Die Längsbiegefestigkeit von kohlenstofffaserverstärktem Reinmagnesium konnte durch eine geeignete Nanostrukturierung der Bornitridgrenzschichten von 1140 auf 1620 MPa erhöht werden. Diese optimale Nanostrukturierung zeichnet sich dadurch aus, dass die atomaren Basisebenen des hexagonalen Bornitrids an den Grenzflächen zu den C-Faserfilamenten parallel zu deren Oberfläche verlaufen und an der Grenzfläche zur Matrix turbostratisch verknäult sind, wodurch einerseits an der inneren Grenzfläche die Haftung moderat eingestellt wird und andererseits an der äußeren Grenzfläche eine gute mechanische Verzahnung zwischen Schicht und Matrix besteht. Somit lässt diese Texturierung mikromechanische Versagensprozesse zu, wie z. B. energiedispersives Filamentdebonding und Abbau von Spannungskonzentrationen an den Rissspitzen, die eine weitgehende Nutzung der hohen Faserfestigkeit im Verbund ermöglichen.

Die polymere Komponente in reaktiven Zement-in-Polymer (c/p) Dispersionen hat einen entscheidenden Einfluss auf die Bildung der Mikrostruktur von c/p beschichteten Rovings in Beton. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen für den gut wasserlöslichen Poly(vinylalkohol) Ca(OH)2- Ablagerungen an der Grenzfläche, während für das hydrophobe Poly(vinylacetat) ein Gefüge aus teilhydratisiertem Klinker gefunden wird. Durch eine zeitliche Verfolgung der Wasseraufnahme mittels kernmagnetischer Resonanzspektroskopie konnte dies auf Unterschiede im Quellungsverhalten als Resultat der unterschiedlichen chemischen Struktur und Reaktivität gegenüber Alkalien zurückgeführt werden.

In the present work, charge transfer in organic semiconductors is investigated by means of photoemission spectroscopy. Organic charge transfer systems consist of electron donors and acceptors and in some cases exhibit new electronic properties that are not observed in the individual constituents. Examples are metallic conductivity and changed optical or transport gaps. The main focus were interfaces between donor and acceptor molecules that were prepared as thin films by thermal evaporation in ultra-high vacuum. In particular, the strong electron acceptor F6TCNNQ was combined with several scientifically relevant donors, with the aim of achieving a large charge transfer. As reference systems, potassium doped F6TCNNQ and the interface between F6TCNNQ and gold were studied. In both systems, a large electron transfer to F6TCNNQ with similar spectroscopic signatures was observed. The investigated organic interfaces all showed charge transfer that manifested itself in form of changes in the core levels of F6TCNNQ that were similar for each system. Also, new occupied states in the former gaps of the molecules were found. For every investigated interface the Fermi energy was pinned above the respective highest occupied molecular orbitals which entails semiconducting behaviour and no metal-like delocalised charge carriers. For the combination of F6TCNNQ and dibenzopentacene, a blended film was prepared by co-deposition and compared with the corresponding interface. It was found that the electronic properties of the blend are initially determined by electrostatic interactions, whereas annealing leads to a large charge transfer due to a temperature induced change of molecular orientation. Moreover, the acceptors F2TCNQ and F16CoPc were used in order to compare systems with the same donor and different acceptors. Differences in the degree of charge transfer and interface morphology were observed. The last part of this work addresses the electronic properties of an organic rectifier that was fabricated by collaboration partners. It is built up of an organic heterojunction of two phtalocyanines (CuPc and F16CoPc) between two gold contacts. The energy level alignment across the device and the charge transfer reactions at the different interfaces are discussed with regard to the functionality of the device.

