Among the materials that can be treated in order to impart superhydrophobic properties are many originally hydrophilic metals. For this, they must undergo a sequential treatment, including roughening and hydrophobic coating. This contribution presents various preparation routes along with various characterization methods, such as dynamic contact angle (DCA) measurements, scanning electron microscopy (SEM) and spectroscopic techniques (FT–IRRAS, XPS, EIS). Micro-rough surfaces of pure and alloyed aluminum were generated most easily by using a modifie Sulfuric Acid Anodization under Intensifie conditions (SAAi). This produces a micro-mountain-like oxide morphology with peak-to-valley heights of 2 μm and sub-μm roughness components. Additionally, micro-embossed and micro-blasted surfaces were investigated. These micro-roughened initial states were chemically modifie with a solution of a hydrophobic compound, such as the reactive f uoroalkylsilane PFATES, the reactive alkyl group containing polymer POMA, or the polymer Teflo ® AF. Alternatively, the chemical modificatio was made by a Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) of a PTFE layer. The latter can form a considerably higher thickness than the wet-deposited coatings, without detrimental leveling effects being observed in comparison with the original micro-rough surface. The inherent and controllable morphology of the PTFE layers represents an important feature. The impacts of a standardized artificia weathering (WTH) on the wetting behavior and the surface-chemical properties were studied and discussed in terms of possible damage mechanisms. A very high stability of the superhydrophobicity was observed for the f uorinated wet-deposited PFATES and Teflo ® AF coatings as well as for some of the PTFE layer variants, all on SAAi-pretreated substrates. Very good results were also obtained for specimens produced by appropriate mechanical roughening and PTFE coating.

In dieser Dissertation wird eine umfassende Untersuchung von Perowskit-Tintenformulierungen für die Herstellung von hocheffizienten MAPbI3- und FAPbI3-Bauelementen durchgeführt. Darüber hinaus schlagen wir einen kombinatorischen Slot-Die-Beschichtungsansatz für das Screening und die Herstellung von Perowskit-Zusammensetzungen vor. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Slot-Die-Beschichtung eine vielversprechende Technik für die Hochskalierung von Metallhalogenid-Perowskit-Dünnschichten ist. / This dissertation gives a comprehensive investigation into perovskite ink formulations for the fabrication of highly efficient MAPbI3 and FAPbI3 devices. Additionally, we propose a combinatorial slot-die coating approach for screening and fabricating perovskite compositions. These results demonstrate that slot-die coating is a promising technique for the upscaling of metal-halide perovskite thin-films.

In der vorliegenden Arbeit wird, ausgehend vom Stand der Wissenschaft und Technik des Lichtbogendrahtspritzens, das Verwenden von chromreichen Fe-Basislegierungen zur Herstellung von korrosionsbeständigen und gleichzeitig tribologisch geeigneten Zylinderlaufbahnbeschichtungen für Verbrennungsmotoren untersucht und qualifiziert. Der Einfluss der gewählten Werkstoffe und die durch die Beschichtung resultierenden Schichteigenschaften werden anhand von Ergebnissen der Tribologie- und Korrosionstests verglichen. Die Bewertung liefert einen Beitrag zum Verständnis der Mechanismen bei der Herstellung solcher Funktionsschichten. Es werden sowohl materialografische als auch diverse andere Charakterisierungsmethoden herangezogen. Ergänzt werden die Ergebnisse durch die Voraussage des motorischen Verhaltens und der anschließenden motorischen Qualifizierung des neuen Beschichtungssystems sowie die darauf folgenden Befundungen, welche der Bestätigung der theoretischen und im Laborumfeld ermittelten Erkenntnisse zum tribologischen und korrosiven Verhalten solcher Systeme dienen. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion und einem Ausblick und gibt Empfehlungen für weiterführende Vertiefungen auf diesem Gebiet. / In the presented work it has been researched and qualified based on the knowledge about twin wire arc spray deposition states, the utilization of iron base chromium materials as a corrosion resistance and tribological useful cylinder liner coating for engine applications. The influence of the material selection and the produced twin wire arc coating properties has been compared with the results of the tribology and corrosion test. The comparison allows the understanding of the circumstances and relation by producing such functional coatings. Several materialographic-, tribological and corrosion tests have been done. In addition, the testing results were confirmed by a real engine application and a final analyses of the coating after engine run which delivers more information to understand the theory and laboratory testing results. The work discusses the achieved results and gives a forecast for further investigations in this field of science.

