Wachstum metallischer Nanoclustern auf Polymeroberflächen
Growth of Metallic Nanoclusters on Polymer - Surfaces
by Jörg Faupel
Date of Examination:2005-03-14
Date of issue:2005-04-22
Advisor:Prof. Dr. Hans-Ulrich Krebs
Referee:Prof. Dr. Konrad Samwer
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2625
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Growth and properties of metallic nanoclusters on polymer surfaces lead to interesting physical questions. At the same time clusters on polymers have a high potential with regard to technical applications. In this work both the polymer-matrix (Polymethylmethacrylate (PMMA), Poly-bisphenol-A-Carbonate (PC)) and the metallic clusters (Silver, Gold, Copper, Palladium) were perpared under ultrahigh vacuum conditions using pulsed laser deposition (laserwavelength: 248nm, pulseduration: 30ns) in a one step process. As analytical methods transmission electron microscopy, conventional (TEM) and at high resolution (HRTEM), X-ray reflectometry (XRR), atomic force microscopy (AFM), fourier transformed infraredspectrocopy (FTIR) and spectroscopy in the ultraviolett and visible region (UV-Vis) were used. Polymer films werde analysed in terms of their chemical properties as well as their surface morphology.A close look at single processes during the deposition of metal atoms and ions on the polymer surface leads to a deeper understanding of the early stages of clustergrowth on polymer surfaces. Also the condensation coefficient on PMMA has been determined for the mentioned metals above. In the following intensive TEM studies have been performed analysing the different growth stages for the used polymer/metal-systems. Different growth mechanisms have been found for each system mainly depending on the surface diffusion of the used metal. Experimetal results of cluster growth have been compared to dynamic monte-carlo simulations leading to quantitative values of the surface diffusion constant for Silver/PC and Gold/PC.For selected systems properties of the clusters have been investigated. Hydrogen loading of palladium clusters and optical properties of silver clusters have been analyzed.
Keywords: PLD; cluster; polymer; surface-diffusion; clustergrowth
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Metallische Nanoclustern auf Polymeroberflächen werfen hinsichtlich ihres Wachstums und ihrer Eigenschaften interessante physikalische Fragestellungen auf. Gleichzeitig bieten sie ein hohes Potenzial im Hinblick auf technische Anwendungen. In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl die polymere Matrix (Polymethylmethacrylat (PMMA), Poly-bisphenol-A-Carbonat (PC)) als auch die metallischen Cluster (Silber, Gold, Kupfer und Palladium) mittels gepulster Laserdeposition (Wellenlänge: 248nm, Pulsdauer: 30ns) in einem gemeinsamen Herstellungsschritt im Ultrahochvakuum präpariert. Als Hauptuntersuchungsmethoden wurden Transmissionselektronenmikroskopie, konventionell (TEM) und hochauflösend (HRTEM), Röntgenreflektometrie (XRR), Rasterkraftmikroskopie (AFM), fouriertransformierte Infrarotspektroskopie (FTIR) sowie Spektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Bereich (UV-Vis) verwendet.Die Polymerfilme wurden sowohl auf ihre chemischen Eigenschften, als auch auf ihre Oberflächenmorphologie hin untersucht. Eine Betrachtung der Einzelprozesse bei der Deposition von Metallatomen und -ionen liefert ein tieferes Verständniss der Frühphasen des Clusterwachstums auf der Polymeroberfläche, und erlaubt die Berechnung des Kondensationskoeffizienten für die erwähnten Metalle auf PMMA. Im Folgenden wurden intensive TEM - Untersuchungen der einzelnen Wachstumsstadien für die oben genannten Systeme durchgeführt. Für die verwendeten Systeme konnten sehr unterschiedliche Wachstumsmechanismen gefunden werden, welche vorallem von der unterschiedlichen Oberflächendiffusivität der beteiligten Metalle dominiert werden.Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit dynamischen Monte-Carlo Simulationen des Clusterwachstums erlaubte zudem eine Quantifizierung der Oberflächendiffusionskonstante für die Systeme Silber/PC und Gold/PC. Ausgewählte Systeme wurden hinsichtlich der Clustereigenschaften untersucht. Betrachtet wurde die Wasserstoffsorption von Palladium-Clustern und die optischen Eingeschaften von Silber-Clustern.
Schlagwörter: PLD; Cluster; Polymer; Oberflächendiffusion; Clusterwachstum