Plasmainduzierte Modifikation selbstorganisierender Polystyrolkugeln mittels dielektrisch behinderter Entladung

Wegewitz, Lienhard

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.

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.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Wegewitz, Lienhard: Plasmainduzierte Modifikation selbstorganisierender Polystyrolkugeln mittels dielektrisch behinderter Entladung. 2015.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:

Export