsmittel gelöster Form auf eine Zirkoniumdioxid-Oberfläche aufgetragen und eingetrocknet. Der resultierende lackartige Film wird zuerst in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, welche 2,5 Volumenprozent an elementarem Wasserstoff umfasst, bei 650°C für fünf Stunden einer ersten Behandlung und anschließend in Luft als oxidierender Atmosphäre ebenfalls bei 650°C für fünf Stunden der zweiten Behandlung unterzogen.Nanoparticles consisting of 80% by weight of platinum, 10% by weight of rhodium and 10% by weight of titanium are applied to a zirconium dioxide surface in a colloidal form, dissolved in a solvent, and dried. The resulting paint-like film is first subjected to a non-oxidizing atmosphere comprising 2.5 volume percent of elemental hydrogen at 650 ° C for five hours of a first treatment and then in air as an oxidizing atmosphere also at 650 ° C for five hours of the second treatment ,

Beispiel 2:Example 2:

Eine (kolloidale) Lösung in N-Methylpyrrolidon von Nanoteilchen, bestehend aus 94 Gewichtsprozent Platin und 6 Gewichtsprozent Rhodium, und von Titantetraisobutoxylat, wobei die Titanatome zur Summe der Platin- und Rhodiumatome in einem Verhältnis von 1:9 stehen, wird auf eine Silizium-Wafer-Oberfläche aufgetragen und eingetrocknet. Der resultierende lackartige Film wird zuerst mit einer nichtoxidierenden Atmosphäre, welche 2,5 Volumenprozent an elementarem Wasserstoff umfasst, bei 600°C für zwei Stunden einer ersten Behandlung und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre aus 10 Volumenprozent Sauerstoff in Stickstoff ebenfalls bei 600°C für zwei Stunden einer zweiten Behandlung unterzogen. Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme des auf diese Weise hergestellten Materials ist in 5 wiedergegeben. Das auf diese Weise hergestellte Material besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit von über 10⁶ Sm^–1 und besteht aus Partikeln mit einer, mittels Rasterelektronenmikroskopie bestimmten, durchschnittlichen Partikelgröße von kleiner oder gleich 5 nm.A (colloidal) solution in N-methylpyrrolidone of nanoparticles, consisting of 94 percent by weight of platinum and 6 percent by weight of rhodium, and of titanium tetraisobutoxylate, wherein the titanium atoms are the sum of the platinum and rhodium atoms in a ratio of 1: 9, is deposited on a silicon substrate. Wafer surface applied and dried. The resulting paint-like film is first coated with a non-oxidizing atmosphere comprising 2.5 volume percent of elemental hydrogen at 600 ° C for two hours of a first treatment and then in an oxidizing atmosphere of 10 volume percent oxygen in nitrogen also at 600 ° C for two Hours of a second treatment. The scanning electron micrograph of the material produced in this way is in 5 played. The material produced in this way has a high electrical conductivity of more than 10 ⁶ Sm ^-1 and consists of particles with a, determined by scanning electron microscopy, average particle size of less than or equal to 5 nm.

Beispiel 3:Example 3:

Eine (kolloidale) Lösung in N-Methylpyrrolidon von Nanoteilchen, bestehend aus 80 Gewichtsprozent Platin und 20 Gewichtsprozent Rhodium, und von Zirkoniumtetraisopropoxid und Ceracetat, wobei die Zirkoniumatome zu den Ceratomen und zur Summe der Platin- und Rhodiumatome in einem Verhältnis von 9:10:81 stehen, wird auf eine Silizium-Wafer-Oberfläche aufgetragen und eingetrocknet. Der resultierende lackartige Film wird zuerst in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, welche 2,5 Volumenprozent an elementarem Wasserstoff umfasst, bei 600°C für zehn Stunden einer ersten Behandlung und anschließend in 10 Volumenprozent Sauerstoff in Stickstoff als oxidierender Atmosphäre ebenfalls bei 600°C für zwei Stunden einer zweiten Behandlung unterzogen. Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme des auf diese Weise hergestellten Materials ist in 6 wiedergegeben. Das auf diese Weise hergestellte Material besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit von über 10⁶ Sm^–1 und besteht aus Partikeln mit einer, mittels Rasterelektronenmikroskopie bestimmten, durchschnittlichen Partikelgröße von kleiner oder gleich 10 nm.A (colloidal) solution in N-methylpyrrolidone of nanoparticles consisting of 80% by weight of platinum and 20% by weight of rhodium, and of zirconium tetraisopropoxide and cerium acetate, the zirconium atoms being to the ceratoms and the sum of the platinum and rhodium atoms in a ratio of 9:10: 81, is applied to a silicon wafer surface and dried. The resulting paint-like film is first exposed in a non-oxidizing atmosphere comprising 2.5 volume percent of elemental hydrogen, at 600 ° C for ten hours a first treatment and then in 10 volume percent oxygen in nitrogen as an oxidizing atmosphere also at 600 ° C for two hours a second treatment. The scanning electron micrograph of the material produced in this way is in 6 played. The material produced in this way has a high electrical conductivity of more than 10 ⁶ Sm ^-1 and consists of particles with a, determined by scanning electron microscopy, average particle size of less than or equal to 10 nm.