Molekulardynamik (MD) Simulationen wurden an zwei verschiedenen Systemen durchgeführt: 1. Grenzfläche zwischen Polyethylen und isotaktischem Polypropylen (PE-iPP) und 2. Zylindrische Mizellen, bestehend aus Tetradecyltrimethylammoniumbromid (C14TAB), in wässriger Lösung und an Fest-Flüssig-Grenzflächen. Die allgemeinen Schwierigkeiten bei der Simulation von Grenzflächen kristalliner Polymere wurden diskutiert und eine Methode für solche Simulationen vorgeschlagen. Diese Methode wurde zur epitaxialen Kristallisation von PE auf iPP benutzt. Experimentelle Ergebnisse der epitaxialen Kristallisation konnten durch die Simulation bestätigt werden. Ferner konnte vorhergesagt werden, dass PE bevorzugt auf einer iPP-Oberfläche mit hoher Methylgruppenkonzentration kristallisiert. Ebenso wurde durch die MD Simulation vorhergesagt, dass PE in der Grenzflächenregion von einer orthorhombischen zur monoklinischen Kristallstruktur wechselt. Die Simulationsdauer für die Mizellen betrug einige Nanosekunden. Die Ergebnisse für die Mizellen in wässriger Lösung stehen hierbei in guter Übereinstimmung mit experimentellen Werten. Im Widerspruch zur allgemein üblichen Vorstellung führte die Simulation der Mizellen zur Ausbildung eines Hohlraums in ihrer Mitte sowie zu einer inhomogenen Dichte des hydrophoben Mizellkerns. Dies wurde zum Teil der inhomogenen Verteilung der terminalen Methylgruppen im Mizellkern zugeschrieben. Zylindrische und halbzylindrische Mizellen wurden an den Paraffin/Wasser- und Gold/Wasser-Grenzflächen simuliert. / Molecular Dynamic (MD) simulation of two different systems was performed: 1) Polyethylene- isotactic Polypropylene (PE-iPP) interfaces and 2) cylindrical micelles formed by tetradecyl trimethylammonium bromide (C14TAB) molecules in aqueous solution and at solid liquid interfaces. The general difficulties of simulation of polymer crystalline interfaces were discussed and one method was proposed for such simulations. Thise method was used to simulate epitaxial crystallisation of PE on iPP. The experimental results on epitaxial crystallisation were confirmed by MD simulation and in addition epitaxial crystallisation of PE on iPP surface with high dencity of methyl groups was predicted. MD simulation also predicted that PE should change at the interfacial region from the orthorhombic to monoclinic crystalline structure. Several nanoseconds of life of cylindrical micelles were simulated. The simulation results for the micelle in aqueous solution were favourably compared with experimental results. In contradiction to the standard picture of an ionic micelle the simulated micelle formed hole in its centre and the density of the hydrophobic micelle core was inhomogeneous. This effect partially was explained by the inhomogeneous distribution of the terminal methyl groups in the micelle core. Cylindrical and half cylindrical micelles of C14TAB molecules were simulated at the paraffin- and gold-aqueous interfaces.

Conducting polymers find variety of application in many areas in microelectronics. PPY and PT are among the most extensively studied intrinsically conducting polymers. The problem of poor adhesion of the electrochemically deposited conducting polymers was the main focus of this work. This easy peeling of the PPY layer from the oxide substrate was circumvented by design of novel adhesion promoters, which compatibilise the two incompatible surfaces- the polymer film and the oxide substrate. The first part of the research was focused on the synthesis of different classes of adhesion promoters. These monomers were based on monoheterocyclic derivative of 3-substituted pyrrole and a tricyclic derivative of 2,5-dithienylpyrrole. The synthesized monomers were bifunctional with a specified and defined task for each group. Pyrrole based monomers, 3-phenyl N-alkyl pyrrolyl phosphonic acids referred as C10PhP and C12PhP and the monomers based on 2,5-dithienylpyrrole were synthesized with different anchoring groups namely, -Si(OMe)3 and-PO3H2 and spacer groups (n= 4, 6, 10, 12, benzyl). SNSnP for [(2,5-dithiophen-2-yl-pyrrol-1-yl)-dodecyl]-phosphonic acid, SNSnTMS for [(2,5-dithiophen-2-yl-pyrrol-1-yl)-alkyl]-trimethoxysilane and ArP for 4-(2,5-di-thiophen-2-yl-pyrrol-1-yl)-1-yl)-benzyl]-phosphonic acid was used as acronym for further references. The adsorption