Lösemitteldiffusion in Nanoschichten

  • Forschungsthema:Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Sorptionsverhalten und Substrat-Lösemittel-Wechselwirkung für Polymerschichten im Nanometermaßstab
  • Typ:Bachelorarbeit
  • Datum:abgeschlossen 11/2016
  • Betreuung:

    Fritzensmeier

  • Bearbeitung:Florian Franke

Die Herstellung von organischer Elektronik aus der Flüssigphase ist in Hinblick auf die Produktion im Industriemaßstab besonders effizient. Entscheidend bei der Trocknung der Schichten ist, dass kein Restlösemittel in den fertigen Bauteilen zurückbleibt, da dies zu einem Effizienzverlust oder zu vorzeitiger Alterung führen kann. Dies stellt eine besondere Herausforderung dar, da die Diffusion im Vergleich zum zu Beginn applizierten Nassfilm bei niedrigen Lösemittelkonzentrationen im Verlauf der Trocknung stark verlangsamt ist.

In Vorarbeiten am Institut ist die Schichtdickenabhängigkeit von Diffusionskoeffizienten für verschiedene Stoffsysteme bei dünnen Schichten experimentell gezeigt worden. Dazu wurden Sorptionsexperimente mit Modellstoffsystemen und für die organische Elektronik relevanten Materialien mit Hilfe einer Quarzkristallmikrowaage an Schichten zwischen 50 nm und 500 nm durchgeführt. Die Gleichgewichtsbeladung wurde für einige Stoffsysteme als schichtdickenunabhängig identifiziert, für andere konnte ein Einfluss der Schichtdicke beobachtet werden. Mit Hilfe von Stofftransportsimulationen wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine substratnahe Schicht mit einem erniedrigten Diffusionskoeffizienten für die Schichtdickenabhängigkeit des Stofftransports verantwortlich ist. Eine fundierte Erklärung des Phänomens der substratnahen Schicht sowie für die Beobachtungen zur Gleichgewichtsbeladung ist derzeit nicht vorhanden.

In dieser Arbeit soll der Einfluss des Substrates sowie der Wechselwirkung zwischen Substrat und Lösemittel auf das Sorptionsverhalten von dünnen Polymerschichten untersucht werden. Ziel ist es, die Vermutungen zu verifizieren oder zu falsifizieren, wonach die Gleichgewichtsbeladung in dünnen Schichten erhöht ist, wenn die Wechselwirkung zwischen Lösemittel und Substrat hoch ist. Daneben soll untersucht werden, ob ein Einfluss auf den Diffusionskoeffizienten vorhanden und ein Trend beobachtbar ist.

Die Stofftransportcharakterisierung soll mit Hilfe der Quarzkristallmikrowaage erfolgen. Für die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Substrat und Lösemittel steht ein Kontaktwinkelmessgerät zur Verfügung. Die Schichten werden mit Hilfe eines Spincoaters hergestellt und in einem Profilometer vermessen.