Erzeugung von Oberflächenenergiemustern durch gepulste Laserinterferenz : Grundlagen und Anwendungen

Geldhauser, Tobias

Erzeugung von Oberflächenenergiemustern durch gepulste Laserinterferenz : Grundlagen und Anwendungen

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Diss_Geldhauser_end.pdf(23.76 MB)

Date

2010

Title in another language

Generation of surface energy patterns by pulsed laser interference,basics and applications

Publication type

Dissertation

Abstract

In dieser Arbeit wurde ein Oberflächenenergieskontrast aus einer strukturierten Molekülmonolage aus Thiolen oder Silanen mit Hilfe von gepulster Laserinterferenz-Lithography (SPLIL) erzeugt und der Strukturierungsmechanismus untersucht. Im weiteren Verlauf wurde dieses Oberflächenenergiemuster benutzt, um Nanostrukturen in einem Entmischungsprozess herzustellen. Als Modellsystem wird eine Polymermischung aus Polyvinyl-2-pyridin und Polystyrol benutzt anhand derer wichtige Parameter für diesen Entmischungsprozess untersucht werden können. Dieses Verfahren wird ebenso auf ein Sol-Gel (Wolframoxid) transferiert und kann für Kolloidanordnung und Ätztechniken benutzt werden.
Bei der Desorption von Thiolen durch den gepulsten Laser (Nd:YAG, 13ns Pulsdauer) wurde gezeigt, dass der Hauptmechanismus der Desorption in diesem Fall thermischer Natur ist. Mit Hilfe von Untersuchungen mit Oberflächenplasmonenresonanz wurde die Desorption und anschließende Redeposition auf der befreiten Goldoberfläche gezeigt und die Oberflächentemperatur bei diesem Prozess mit eindimensionalen Wärmesimulationen auf 1350K bestimmt. Da bei Perioden unterhalb der Wärmediffusionslänge auf dem Substrat (Gold, 1.25µm bei 13ns Pulsdauer) die durch SPLIL erzeugten Wärmestrukturen stark miteinander wechselwirken, wurde die Desorption für kleine Perioden mit zweidimensionalen Wärmesimulationen und Reibungskontrastmikroskopie untersucht. Hier konnte gezeigt werden, dass die Schichtdicke des Goldes auf dem Substrat eine entscheidende Rolle für die Herstellung eines optimalen Oberflächenenergiekontrates spielt.
Bei der Desorption von Silanen konnte die vollständige Desorption der Moleküle durch die SPLIL nachgewiesen werden.
Als Modellsystem für die Entmischung auf den Oberflächenenergiekontrasten wurden Polymermischungen untersucht. Hier wurde der Einfluss der relativen Luftfeuchte während des Entmischungsprozesses und der Breite der Strukturen auf die erzeugten Polymerstrukturen untersucht. Außerdem konnten damit frequenzverdoppelte Strukturen erzeugt werden.
Als weitere Anwendung der Entmischung auf den Oberflächenenergiemustern wurden schaltbare Gitter aus Wolframoxid hergestellt und deren Schaltverhalten untersucht.

Summary in another language

In this work, we have generated a surface energy contrast by means of pulsed laser interference lithography (SPLIL) of self assembled monolayers consisting of thiols or silanes and investigated the mechanism of this structuring process. These surface energy patterns were used to generate nanostructures by various processes of demixing. As a model system, we used a mixture of polyvinyl-2-pyridine and polystyrene and investigated the important parameters of this process. This knowledge was transferred to the demixing of solgels (tungstenoxide), the ordering of colloids and for etching.
We could show that the structuring with a pulsed laser (Nd:YAG, 13 ns) is in this case dominated by thermal desorption of the molecules. By means of surface plasmon resonance we have shown, that the used thiols can be fully desorbed and new thiols can be deposited on the freed surface. Furthermore, the temperature of desorption in this process was verified by one-dimensional heat simulations to 1350K. As the heat diffusion plays a dominant role for periods smaller than the heat diffusion length, we have investigated this regime separately by two-dimensional heat simulations and friction force microscopy. Here, we could show that the thickness of the goldlayer ontop of the substrate plays an important role for the generation of surface energy patterns with SPLIL.
In case of the desorption of a silane monolayer, we have shown that the silanes are completely desorbed by SPLIL.
In order to understand the mechanism of demixing on these surface energy structures, we have used a polymer blend (PVP,PS) as model system. We could show, that the relative humidity and the width of the surface energy patterns have a big influence on the outcome of the demixing process. Furthermore, we could show frequency doubling by demixing of the polymer blends.
Additionally we have generated switchable gratings by demixing of tungstenoxide on the surface energy patterns and investigated the switching process.

Subject (DDC)

500 Natural Sciences

Keywords

Polymerphysik,Molekülmonolagen,Nanostrukturen,polymer physics,self assembled monolayers,nanostructures

Cite This

ISO 690

GELDHAUSER, Tobias, 2010. Erzeugung von Oberflächenenergiemustern durch gepulste Laserinterferenz : Grundlagen und Anwendungen [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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Examination date of dissertation

January 11, 2010