Eine nachträgliche Verfestigung von nähgewirkten multiaxialen Gelegen führt zu einer verbesserten Ausnutzung der Verstärkungsfadeneigenschaften. Zu diesem Zweck wurden Lösungsansätze für eine entsprechende Verfestigungseinrichtung gesucht und bewertet. Drei Anlagenvarianten wurden durch die Kombination verschiedener Verfahren (Strahlungswärme, die Kombination aus Wärme und Druck sowie Walzenbeschichtung) und Bindemittel (Thermoplaste in verschiedenen Aufmachungen, Beschichtungsmassen) entworfen. Sie bieten auf die Einsatzzwecke Produktion, Laborbetrieb und geringster Aufwand abgestimmte Eigenschaften. / The additional stabilization of open grid warp knits provides a better exploitation of the reinforcing yarns. To realize such an additional stabilization, various possible methods have been examined and assessed. Three different types of stabilization installations have been developed by combining the most promising technologies (infrared radiation, combination of heat and pressure, roll coater) and binding agents (thermoplastics, liquid agents). These installations offer special fea-tures for different needs: production, laboratory and least expense.

In this work, hyperbranched aromatic polyesters-polyphenols based on 4,4-bis(4’ hydroxy¬phenyl)pentanoic acid (BHPPA) were prepared and, according to the authors knowledge, for the first time tested as precursors for polyurethane bulk resins and coatings. Comparison of poly-BHPPA with competing products The materials prepared in this work show better properties than their aliphatic polyester-polyol analoga based on 2,2-bis-(hydroxymethyl)propanoic acid (BHMPA). Especially, the solubility of poly-BHPPA in organic solvents is better and poly-BHPPAs also do not tend to microphase separation during their reaction with isocyanates, in contrast to poly-BHMPAs. The poly-BHPPA and the polyurethane networks made from them display higher Tg values than analogous poly- BHMPA compounds. Because of the high Tg of the reacting and final systems, curing must occur at elevated temperatures (90°C) in order to avoid undercure. The lower reactivity of phenolic OH groups prevents the reaction from being too fast at that temperature. A drawback of the polyurethanes based on the aromatic polyesters-polyols prepared is the lower thermal stability of their urethane bonds, if compared to aliphatic urethanes. An interesting possibility for future investigations would be the modification of the BHPPA monomer in order to change the OH functionality from phenolic to aliphatic OH, e.g. by replacement of the phenolic OH by hydroxymethyl or hydroxyethyl groups (requires a strong modification of the monomer synthesis) or simpler by reacting the phenolic OH of BHPPA with a suitable reagent like oxirane, which would lead to groups like O-CH2-CH2-OH in the place of the phenolic OH. Such a BHPPA modification should in turn yield modified “poly-BHPPA” polycondensates, which would combine the advantages of poly-BHPPA with those of aliphatic OH precursors of polyurethanes. Poly-BHPPA synthesis Hyperbranched polymers of the 4,4-bis-(4’-hydroxyphenyl)pentanoic acid (BHPPA) were synthesized successfully by the catalyzed (by dibutyltin diacetate) polycondensation of BHPPA. The products obtained were oligomers with number average molecular weight ranging from 1800 to 3400 g/mol (polymerization degree of ca. 6 to 12), displaying a first moment of functionality in the range 7 to 14. Such products were good OH precursors for the preparation of polyurethane coatings, because higher functional polymers would gel at low conversions. The analysis of the functional groups (determination of acid and hydroxyl numbers) and the 1H-NMR and the 13C-NMR spectroscopy were found to be good methods for the determination of molecular weights. The polydispersity of the poly-BHPPA products was in the range 3.5 to 6. Their degree of branching was found to be in the range 0.36 to 0.47. Poly-BHPPA containing aliphatic polyols as core monomers were also prepared successfully. Difunctional and trifunctional core monomers usually reached a full conversion of their OH groups, while the tetra- and hexafunctional core monomers were converted only to 89%. In