Nanostrukturen durch Lösungsbenetzung von porösen Templaten

Nanostäbchen, Nanoröhrchen, Nanofasern sind wichtige Bauelemente der Nanotechnologie. Polymere zylindrische Nanostrukturen können u.a. durch Selbstorganisation oder durch Verwendung von Templaten hergestellt werden. Je nach Ausgangsmaterial entstehen Nanoröhrchen oder -stäbchen. Die Materialpalette...

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Main Author: Schlitt, Stefanie
Contributors: Wendorff, Joachim H. (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2007
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Nanostäbchen, Nanoröhrchen, Nanofasern sind wichtige Bauelemente der Nanotechnologie. Polymere zylindrische Nanostrukturen können u.a. durch Selbstorganisation oder durch Verwendung von Templaten hergestellt werden. Je nach Ausgangsmaterial entstehen Nanoröhrchen oder -stäbchen. Die Materialpalette der durch Selbstorganisation zugänglichen Strukturen ist extrem begrenzt, Templatverfahren sind dagegen überaus variabel hinsichtlich der verwendbaren Materialien. In dieser Arbeit ging es um die Benetzung hochgekrümmter Oberflächen in Form von Poren poröser Aluminiumoxidtemplate speziell mit Polymerlösungen zur Herstellung von zylindrischen Nanoobjekten. Als Modellpolymer wurde Polystyrol gewählt, da dies für sehr viele Molekulargewichte mit sehr engen Molekulargewichtsverteilungen erhältlich ist. Es wurde der Einfluss der Konzentration der Polymere in Lösung, der Lösungsmittelqualität und der Molekulargewichte der verwendeten Polystyrole auf die entstehenden Strukturen und ihren inneren Aufbau, wie z.B. Wandstärken bei Nanoröhren analysiert. Zur Untersuchung der Abhängigkeiten war eine genaue Bestimmung der resultierenden Strukturen erforderlich. Die herkömmlichen Präparationsmethoden für Polystyrolproben zur Untersuchung mittels TEM waren bei den Polystyrolnanoröhrchen nicht anwendbar. Es konnte erfolgreich eine geeignete Präparationsmethode entwickelt werden. Der Zusammenhang zwischen der Stabilität der sich bildenden zylindrischen Struktur und der Polymerkonzentration wurde am System Polystyrol in Cyclohexan untersucht. Auch der Einfluss der Güte des verwendeten Lösungsmittels wurde untersucht. Es wurde aus guten, theta und schlechten Lösungsbedingungen benetzt. Zur Untersuchung der Strukturbildung in Abhängigkeit vom Molekulargewicht wurden die porösen Template unter Verwendung von guten Lösungsmittelbedingungen und genügend hoher Polymerkonzentration, um stabile Wände zu erhalten, benetzt. In Abhängigkeit vom Molekulargewicht des Polymers wurden neben komplett gefüllten Stäbchen und hohlen Röhrchen auch durch Rayleigh-Instabilitäten verursachte Bruchstücke, Lochstrukturen und Undulationen erhalten. Im Fall der erhaltenen Nanoröhrchen waren die Wandstärken in keiner Weise von dem verwendeten Molekulargewicht abhängig, sondern wurden ausschließlich vom Porenradius bestimmt. Vermutlich stellt sich die Wandstärke in einem der Benetzung folgenden Entnetzungsschritt ein. Zur Bestimmung des Einflusses der hohen Krümmung der Poreninnenwände und des Benetzungsprozesses auf den Gyrationsradius wurden Kleinwinkelneutronenbeugungsmessungen (Small Angle Neutron Scattering, SANS) an Polystyrolröhrchen durchgeführt. Es konnte eine Präparationsmethode entwickelt werden, mit der SANS-Messungen parallel angeordneter Röhrchen möglich sind. Durch eine speziell für diese Messungen entwickelte Probenkammer konnten die Röhrchen sowohl entlang der Röhrchenachse als auch senkrecht dazu vermessen werden. Durch die Benetzung der porösen Template mit wässrigen Polyelektrolytlösungen konnten aus mehreren Schichten aufgebaute Nanoröhrchen mit geladenen Außenwänden hergestellt werden.
DOI:10.17192/z2008.0149