Charakterisierung und Modifizierung glatter laserdeponierter Poly(methyl methacrylat)-Schichten
Characterization and modification of smooth laser deposited poly(methyl methacrylate) films
by Britta Fuchs
Date of Examination:2010-02-23
Date of issue:2010-04-06
Advisor:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Referee:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Referee:Prof. Dr. Michael Buback
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2678
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Even though poly(methyl methacrylate) (PMMA) belongs to the weak absorbing materials at a wavelength of 248 nm, it is possible for the first time to deposit very smooth PMMA films with the pulsed laser deposition (PLD). Here laser fluences in the range of the deposition threshold of the PMMA are used. Given that the PLD is a very versatile method to deposit thin films of diverse materials, the smooth PMMA films can be used e. g. for applications as component for multi layers or in composite materials.Based on this new possibility to produce smooth PMMA films by PLD, continuative experiments for the characterisation of the film properties are discussed in this work. The PLD induced actuated processes are depicted, which are responsible for the formation of the smooth but very soft PMMA films. Thereby, before ablation occurs, the preceding incubation process at the starting material plays a decisive role.In order to enhance the application possibilities of the laser deposited PMMA films, thermal studies regarding their stability and regarding the influences on additional characteristic properties of the films are performed.Because of the softness of the laser deposited PMMA films, one of the emphases of this work is to study the possibility of hardening. Thus three possibilities of influencing the universal hardness applying the mechanism of cross-linking are described. This contains the irradiation of the PMMA films with ultraviolett light known from photolithography, the addition of a cross-linking component to the starting material of the PMMA before the deposition process begins, and the hardening of the PMMA films due to the thermal treatment mentioned before. These changes of the mechanical properties combined with the corresponding changes of the morphology and the chemical properties are discussed.
Keywords: PMMA; PLD; hardness; cross-linking; incubation
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Obwohl Poly(methyl methacrylat) (PMMA) bei einer Wellenlänge von 248 nm zu den schwach absorbierenden Materialien gehört, können nun erstmals mit dem Verfahren der gepulsten Laserdeposition (PLD) sehr glatte PMMA-Schichten hergestellt werden. Dabei werden Laserfluenzen im Bereich der Depositionsschwelle des PMMA bei der Schichtdeposition verwendet. Da die PLD eine sehr vielseitige Dünnschichtmethode darstellt, bei der die verschiedensten Materialien deponiert werden können, bieten sich die glatten PMMA-Schichten z. B. für Anwendungen als Komponente in Schichtpaketen oder in Kompositmaterialien an.Ausgehend von dieser neuen Möglichkeit, glatte PMMA-Schichten mit der PLD herzustellen, werden in dieser Arbeit weiterführende Experimente zur Charakterisierung der Schichteigenschaften diskutiert. Aus den hier durchgeführten Untersuchungen werden durch die PLD angeworfene Prozesse aufgezeigt, die für die Bildung der glatten, aber sehr weichen PMMA-Schichten verantwortlich sind. Dabei spielt vor allem der der Ablation vorangehende Inkubationsprozess am Ausgangsmaterial eine zentrale Rolle.Anwendungsbezogen werden auch thermische Untersuchungen hinsichtlich der Stabilität und des Einflusses auf weitere charakteristische Eigenschaften der laserdeponierten PMMA-Schichten durchgeführt.Da die laserdeponierten PMMA-Schichten sehr weich sind, soll als einer der Schwerpunke in dieser Arbeit die Möglichkeit der Härtung näher untersucht werden. Dabei werden drei Möglichkeiten zur Beeinflussung der Universalhärte durch den Mechanismus der Vernetzung beschrieben. Dabei handelt es sich um die aus der Fotolithografie bekannte Bestrahlung der PMMA-Schichten mit ultraviolettem Licht, um die Zugabe einer vernetzenden Komponente zum PMMA-Ausgangsmaterial bevor die Schichtdeposition stattfindet und um die Härtung der Schichten durch die zuvor erwähnte thermische Behandlung. Diese Änderungen der mechanischen Eigenschaften zusammen mit den entsprechenden Änderungen der Morphologie und der chemischen Eigenschaften werden diskutiert.
Schlagwörter: PMMA; PLD; Härte; Vernetzung; Inkubation