all these products however, a considerable amount, usually even a majority, of the polymer molecules were core free. The poly-BHPPA products prepared displayed relatively high glass transition temperatures, in the range of 84°C to 114°C, obviously due to interactions between the phenol groups and to hydrogen bridging. The thermal stability of these products was also high, with decomposition occurring near 350°C (at a heating rate of 10°C / min) Kinetics investigations of the poly-BHPPA reactivity towards isocyanates The poly-BHPPA are polyphenols and were expectedly found to react significantly slower with isocyanates than aliphatic alcohols. The reactivity of poly BHPPA was also found to be somewhat lower than that of the monofunctional, low molar-mass 4 ethylphenol. Hexamethylene diisocyanate trimer, Desmodur N3300, was found to be more reactive than hexamethylene diisocyanate (HDI) or butyl isocyanate in all experiments, possibly due to a substitution effect. The substitution effect can be explained by a change of microenvironment caused by conversion of isocyanate group and OH group into urethane groups. The reactions of low-molecular-mass alcohols or phenols with low molecular weight isocyanates followed well the 2nd order kinetics, while the reactions of poly-BHPPA with isocyanates show deviations from ideal 2nd order kinetics at higher conversions. All the kinetics experiments were carried out under catalysis by dibutyltin dilaurate. This catalyst inhibits the undesired reaction of isocyanate groups with moisture. It was also found that the catalysis was necessary to reach reasonable curing times for poly-BHPPA based polyurethane networks. The uncatalyzed systems reacted extremely slowly. Preparation of polyurethane networks from poly-BHPPA The poly BHPPA products prepared were used successfully as OH functional precursors of polyurethane networks. The networks prepared contained only very low sol fractions. Acetone and also ethylene diglycol dimethylether (diglyme) were found to be good swelling solvents for the networks prepared, while methyl propyl ketone was a much poorer solvent and aromatic compounds like toluene or xylene practically did not swell the poly BHPPA based polyurethanes. The networks prepared contain a relatively high amount of cyclic bonds, 40 to 50% in the finally cured state, which is an expected result for systems with precursors of high functionality and with small distances between the functional groups. The temperature of glass transition (Tg) of the networks prepared (ranging from 68°C to 126°C) depends of the poly BHPPA precursor used: it increases with increasing molecular mass and with increasing core functionality. The choice of the isocyanate crosslinker also influences Tg: the networks made from HDI show higher Tg values, than networks made from the same poly BHPPA but crosslinked with Desmodur N3300 (Tri HDI). The urethane bonds in the networks prepared start to decompose near 140°C. The easier degradation of PU with aromatic urethane bonds is a disadvantage in comparison with aliphatic polyurethanes, whose decomposition starts at 200°C. The surfaces of polyurethane coatings prepared are smooth, displaying a roughness of ca. 20-25 nm, and relatively hydrophilic: the contact angle with water was found to be near 80°. The prepared networks are also relatively hard, possessing the Shore D hardness of 70.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer Polyurethanschicht mit poröser Kapillarstruktur zu erarbeiten. Die Fällung (Koagulation) einer Polyurethanlösung erfolgt durch kontrollierte Freisetzung von Fällmittel aus einem zugesetzten, thermisch sensiblen und porös umhüllten Hydrogel. Bei Erwärmung auf eine stoffspezifische Temperatur setzt das Hydrogel Wasser frei, das die Fällung initiiert. Gegenüber der Fällung in einem Fällbad erzielt diese Verfahrensweise deutliche Verbesserungen. Die umhüllten Gele wurden mit Hilfe rheologischer, thermoanalytischer und weiterer Untersuchungsmethoden umfassend charakterisiert. Dadurch gelang es, eine Hüllenstruktur auszuwählen, die den spontanen Austausch von Löse- und Fällmittel verhindert und gleichzeitig die Wasserfreisetzung gewährleistet.

