Gegenstand der Arbeit ist die Analyse der bei hohen Verformungsgraden in Werkstoffen durch kollektive Bewegung der Versetzungen entstandenen neuen Defektkonfigurationen, die auf der mesoskopischen Skala agieren. Diese so genannte Disklinationen rufen neben starken Gitterdehnungen auch erhebliche lokale Gitterrotationen hervor. Es wurde der Nachweis der Existenz der Disklinationen in plastisch verformten Kristallen geliefert sowie die qualitative und quantitative Analyse der Disklinationskonfigurationen und der Disklinationsstärke durchgeführt. Die Untersuchungen an stark verformten Ein- und Vielkristallen wurden mittels sowohl lokalen Methoden der Transmissions- (TEM, CBED) und Rasterelektronenmikroskopie (REM, EBSD) als auch der integralen Methoden der Röntgenstrukturanalyse (XRD) durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Entwicklung der Zellblockstruktur mit erheblichem Anstieg der Desorientierungen und Versetzungsdichten in Versetzungswänden verbunden ist und durch die Bildung der Netzwerke von Disklinationen gefördert wird.

In alkalischen Lösungen führt die Reaktion von Hydroxylionen mit den Si-O-Si-Bindungen des Glasnetzwerks zur Bildung hydratisierter Oberflächen und gelöstem Silikat. Der Grad der Korrosion bzw. der Alterung der Glasfaser ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Glases und Korrosionslösung sowie von Zeit und Temperatur. Die Untersuchung von Glasfasern verschiedener chemischer Zusammensetzung in NaOH- sowie Zementlösungen zeigte, dass die inhibierende Wirkung von Ca-Ionen zu einem veränderten Korrosionsmechanismus führt. Dies konnte anhand der mechanischen Eigenschaften der Glasfasern sowie rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen gezeigt werden. Während die Korrosion in NaOH-Lösung zu einer ausgeprägten Umwandlung der gesamten äußeren Glasfaserschicht in Reaktionsprodukte führte, zeigten Glasfasern in Zementlösung bei gleichem pH-Wert einen stark lokal begrenzten, punktförmigen Angriff. Daraus resultieren unterschiedliche mechanische Eigenschaften der Glasfasern in Abhängigkeit von der gewählten Korrosionslösung.

Ionometallurgy is a new trend to utilise ionic liquids as alternative green solvents for oxidic and sulfidic copper minerals. It has broad potential for traditional pyrometallurgy and hydrometallurgy. Ionometallurgy utilises ionic liquids (ILs), highly potent complexing ligands (chloride), to process oxide and copper sulfide minerals. This work focused on using the deep eutectic solvents (DES) of ionic liquids, which and provide alternative options for processing various metals, alloys, and concentrates. For this job, various analytical methods were used to determine the copper concentrate and its residue after leaching (MLA-SEM and XRPD), quantify the elements in the solution (IC and ICP-OES/MS) and explain the oxidation behaviour (CV and UV-Vis spectroscopy). Combining the analytical and electrochemical methods to the leaching experiment provided the control to improve the results and understand its oxidation behaviour. Chosen DES, Oxaline (ChCl + oxalic acid, 1:1), and Ethaline (ChCl + ethylene glycol, 1:2) were tested and enhanced on the actual copper concentrates with and without oxidative additives (FeCl3 and I2). Those oxidative additives are selected for leaching experiments by their redox potential in Ethaline. However, there are many acceptable values; the most exciting