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Komplexe Polykondensation von Ethylenglykol in einem RF-Niederdruckplasma zur Bildung funktioneller Schichten

  • Die vorliegende Arbeit widmet sich der plasmachemischen Herstellung und physikalisch-chemischen Charakterisierung von dünnen organischen Schichten auf der Basis von Ethylenglykol (Präkursor). Die Oberflächen können die Adsorption von Proteinen minimieren und daher als neues biokompatibles Material getestet werden. Im Schwerpunkt der Arbeit liegt die Entwicklung eines plasmachemischen RF-Reaktors (genannt Nevada) und einer innovativen Beschichtungstechnologie TFPD (Temperature Forced Plasma Deposition) als Erweiterung der PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Ein Gemisch aus Ethylenglykol und Argon wurde als Modellsystem untersucht. Die Plasmabedingungen und die Oberflächentemperatur wurden optimiert und an Phaseneigenschaften von Ethylenglykol angepasst. Die komplexe Polykondensation steht für die plasmagestützte Umwandlung der Kondensatschicht zu einem stabilen Poly(Ethylenglykol)-ähnlichen Plasmapolymer. Der Prozess wurde durch die simultane Temperaturkontrolle und in situ FTIR-Spektroskopie analysiert. Zur Untersuchung der erzeugten Proben wurden weitere ex situ Oberflächenanalysen wie XPS, AFM, TDS, MALDI, XRD und die optische Ellipsometrie verwendet. Durch die neue Methode TFPD entstehen extrem glatte, amorphe und wasserunlösliche Schichten mit einem Potenzial für die Biokompatibilität.
  • The present work is focused on the plasma chemical deposition and physicochemical characterization of thin organic layer based on ethylene glycol (EG, precursor). The coating can minimize an adsorption of proteins on the surface. Herewith it can be proved as a new suitable biocompatible material. The main part of the work is concentrated on the development of an RF plasma reactor (called Nevada) and on an innovative deposition technology TFPD (Temperature Forced Plasma Deposition) extending the conventional PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). A mixture of ethylene glycol and argon has been studied as a model system. The plasma conditions and the surface temperature have been optimized according to the thermodynamic properties of ethylene glycol. The complex polycondensation represents a plasma enhanced conversion of the condensed film of EG into a stable poly(ethylene glycol)-like plasma polymer. The process has been monitored by means of the simultaneous surface temperature control and in situ FTIR spectroscopy of the film. The diagnostics XPS, AFM, TDS, MALDI, XRD and optical ellipsometry have been applied in order to characterize the samples and their creation. Using the new method TFPD, the samples have been made, their surfaces are characterized by an excellent surface roughness, water insolubility and application potential for biocompatibility.

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Metadaten
Author: Jan Schäfer
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000362-2
Title Additional (English):Complex Polycondensation of Ethylene Glycol in an RF Low Pressure Plasma for Deposition of Functional Layers
Advisor:Prof., Dr. rer. nat. Jürgen Meichsner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2007/05/10
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2007/03/23
Release Date:2007/05/10
GND Keyword:Ethylenglykol, FT-IR-Spektroskopie, Hochfrequenzplasma, PECVD-Verfahren, Polyethylenglykole
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik
PACS-Classification:50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.40.-w Plasma interactions (nonlaser) / 52.40.Hf Plasma-material interactions; boundary layer effects
50.00.00 PHYSICS OF GASES, PLASMAS, AND ELECTRIC DISCHARGES / 52.00.00 Physics of plasmas and electric discharges (for space plasma physics, see 94.05.-a; for astrophysical plasmas, see 95.30.Qd; for physics of the ionosphere and magnetosphere, see 94.20.-y and 94.30.-d respectively) / 52.77.-j Plasma applications / 52.77.Dq Plasma-based ion implantation and deposition (see also 81.15.Jj Ion and electron beam-assisted deposition)
60.00.00 CONDENSED MATTER: STRUCTURAL, MECHANICAL, AND THERMAL PROPERTIES / 61.00.00 Structure of solids and liquids; crystallography (for surface, interface, and thin film structure, see section 68) / 61.20.-p Structure of liquids / 61.20.Qg Structure of associated liquids: electrolytes, molten salts, etc.
60.00.00 CONDENSED MATTER: STRUCTURAL, MECHANICAL, AND THERMAL PROPERTIES / 61.00.00 Structure of solids and liquids; crystallography (for surface, interface, and thin film structure, see section 68) / 61.41.+e Polymers, elastomers, and plastics (see also 81.05.Lg in materials science; for rheology of polymers, see section 83; for polymer reactions and polymerization, see 82.35.-x in physical chemistry and chemical physics)
60.00.00 CONDENSED MATTER: STRUCTURAL, MECHANICAL, AND THERMAL PROPERTIES / 68.00.00 Surfaces and interfaces; thin films and nanosystems (structure and nonelectronic properties) (for surface and interface chemistry, see 82.65.+r, for surface magnetism, see 75.70.Rf) / 68.49.-h Surface characterization by particle-surface scattering (see also 34.35.+a Interactions of atoms and molecules with surfaces)