Innerhalb der Arbeit wurden mit Hilfe eines DC-Glimmplasmas im Vakuumbereich zwischen 100 und 400 Pa auf kathodisch geschalteten, metallischen Substraten mittels silicium- und bororganischen Verbindungen Schichten abgeschieden. Unter den gewählten Bedingungen war eine Abscheidung von amorphen Hartstoffschichten bei niedriger Substrattemperatur (ca. 200–450 °C), geringem apparativen Aufwand und hohen Abscheideraten (bis zu 2.5 µm min-1) möglich. Anhand der Abscheidung mit Hexamethyldisilazan (HMDSN) und unterschiedlichen Arbeitsgasen (Wasserstoff, Argon, Stickstoff, Ammoniak, Sauerstoff, bzw. ohne Arbeitsgas) wurde der grundlegende Einfluss der Beschichtungsparameter (Plasmaleistung, Prozessdruck, Precursorfluss und Substratgröße) auf unterschiedliche Schichteigenschaften (Mikrostruktur, Ele-mentgehalt, optische und mechanische Eigenschaften) sowie auf die Abscheiderate untersucht und diskutiert. Zudem wurde das Abscheideverhalten von zwei weiteren siliciumorganischen, zwei borsiliciumorganischen und einer bororganischen Verbindung untersucht. Um Aussagen zum Wachstumsmechanismus treffen zu können, wurden mit Hilfe der differentiell gepumpten Massenspektroskopie quantitative Untersuchungen an den Reaktionsprodukten durchgeführt. Weiterhin wurde ein Beitrag zur Anwendung der IR-Spektroskopie in Reflexion zur Charakterisierung der auf nichttransparenten Substraten abgeschiedenen Schichten geleistet. Mittels einer numerischen Simulation der Spektren konnte die Schichtdicke, die Brechzahl sowie das Spektrum der Absorptionskonstante zur quantitativen, strukturellen Charakterisierung der abgeschiedenen Schichten ermittelt werden.

Techn. Hochsch., Diss.--Aachen, 2006.

Zugl.: Dresden, Techn. Universiẗat, Diss., 2009.

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung antimikrobieller Dünnfilme mit Ag, Cu oder Zn, welche durch Anwendung einer Atmosphärendruck-Plasmatechnologie abgeschieden wurden. Bei der Abscheidung solcher Schichtsysteme ist von Wechselwirkungen zwischen dem Plasma und der Holzoberfläche auszugehen. Um solche Effekte abschätzen zu können wurden Versuche hinsichtlich makroskopischer, mikroskopischer und molekularer Materialeigenschaften durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden primär mit dem Ziel durchgeführt, mögliche Wechselwirkungen zwischen dem reaktiven Plasma und Plasmabestandteilen mit der Oberfläche des Holzes besser zu verstehen und in zukünftigen Prozesses gezielt anwenden zu können. Unabhängig von der verwendeten Plasmaquelle und Holzart führten die Behandlungen zu einer verbesserten Benetzbarkeit der Holzoberfläche mit Wasser und zu einer deutlichen Erhöhung der polaren Komponente der Oberflächenenergie. Der Nachweis molekularer Veränderungen wurde durch ATR-FTIR- und XPS-Untersuchungen (einschließlich chemischer Derivatisierung) durchgeführt. Um den Einfluss von Holzinhaltsstoffen und Holzinhomogenitäten zu reduzieren, wurde der Einfluss auf die Holzbestandteile Cellulose und