Dipl. Chem. Michael Erber

Die glasartige Dynamik von Polymeren mit spezieller Architektur in eingeschränkter Geometrie dünner Filme

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Kurzfassung in Deutsch

Die glasartige Dynamik in nanoskaligen Polymergeometrien ist ein hochaktuelles Forschungsgebiet, dessen Komplexität durch zahlreiche kontroverse Ergebnisse in der Fachliteratur unterstrichen wird.
Die vorliegende Dissertation liefert zu dieser Thematik einen fundierten experimentellen Beitrag, indem erstmals an identisch präparierten Polymerfilmen mittels Kombination unterschiedlicher Analysemethoden (Ellipsometrie, Breitband Dielektrischer Spektroskopie, Röntgenreflektometrie) die Glasübergangstemperatur (Tg) in begrenzter Geometrie dünner Filme bestimmt wurde. Folgende Aspekte, die zum Verständnis der glasartigen Dynamik in dünnen Filmen dienen, werden in dieser Arbeit aufgegriffen:
I) Welchen Einfluss haben attraktive, repulsive Grenzflächenwechselwirkungen zwischen Polymer und Substrat; II) Welche Rolle spielt die Polymerarchitektur (linear, verzweigt, hochverzweigt); III) Zeigen unterschiedliche Analysemethoden vergleichbare Ergebnisse und IV) In welcher Weise beeinflussen präparative und experimentelle Faktoren den Glasübergang in dünnen Filmen.

weitere Metadaten

Schlagwörter
(Deutsch)
Glasübergangstemperatur, dünne Filme, Polymer, Ellipsometrie
Schlagwörter
(Englisch)
Confinement Effects, ellipsometry, thin films, polymers
DDC Klassifikation540
RVK KlassifikationVK 8007
Institution(en) 
HochschuleTechnische Universität Dresden
FakultätFakultät Mathematik und Naturwissenschaften
ProfessurProfessur für Organische Chemie der Polymere
BetreuerProf. Dr. Brigitte Voit
GutachterProf. Dr. Brigitte Voit
Prof. Dr. Rainer Jordan
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)08.04.2010
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung29.06.2010
Veröffentlichungsdatum (online)08.09.2010
persistente URNurn:nbn:de:bsz:14-qucosa-60762
ISBN978-3-8325-2555-2
InhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis
1. Einleitung & Zielsetzung 1
2. Grundlagen: Ausgewählte Aspekte der Polymerchemie und –physik 4
2.1 Terminologie der Polymerklassen 4
2.1.1 Allgemeine Anmerkungen 4
2.1.2 Hochverzweigte Makromoleküle 6
2.1.3 Der Verzweigungsgrad 7
2.1.4 Oberflächenangebundene Polymerketten (Polymerbürsten) 9
2.2 Polymerisationstechniken 10
2.2.1 Allgemeine Anmerkungen 10
2.2.2 Polykondensation 11
2.2.3 Radikalische Polymerisation 13
2.2.4 „Atom Transfer Radical Polymerisation“ (ATRP) 15
2.2.5 Selbstkondensierende Vinylpolymerisation (SCVP) 20
2.3 Phasenübergänge in Polymeren: Das Phänomen der glasartigen
Dynamik (Glasübergangstemperatur) 23
2.3.1 Die „bulk“-Glasübergangstemperatur 23
2.3.2 Die glasartige Dynamik von Polymeren in eingeschränkter
Geometrie: Experimentelle Befunde 25
2.3.2.1 Lineare Polymere 25
2.3.2.2 Hochverzweigte Polymere 29
2.3.3 Die glasartige Dynamik von Polymeren in eingeschränkter
Geometrie: Theoretische Aspekte 30
3. Methodischer Teil 32
3.1 Methodenüberblick 32
3.2 Rasterkraftmikroskopie (AFM) 35
3.3 Ellipsometrie 36
3.3.1 Allgemeine Anmerkungen 36
3.3.2 Einwellenlängenellipsometrie (Nullellipsometrie) 40
3.3.3 Imaging-Ellipsometrie 41
3.3.4 Spektroskopische Ellipsometrie 41
3.3.5 Temperaturabhängige Ellipsometrie 42
3.3.6 „Total Internal Reflection Ellipsometry“ (TIRE) 43
3.4 Röntgenreflektometrie (XR) 45
4. Ergebnisse & Diskussion 48
4.1 Synthese und Charakterisierung von arbeitsrelevanten Polymer-
systemen 48
4.1.1 Polyester mit spezieller Architektur 48
4.1.1.1 Hochverzweigte aromatisch-aliphatische Polyester 49
4.1.1.2 Lineare aromatisch-aliphatische Polyester 53
4.1.1.3 Hochverzweigte aromatische Polyester 54
4.1.1.4 Lineares Polyacetoxystyrol mit dendritischen
Polyestergruppen 56
4.1.1.5 Hochverzweigte aliphatische Polyester 57
4.1.1.6 Hochverzweigte Polyesteramide 58
4.1.1.7 Charakterisierung 59
4.1.2 Polystyrole mit spezieller Architektur 65
4.1.2.1 Hochverzweigte Polystyrolderivate 65
4.1.2.2 Charakterisierung 69
4.1.2.3 Polymeranaloge Umsetzungen an P(4-VBC) 72
4.1.2.4 Charakterisierung 78
4.1.2.5 Hypersterne auf der Basis von P(4-VBC) 79
4.1.3 Polymerbürsten 82
4.1.3.1 Polymethylmethacrylat-Bürsten 82
4.1.3.2 Thermoresponsive PNIPAAm-Bürsten: Präparation und
Charakterisierung 84
4.1.3.3 „SPR-enhanced ellipsometry“ zur Verfolgung der
Synthese von PNIPAAm-Bürsten: Eine neue in-situ
Ellipsometrietechnik 86
4.1.4 Zusammenfassung 90
4.2 Der Glasübergang von Polymeren unterschiedlicher Architektur und
Funktionalitäten in eingeschränkter Geometrie dünner Filme 92
4.2.1 Möglichkeiten und Grenzen der temperaturabhängigen
Ellipsometrie zur Untersuchung von dünnen Polymerfilmen 92
4.2.2 PMMA: Einfluss von attraktiven und repulsiven Grenz¬flächen-
wechselwirkungen 97
4.2.3 Polyvinylpyridin: Einfluss von attraktiven Grenz¬flächenwechsel¬-
wirkungen 103
4.2.4 Lineares Polystyrol: Variation der Molmasse 105
4.2.5 Polystyrolderivate: Einfluss der Polymerarchitektur 107
4.2.6 Polyester: Einfluss der Polymerarchitektur und der Natur
funktioneller Gruppen 112
4.2.7 Einfluss von Präparationsbedingungen auf die glasartige
Dynamik dünner Polymerfilme 119
5. Zusammenfassung & Ausblick 122
6. Experimenteller Teil 128
6.1 Geräte und Hilfsmittel 128
6.2 Verwendete Chemikalien und Reagenzien 133
6.3 Initiator- und Monomersynthesen 136
6.4 Polymersynthesen 141
6.4.1 Polyester 141
6.4.2 Polystyrolderivate 151
6.4.3 Polymerbürsten 161
6.5 Substratreinigung & Schichtpräparation 162
7. Abkürzungsverzeichnis 166
8. Literaturverzeichnis 169
Appendix I

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