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häufig gestellte Fragen
Welche Oberflächen lassen sich mit SAMs beschichten?
Wie kann ich mir den Ablauf der Beschichtung vorstellen?
Wie groß ist der technische oder zeitliche Aufwand für eine Beschichtung?
Müssen die Oberflächen vor der Beschichtung vorbehandelt werden?

Wenn Sie weitere Fragen haben oder sich für ein bestimmtes Thema interessieren, können Sie gerne Kontakt aufnehmen. Oder schreiben Sie an: info@schloerholz.com

 

Substrate
sind grundsätzlich die zu beschichtenden Oberflächen. Üblicher Weise sind dies für die SAM-Technologie Metalle, bzw. Metalloxide.
Als besonders geeignet haben sich bislang neben den Edelmetallen wie Gold und Silber auch oxidischen Oberflächen wie Eisen, Titan oder Aluminium erwiesen. Dabei brauchen diese Metall nicht als Reinstoff vorliegen. Sowohl auf dotierten Metallen wie auch auf Legierungen sind solche Beschichtungen möglich.
Prinzipiell ist auch eine Beschichtung von Silizium realisierbar - allerdings unter deutlich erschwerten Bedingungen.
Jedoch ist von Fall zu Fall zu prüfen, ob sich bestimmte Oberflächen auf diese Weise beschichten lassen. Neben dem Material spielt die Struktur der Oberfläche und dessen Reinheit eine entscheidende Rolle für die Qualität und die Stabilität der ausgebildeten Monolage.

Daher ist es auch nicht weiter verwunderlich, daß eine Oberfläche direkt vor ihrer Beschichtung intensiv gereinigt werden muß. Gewöhnliche Verunreinigungen aus der umgebenden Luft setzen sich auf der Oberfläche ab... Seitenanfang


Adsorbate
Oberflächenaktive Substanzen, die unter bestimmten Voraussetzungen in der Lage sind, über Ankergruppen Bindungen zur Oberflächen ausbilden. Seitenanfang


Ankergruppen
Moleküle lassen sich in funktionelle Gruppen aufteilen, die die chemischen Eigenschaften - also auch ihre Reaktivität - bestimmen. Die für eine oberflächenaktiven Substanz veratwortliche funktionelle Gruppe wird Ankergruppe genannt. Schon der Begriff macht deutlich, daß diese Gruppe eine Bindung zur Oberflächen ausbilden kann und somit das Molekül "verankert".
Solche Ankergruppen sind z.B. organische Säuren, Thiole oder Silane. Seitenanfang


Hydrophilie / -phobie - Amphiphilie
Beschreibt im eigentlichen Sinne das Verhalten eines Stoffes oder eines Moleküls gegenüber Wasser (griech. Hydros). Allgemeiner meinen diese Begriffe jedoch das Verhalten gegenüber polaren Stoffen.
Wasser ist ein relativ stark polares Molekül, und so zeigt ein hydrophiles (griech. phil = liebend), also ein Wasser-liebendes Molekül gegenüber polaren Stoffen starke Anziehungskräfte. Entsprechend bildet eine hydrophobe (griech. phob = ablehnend) Substanz entsprechend keine oder nur schwach bindende Wechselwirkungen aus.
Amphiphile Moleküle hingegen können sowohl gegenüber polaren als auch unpolaren Stoffen Wechselwirkungen ausbilden. Diese Eigenschaft macht amphiphile Moleküle für Anwendungen interessant, bei denen es um eine Vermischung oder das Lösen von polaren und unpolaren Stoffen geht, die eigentlich unmischbar sind. Dies ist bspl. bei Waschmitteln der Fall. Seitenanfang


Lotus-Effekt - superphobe Oberflächen
Mit diesem Phänomen läßt sich eine Änderung in der Benetzbarkeit von Oberflächen beeindruckend demonstrieren.
Solche Oberflächen scheinen vollkommen "unantastbar" für jede Art von Flüssigkeiten zu sein. So rollt sogar ein klebriger Honigtropfen scheinbar ohne eine Berührung von dem Blatt einer Lotuspflanze ab.
Mittlerweile lassen sich auf unterschiedliche Arten solche Oberflächen künstlich herstellen. Zumeist wird dabei die extrem rauhe Struktur der Lotusblattes nachempfunden.
Bei der Herstellung von solchen superphoben Oberflächen mit einer Monolage werden hingegen polare Wechselwirkungen innerhalb eines Moleküls geschickt ausgenutzt, so daß eine abstoßende Kraft gegenüber einer Flüssigkeit entsteht. Seitenanfang


Komplex-Bindungen
stellen eine Gruppe von chemischen Bindungen dar, die weder der kovalenten, noch einer ionischen Bindung zugeordnet werden können. In ihrer Sruktur ist sie komplexer, d.h. es sind verschiedene Mechanismen vorhanden, die die Bindung zwischen den beiden Bindungspartnern ausbilden lassen.
Sehr häufig kommt eine solche komplexe oder koordinative Bindung zwischen einem (Metall-)Ion und einem organischem Molekül zustande. Wobei das Ion dabei i.d.R. von mehreren Seiten gleichzeitig (wie bei einer Zange) "eingeklammert" wird. Seitenanfang