Lignin untersucht. Nach der Plasmabehandlung konnte die Bildung von O-C-Doppelbindungen durch ATR-FTIR für beide Materialien bestätigt werden. Die Bildung von sauerstoffhaltigen, polaren Funktionalitäten auf Cellulose und Lignin konnte auch durch XPSMessungen bestätigt werden. Die chemische Derivatisierung von Cellulose in Kombination mit XPS hat die Bildung von O-C-Doppelbindungen in Verbindung mit dem Abbau von OH-Gruppen aufgezeigt. Ein qualitativ vergleichbarer Behandlungseffekt konnte zwischen Plasma- und Ozonbehandlung nachgewiesen werden; Quantitativ waren die Plasmabehandlungseffekte jedoch deutlich ausgeprägter. Somit kann das vom Plasma gebildete Ozon nicht allein für den Behandlungseffekt verantwortlich sein, und weitere Reaktionsmechanismen müssen in die Interpretation der Ergebnisse einbezogen werden. Untersuchungen zur Abscheidung von SiO2- und TiO2 Schichten haben gezeigt, dass die Prozessparameter exakt angepasst werden müssen. Die Schichtqualität wurde maßgeblich durch die Wahl der chemischen Vorläufer und den Abstand zwischen dem Eintrittspunkt dieser Precursor und dem Substrat bestimmt. REM- und XPS-Untersuchungen bestätigten den Einbau der Elemente Ag, Cu oder Zn in nanopartikulärer Form in die Schichten. Die Abscheidung dieser Schichten auf Holz erzeugte signifikante bakterizide Eigenschaften gegen E. coli. Im Gegensatz dazu war die fungizide Wirkung gering. Durch die Wirkstoffkombination hingegen konnte eine deutliche Steigerung der Schimmelpilz-Mangeleigenschaften erreicht werden. Für mögliche Außenanwendungen und ausreichenden Schutz musste das Eindringen von Wasser in das Holz zusätzlich reduziert werden. Zu diesem Zweck wurden die funktionalisierten Plasmaschichten zusätzlich mit einer Deckschicht versehen. Der Plasmafilm übernahm dabei zwei wesentliche Aufgaben: die Haftung der Deckschicht und die Gewährleistung antimikrobieller Eigenschaften. Insbesondere die Verwendung des SiO2-Films in Verbindung mit einem Primersystem erhöhte die Nassschichthaftung deutlich. Das verwendete Schichtsystem (Plasmafilm + Deckschicht) zeigte sowohl unter künstlicher als auch bei natürlicher Witterung Vorteile gegenüber einem kommerziellen Schichtaufbau (Bläueschutzgrundierung + Decklack). Die Haftung der Deckschicht war nach künstlicher und natürlicher Bewitterung für Plasmaaufbau beständiger. Darüber hinaus zeigte die Plasmagrundierung hinsichtlich der Wirksamkeit des Bläueschutzes unter 11 monatiger natürlicher Bewitterung vergleichbare Eigenschaften im Vergleich zu der kommerziellen Grundierung. Werden die dabei eingesetzten Wirkstoffmengen betrachtet, war die eingebrachte Menge bei der Plasmagrundierung um einen Faktor von schätzungsweise 100-mal geringer als bei der Standardgrundierung. Die im Holzschutz eingesetzten Biozide verursachen hohe Kosten und sind gesundheits- und umweltschädigend. Vom Gesetzgeber wird deshalb gefordert, biozidfreie Alternativen anzuwenden bzw. Maßnahmen zur Minimierung des Biozideinsatzes