Dokument: Elektrochemische und oberflächenanalytische Untersuchungen zum Verhalten Selbst-Organisierter Monoschichten von Thiolen mit intramolekularem Redox-System
| Titel: | Elektrochemische und oberflächenanalytische Untersuchungen zum Verhalten Selbst-Organisierter Monoschichten von Thiolen mit intramolekularem Redox-System | |||||||
| Weiterer Titel: | Electrochemical and surfaceanalytical investigations on the properties of Self-Assembled-Monolayers of Thiols with an intramolecular redox-system | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=5576 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20070903-144627-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Krings, Norman [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Strehblow, Hans-Henning [Gutachter] Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Thiol, SAM, Elektrochemie, XPS, STM, Nanotechnologie | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Ziel dieser Arbeit waren grundlegende Untersuchungen zur Machbarkeit eines auf Änderung der Oberflächeneigenschaften basierenden Transportsystems für kleine Volumina. Es konnte gezeigt werden, dass sich ein solches System auf Basis von Thiolen mit einer internen Redox-Gruppe erreichen lässt. Die Oberflächeneigenschaften können durch Aufprägung eines entsprechenden Potentials geändert werden und ermöglichen es einen Tropfen auf der Oberfläche zu bewegen.
Im Zuge der Arbeit konnten Erkenntnisse zur Verbesserung des verwendeten Systems gewonnen werden. Weiterhin konnten grundlegende Konzepte über die elektrische Leitung innerhalb der Moleküle bestätigt werden. So wurde gezeigt, dass ein möglichst vollständig, von einem Ende bis zum anderen Ende des Molekül reichendes, konjugiertes pi-Elektronensystem einen positiven Einfluss auf die Leitfähigkeit hat. Einen weiteren entscheidenden Einfluss auf die Leitfähigkeit des Moleküls hat die Länge der Kette. Da bei einem nicht-konjugierten konjugiertes pi-Elektronensystem die Leitfähigkeit mit steigender Kettenlänge deutlich abnimmt, andererseits auch die Oxidationsempfindlichkeit der Kette mit steigender Anzahl von konjugiertes pi-Bindungen deutlich zunimmt, erscheint es ratsam, eine möglichst kurze Kette mit konjugiertem -Elektronensystem zu verwenden. Bei der Untersuchung der Kopfgruppe auf die Leitfähigkeit des Systems konnte kein Einfluss auf die Fähigkeit des Systems nachgewiesen werden. Als negativ erwies sich, dass das Redox-System Ferrocen unter den gegebenen Bedingungen dazu neigt, zu zerfallen bzw. nach erfolgter Oxidation nicht mehr komplett in den reduzierten Zustand zurück zu kehren. Hierdurch degeneriert die Fähigkeit der Schicht zum Transport, da die Änderung des Kontaktwinkels mit jedem Zyklus (Oxidation + Reduktion) abnimmt. Für weitere Arbeiten auf diesem Gebiet erscheint es also ratsam, der Entwicklung einer stabilen Kopfgruppe besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Wie bereits erwähnt hat die Kopfgruppe an sich keinen signifikanten Einfluss auf die Leitfähigkeit des Systems, somit stehen für neue Entwicklungen mehr Freiheisgrade offen. Die Untersuchungen mit perfluorierten Thiolen als „Verdünner“ für die Monoschicht zeigten, dass diese einen positiven Einfluss auf die Änderung der Kontaktwinkel hatten, auch wenn die beiden Arten von Thiolen eher in unterschiedlichen Domänen als in einer echten Mischung existieren. Hier sind für die Zukunft noch Möglichkeiten zur Optimierung zu sehen. Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass die Funktionalität des Konzepts belegt werden konnte. Für neue Entwicklungen ist die Verwendung von kurzkettigen Thiolen ratsam, Fokus sollte aber auf die Entwicklung einer stabilen Kopfgruppe gelegt werden, um eine hinreichende Langzeitstabilität des Systems zu gewährleisten. Weiterhin erscheint die Verwendung von gemischten Thiolschichten sinnvoll, da dies den Einsatz der Redox-aktiven Spezies reduziert, die grundlegende Bedeckung der Oberfläche verringert und somit einer Schädigung über Fehlstellen entgegenwirkt und einen positiven Einfluss auf die Änderung der Kontaktwinkel hat.Aim of this work was a principal investigation of the feasibility of a transport system for small volumina based on the change of surface properties. It was shown that this goal can be achieved by the use of a system based on thiols with an intramolecular redox-system. In such a systems surface properties can be changed by alternating the electrochemical potential of the surface and thus droplets may be moved on the surface. The work also yielded information about how to optimise the investigated system. Furthermore existing models about the intramolecular electron-conductivity could be verified. It was shown that a complete pi-electron system, reaching from one end of the molecule to the other end, has a positive effect on the conductivity within the molecule. Another significant factor for conductivity is the length of the molecule’s chain. As the conductivity of a molecule largely decreases with the length of an unconjugated pi-system in the chain and the sensibility for an oxidative destruction of a molecule increases with the length of a conjugated pi-system, the use of short molecule with a conjugated pi-system is desirable. The investigation of the influence of different head-groups on the molecular conductivity showed no significant influence of the head-group for the system’s ability. A negative effect for the targeted use of such a system was the tendency of oxidative degeneration of the ferrocene system which caused a decrease in the amount of active thiols after each oxidation / reduction cycle of the surface. This also results in a decrease of the system’s ability to transport droplet, as the change in surface energy decreases with each cycle. A primary goal of future studies should be in the development of a stable head-group. As mentioned before there is no major influence of the head-group on the system and conductivity which allows a variable construction of head-groups. Investigations on the influence of fluorated thiols as “dilutor” for the thiol monolayer showed a positive effect on the change of the contact angle. However both thiol species rather tend to exist in separate domains than in a true mixed layer. Future investigation of this phenomenon may lead to additional ways to optimise the system. It can be concluded that the concept was proven. For future development the use of thiols with short chains seems to be advisable, focus of future work should be on the development of a stable head-group which allows long term use of the system. Furthermore the use of mixed thiol layers is desirable as these layers allow the reduction of the amount of redox-active species on the surface and increase the covering of the surface which helps to minimize the effect of surface defects. Mixed layers also increase the change in surface energy and thus lead to more different contact angles which results in a faster and more reliant transport of droplets. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 23.08.2007 | |||||||
| Dateien geändert am: | 23.08.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.03.2007 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.07.2007 |
