Depositionsmechanismen, Struktur und mechanische Eigenschaften laserdeponierter Poly(methyl methacrylat)-Filme

Abstract

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.