result related to Ethaline plus iodine was the potential leaching system for chalcopyrite and copper-gold concentrates leaching. Because ion chromatography (IC) and UV-Vis’s analysis confirm iodine oxidizes the Cu+ species quickly in Ethaline. Whilst identical results and oxidation behaviour appeared in chalcocite (Cu2S), chalcopyrite (CuFeS2) and copper-gold concentrates leaching. During the iodine reduction to iodide in the system, IC proved that chalcopyrite releases the Fe3+, oxidizing the chalcopyrite particles. Also, iodine oxidized the natural gold in copper-gold concentrate successfully, and gold concentration quantified ICP-MS and MLA-SEM proved there is no visible gold in the leaching residue. Based on the optimal Ethaline + I2 leaching condition, the copper concentrate was carried out with the bottle roller leaching to represent the tank leaching. Thus, DES shows that it has a high potential to be continued to scale up the experiment. Also, water was given to the Ethaline leaching system, and water had a good influence on the leaching due to reducing the viscosity and saving the Ethaline amount. Hence Ethaline plus water is used for the copper ore leaching in the column, and it can be seen that Ethaline + I2 with water (up to 20%) has a high potential to process the low-grade copper sulfide ores.:Acknowledgements Abstract Abbreviations TABLE OF CONTENTS CHAPTER ONE – INTRODUCTION OF COPPER PROCESSING TECHNOLOGIES 1.1. Overview 1.2. Copper 1.3. Gold 1.4. Hydrometallurgy and pyrometallurgy of copper and gold 1.5. Current copper and gold concentrate processing methods 1.6. An alternative copper concentrate processing method Summary of chapter 1 CHAPTER TWO – FUNDAMENTALS FOR PROCESS DEVELOPING 2.1. Introduction 2.2. Effect of temperature and stirring in leaching 2.3. Analytical methods and experimental 2.4. Experimental for leaching 2.5. Discussion of experimental errors CHAPTER THREE: ANALYTICAL EXPERIMENTS FOR LEACHING 3.1. Introduction 3.2. Analysis of copper concentrate 3.3. Cyclic voltammetry 3.4. UV-Vis spectroscopy analysis of target metals 3.5. Metals solubility in DES 3.6. Summary and conclusions CHAPTER FOUR: FUNDAMENTAL LEACHING EXPERIMENT AND INITIAL INVESTIGATION 4.1. Introduction 4.2. Initial study and fundamental leaching experiments 4.3. Study of mineral oxidation 4.4. Deep eutectic solvents leaching 4.5. Chapter summary and conclusion CHAPTER FIVE: LEACHING OF MODEL SYSTEMS IN ETHALINE WITH OXIDATIVE ADDITIVES 5.1. Introduction 5.2. Iodine effect on Cu2S and CuS leaching in Ethaline 5.3. Ferric chloride effect on CuS and Cu2S leaching 5.4. Leaching of natural gold in Ethaline with the presence of iodine 5.5. Cyclic voltammetry investigation of Cu+/2+ sulfides in DES 5.6. Chapter summary and conclusion CHAPTER SIX: LEACHING OF COPPER-GOLD CONCENTRATES IN DES AND WITH OXIDATIVE ADDITIVES 6.1. Introduction 6.2. Effect of ferric chloride (FeCl3) 6.3. Effect of iodine (I2) 6.4. Electrochemical and spectroscopic analysis of copper-gold concentrate leachates 6.6. Chapter summary and conclusion CHAPTER SEVEN: OVERALL CONCLUSION AND FUTURE WORK 7.1. Overall conclusions 7.2. Recommendations for future research CHAPTER EIGHT: APPENDIX 8.1. Chemicals and materials 8.2. Appendix References

