Selbstorganisierte Anlagerung organischer Moleküle innerhalb von nanostrukturierten Oxiden

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Manuela S. Killian
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410554859

Das beantragte Projekt zielt darauf ab, Schwierigkeiten beim Beladen und insbesondere bei der Charakterisierung kombinierter organisch-anorganischer Nanostrukturen zu überwinden. Wir werden sowohl homogene als auch heterogene Verteilungen organischer selbstangelagerter Monolagen (SAMs) innerhalb von nanostrukturierten Oxiden herstellen und verlässliche Charakterisierungsmethoden zur Aufklärung der Tiefenverteilung der SAMs entwickeln. Die Analyse solcher organisch-anorganischer Kompositmaterialien ist herausfordernd, insbesondere im Hinblick auf die Analyse der Verteilung mehrerer organischer SAMs innerhalb der Strukturen. Viele Analysetechniken sind dazu schlecht geeignet, da sie entweder eine zu geringe Tiefenauflösung, Sensitivität oder keine Information über die chemische Zusammensetzung anbieten. Die flugzeitaufgelöse Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) gestattet es, chemisch ähnliche SAMs adsorbiert auf Oberflächen zu unterscheiden, sogar auf schlecht- oder nichtleitenden Substraten. In diesem Projekt werden wir eine Kombination aus fokussierten Ionenstrahlschnitten (FIB) und bildgebender ToF-SIMS anwenden, um mittels chemischer Abbildung die Tiefenverteilung organischer Moleküle innerhalb von nanostrukturierten Metalloxiden frei von Artefakten zu ermitteln.Es ist unser Ziel, nanostrukturierte Metalloxide, wie z.B. vertikal orientierte Nanoporen oder –röhren, Nanoschwämme oder Nanopartikelschichten, zu entwickeln, welche mit SAMs entweder homogen über die ganze Nanostruktur oder ausschließlich an ausgewählten Stellen beschichtet sind. Wir beabsichtigen, komplexe, multifunktionale Architekturen durch selektive Modifizierung in ausgewählter Tiefe der Strukturen zu entwickeln. Nanostrukturen der Oxide von Zr, W und Sn werden im Mittelpunkt dieses Projekts stehen. Der Forschungsplan beinhaltet die Herstellung von Oxidstrukturen mit einstellbarer Porosität und Schichtdicke auf sowohl metallischen als auch transparenten Substraten.Zusätzlich zur Modifikation mit SAMs beabsichtigen wir, oxidische Nanostrukturen defektfrei mit Polymeren zu füllen. Die gefüllten Strukturen sollen entweder in Perovskit-Solarzellen zum selektiven Lochtransport (HTM, insbesondere Wolframoxide) und selektiven Elektronentransport (ETL, insbesondere Zinnoxide), oder aber zur Wirkstofffreigabe bei Implantaten (Zirkondioxid) verwendet werden. Des Weiteren ist geplant, die Methode des Polymerfüllens zur Reduktion von Artefakten in konventionellen Tiefenprofilen und zum Schutz der SAMs während der Analyse anzuwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Annabel Braem