Nanojoule Adsorption Calorimetry. Design, Construction, Novel Evaluation Approach, Software Development, Characterization, and Exemplary Measurements

Da sowohl die Wechselwirkung von einzelnen Molekülen mit Oberflächen als auch die Wechselwirkung zwischen Oberflächen, also Grenzschichten, oft von großem Interesse sind, eröffnet sich daraus ein weites Feld von angewandten Wissenschaften. Die meisten Methoden zur Untersuchung von Oberflächen unter Ultrahochvakuumbedingungen können lediglich Informationen über bereits gebildete Grenzschichten liefern. Das Streben nach Erkenntnissen über die Energetik, welche den Bildungsprozess einer solchen Kontaktfläche beschreibt, motiviert die Verwendung der Nanojoule-Adsorptions-Kalorimetrie als Methode. Die vorliegende Arbeit stellt die Konstruktion des experimentellen Aufbaus vor, der notwendig ist, um bedeckungsabhängige Adsorptionswärmen zu bestimmen. Diese Anlage ist für die Erforschung von Systemen optimiert, bei denen Metallatome auf organischen Dünnschichten, beziehungsweise große organische Moleküle auf Einkristalloberflächen adsorbiert werden. Die für die Datenauswertung dieser Arbeit entwickelten Computerprogramme werden erläutert. Im Zuge dessen erfolgt auch eine ausführliche Erörterung sowohl der Benutzeroberfläche als auch des eigentlichen Programms. Im Folgenden wird die Charakterisierung aller in ein Kalorimetrie-Experiment involvierten Komponenten eingehend dargelegt. Zum Abschluss sind einige ausgewählte Experimente exemplarisch diskutiert. Diese Beispiele umfassen die Adsorption von Magnesium, Zink, Kupfer und Calcium auf der ursprünglichen und gesäuberten Detektoroberfläche, sowie auf Dünnschichten aus 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid, Tetraphenylporphyrin, alpha-Sexithiophen und Poly(3-Hexylthiophen). Vervollständigt wird diese Abhandlung sowohl durch technische Zeichnungen der für diese Arbeit konstruierten Bauteile, den für diese Arbeit entwickelten Quelltext des Auswertungsprogramms, als auch durch eine Übersicht über die untersuchten Systeme und die Betriebsparameter für die Laborausrüstung. Aus der zusammenfassenden Betrachtung der einzelnen in dieser Dissertation präsentierten Aspekte, lässt sich feststellen, dass alle aus wissenschaftlicher Sicht notwendigen Rahmenbedingungen geschaffen wurden, um bedeckungsabhängige Adsorptionswärmen präzise bestimmen zu können.