Einzelschichten von Graphen-Nanobänders (GNRs) wurden auf SiC(0001)-Substraten mit zwei unterschiedlichen Fehlschnitten bei Temperaturen von 1410 bis 1460 °C synthetisiert. Das GNR-Wachstum lässt sich bei niedriger Stufenkantenhöhe am besten durch eine exponentielle Wachstumsrate, welche mit der Energiebarriere für die Ausdiffusion von Si korreliert ist. Anderseits wird bei Substraten mit höheren Stufenkanten eine nicht-exponentielle Rate beobachtet, was mit der Bildung von mehrlagigen Graphen an den Stufenkanten in Verbindung gebracht wird. Die Sauerstoffinterkalation von epitaktischen GNRs mittels Ausglühen an Luft von Bändern wird als nächstes untersucht, welche auf unterschiedlichen SiC-Substraten gewachsen wurden. Neben der Umwandlung von monolagigem zu zweilagigem Graphen in der Nähe der Stufenkanten von SiC, führt die Sauerstoffinterkalation zusätzlich zu der Bildung einer Oxidschicht auf den Terrassen des Substrats, was die zweilagigen GNRs elektrisch isoliert voneinander zurücklässt. Die elektrische Charakterisierung der zweilagigen GNRs zeigten dass die Bänder durch die Behandlung mit Sauerstoff elektrisch voneinander entkoppelt sind. Eine robuste Lochkonzentration von etwa 1x10¹³ cm-² und Mobilitäten von bis zu 700 cm²/(Vs) wurden für die GNRs mit einer typischen Breite von 100 nm bei Raumtemperatur gemessen. Wohl definierte Mesastrukturen gebildet mittels Elektronenstrahllithographie auf SiC-Substraten, wurde zuletzt untersucht. Die Charakterisierung des Ladungsträgertransports von GNRs die auf den Seitenwänden der strukturierten Terrassen gewachsen wurden, zeigt eine Mobilität im Bereich von 1000 bis 2000 cm²/(Vs), welche für verschiedene Strukturen auf der gesamten Probe homogen ist, was die Reproduzierbarkeit dieses Herstellungsverfahrens hervorhebt, sowie dessen Potential für die Implementierung in zukünftigen Technologien, welche auf epitaktischgewachsenene GNRs basieren. / Monolayer graphene nanoribbons (GNRs) were synthesized on SiC(0001) substrates with two different miscut angles at temperatures ranging from 1410 to 1460 °C. The GNR growth in lower step heights is best described by an exponential growth rate, which is correlated with the energy barrier for Si out-diffusion. On the other hand, a non-exponential rate is observed for substrates with higher steps, which is associated with the formation of few-layer graphene on the step edges. Oxygen intercalation of epitaxial GNRs is investigated next by air annealing ribbons grown in different SiC(0001) substrates. Besides the conversion of monolayer into bilayer graphene near the step edges of SiC, the oxygen intercalation also leads to the formation of an oxide layer on the terraces of the substrate, leaving the bilayer GNRs electronically isolated from each other. Electrical characterization of bilayer GNRs reveals that the ribbons are electrically decoupled from the substrate by the oxygen treatment. A robust hole concentration of around 1x10¹³ cm-² and mobilities up to 700 cm²/(Vs) at room temperature are measured for GNRs whose typical width is 100 nm. Well defined mesa structures patterned by electron beam lithography on the surface of SiC substrates is lastly researched. Transport characterization of GNRs grown on the sidewalls of the patterned terraces shows a mobility in the range of 1000 – 2000 cm²/(Vs), which is homogeneous for various structures throughout the sample, indicating the reproducibility of this fabrication method and its potential for implementation in future technologies based on epitaxially grown GNRs.

