In dieser Arbeit wurde die Kupfer(I)-katalysierte Cycloaddition von Alkinen und Aziden ("Click-Chemie") als effiziente, vielseitige und milde Reaktion für die Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln etabliert. Es wurden verschiedene Alkin- oder Azid-funktionalisierte Nanodiamantsysteme hergestellt und deren Reaktivität in Click-Reaktionen anhand vielfältiger Beispiele demonstriert. Hierzu wurden neben einfachen Testverbindungen auch komplexere Substanzen (z. B. ein Mannose-Derivat, Polytriazole, Fluoreszenzfarbstoffe, ein Thiazolium-Organokatalysator) durch Triazolsynthese immobilisiert. Zusätzlich wurde eine Methode entwickelt, die die Herstellung funktionalisierter und vollständig dispergierter Nanodiamant-Primärteilchen ermöglicht, wobei gezeigt wurde, dass dieser Weg auch für die Funktionalisierung durch Click-Chemie geeignet ist. Die Analyse der Nanodiamantpartikel erfolgte u. a. durch FT-IR, TGA, Elementaranalyse, Partikelgrößen- und Zetapotentialbestimmung, NMR, HR-TEM, UV / Vis sowie Fluoreszenzspektroskopie und -mikroskopie. / In this work, the copper(I)-catalyzed cycloaddition of alkynes and azides ("click chemistry") was established as an efficient, versatile and mild reaction for the functionalization of nanodiamond particles. Different alkyne- or azide-functionalized nanodiamond systems were prepared and their reactivity in click reactions was demonstrated by various examples. For this purpose, simple compounds as well as more complex substances (e. g. a mannose derivative, polytriazoles, fluorescent dyes, a thiazolium organocatalyst) were immobilized via triazole synthesis. In addition, a method was developed that allows for the preparation of functionalized and completely dispersed nanodiamond primary particles. It was shown that this strategy is also suitable for the functionalization via click chemistry. The nanodiamond particles were analyzed by FT-IR, TGA, elemental analysis, particle size and zeta potential measurements, NMR, HR-TEM, UV / Vis, fluorescence spectroscopy and microscopy.

Gegenstand der Arbeit ist die Magnetometrie mit Stickstoff-Fehlstellen-Zentren im Diamantgitter und die Entwicklung eines Rastersondenmagnetometers auf Basis eines Ensembles dieser Defektzentren. Ein solches Instrument verspricht eine bislang nicht erreichte Kombination von Feldsensitivität und räumlicher Auflösung während einer Magnetfeldmessung, und kann damit einen wichtigen Beitrag für das Verständnis von magnetischen Systemen und Phänomenen liefern. Die Arbeit widmet sich zunächst dem Verständnis der elektronischen Zustände des Defekts, und wie diese optisch untersucht werden können. Gleichzeitige Anregung der Zentren durch sichtbares Licht und elektromagnetischer Strahlung im Bereich von Mikrowellenfrequenzen machen es möglich, die elektronische Spinstruktur des Defekts zu messen und zu manipulieren. Dadurch kann direkt der Einfluss von externen Magnetfeldern auf die Energie der Spinzustände ausgelesen werden. Die quantenmechanischen Auswahlregeln der verschiedenen Anregungen können für eine selektive Anregung der Zentren entlang einer bestimmten kristallographischen Achse verwendet werden. Damit kann eine Ensemble von Defekten zur Vektormagnetometrie, ohne auf ein zusätzliches äußeres Magnetfeld angewiesen zu sein, welches die untersuchte Probe nachhaltig beeinflussen kann. Anschließend wird die Entwicklung einer geeigneten Mikrowellenantenne dargestellt, die in einem späteren Rastersondenexperiment mit den Defekten auf geringem Raum eingesetzt werden kann. Außerdem werden die einzelnen Schritte präsentiert, wie die Farbzentren im Diamantgitter erzeugt werden und aus großen Diamantplättchen Nanostrukturen erzeugt werden, die als Rasterkraftsonden eingesetzt werden können. Die fertigen Sonden können in einem modularen Rasterkraftaufbau verwendet werden, der über einen zusätzlichen optischen Zugang verfügt, sodass die Information des Spinsensors ausgelesen werden kann. In verschiedenen Testexperimenten wird die Funktionsweise des gesamten Apparats demonstriert. / The present thesis demonstrates the basic principles of magnetometry with color centers in the diamond lattice called nitrogen-vacancy (NV) centers, and how these can be applied in a scanning probe magnetometer by using nanostructured diamond samples. The combination of high sensitivity magnetic field sensors, small detection volumes and a spatial precision in the nanometer range will lead to an unprecedented tool to investigate magnetic systems and phenomenons. The thesis explores the electronic structure of the defects by means of optical spectroscopy. The interaction between the electron spin and external electromagnetic fields with microwave frequencies allows for manipulation of the spin states, whose energies are also sensitive to the magnetic field. Combined optical and microwave excitation thus offers a way to measure the local magnetic field by using the crystal defect as a probe. The thesis presents further a method to distinguish between spin signals of the NV centers along the four crystallographic equivalent axes. This enables vector magnetometry with an ensemble of NV centers which is otherwise only achievable with help of an additional external bias magnetic field, but which can undesirably influence the investigated samples. The development of an appropriate microwave antenna is demonstrated, which can be used for manipulating the electron spin of the NV center in a multi-dimensional scanning probe experiment. The thesis illustrates further how NV centers are created in diamond samples and how diamond structures in the nanometer range can be fabricated in a top-down process. In a final step, a nanostructured diamond cantilever is introduced into a self-designed, pre-characterized atomic force microscope setup with optical access for electron spin initialization and read-out. Its functionality is demonstrated in several experiments.

Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von Diamantmaterialien, deren Oberflächen mit Alkinen, Aziden oder Aldehyden modifiziert waren. Diese funktionellen Gruppen sollten die einfache Anbindung verschiedener katalytisch aktiver Systeme mit Hilfe der 1,3-dipolaren Cycloaddition nach Huisgen bzw. Iminbildung ermgöglich. Da in einer vorangegangenen Arbeit Hinweise darauf gefunden wurde, dass die hochgradig funktionalisierte Oberfläche von Detonationsnanodiamant dazu in der Lage ist, die Aktivität von immobilisierten Katalysatoren zu behindern. Darum wurde in dieser Arbeit verglichen, ob die Verwendung von starren Linkern auf Tolanbasis einen Vorteil gegenüber ihren flexiblen Gegenstücken liefert. Dazu wurde für jede der oben genannten Funktionalisierungsarten je ein Diamantmaterial mit flexibler sowie mindestens eines mit unbiegsamer Verbindungseinheit hergestellt und getestet. Dadurch konnte das Konzept der starren Linker für Enzyme bestätigt werden und es wurde eine signifikant höhere Aktivität erhalten, als wenn flexible Anbindungsbrücken verwendet wurden. Bei Organokatalysatoren und metallorganischen Systemen konnten jedoch keine erfolgreichen Katalysen durchgeführt werden. / The aim of this work was the production of diamond materials whose surfaces were modified either with alkynes, azides, or aldehydes. These functional groups were supposed to allow the simple immobilisation of catalytically active systems via 1,3-dipolar cycloadditions or imine formation, respectively. In a previous publication, it was found that the highly functionalised surface of detonation nanodiamond can reduce the activity of immobilised catalysts. In this work, it was therefore investigated whether the use of rigid linkers based on tolane derivatives would be advantageous when compared to their flexible counterparts. For this purpose, at least one example for both cases was produced for each of the above mentioned functional groups. Test results showed that the concept of the rigid linkers was successful for the immobilisation of enzymes, for which a significantly higher activity was detected when compared to flexible linkers. However, for organocatalysts and metal organic systems successful catalysis was not achieved.

Le diamant présente un grand nombre de propriétés très intéressantes, à la fois dans le domaine de l'électronique, de l'optique, mais aussi en électrochimie. Dopé au bore, c'est un semiconducteur à grande énergie de bande interdite (≈5,5 eV) et il est utilisé en tant que matériau d'électrode en raison de sa forte inertie chimique, de ses faibles courants résiduels et de son large domaine d'électroactivité. Toutes ces caractéristiques ont conduit à des applications dans le domaine de la détection et de l'électroanalyse, dans la synthèse électrochimique et dans le traitement des effluents aqueux industriels par exemple. Ainsi, le diamant dopé au bore peut dans certains cas remplacer avantageusement les matériaux d'électrodes plus conventionnels, comme le carbone vitreux ou le graphite. Cependant, son comportement électrochimique est complexe et fait actuellement l'objet d'une intense activité de recherche. Parmi les facteurs qui influent sur la réponse des électrodes de diamant dopé au bore, la nature des terminaisons de surface est au centre des préoccupations. La croissance par CVD conduit à la formation de liaisons de surface principalement de type hydrogénées « C-H ». Elles confèrent alors un caractère hydrophobe au matériau, une affinité électronique négative et conduisent à la présence d'une couche conductrice superficielle en conditions ambiantes. Par différents traitements physico-chimiques ou électrochimiques, il est possible de faire évoluer les terminaisons de surface, de façon plus ou moins complète. Les propriétés physiques et chimiques du matériau en sont considérablement affectées. Par exemple, dans le cas de liaisons oxygénées « C-O », le matériau est hydrophile, possède une affinité électronique positive et sa conductivité est généralement fortement dégradée. Nous nous sommes donc attaché à analyser l'influence de la nature des terminaisons de surface du diamant sur la réactivité du matériau afin de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu au cours des transferts de charge. Notre recherche s'est articulée autour de l'intensité de traitements électrochimiques, en contrôlant à la fois la densité de courant utilisée et la charge coulométrique engagée. Grâce à cette double approche, il a été mis en évidence que l'oxydation de la surface du diamant par des traitements anodiques peut conduire à des phénomènes très différents, voir donner lieu à des réactivités opposées. L'évolution du comportement des électrodes a été suivie grâce à des caractérisations électrochimiques (I-V en présence de couples redox et C-V) et les modifications de la chimie superficielle ont été caractérisées par des analyses XPS et des mesures d'angle de contact.