and self-organisation process as well as the surface reactions of these adhesion promoters on different oxide surfaces have been investigated. The aim was to graft conducting polymer layers covalently on modified metal oxide surfaces. This novel molecule has the self-assembling property and can bind to the surface via acid-base interactions with the oxide surface. The pre-treated oxide substrates were modified by self-assembling technique from solution. Static contact angle gave the first indication of a successful adsorption. The kinetics of adsorption was monitored by Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR), Angle-Resolved X-Ray Photoelectron Spectroscopy (AR-XPS) confirms that the molecules are standing with the phosphonic acid group present in the inner part of the self-assembled monolayer (SAM), and the 2,5-dithienylpyrrole group is free on the top for further surface reactions. Such self-assembling molecules can find applications in grafting conducting polymer layers on metal oxide surfaces. The grafting process of conducting polymer was done either chemically or electrochemically with additional monomer. Thickness and morphology of the polymer films were studied by AFM and SEM. The film thickness could be adjusted between several hundreds of nanometer by varying the polymerization conditions. The tape-test confirms the strong adhesive bonding of the polymer to the modified substrate. Besides PPY, Poly(SNS) and Poly(SNSnP) were studied for their properties. The optical properties of Poly(SNS) were studied by UV-Vis spectroscopy. Electrochemically deposited polymer films of (Poly(SNS), Poly(SNSnTMS), Poly(ArP) and Poly(SNSnP)) was investigated by UV-Vis spectroscopy, XPS, grazing-angle FTIR spectroscopy, four-point conductivity and I-V and luminance - voltage characteristics. Grazing-angle FT-IR of the homopolymer, poly(SNSnP) showed interesting results. We observed the peaks due to P-OH at 1111 cm-1 indicating that the phosphonic acid is free on the top. This can find application as ion sensor because phosphonates are known to be good chelating agents. Comparison of the EIS and four-point conductivity measurements for the homopolymers of SNSnP and Poly(SNS) indicated a drop in the conductivity in case of substituted hompolymers. Poly(SNSnP) based LED device give white emission. EL spectra show broad bands, which cover the entire spectrum. They can be studied further for the development of light emitting diodes of different colours.

Oligomers and polymers based on functionalized Rf-amides were successfully synthesized for the fabrication of hydrophobic surfaces with either linear or network structure. Firstly, new functionalized Rf-amides (RfCONH-, Rf is a perfluoroalkyl segment) were developed in most cases by a one step reaction and a simple work-up procedure. The reaction behaviors of synthesized Rf-amides in polyreactions were well understood. New fluorinated oligoester polyols, blocked IPDI's, and end-hydroxyl terminated oligo(urea urethane)s have been synthesized, the detail structures and properties are well understood. These materials could be suitable components of powder coatings. On the other hand, the end-hydroxyl terminated oligo(urea urethane)s could be used as reactive additives in high solid content and water-borne coatings. Hydrophobic smooth surfaces based on linear polymers, poly(urea urethane)s and alternating MI copolymers, containing fluorinated side groups were successfully constructed. The attachment of fluorinated side groups into polymers can dramatically alter the surfaces of corresponding polymers from more hydrophilic to hydrophobic due to the enrichment of fluorinated side groups on the top of the surface. The backbone configuration, the polarity of backbones, and the thermal treatment on surfaces can influence the surface properties of corresponding materials. Finally, hydrophobic surfaces of cross-linked polyurethanes as model top coatings were constructed under melt condition at high temperature (180 and 190 oC) using the combination of fluorinated oligouretdiones and non-fluorinated oligoester polyols. It was found that the hydrophobicity of resulting cured films is a matter of the competition between the formation of cross-linking network and the segregation of fluoromoieties on the top of the surface.