Hintergrund: Der Einsatz minimal invasiver Techniken in der onkologischen Chirurgie wird wegen der Berichte über Trokarmetastasen kontrovers diskutiert. Die Pathogenese von Inzisionsmetastasen und intraperitonealem Tumorwachstum ist bisher nicht bekannt. Als mögliche Ursachen kommen bei Einsatz der laparoskopischen Chirurgie auch Einflüsse von Gas und Druck auf das Peritoneum in Betracht. Dabei könnte eine peritoneale Inflammation die Adhäsion und das Wachstum von Tumorzellen begünstigen. Wir untersuchten den Einfluss eines CO2- und Helium- Pneumoperitoneums auf die Morphologie des Rattenperitoneums. Methoden: Bei insgesamt 50 Ratten (BD IX) erfolgte die intraabdominelle Injektion von Tumorzellen (DHB/TRb) und im Anschluß für 30 min der Aufbau eines CO2-oder Helium-Pneumoperitoneums mit einem Druck von 15 mm Hg. Nach definierten Zeitpunkten (2, 12, 24, 48 und 96h) wurden die Tiere geopfert und Proben des Peritoneums rasterelektronenmikroskopisch auf inflammatorische Veränderungen untersucht. Bei den Kontrolltieren wurde keine Pneumoperitoneum aufgebaut. Ergebnisse: Bei allen Kontrolltieren war das Peritoneum frei von entzündlichen Veränderungen. Sowohl in der CO2 als auch in der Helium-Gruppe lagen bei 21 von 25 Tieren ebenfalls keine entzündlichen Veränderungen vor. Lediglich bei vier Tieren jeder Gruppe fanden sich Alterationen des Mesothel, die auf eine Inflammation hindeuteten. Tumorzellen wurden in insgesamt sechs Tieren nachgewiesen. In keinem Fall kam es zu einem nodulären oder diffusen intraperitonealen Tumorwachstum. Schlussfolgerung: Morphologisch zeigt das Rattenperitoneum nach Tumorzellinjektion und CO2- bzw. Helium- Pneumoperitoneum keine Veränderungen, die ein intraperitoneales Tumorwachstum begünstigen könnten. Alterationen des Peritoneums infolge eines Pneumoperitoneums scheinen daher nicht die Ursache für das Auftreten von Metastasen nach minimal-invasiven Operationen zu sein. / Objective: Laparoscopic surgery in patients with cancer has been discussed controversially because of the susceptibility of laparoscopic incisions for metastatic tumour growth. The mechanisms of port-site metastases and intraperitoneal tumour growth are still unknown. One reason might be the influence of insufflation gas and pressure on the peritoneum. A structural damage of the mesothelial layer due to the pneumoperitoneum might facilitate tumour cell adhesion and growth. We have examined the influence of CO2- and helium- pneumoperitoneum on the morphology of the peritoneum. Methods: A total of 50 rats (BD IX) received colon carcinoma (DHB/TRb) cells intraperitoneally and CO2 or Helium were used for insufflation at a pressure of 15 mm Hg for 30 minutes. After different time periods (2, 12, 24, 48 and 96h) rats were killed and the peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Controls were without pneumoperitoneum. The peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Results: Controls and most of the rats with pneumoperitoneum showed no peritoneal alterations. In 4 animals of each group inflammatory alterations of the peritoneum such as bulging and retraction of mesothelial cells were observed at different time points. Tumour cells adherent to the peritoneum were found in a total of 6 animals. Peritoneal carcinomatosis, tumour nodules or infiltration of the peritoneum by tumour cells were not observed. Conclusions: Our study demonstrates that the morphologic integrity of the rat peritoneum is not disturbed when CO2 or helium are used for insufflation combined with the intraperitoneal injection of carcinoma cells. Pneumoperitoneum therefore is probably not the condition causing peritoneal changes that favour intraperitoneal tumour growth.

