UHV-Analytik Cluster
Final Report Abstract
Die kombinierte UHV-Analytik spielte eine dominierende Rolle in diversen DFG-geförderten Grundlagenprojekten zur Korrelation von Oberflächenchemie und Materialeigenschaften. Im folgenden seien die wichtigsten Projekte gelistet. Im DFG Schwerpunktprogramm „Partikel im Kontakt“ (SPP 1486) PIKO wurden UHV-basierte AFM Messungen der Kontaktkräfte von TiO2-Oberflächen untersucht. Hierbei gelang es zum ersten Mal, atomar saubere Kontaktkräfte unter UHV-Bedingungen mit der molekularen Struktur der Grenzfläche zu korrelieren. An einkristallinen TiO2 und Al2O3-Oberflächen erfolgte die grundlegende Analytik der Oberflächenterminierung, die für die Adsorbatbildung sowie die Selbstorganisation von aliphatischen Phosphonsäuren ursächlich sind. Im Rahmen eines von der AiF geförderten Projekts zum Korrosionsschutz von Magnesiumlegierungen (AiF IGF-358ZN) konnte mittels XPS die Selbstorganisation von schützenden Organophosponsäuren nachgewesen werden. Im SFB Transregio 87 “Gepulste Hochleistungsplasmen für die Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten“ wurde das UH-Analytiksystem in zwei Teilprojekten sehr erfolgreich eingesetzt. Bei der Charakterisierung von HPPMS TiAlN-Schichten gelang es, die Chemisorption von Sauerstoff zeitaufgelöst durch Nutzung des Multi-Kanaldetektors bei einem Partialdruck von 10^-8 mbar aufzuklären. Dabei zeigte sich eine präferentielle Oxidation von Ti zu einem Oxidationszustand (+III). Diese experimentellen Ergebnisse konnten mit der theoretischen Berechnung des Chemisorptionsprozesses in Einklang gebracht werden. Zudem wurden die Passivierungsprozesse auf MAlN(O) (M = Ti, Cr) HPPMS Beschichtungen unter atmosphärischen Bedingungen aufgeklärt. Im Rahmen der Plasmaaktivierung von Polypropylen wurde die Kombination aus der Ionenstrahlaktivierung in der Präparationskammer mit der XPS-Analyse sowie der UHV-AFM basierten Adhäsionsmessung genutzt. Oezkaya et al. konnten zeigen, dass eine O2-Ionenstrahlaktivierung zu einem initialen Sauerstoffeinbau unter Bildung von C-OH-Funktionen führt, die von einer die makromolekulare Struktur abbauenden weiteren Oxidation zu Carboxylgruppen gefolgt wird. Die chemische Strukturaufklärung erfolgte durch eine Kombination der Analyse der kernnahen Schalen sowie der Valenzbänder. Nur die initiale Sauerstofffunktionalisierung führte dabei zu einer Kontaktkrafterhöhung zu einer SiO2-Oberfläche. Bei zunehmender Oxidation der Oberfläche fiel die Kontaktkraft wieder auf einen Basiswert ab. Dies zeigt die Bedeutung der Erhaltung der makromolekularen Struktur bei der Plasmaaktivierung vor einer SiOx-Schichtabscheidung. Im Rahmen eines von der Christian-Doppler-Gesellschaft geförderten Projekts gelang es, die Selbstlokalisierung von Organothiolen und Organophosphonsäuren auf heterogenen Al/Cu-Oberflächen nachzuweisen.
Publications
- Surface chemistry and nonadecanoic acid adsorbate layers on TiO2(100) surfaces prepared at ambient conditions. Surface Science., 606 (2012), 1527
C. Kunze et al.
- Combined in situ PM-IRRAS/QCM studies of water adsorption on plasma modified aluminum oxide/aluminum substrates. Applied Surface Science, 283 (2013) 145
I. Giner et al.
- Surface chemistry of PVD (Cr,Al)N coatings deposited by means of direct current and high power pulsed magnetron sputtering. Surface and Interface Analysis, 45 (2013), 1884
C. Kunze et al.
- Surface chemistry of TiAlN and TiAlNO coatings deposited by means of high power pulsed magnetron sputtering. Journal of Physics D: Applied Physics, 46 (2013) 084003
C. Gnoth et al.
- An in situ ultra-high-vacuum (UHV)-analytical approach is used to study the surface oxidation of poly(propylene) (PP) and correlated adhesive properties. Plasma Processes and Polymers, 11 (2014) 256
B. Ozkaya et al.
(See online at https://doi.org/10.1002/ppap.201300105) - Influence of the surface chemistry on TiO2 – TiO2 nanocontact forces as measured by an UHV–AFM. Chemical Physics Letters, 597 (2014) 134
C. Kunze et al.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cplett.2014.02.036) - Temporal evolution of oxygen chemisorption on TiAlN. Applied Surface Science., 290 (2014) 504
C. Kunze et al.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.11.091)
