Depositionsmechanismen, Struktur und mechanische Eigenschaften laserdeponierter Poly(methyl methacrylat)-Filme
Deposition mechanisms, structure and mechanical properties of laser deposited poly(methyl methacrylate) films
von Thorsten Scharf
Datum der mündl. Prüfung:2007-01-08
Erschienen:2007-01-31
Betreuer:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Gutachter:Prof. Dr. Michael Buback
Dateien
Name:scharf.pdf
Size:7.23Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
In the recent years Pulsed Laser Deposition (PLD) was established as a versatile technique to deposit thin films of different materials. The deposition of organic materials is made difficult by the possible destruction of the material.Laser deposited films from poly(methyl methacrylate) (PMMA) show a characteristic two component structure, consisting of a smooth highly cross-linked component and droplets consisting of polymer with a molecular mass reduced to 8 kg/mol. As responsible mechanism the so-called incubation could be identified. By photochemical changes it reduces the chain length and leads to droplet formation.To minimize the mechanism of incubation, the absorption in the target was raised in different ways. Mechanically mixed and RAFT-polymerized targets with higher absorption were utilized to show that the surface morphology can be improved. Less chemical decomposition of the material during deposition could be reached by building a Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE) setup.For the investigation of the mechanical properties of the laser deposited films a new in-situ mechanical spectroscopy technique was developed, the Plasma Plume eXcited Reed (PPXR). This is a vibrating reed, which is excited to vibration by the moment of the PLD-plasma plume.PPXR-measurements on pulsed laser deposited PMMA-films show that a the complex elastic modulus can be measured in dependence of the temperature. By comparison with other spectroscopy techniques it could be shown that the mechanical spectroscopy on PMMA is dominated by the α-relaxation. From measurements performed on films deposited at higher substrate temperatures conclusions about the mechanism of film formation and the deposited products could be drawn.
Keywords: laser deposition; polymers; thin films; ablation; deposition; mechanical spectroscopy; PPXR
Weitere Sprachen
Als flexibles Depositionsverfahren für dünne Filme aus verschiedenen Materialien hat sich die gepulste Laserdeposition (PLD) in den letzten Jahren etabliert. Die Deposition von organischen Materialien ist dabei durch die mögliche Zerstörung des Materials erschwert.Laserdeponierte Filme aus Poly(methyl methacrylat) (PMMA) zeigen eine charakteristische zweikomponentige Struktur aus einer glatten hochvernetzten Komponente und Droplets aus Polymer mit auf 8 kg/mol verkürzter Kettenlänge. Als verantwortlicher Mechanismus hat sich die sogenannte Inkubation herausgestellt, bei der durch photochemische Veränderungen die Kettenlänge der Moleküle verkürzt wird und die Dropletbildung ermöglicht wird.Um den Inkubationsmechanismus zu minimieren, wurde auf verschiedene Weise die Absorption im Target erhöht. Es wurden mechanisch gemischte und mittels RAFT-Polymerisation synthetisierte, stärker absorbierende Targets hergestellt und gezeigt, dass sich dadurch die Oberflächenmorphologie der Filme verbessern lässt. Die chemische Zerstörung des Materials während der Deposition wurde durch den Aufbau einer Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation (MAPLE) Apparatur erreicht.Zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften laserdeponierter Filme wurde eine neue mechanische in-situ Spektroskopietechnik entwickelt, das Plasma Plume eXcited Reed (PPXR). Hierbei handelt es sich um ein vibrating reed, das durch den Impuls des PLD-Plasmas zur Schwingung angeregt wird.Messungen mittels PPXR an laserdeponierten PMMA-Filmen zeigen, dass sich der komplexe Elastizitätsmodul temperaturabhängig bestimmen lässt. Durch Vergleich mit anderen Spektroskopiemethoden lässt sich zeigen, dass bei der mechanischen Spektroskopie an PMMA der α-Relaxationsmechanismus dominiert. Die Messungen an Filmen, die bei erhöhter Substrattemperatur deponiert wurden, lassen Rückschlüsse auf den Mechanismus des Filmwachstums und die deponierten Produkte zu.
Schlagwörter: Laserdeposition; Polymere; Dünne Schichten; Ablation; mechanische Spektroskopie; PPXR