Gegenstand des Projektes war die Erforschung eines innovativen Werkstoffkonzeptes für feuerfeste Steine, wie Rohr- und Kanalsteine, die im Stahluntergussverfahren eingesetzt werden. Durch die Kombination eines feuerfesten, wärmedämmenden Werkstoffs auf der Basis von Reisschalenasche (RSA) mit einer Aluminiumoxid- oder aluminiumoxidreichen, über Flammspritzen erzeugten Beschichtung sollten sowohl exzellente wärmedämmende Eigenschaften als auch eine hohe Beständigkeit gegenüber chemischen Wechselwirkungen mit der Stahlschmelze erreicht werden. Für RSA-Substrate wurde eine ausreichende Feuerfestigkeit mit einer starken nicht-linearen Dehnung festgestellt. Flammgespritzte Schichten auf Basis von Aluminiumoxid wurden umfangreich charakterisiert. Die hergestellten Werkstoffverbunde zeigten eine gute Hochtemperaturstabilität sowie Thermoschockbeständigkeit. In Kooperation mit dem Industriepartner wurden mittels Flammspritzen funktionalisierte Kanalrohrstein-Prototypen erfolgreich mit Stahlschmelze beaufschlagt. Die erstarrten Stahlblöcke wurden hinsichtlich ihrer Population nicht-metallischer Einschlüsse mit Hilfe einer neu entwickelten Routine (automatisierter Rasterelektronenmikroskopie) inkl. umfassender detaillierter und statistischer Auswertung charakterisiert. Die Ergebnisse der Abgussversuche zeigten sogar eine leicht geringere Einschlusspopulation im Stahl nach Kontakt mit dem neuentwickelten Werkstoffverbund im Vergleich zum Schamotte-basierten Referenzmaterial. Das Projekt wurde von 2021 bis 2024 an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert (Projektnummer 456277449) und erfolgreich beendet.:1 Allgemeine Angaben 1 2 Zusammenfassung / Summary 1 3 Wissenschaftlicher Arbeits- und Ergebnisbericht 3 3.1 Ausgangsfragen und Zielsetzung des Projektes 3 3.2 Beschreibung der projektspezifischen Ergebnisse und Erkenntnisse 3 4 Veröffentlichte Projektergebnisse 10 4.1 Publikationen mit wissenschaftlicher Qualitätssicherung 10 4.2 Weitere Publikationen und öffentlich gemachte Ergebnisse 10 4.3 Patente 11 / The aim of the project was to investigate an innovative material concept for refractory bricks, such as runner bricks, which are used in the steel ingot casting process. By combining a refractory, heat-insulating material based on rice husk ash (RSA) with an alumina or alumina-rich coating produced by flame spraying, both excellent heat-insulating properties and high resistance to chemical interactions with the molten steel were expected. For RSA substrates, sufficient refractoriness with strong non-linear elongation was found. Flame-sprayed coatings based on alumina were extensively characterized. The material composites produced exhibited good high-temperature stability and thermal shock resistance. In cooperation with the industrial partner, functionalized runner brick prototypes by means of flame spraying were successfully exposed to molten steel. The solidified steel blocks were characterized with regard to their population of non-metallic inclusions using a newly developed routine (automated scanning electron microscopy), including comprehensive detailed and statistical evaluation. The results of the casting tests even showed a slightly lower population of inclusions in the steel after contact with the newly developed composite material compared to the fireclay-based reference material. The project was funded by the German Research Foundation (DFG) from 2021 to 2024 at the Technische Universität Bergakademie Freiberg (project number 456277449) and was successfully completed.:1 Allgemeine Angaben 1 2 Zusammenfassung / Summary 1 3 Wissenschaftlicher Arbeits- und Ergebnisbericht 3 3.1 Ausgangsfragen und Zielsetzung des Projektes 3 3.2 Beschreibung der projektspezifischen Ergebnisse und Erkenntnisse 3 4 Veröffentlichte Projektergebnisse 10 4.1 Publikationen mit wissenschaftlicher Qualitätssicherung 10 4.2 Weitere Publikationen und öffentlich gemachte Ergebnisse 10 4.3 Patente 11