Beispiel 4:Example 4:

Eine (kolloidale) Lösung in N-Methylpyrrolidon von Nanoteilchen, bestehend aus 81 Gewichtsprozent Platin und 19 Gewichtsprozent Rhodium, und von Tantalpentaethoxid und Yttriumacetat, wobei die Tantalatome zu den Yttriumatomen und zur Summe der Platin- und Rhodiumatome in einem Verhältnis von 8:8:84 stehen, wird auf eine Silizium-Wafer-Oberfläche aufgetragen und eingetrocknet. Der resultierende lackartige Film wird zuerst in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, welche 2,5 Volumenprozent an elementarem Wasserstoff umfasst, bei 600°C für zehn Stunden einer ersten Behandlung und anschließend in 10 Volumenprozent Sauerstoff in Stickstoff als oxidierender Atmosphäre ebenfalls bei 600°C für zwei Stunden einer zweiten Behandlung unterzogen. Anschließend wurde die Probe bei 800°C für 100 h in 10 Volumenprozent Sauerstoff in Stickstoff getempert. Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme des auf diese Weise hergestellten Materials ist in 7 wiedergegeben. Das auf diese Weise hergestellte Material besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit von über 10⁶ Sm^–1 und besteht aus Partikeln mit einer, mittels Rasterelektronenmikroskopie bestimmten, durchschnittlichen Partikelgröße von kleiner oder gleich 25 nm.A (colloidal) solution in N-methylpyrrolidone of nanoparticles consisting of 81% by weight of platinum and 19% by weight of rhodium, and of tantalum pentaethoxide and yttrium acetate, the tantalum atoms being added to the yttrium atoms and to the sum of the platinum and rhodium atoms in a ratio of 8: 8: 84 are applied to a silicon wafer surface and dried. The resulting paint-like film is first exposed in a non-oxidizing atmosphere comprising 2.5 volume percent of elemental hydrogen at 600 ° C for ten hours of a first treatment and then in 10 volume percent oxygen in nitrogen as an oxidizing atmosphere also at 600 ° C for two hours subjected to a second treatment. Subsequently, the sample was annealed at 800 ° C for 100 h in 10 volume percent oxygen in nitrogen. The scanning electron micrograph of the material produced in this way is in 7 played. The material produced in this way has a high electrical conductivity of more than 10 ⁶ Sm ^-1 and consists of particles with a, determined by scanning electron microscopy, average particle size of less than or equal to 25 nm.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007/0251822 A1 [0003]

Claims

Electrically conductive material comprising - cores ( 1 of a metal or metal mixture selected from group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium, rhenium and mixtures thereof, - the cores of oxide (s) ( 2a . 2 B . 2c ) a metal or metal mixture selected from the group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, Chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof are at least partially surrounded, characterized in that the cores ( 1 ) have an average size of less than or equal to 100 nm.

Material according to claim 1, characterized in that the material consists of interconnected particles ( 3 ) with intervening pores ( 4 ), the particles ( 3 ) each have a core ( 1 ) of a metal or metal mixture of group A, which at least partially with an oxide layer ( 2 B . 2c ) of a metal or metal mixture of the group B is surrounded.

Material according to claim 2, characterized in that the particles ( 3 ) have an average particle size of ≥ 0.5 nm to ≤ 110 nm, as measured by scanning electron microscopy.

Material according to claim 2 or 3, characterized in that between the particles ( 3 ) lying pores ( 4 ) have an average pore size of ≥ 0.1 nm to ≤ 50 nm, as measured by scanning electron microscopy.

Material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material, based on the total number of metal atoms in the material: ≥ 65 atomic percent to ≤ 97 atomic percent of Group A metals and - ≥ 3 atomic percent to ≤ 35 atomic percent of Group B metals, the sum of the metal atoms of Groups A and B together amounting to 100 atomic percent.

Material according to one of claims 1 to 5, characterized in that: - The group A of platinum, rhodium, rhenium or a mixture thereof, and / or The group B of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, in particular of yttrium, cerium, titanium, zirconium, tantalum or a mixture thereof, consists.

Process for producing an electrically conductive material, comprising the process steps a1) providing nanoparticles comprising A metal or metal mixture selected from group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium, rhenium and mixtures thereof, and a metal or metal mixture selected from group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium , Molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, and / or a2) providing a homogeneous mixture Nanoparticles comprising a metal or metal mixture selected from group A consisting of platinum, rhodium, gold, palladium, silver, copper, iridium, ruthenium, osmium, rhenium and mixtures thereof, and A metal or metal mixture selected from group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, Chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, and / or - At least one compound of a metal or metal mixture selected from the group B consisting of silicon, germanium, tin, boron, aluminum, gallium, indium, beryllium, magnesium, scandium, yttrium, lanthanum, the lanthanides, titanium, zirconium, hafnium, niobium , Tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc and mixtures thereof, and b) treating the material from process step a1) or a2) at least 200 ° C for 10 minutes with an oxidizing gas or gas mixture.

A method according to claim 7, characterized in that in step a2) the compound of the metal or metal mixture of group B is provided dissolved in a solvent.

Method according to claim 7 or 9, characterized in that: In process step a1) the metal or metal mixture of group B in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent, and / or In process step a2) the metal or metal mixture of group B in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent, and / or In process step a2) the compound of the metal or metal mixture of group B in the form of a suspension of nanoparticles in a solvent provided.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the method before the process step b) the process step b03): treating the material at least 350 ° C for at least 20 minutes with a non-oxidizing gas or gas mixture comprises.

Method according to one of claims 7 to 11, characterized in that - The group A of platinum, rhodium, rhenium or a mixture thereof, and / or The group B of aluminum, cerium, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, chromium or a mixture thereof, in particular of yttrium, cerium, titanium, zirconium, tantalum or a mixture thereof, consists.

Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that the compound of a metal or metal mixture of group B An oxide, nitrate and / or halide of a metal or metal mixture of group B, and / or An alcoholate of a metal or metal mixture of group B or an organic acid salt with a metal or metal mixture of group B, is.