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http://dx.doi.org/10.18419/opus-880
Autor(en): | Lipowsky, Peter |
Titel: | Deposition of metal oxide thin films from solutions containing organic additives |
Sonstige Titel: | Abscheidung von Metalloxid-Dünnschichten aus Lösungen, die organische Hilfsstoffe enthalten |
Erscheinungsdatum: | 2007 |
Dokumentart: | Dissertation |
Serie/Report Nr.: | Bericht / Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (ehemals Max-Planck-Institut für Metallforschung), Stuttgart;204 |
URI: | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-33262 http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/897 http://dx.doi.org/10.18419/opus-880 |
Zusammenfassung: | In bio-inspired materials synthesis the principles of biomineralization are employed for the fabrication of materials with favourable functional properties at near-ambient temperature and with little expenditure: Organic templates direct the formation of inorganic matter. In aqueous solution, zinc compounds with manifold morphologies are produced by thermal hydrolysis of zinc nitrate in the presence of biomolecules like amino acids and dipeptides. In methanol, ZnO films are deposited by hydrolysis of zinc acetate in the presence of polymers like polyvinylpyrrolidone (PVP) and polyethylene glycol. With PVP, particularly smooth, uniform and stable films are fabricated. Their thickness is determined by the deposition time and the polymer concentration. Various microscopic and spectroscopic measurements prove that the films consist of textured nanocrystalline zinc oxide. Selected properties of the films, such as their photoluminescence, are investigated. Film deposition is possible on substrates with organic coatings bearing certain functional groups. Patterned films can be deposited after local decomposition of the organic coating by UV light. The mechanism of film formation is treated in detail. Like in biomineralization, an amorphous transient state of matter occurs before crystallization. This state succumbs to ZnO nanocrystals, which either aggregate in solution or adsorb to the substrate. It is demonstrated in what way the additive controls the reaction. Sulfonate-modified polystyrene beads are coated with zinc oxide and used as sacrificial templates for the fabrication of zinc oxide hollow spheres. Laminates of alternating layers of zinc oxide and poly(amino acids) are deposited and exhibit an improved mechanical performance compared to the monolithic zinc oxide. Bei der bioinspirierten Materialsynthese werden die Prinzipien der Biomineralisation angewandt, um Werkstoffe mit besonders günstigen Materialeigenschaften bei niedrigen Temperaturen und mit geringem Aufwand herzustellen: Organische Template kontrollieren die Bildung des anorganischen Werkstoffs. Zinkverbindungen mit den verschiedensten Morphologien wurden aus wäßrigen Lösungen abgeschieden, indem Zinknitrat in der Gegenwart von Biomolekülen wie Aminosäuren und Dipeptiden thermisch hydrolysiert wurde. ZnO-Schichten wurden abgeschieden durch die Hydrolyse von Zinkacetat in Methanol in der Gegenwart von Polymeren wie Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Polyethylenglykol. Mit der Hilfe von PVP wurden besonders glatte, einheitliche und stabile Schichten hergestellt. Ihre Dicke hängt von der Abscheidungsdauer und der Polymerkonzentration ab. Verschiedene mikroskopische und spektroskopische Messungen zeigen, daß die Filme aus texturiertem nanokristallinem Zinkoxid bestehen. Ausgewählte Eigenschaften der Schichten, wie ihre Photolumineszenz, wurden untersucht. Die Schichtabscheidung ist möglich auf Substraten mit einer organischen Beschichtung, die bestimmte funktionelle Gruppen trägt. Strukturierte Schichten scheiden sich ab, wenn die organische Beschichtung zuvor lokal mit UV-Licht zersetzt wurde. Der Mechanismus der Schichtabscheidung wurde bis in seinen Einzelheiten aufgeklärt. Wie bei der Biomineralisation bildet sich vor der Kristallisation ein amorpher Übergangszustand aus. Dieser Zustand weicht Zinkoxid-Nanokristallen, die entweder in der Lösung aggregieren oder sich am Substrat anlagern. Es wurde gezeigt, wie der Hilfsstoff die Reaktion steuert. Sulfonatmodifizierte Polystyrol-Mikrokugeln wurden mit Zinkoxid beschichtet und als "verlorene Kerne" verwendet, um Zinkoxid-Hohlkugeln herzustellen. Laminate aus einander abwechselnden Schichten von Zinkoxid und Polyaminosäuren wurden abgeschieden und wiesen gegenüber monolithischem Zinkoxid verbesserte mechanische Eigenschaften auf. |
Enthalten in den Sammlungen: | 03 Fakultät Chemie |
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