Die elektronischen Eigenschaften von in-situ hergestellten Eisen/Silizium-Grenzflächen- schichten und Eisen-Silizium-Legierungen werden mittels Photoelektronenspektroskopie (UPS, XPS) untersucht. Die Grenzflächenschichten entstehen durch Bedampfen reiner Siliziumsubstrate unterschiedlicher Oberflächenstruktur mit Eisen bei einer nominellen Bedeckung von 0,1 - 15 Monolagen. Die Eisen-Silizium-Legierungen werden im gesamten Konzentrationsbereich durch Raumtemperaturabscheidung auf inerten Substraten präpariert und sind i.a. im amorphen Zustand. Sowohl amorphe als auch getemperte, polykristalline Legierungen werden systematisch untersucht. Neben der Messung von Valenzbandeigen- schaften werden lokale chemische und magnetische Eigenschaften mittels hochaufgelöster Rumpfniveauspektroskopie bestimmt. Die gemessenen Valenzbänder der amorphen Legierungen werden mit Bandstrukturrech- nungen amorpher Eisen-Bor-Legierungen verglichen. Die gute Übereinstimmung charakteristischer Valenzbandstrukturen lassen vermuten, daß die im Eisen-Bor-System vorherrschende p-d-Hybridisierung ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur Bandstruktur des Eisen-Silizium-Systems liefert. Die lokalen chemischen und magnetischen Eigenschaften werden anhand einer ausführlichen Linienformanalyse des Fe2p3/2-Rumpfniveaus ermittelt. Unter Einbeziehung von Vielteilcheneffekten lassen sich die Linienparameter i.a. qualitativ und für die Bindungsenergieverschiebung in Abhängigkeit von der Legierungszusammen- setzung auch quantitativ verstehen. Die Valenzband- und die lokalen Eigenschaften werden für einen ausführlichen Vergleich zwischen Grenzflächenschichten und Legierungen genutzt. Es zeigt sich, daß Eisenbedeckungen bis 3,5 Monolagen zu homogen amorphen und in ihrer Zusammensetzung durchstimmbaren Legierungen führen.

In dieser Arbeit werden als Untersuchungsverfahren für die Charakterisierung von gebondeten Siliziumwafern und Siliziumoxid-Xerogel-Schichten spektroskopische Ellipsometrie mit variablem Einfallswinkel (VASE) und Fouriertransformations-infrarotspektroskopie (FTIR) eingesetzt. Aus dem Verhalten der LO- und TO-Moden in den Infrarotspektren werden Veränderungen der Dicke und Struktur der vergrabenen Grenzfläche zweier Wafer bei einer Wärmebehandlung abgeleitet. Es werden Mechanismen für das Tieftemperaturbonden von Wafern, die auf der Entwicklung der chemischen Spezies an der vergrabenen Grenzfläche basieren, vorgeschlagen. Die chemischen Spezies wurden durch interne Vielfachtransmissionsinfrarotspektroskopie ermittelt. Aus ellipsometrischen Messungen wurden Dicke, optische Konstanten, Porosität und Porenabmessungen von Siliziumoxid-Xerogel bestimmt. Mittels VASE und FTIR wurde der Einfluss unterschiedlicher Hydrophobisierungsprozesse auf die Eigenschaften von Xerogel-Schichten untersucht. Weiterhin wurden die elektronischen und ionischen Beiträge zur statischen Dielektrizitätskonstanten bestimmt.