zur ergreifen. In Folge dessen könnten mit Blick auf eine mögliche Anwendung die hohen Kosten des Einsatzes biozider Stoffe reduziert werden, eine Reduktion der Wirkstoffmenge aber auch zum Umweltschutz und zu einer höheren Akzeptanz bei Verbrauchern beitragen.:Abkürzungsverzeichnis IX Tabellenverzeichnis XI Abbildungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielstellung 2 1.3 Holz und Holzschutz 3 1.3.1 Aufbau und Bestandteile 3 1.3.2 Holzschädigung 4 1.3.3 Mikroorganismen 6 1.3.4 Holzschutz 7 1.4 Plasma 8 1.5 Technische Erzeugung kalter Atmosphärendruckplasmen 9 1.5.1 Atmosphärendruckplasmabehandlung von Holz und Holzbestandteilen 12 1.6 Schichtabscheidung mittels Atmosphärendruckplasma 15 1.6.1 Plasmapolymerisation und Schichtwachstum 16 1.6.2 Funktionelle Beschichtungen 17 1.6.3 Antimikrobielle Oberflächen 19 2 Material und Methoden 22 2.1 Geräte und Verbrauchsmaterial 22 2.2 Plasmaquellen 25 2.2.1 Behandlung 26 2.2.2 APP-CVD und Precursordosierung 27 2.3 Ozonbehandlung 28 2.4 Precursorauswahl 29 2.5 Instrumentelle Analytik 30 2.5.1 Kontaktwinkel und Oberflächenenergie 30 2.5.2 pH-Wert-Messung 32 2.5.3 Schichtdickenmessung 32 2.5.4 Fourier Transform Infrarot Spektroskopie (FT-IR) 33 2.5.5 Rasterelektronenmikroskopie (REM) 34 2.5.6 Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) 35 2.6 Antimikrobielle Untersuchungen 39 2.6.1 BacTiter-Glo® 39 2.6.2 Plattenzählverfahren (KbE-Test) 41 2.6.3 Schimmelpilzbeständigkeit nach DIN EN 60068-2-10 41 2.6.4 Bläuebeständigkeit nach DIN EN 152:2012 42 2.7 Lackhaftung 43 2.7.1 Gitterschnittprüfung nach ISO 2409:2013 43 2.7.2 Künstliche Bewitterung nach EN 927-6 44 2.7.3 Freibewitterung nach EN 927-3 44 2.7.4 Farbveränderung 44 3 Einfluss von Plasma auf Holz 45 3.1 Charakteristika von Plasmaquelle und Material 45 3.2 Makroskopische Veränderungen 47 3.2.1 Kontaktwinkel- und Oberflächenenergiebestimmung 47 3.2.2 Allgemeiner Einfluss durch Atmosphärendruckbehandlung 52 3.2.3 Einfluss Substratmaterial auf Behandlungseffekt 54 3.2.4 Alterung und Extraktstoffeinfluss /Harzanteil 55 3.2.5 Einfluss Plasmasystem 57 3.2.6 Benetzbarkeit nach Ozonbehandlung 60 3.2.7 Einfluss von Plasmabeschichtungen 61 3.3 Änderung pH-Wert 63 3.5 Molekulare Veränderungen 65 3.5.1 ATR-FTIR an Textilzellstoff und Lignin 66 3.5.2 XPS: Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnis 69 3.5.3 XPS: Nutzung der chemischen Derivatisierung 72 3.5.4 C1s-Detailspektren Textilzellstoff 79 3.5.5 C1s-Detailspektren Lignin 81 3.6 Fazit 86 4 Funktionelle Beschichtungen 87 4.1 Siliziumoxid- und Titanoxidmatrixschichten 87 4.2 Erweiterte Funktionalisierung (Kompositbeschichtungen) 89 4.3 Antimikrobielle Eigenschaften 94 4.4 Plasmagrundierung 103 4.4.1 Lackhaftung 103 4.4.2 Schichtleistung: Wasseraufnahme 107 4.4.3 Schichtleistung: künstliche und natürliche Bewitterung 107 4.4.4 Schichtleistung: antimikrobielle Wirkung 110 4.5 Fazit 112 5 Zusammenfassung 114 6 Ausblick 118 Literaturverzeichnis nach IEEE 119