Plasmainduzierte Modifikation selbstorganisierender Polystyrolkugeln mittels dielektrisch behinderter Entladung

Die Fähigkeit von Kolloiden zur Selbstorganisation ist nicht nur ein faszinierendes Naturphänomen sondern wird heutzutage in vielen technischen Anwendungen genutzt. So kommen unter anderem bei der Entwicklung von Batterieelektroden und Katalysatorträgern kolloidale Kristalle zum Einsatz. Häufig werden Polymerkolloide verwendet, die von allen Verfahrensschritten moderate Temperaturen verlangen. Deshalb eignen sich kalte Plasmen, zum Beispiel Dielektrisch Behinderte Entladungen (DBE), zur Weiterverarbeitung der kolloidalen Kristalle. Diese Arbeit greift drei aufeinander aufbauende Fragestellungen aus dem Bereich kolloidaler Kristalle auf, deren Gemeinsamkeit darin besteht, dass die Lösungsansätze auf dem Einsatz der DBE basieren. Die elektrochemische Abscheidung von leitenden Materialien in den Zwischenräumen kolloidaler Kristalle ist ein Verfahren, dass unter anderem der Herstellung dreidimensionaler geordneter makroporöser (3DOM) Materialien für Batterieelektroden dienen kann. Gerade bei dafür relevanten Materialien, wie Kupfer, Aluminium und Lithium kommt es während der elektrochemischen Abscheidung aus Ionischen Flüssigkeiten häufig zur Verschiebung der Kolloide. Das Material verliert dadurch die gewünschte Struktur. Ein Verfahren, dass diese Verschiebung durch die Kombination einer DBE in Sauerstoff mit einer Polysiloxanbeschichtung zu verhindern vermag wird vorgestellt. Anschließend wird die Frage beantwortet, ob sich 3DOM-Materialien durch eine Beschichtung kolloidaler Kristalle in einer DBE erzeugen lassen, die aus Materialien bestehen, deren Abscheidung elektrochemisch nicht möglich ist. Unter Anwendung der DBE in einem Gemisch aus Stickstoff und Silan werden 3DOM-Strukturen aus Siliziumnitridverbindungen präpariert. In einem weiteren Schritt lassen sich diese Verbindungen durch Plasmabehandlung umwandeln, sodass ohne Veränderung der Ordnung Siliziumdioxidstrukturen entstehen. Die zuvor gewonnenen Ergebnisse in den Bereichen Funktionalisierung und Beschichtung mittels DBE lassen sich auf zweidimensionale kolloidale Kristalle übertragen. Ein Konzept zur lithografischen Präparation strukturierter Substrate wird vorgestellt. Die DBE wird dabei zum Plasmaätzen der Kolloide in Sauerstoff und zur Beschichtung der Substrate eingesetzt.The ability of colloids to form self-organized structures is not only a fascinating natural phenomenon, but is nowadays used in many technical applications. Among other scientific areas colloidal crystals find application in the developement of battery electrodes and catalyst supports. Mostly polymer colloids are in use, which require moderate temperatures in all process steps they pass. Therefore cold plasmas, like Dielectric Barrier Discharges (DBD), are suitable for such processes. in this work three consecutive issues are studied, who have in common that the approach for their solution includes the application of a DBD. The electrochemical deposition of conducting materials in the interstices of colloidal crystals is a procedure, which can be used to prepare threedimensional ordered macroporous (3DOM) materials for battery applications. Especially relevant materials like copper, aluminum and lithium show a tendency to relocate the colloids during electrochemial deposition from Ionic Liquids. The material loses its desired ordered structure. A procedure that prevents this relocation based on a DBD treatment in oxygen and the deposition of a polysiloxane layer is introduced. Subsequently the question if 3DOM-materials can be produced by coating of colloidal crystals in a DBD is adressed. It is shown that 3DOM-structures consisting of silicon nitride compounds and silicon dioxide can be prepared in a DBD. The aforementioned results in functionalization and material deposition by DBDs are transferred to twodimensional colloidal crystals. A concept for the lithographic preparation of structured substrates is introduced. The DBDs are applied for plasma etching of the colloids and for the coating of the substrates

