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Plasmainduzierte Modifikation selbstorganisierender Polystyrolkugeln mittels dielektrisch behinderter Entladung

 
: Wegewitz, L.

:
Volltext ()

Herzogenrath: Shaker, 2015, 224 S.
Zugl.: Clausthal, TU, Diss., 2015
ISBN: 978-3-8440-3778-4
URN: urn:nbn:de:gbv:104-1123594
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer IST ()

Abstract
The ability of colloids to form self-organized structures is not only a fascinating
natural phenomenon, but is nowadays used in many technical applications.
Among other scientific areas colloidal crystals find application in the
developement of battery electrodes and catalyst supports. Mostly polymer
colloids are in use, which require moderate temperatures in all process steps
they pass. Therefore cold plasmas, like Dielectric Barrier Discharges (DBD),
are suitable for such processes. in this work three consecutive issues are studied,
who have in common that the approach for their solution includes the
application of a DBD.
The electrochemical deposition of conducting materials in the interstices
of colloidal crystals is a procedure, which can be used to prepare threedimensional
ordered macroporous (3DOM) materials for battery applications.
Especially relevant materials like copper, aluminum and lithium show a tendency
to relocate the colloids during electrochemial deposition from Ionic
Liquids. The material loses its desired ordered structure. A procedure that
prevents this relocation based on a DBD treatment in oxygen and the deposition
of a polysiloxane layer is introduced.
Subsequently the question if 3DOM-materials can be produced by coating
of colloidal crystals in a DBD is adressed. It is shown that 3DOM-structures
consisting of silicon nitride compounds and silicon dioxide can be prepared
in a DBD.
The aforementioned results in functionalization and material deposition
by DBDs are transferred to twodimensional colloidal crystals. A concept
for the lithographic preparation of structured substrates is introduced. The
DBDs are applied for plasma etching of the colloids and for the coating of
the substrates.

 

Die Fähigkeit von Kolloiden zur Selbstorganisation ist nicht nur ein faszinierendes
Naturphänomen sondern wird heutzutage in vielen technischen
Anwendungen genutzt. So kommen unter anderem bei der Entwicklung von
Batterieelektroden und Katalysatorträgern kolloidale Kristalle zum Einsatz.
Häufig werden Polymerkolloide verwendet, die von allen Verfahrensschritten
moderate Temperaturen verlangen. Deshalb eignen sich kalte Plasmen,
zum Beispiel Dielektrisch Behinderte Entladungen (DBE), zur Weiterverarbeitung
der kolloidalen Kristalle. Diese Arbeit greift drei aufeinander aufbauende
Fragestellungen aus dem Bereich kolloidaler Kristalle auf, deren
Gemeinsamkeit darin besteht, dass die Lösungsansätze auf dem Einsatz der
DBE basieren. Die elektrochemische Abscheidung von leitenden Materialien
in den Zwischenräumen kolloidaler Kristalle ist ein Verfahren, dass unter anderem
der Herstellung dreidimensionaler geordneter makroporöser (3DOM)
Materialien für Batterieelektroden dienen kann. Gerade bei dafür relevanten
Materialien, wie Kupfer, Aluminium und Lithium kommt es während
der elektrochemischen Abscheidung aus Ionischen Flüssigkeiten häufig zur
Verschiebung der Kolloide. Das Material verliert dadurch die gewünschte
Struktur. Ein Verfahren, dass diese Verschiebung durch die Kombination
einer DBE in Sauerstoff mit einer Polysiloxanbeschichtung zu verhindern
vermag wird vorgestellt.
Anschließend wird die Frage beantwortet, ob sich 3DOM-Materialien durch
eine Beschichtung kolloidaler Kristalle in einer DBE erzeugen lassen, die aus
Materialien bestehen, deren Abscheidung elektrochemisch nicht möglich ist.
Unter Anwendung der DBE in einem Gemisch aus Stickstoff und Silan werden
3DOM-Strukturen aus Siliziumnitridverbindungen präpariert. In einem
weiteren Schritt lassen sich diese Verbindungen durch Plasmabehandlung
umwandeln, sodass ohne Veränderung der Ordnung Siliziumdioxidstrukturen
entstehen.
Die zuvor gewonnenen Ergebnisse in den Bereichen Funktionalisierung
und Beschichtung mittels DBE lassen sich auf zweidimensionale kolloidale
Kristalle übertragen. Ein Konzept zur lithografischen Präparation strukturierter
Substrate wird vorgestellt. Die DBE wird dabei zum Plasmaätzen der
Kolloide in Sauerstoff und zur Beschichtung der Substrate eingesetzt.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-421172.html