Von der Charakterisierung anisotroper Dünnfilme zu Strukturbildungsmechanismen und Prozesskontrolle beim Tauchziehverfahren
Rubi Romeis
Im Rahmen der vorgestellten Dissertation wird die Filmbildung mittels formanisotroper Zinkoxid (ZnO) Nanopartikeln untersucht. Dabei wird die gesamte Prozesskette bestehend aus Partikelsynthese, Partikelstabilisierung, Filmbildung und umfassender Schichtcharakterisierung umfangreich beleuchtet.
Hauptsächlich wird die Filmstruktur durch die Lösemittelverdunstung und die induzierte Strömung während des Beschichtungsverfahrens beeinflusst. Die nematischen Strukturen (Partikelorientierung in einer Vorzugsrichtung), die durch das Tauchziehverfahren prozessiert wurden, zeigen deutlich das Wechselspiel zweier gegenläufiger Anordnungsmechanismen, der verdunstungsinduzierten Selbstorganisation (evaporation induced self-assembly, EISA) und der scherinduzierten Orientierung (shear-induced alignment, SIA). Bei hohen Auszugsgeschwindigkeiten dominieren Scherkräfte, die die Partikeln in Auszugsrichtung orientieren. Bei geringen Auszugsgeschwindigkeiten gewinnt die Anordnung durch Verdunstung jedoch an Bedeutung.
Die relativen Einflüsse von Verdunstung und Scherung werden durch Analyse der Schichtdicke, der Oberflächenordnung und der Bulkordnung sowie mit der Unterstützung von in situ Röntgenkleinwinkelstreumessung (small-angle X-ray scattering, SAXS) unterschieden. Die Eigenschaften der resultierenden Dünnfilme sind direkt durch die Qualität der Anordnung der Partikeln bestimmt. Daher wurden einfache, schnelle und nicht-invasive Methoden zur quantitativen Charakterisierung der Oberflächen- und Bulkordnung entwickelt: Die Oberflächenordnung kann mittels einer Kombination von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Bildanalyse charakterisiert werden. Die Bulkordnung wird durch die orientierungsabhängige Variation des polarisierten Raman-Streusignals charakterisiert. Aufbauend auf den gewonnenen Ergebnissen kann der Schichtbildungsmechanismus umfassend beschrieben werden.
Die Kontrolle von EISA und SIA ermöglicht hoch geordnete und homogene Dünnfilme beim Tauchbeschichten.
