Wie lassen sich besonders dünne Schichten erzeugen?
PVD-Verfahren und CVD-Verfahren
Nennen Sie 5 Beschichtungsmethoden aus dem physiko-chemischen Umfeld und ordnen Sie diese in eine Schichtdickenskala ein.
Nennen Sie mindestens vier Prozesse aus der Textil- und Lederherstellung, die zu einer Schichtbildung führen und geben dafür die Größenordnung der Schichtdicke an.
1. Färben von Textilien: Beim Färben von Textilien können Farbstoffe auf die Oberfläche der Fasern adsorbiert werden. Die Schichtdicke der Farbstoffschicht liegt im Bereich von einigen Mikrometern.
2. Laminieren von Textilien: Beim Laminieren werden zwei oder mehrere Schichten von Textilien mit einer Klebeschicht verbunden. Die Schichtdicke der Klebeschicht kann zwischen 10 und 100 Mikrometern liegen.
3. Gerbung von Leder: Beim Gerben wird tierische Haut in Leder umgewandelt, indem sie mit Gerbstoffen behandelt wird. Die entstehende Lederschicht kann eine Dicke von 0,5 bis 2 Millimetern haben.
4. Beschichten von Textilien mit Polymeren: Textilien können mit Polymeren beschichtet werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern, z. B. Wasserdichtigkeit oder Flammschutz. Die Schichtdicke der Polymerbeschichtung kann zwischen 10 und 50 Mikrometern liegen.
Es ist zu beachten, dass die tatsächliche Schichtdicke in jedem Prozess von verschiedenen Faktoren abhängig ist, wie z.B. der gewünschten Anwendung und den verwendeten Materialien und Techniken. Die angegebenen Größenordnungen dienen lediglich als grobe Schätzungen.
Welche Strukturen bilden sich aus, wenn man eine Lösung eines Polymers mit sehr geringen Konzentrationen auf eine Oberfläche aufträgt und dann in weiteren Versuchen jeweils die Konzentration erhöht wird?
Durch Funktionalisierung der Polymerketten:
Geringe Konzentration: Einzelne Polymerketten bilden unstrukturierte Schicht.
Erhöhte Konzentration: Diffuse Schicht mit teilweise verflochtenen Polymerketten.
Höhere Konzentration: Polymerpinsel, Ketten stehen senkrecht zur Oberfläche.
Noch höhere Konzentration: Polymerbürsten, dicht gepackte, parallel verflochtene Ketten.
Sehr hohe Konzentration: Aggregierte Strukturen oder Cluster mit höherer Ordnung auf der Oberfläche.
Struktur abhängig von Wechselwirkung, Polymerlänge und Lösungskonzentration. Polymere vielseitig für Materialwissenschaft und Oberflächenbeschichtung.
Was ist eine Langmuir-Schicht?
Eine Langmuir-Monoschicht ist eine Schicht aus Molekülen, die sich als dünne, einlagige Schicht an der Luft-Wasser-Grenzfläche bildet. Diese Moleküle orientieren sich so, dass ihre hydrophoben (wasserabweisenden) Teile zur Luft gerichtet sind, während ihre hydrophilen (wasseranziehenden) Teile in Richtung des Wassers zeigen.
Was sind Langmuir-Blodgett-Schichten?
->Langmuir-Blodgett-Schichten: Künstlich hergestellte ultradünne Filme oder Monoschichten von organischen oder anorganischen Molekülen auf einer Substratoberfläche.
Verfahren: LB-Verfahren (Langmuir-Blodgett-Verfahren).
Schritte:
Bildung einer Langmuir-Monoschicht an der Luft-Wasser-Grenzfläche.
Kompression der Monoschicht für dichteres Packen der Moleküle.
Übertragung der Monoschicht auf das Substrat.
Wiederholung der Schritte 1 bis 3 für mehrschichtige Schichten.
-> Kontrollierte Schichtdicken im Nanometerbereich.
Anwendungen: Oberflächenwissenschaft, Nanotechnologie, Optoelektronik, Sensorik aufgrund einzigartiger Eigenschaften.
Wie funktioniert Spin-coating und welche Schichtdicken werden erreicht?
zur Herstellung von sehr dünnen Einzelfilmen zwischen 3-500 nm
Polymerlösung mit Konzentration c herstellen
Polymerlösung auf Substrat geben
Spin-coater mit Schleudergeschwindigkeit von z.B. 300 bis 1000 U/sec betreiben
Anwendung z.B. Mikroelektronik
Was passiert wenn so genannte Blockcopolymere (z.B. Molekülkette aus folgenden drei Blöcken (Polystyrol)-(Polyethylen/Polybutadien)-(Polystyrol)) aus einer Lösung auf eine Oberfläche in einem sehr dünnen Film abgeschieden werden.
(Hinweis: Polymerschmelzen aus jeweils Polystyrol und Polyethylen/Polybutadien sind nicht miteinander mischbar und würden zwei getrennte Phasen bilden?
kurz: Mikrophasenseparation des Polymerfilms bei unterschiedlichen Copolymerkonzentrationen
Blockcopolymere bestehen aus nicht miteinander mischbaren Blöcken.
Abscheidung auf Oberfläche führt zur Phasenseparation der Blöcke.
Selbstorganisation in Form von Mikro- oder Nanostrukturen entsteht.
Blocksegregation und Schichtgrenzen bilden sich in dünnen Filmen.
Verminderung der Dimensionalität kann zu neuen Nanostrukturen führen.
Oberflächenbenetzung beeinflusst Anordnung der Moleküle.
Eigenschaften abhängig von chemischen Eigenschaften, Lösungskonzentration, Temperatur und Wechselwirkungen mit Substratoberfläche.
Anwendungen in Mikroelektronik, Oberflächenbeschichtungen und Nanotechnologie.
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