Im Rahmen dieser Arbeit werden drei Perylen-Derivate als Zwischenschichten in Metall/organische Schicht/S-GaAs(100)-Heterostrukturen eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit ist, den Einfluss von unterschiedlichen chemischen Endgruppen auf die elektronischen und chemischen Eigenschaften der Grenzflächen, sowie auf die molekulare Orientierung in den organischen Schichten nachzuweisen. Die Moleküle 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäure Dianhydrid (PTCDA), 3,4,9,10-PerylenTetraCarbonsäure DiImid (PTCDI) und Dimethyl-3,4,9,10-PerylenTetraCarbonsäure DiImid (DiMe-PTCDI) wurden durch organische Molekularstrahldeposition (OMBD) im Ultrahochvakuum auf Schwefel-passivierte GaAs(100):2x1-Substrate aufgedampft. Oberflächensensitive Charakterisierungsverfahren wie Photoemissionsspekroskopie (PES), Inverse Photoemissionsspektroskopie (IPES) und Nahkantenröntgenfeinstrukturmessungen (NEXAFS) wurden zur Charakterisierung eingesetzt. Theoretische Berechnungen mit Hilfe von Dichte-Funktional-Methoden wurden durchgeführt, um eine Zuordnung von verschiedenen Komponenten in Rumpfniveauspektren zu ermöglichen. Die NEXAFS-Messungen ermöglichen eine genaue Bestimmung der Molekülorientierung in Bezug zum Substrat. So lässt sich nachweisen, dass eine kleine Änderung von chemischen Endgruppen z.B. bei DiMe-PTCDI verglichen mit PTCDI, eine dramatische Änderung der Molekülorientierung hervorruft. Die Valenzbandspektren von DiMe-PTCDI zeigen eine energetische Dispersion von 0.2 eV, die auf eine -Orbital-Überlappung zurückzuführen ist und die Ausbildung von Valenzbändern belegt. Die Energieniveauanpassung an der organische Schicht/S-GaAs-Grenzfläche, sowie die Transport-Bandlücke von PTCDI, DiMe-PTCDI und PTCDA wurden mit Hilfe von PES und IPES bestimmt. Die elektronischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften von Metall/Organische Schicht- Grenzflächen wurden mit Hilfe von Rumpfniveauspektroskopie und NEXAFS untersucht. Mg reagiert stark mit den Endgruppen von PTCDA und PTCDI, währenddessen die In-Atome an einem Ladungstransferprozess mit den Perylen-Kernen aller dreien Molekülen beteiligt sind, wobei der Betrag der transferierten Ladung maximal für den Fall von PTCDI wird. Während Mg sehr wenig in die organischen Schichten diffundiert, zeigt In sehr starke Eindiffusion in PTCDA-Schichten und schwache in PTCDI-Schichten.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier Phthalocyanine untersucht: Metallfreies-Phthalocyanin (H2Pc), Kupferphthalocyanin (CuPc) und Fluor-substituiertes Phthalocyanin (F4CuPc und F16CuPc). Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der elektronischen und chemischen Eigenschaften der Grenzflächen zwischen diesen Molekülen und Silizium. Die Moleküle wurden durch organische Molekularstrahldeposition (OMBD) im Ultrahochvakuum auf wasserstoffpassivierte Si(111)-Substrate aufgedampft. Oberflächensensitive Messmethoden wie Photoemissionsspektroskopie (PES), Bremsstrahlung Isochromaten Spektroskopie (BIS oder IPES - Inverse Photoemissionsspektroskopie) und Spektroskopie der Röntgen-Absorptions-Feinstruktur (NEXAFS – Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure) wurden zur Charakterisierung eingesetzt. Um eine Zuordnung der verschiedenen Komponenten in PES und IPES zu ermöglichen, wurden Methoden der Dichtefunktionaltheorie zur theoretischen Berechnung eingesetzt. Die Energieniveauanpassung an der Grenzfläche zwischen der organischen Schicht und der H-Si-Grenzfläche, sowie die Transportbandlücke von H2Pc, CuPc, F4CuPc und F16CuPc wurden mit Hilfe von PES und IPES bestimmt. Die NEXAFS-Messungen ermöglichten eine genaue Bestimmung der Molekülorientierung relativ zum Substrat. Die Auswertung der Daten zeigte unterschiedliche Molekülorientierungen in dünnen und dicken Filmen. Diese Änderungen wurden mit dem bandverbiegungsähnlichen Verlauf der HOMO-und LUMO-Positionen in Verbindung gebracht. Zusätzlich zu diesem Verhalten wiesen die Grenzflächen auch einen Grenzflächendipol