Ober- und Grenzflächen
Eine Oberfläche ist der Teil eines Stoffes oder Körpers, der mit seiner direkten Umgebung (etwa Luft) in Kontakt steht und den wir wahrnehmen, also sehen oder anfassen können.
Allgemeiner spricht man von einer Grenzfläche, wenn zwei unterschiedliche Stoffe mit verschiedenen (etwa Glas/Wasser oder Wasser/Luft) oder gleichen (etwa Wasser/Öl) Aggregarzuständen in Kontakt zueinander stehen. Grenzflächen werden immer da ausgebildet, wo sich der eine Stoff mit dem anderen nicht mischt oder sich nicht im anderen lösen läßt. Seitenanfang


Vorbehandlung
Unter normalen Bedingungen ist es nahezu unmöglich, absolut saubere Oberflächen herzustellen. In einer gewöhnlicher Umgebungsluft sind immer molekulare Verunreinigungen enthalten, die sich auf allen Oberflächen absetzen und mit SAM-Adsorbaten in Konkurrenz stehen.
Um eine Monolage ausbilden zu können, ist es wichtig, die Verunreinugungen zu entfernen. Dabei werden spezielle Reinigungsmethoden verwendet, dessen Einsatz jedoch für jede Oberfläche und Anwendung neu optimiert werden muß. Seitenanfang


Präparation
Nach der Vorbehandlung sind die Oberflächen für eine Präparation geeignet.
Die Bildung der Monolage geschieht aus einer verdünnten Lösung. Daher muß das zu beschichtende Substrate mit der Lösung über einen Zeitraum von zumindest einigen Minuten in Kontakt kommen. Dies kann im Einzelfall zu Problemen führen. Allerdings gibt es auch hier Möglichkeiten diese Probleme zu umgehen. Seitenanfang


SAM - self assembled monolayer
Eine Monolage beschreibt eine Schicht auf einer Oberfäche mit einer Schichtdicke von idealer Weise einer Moleküllänge. Je nach Bildungsart dieser Schicht wird sie auch als SAM (self assembled monolayer) bezeichnet.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Beschichtungen (z.B. Farben oder Lacken) besteht eine Monolage nicht aus Polymeren, sondern aus monomeren Molekülen, die sich selbstordnend aus einer Lösung auf der Oberfläche abscheiden.
Dazu besitzen die Moleküle spezielle, funktionelle Gruppen, die auf die zu beschichtende Oberfläche abgestimmt werden müssen. Seitenanfang


Bildung eines SAMs
Ein SAM wird naßchemisch aus einer Lösung von Adsorbat-Molekülen gebildet. Dabei läßt sich der Bildungsprozeß einer Monolage in zwei Schritte unterteilen: Zunächst physisorbieren die SAM-Moleküle in einem schnellen Schritt an der Oberfläche. Dieser Anlagerungsschritt erfolgt in wenigen Sekunden bis Minuten.
Der zweite Schritt ist der langsamere und somit der kinetisch entscheidende. Nach der Adsorption ordnen sich nun die Moleküle binnen Stunden oder u.U. sogar Tagen zu einem SAM.
Die Chemisorption - also die Ausbildung von chemischen Bindungen zur Substrat-Oberfläche - geschieht dabei allmählich. In Kombination mit der hohen Ordnung der Monolage erhält ein SAM so seine Stabilität. Seitenanfang


(chemische) Lithographie
Dieser Begriff bedeutet wörtlich übersetzt "in den Stein schreiben" und stammt von dem Vorläufer der heutigen Offset-Druck-Technik, bei dem ein Stein als Druckplatte diente.
Bei der chemischen Lithographie wird eine Oberfläche (nicht zwingend ein Stein) statt mit einem Meißel auf chemischen Weg behandelt, so daß eine "geschriebene" Struktur entsteht.
Dabei muß diese Struktur nicht zwangsläufig mit dem bloßen Auge (etwa wie bei Gravurspuren) erkennbar sein. In einigen Fällen lassen sie sich wiederum nur mit chemischen Hilfsmitteln (z.B. chemischen Markern) sichtbar machen. Seitenanfang


Präfix: "Nano"
Diese in der heutigen Wissenschaft quasi als ein Schlagwort für Forschritt und Inovation benutzte Vorsilbe ist lediglich eine Größenangabe. Sie stammt von dem griechischem Wort nanos = Zwerg ab.
Genau wie "Milli-" das "tausendste" beschreibt, ist "Nano-" das "tausend-millionste". Ein Nanometer (nm) ist also das 0,000 000 001-fache eines Meters.
In dieser (fast unvorstellbar kleinen) Dimension bewegen sich die Abmessungen von Molekülen. Ein typisches Molekül hat eine Länge von etwa 2 nm.
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