Oxygen-Free Production—From Vision to Application

As oxygen negatively affects most production processes in the metalworking industry, a truly oxygen-free production environment appears attractive in terms of the resulting material and component properties. This overview summarizes research conducted within the Collaborative Research Centre (CRC) 1368. The objectives of this CRC are twofold. First, a fundamental understanding of the mechanisms that govern the interaction between a metal surface and the environment is established. Second, it is researched how this understanding can be exploited to improve current production processes and even develop completely new ones. Herein, data obtained within the first funding period, which already demonstrate that significant effects can be realized in processes such as thermal spraying, cold rolling, compound casting, laser brazing, milling or hot stamping to name just a few examples, are presented. In addition, key aspects such as initial deoxidation of the workpieces, their transport under conditions that prevent reoxidation, and the tools needed to establish and control an oxygen-free process environment are given, and the ramifications with respect to actual applications are discussed

Nastanek nanodelcev srebra na ligninu in dveh njegovih predhodnikih

Metastable Induced Electron Spectroscopy, Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (He I and He II), X-ray Photoelectron Spectroscopy, and Atomic Force Microscopy were employed to study the interaction of silver with lignin as well as with two of its natural precursors coniferyl alcohol and sinapyl alcohol. For all three of them, no chemical interaction between the adsorbed silver and the organic substrate was found in the first place. Nevertheless, silver nanoparticles were found in all three cases after contact with air. Thus, a decomposition process is suggested, similar to the previously found catalytic decomposition of cinnamyl alcohol by water in the presence of silver atoms.Metastabilna elektronska spektroskopija, ultravijolična fotoelektronska spektroskopija (He I in He II), rentgenska fotoelektronska spektroskopija in mikroskopija z atomsko silo so bili uporabljeni za preučevanje interakcije srebra z ligninom ter z njegovima naravnima predhodnikoma koniferil alkohol in sinapil alkohol. Pri vseh treh ni bilo ugotovljene kemijske interakcije med adsorbiranim srebrom in organskim substratom. Kljub temu so bili v vseh treh primerih po stiku z zrakom najdeni nanodelci srebra. Tako je predlagan postopek razgradnje, podoben predhodno ugotovljenemu katalitskemu razkroju cimetovega alkohola z vodo v prisotnosti atomov srebra

Mechanismen der Oberflächendesoxidation während des Vakuumlötens von Edelstählen

Das Vakuumlöten von korrosions- und hitzebeständigen Edelstählen ist eine wichtige-Fügetechnik, die unter anderem in der Produktion von Abgaskomponenten für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird. Die physikalischen und chemischen Vorgänge, die während des Lötprozesses an den Grenzflächen stattfinden, sind kaum untersucht. Mit dem Ziel, aus dem Verständnis dieser Prozesse heraus die Lötbarkeit von Hochleistungsstählen zu verbessern, wird ein Vergleich zwischen einem aluminiumhaltigen ferritischen Edelstahl und einem aluminiumfreien austenitischen Edelstahl gezogen. Anschließend wird ein Ansatz zur Verbesserung der Lötfähigkeit von Edelstählen in silandotiertem Argon-Grobvakuum vorgestellt

Characterization of Molecular Interactions in the Bondline of Composites from Plasma-Treated Aluminum and Wood

Wood and aluminum composites are becoming increasingly attractive due to their ability to combine the advantages of both materials: the lightweight nature of wood and the strength of aluminum. However, using conventional wood adhesives like polyvinyl acetate (PVAc) to bond these dissimilar materials is challenging and requires special surface treatments. Prior studies have demonstrated that applying a dielectric barrier discharge plasma treatment significantly enhances shear and bending strengths in beech wood/aluminum bonds. This study focuses on the molecular interactions between PVAc and aluminum or beech wood influenced by plasma surface modification. Surface-sensitive methods, including X-ray photoelectron spectroscopy, infrared reflection adsorption spectroscopy and atomic force microscopy, were employed to characterize the PVAc films on the corresponding surfaces and to identify possible interactions. The ultrathin PVAc films required for this purpose were deposited by spin coating on untreated and plasma-treated aluminum. The aluminum surface was cleaned and oxidized by plasma. Additionally, hydroxyl species could be detected on the surface. This can lead to the formation of hydrogen bonds between the aluminum and the carbonyl oxygen of PVAc after plasma treatment, presumably resulting in increased bond strength. Furthermore, the beech wood surface is activated with polar oxygen species