auf, welcher durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten der Kontaktmaterialien hervorgerufen wird. Der Einfluss des Grads der Flouridierung wird durch eine ähnlichen Zunahme der Elektronenaffinität (EA), der Austrittsarbeit (WF) und der Ionisierungsenergie (IE) bestätigt. Die elektronischen Eigenschaften von Metall/organische-Schicht-Grenzflächen und von organischen Schichten unter Sauerstoffeinfluss wurden mit Hilfe von PES und IPES untersucht. Die Ag/Pc Grenzflächen zeigten eine Mischung aus HOMO-LUMO-Verschiebungen und Grenzflächendipolbildung. An den Ag/H2Pc- und Ag/F16CuPc- Grenzflächen wurde ein Ladungstransferkomplex gebildet. Auf der CuPc-Schicht physisorbiert das Ag lediglich und im Fall von F4CuPc wird Ladung zu Ag transferiert, wobei eine andauernde n-Typ-Dotierung an der Grenzfläche erzeugt wird. In Analogie zum Fall der Pc/H-Si Grenzfläche wiesen die Dipole, die hier gefunden wurden, eine lineare Abhängigkeit von EA, WF und IE auf und können durch die Differenz zwischen den Austrittsarbeiten vorausgesagt werden. Das Verhalten der dicken organischen Schichten unter Sauerstoffeinfluss kann in zwei Gruppen eingeteilt werden. Eine Gruppe, bestehend aus H2Pc und F4CuPc, wies nur schwache Wechselwirkung auf und der Sauerstoff physisorbiert auf der Pc-Schicht. Die beiden anderen Moleküle, CuPc und F16CuPc konnten einer Gruppe starker Wechselwirkung zugeordnet werden. CuPc bildet einen Ladungstransferkomplex mit Sauerstoff und auf F16CuPc wird eine polarisierte Schicht gebildet. / In the context of this work four Phthalocyanine were studied: Metal-free Phthalocyanine (H2Pc), Copper Phthalocyanine (CuPc) and fluorine-substituted Phthalocyanine (F4CuPc and F16CuPc). The goal of this work is the electronic and chemical characteristics of the interfaces. The molecules were deposited by organic molecular beam deposition (OMBD) in the ultra high vacuum on hydrogen-passivated Si(111)-Substrate. Surface sensitive techniques such as photoemission spectroscopy (PES), bremsstrahlung isochromate spectroscopy (BIS or IPES - inverse photoemission spectroscopy) and near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) were used for characterisation. Theoretical computations by density functional theory methods were employed, in order to assign different components in PES and IPES. The energy level alignment at the organic/H-Si interface, as well as the transport gap of H2Pc, CuPc, F4CuPc and F16CuPc were determined by PES and IPES. The NEXAFS measurements determine the exact molecular orientation with respect to the substrate. The evaluation of the data showed different molecular orientation in the thin and thick films. This change was correlated with the band bending like behaviours that emerged at these interfaces. In addition to the band bending like behaviour, the interfaces show also an interface dipole which is driven by the work function difference between the contact materials. The influence of the degree of fluorination is confirmed in the similar increase of the EA, WF and IE. The electronic properties of metal/organic layer interfaces and of organic layer under oxygen influence were examined by PES and IPES. The Ag/Pc interfaces show a mixture of HOMO-LUMO shifts and interface dipole formation. A charge transfer complex is formed in the case of Ag/H2Pc and Ag/F16CuPc interfaces. Ag is physisorbed atop the CuPc. Charge transfers from F4CuPc to Ag creating a continuous n-type doping at the interface. Similar to the Pc/H-Si interfaces the interface dipoles found here show a linear dependence on the EA, WF and IE and can be predicted by the difference in the work functions. The data evaluation of oxygen exposed thick films determined two groups of behaviours. The weak interaction group is represented by H2Pc and F4CuPc, Pcs on which oxygen is physisorbed. The strong interaction group contains the other two molecules CuPc and F16CuPc. CuPc forms a charge transfer complex with oxygen and on top of F16CuPc a polarized layer is formed.