Thèse de doctorat : Science et ingénierie des matériaux : INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Sweden experienced a decline in exports of 16 percent in the period after the financial crisis. The decline has created a lot of question marks regarding the traditional exports which has started a process with the aim of finding Sweden’s next cash cow in export. Sweden adopted stringent environmental laws early which positioned them as a strong nation in environmental awareness. The stringent environmental legislation meant that the Swedish companies were required to minimize the environmental impact, which created a demand for eco-efficient products. Despite the early demand for eco-efficient products, the international success of the Swedish cleantech companies has been modest. The government can increase firms international competitiveness by encouraging, supporting and promoting activities on the domestic market. This is primarily done through implementations of various policies and incentives. The purpose of this thesis is to analyze the government’s efforts in promoting the Swedish cleantech industry. In order to give recommendations on which improvements that can be made, two perspectives will be used when analyzing the government’s efforts, the firm approach and the theoretical approach.

Le diamant dopé bore (BDD) est un matériau extrêmement prometteur pour applications biomédicales par son unique combinaison de propriétés. Cette thèse a visé le développement de nouvelles structures de micro-électrodes en BDD et l'étude de leur intérêt et leurs performances pour des applications électroanalytiques et électrophysiologiques. En dépit de leurs propriétés électroanalytiques très supérieures à d'autres matériaux d'électrodes plus conventionnels, les électrodes BDD sont sujettes au "fouling", i.e. l'apparition d'un film à la surface du diamant qui réduit la réactivité électrochimique. Ceci est très compromettant dans des milieux complexes comme l'urine, les eaux stagnantes, des boissons, le plasma sanguin etc. Ici, un nouveau traitement d'activation a été développé pour nettoyer la surface des électrodes et recouvrir leur réactivité initiale, donc il permet leur usage pour de longues périodes d'enregistrement sans dégradation du signal. Ceci permet l'usage de ce type d'électrodes, pour des domaines d'applications, pour le suivi continu d'analytes, sans entretien spécifique, en solutions complexes. La grande originalité de ces techniques d'activation est qu'elle peut être menée directement dans l'analyte lui-même. En comparaison avec leurs équivalents en macro-électrodes, les microélectrodes permettent d'obtenir de plus grandes sensibilités, des courants résiduels moindre, des pertes ohmiques moindres, et donc des rapports signal à bruit meilleurs. Un procédé robuste et fiable a été optimisé pour la fabrication de réseaux de microélectrodes (MEA MicroElectrode Arrays) et d'ultra micro-électrodes, permettant par lithographie sur 4 pouces d'offrir une large flexibilité de fabrication. Par exemple, parmi d'autres prototypes, des microélectrodes BDD ont été utilisées pour applications de biocapteurs pour quantifier l'acide urique en temps quasi-réel. Bien que le diamant possède une très bonne biocompatibilité et des propriétés électrochimiques excellentes, la faible relative capacité de double couche limite leur application pour des applications électrophysiologiques. Des procédés de nanostructuration ont ainsi été mis au point pour accroitre les limites d'injection de charge. Parmi les approches, des procédés hybrides à base de polypyrrole se sont révélés prometteurs, de même que des procédés de gravure pour former de la "nano-herbe" diamant, très intéressantes pour la fabrication de MEAs en BDD. Ces matériaux à fort rapport d'aspect apparaissent comme d'excellents candidats pour applications d'interfaces neuronales et notamment pour la fabrication d'implants rétiniens.STAR

Ulm, Univ., Diss., 2007.

Zugl.: Braunschweig, Techn. Universiẗat, Diss., 2008.

Zugl.: Wien, Techn. University, Diss.