Gegenstand dieser Arbeit ist die Herstellung nicht hierarchischer und hierarchischer, poröser Polymermembranen mittels eines Templatverfahrens. Bei der Herstellung der hierarchischen Membranen wird eine Stützschicht mit mikrometergroßen Mulden und eine aktive Membranschicht mit submikrometergroßen Poren in einem Arbeitsschritt und aus einem Material erzeugt. Als Template für die Poren der nicht hierarchischen Membranen bzw. Mulden der hierarchischen Membran in der Stützschicht dienen Flüssigkeitstropfen. Diese werden auf Substraten mit Bereichen unterschiedlicher Benetzbarkeit erzeugt. Die Substrate werden anschließend mit einer Polymerlösung überschichtet, welche im Falle der hierarchischen Membranen sphärische, monodisperse Siliziumdioxidpartikel enthält. Die Siliziumdioxidpartikel ordnen sich bevorzugt in der Grenzfläche zwischen den Templattropfen und der Polymerlösung an. Nach Verdunsten des Lösungsmittels, Entfernen des Substrats und ggf. der Siliziumdioxidpartikel werden poröse Polymermembranen erhalten. Die nicht hierarchischen weisen Poren in der Größe der Templattropfen aus. Die hierarchischen Membranen zeigen dagegen eine Stützstruktur mit mikrometergroßen Mulden, entstanden durch die Templattropfen und eine Schicht auf der Oberseite der Membran mit submikrometergroßen Poren, die durch die Siliziumdioxidpartikel gebildet wurden. Außerdem wird gezeigt, wie das dargelegte Verfahren auf die Herstellung von Membranen aus dem Monomer VISIOMER HEMA-TMDI übertragen werden konnte

In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Moleküle aus der Klasse der Phthalocyanine (Pc) und Pentacen-Materialien als aktive Schichten in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) mittels organischer Molekularstrahldeposition (OMBD) unter Hochvakuumbedingungen aufgedampft. Die elektrische Charakterisierung von Top-Kontakt (TC) und Bottom-Kontakt (BC) OFET-Konfigurationen, die Auskunft über die Ladungsträgermobilität, die Schwellspannung und das Ein/Aus-Verhältnis gibt, wurde sowohl unter Hochvakuum- als auch unter Umgebungsbedingungen an Luft durchgeführt. Für beide OFET-Konfigurationen wurde Gold für die Source- und Drain-Elektroden genutzt. Aussagen über die Morphologie der untersuchten organischen Schichten, die auf Siliziumsubstraten mit einem 100 nm dicken Siliziumdioxyd (SiO2) Gate-Dielektrikum abgeschieden wurden, wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) erhalten. Im Vergleich mit den TC OFETs wurde im Bereich des aktiven Kanals in den BC OFETs die Bildung einer höheren Anzahl von Körnern und Korngrenzen gefunden, welche zur Degradation dieser Bauelemente speziell bei Atmosphärenexposition beiträgt. Es wurden die nachfolgenden fünf Moleküle aus der Klasse der Pc untersucht: Kupferphthalocyanin (CuPc), Fluoriertes Kupferphthalocyanin (F16CuPc), Kobaltphthalocyanin (CoPc), Titanylphthalocyanin (TiOPc), und Lutetium-bis-Phthalocyanin (LuPc2). Diese Moleküle wurden mit dem Ziel ausgewählt, die Performance der OFETs unter vergleichbaren Präparationsbedingungen zu testen, wenn das zentrale Metallatom, die Halbleitereigenschaften oder die molekulare Geometrie geändert werden. Durch die Fluorierung (F16CuPc) wurde eine Änderung im Leitungsverhalten von CuPc von p-Typ zum n-Typ erreicht und in der elektrischen Charakteristik der OFETs nachgewiesen. Diese Resultate wurden ebenfalls mittels Kelvin-Sonden-Kraftmikroskopie (KPFM) erhalten. Der Einfluss der Molekülgeometrie auf die Performance der Bauelemente wurde durch die Änderung der Gestalt der Moleküle von planar (CuPc, F16CuPc, CoPc) zu nicht planaren Einfach- (TiOPc) und nicht planaren Doppeldeckermolekülen (LuPc2) untersucht. Eine höhere OFET-Performance wurde erreicht, wenn planare Pc-Materialien für die Bildung der aktiven Schicht verwendet wurden. Das kann teilweise auf die Morphologie der Pc-Schichten zurückgeführt werden. AFM-Aufnahmen zeigen, dass im Vergleich mit nicht planaren Molekülen größere Körner und deshalb eine geringere Anzahl von Korngrenzen gebildet werden, wenn planare Pc-Moleküle verwendet werden. Für den Fall von TC CuPc OFETs wurde gezeigt, dass die Performance der Bauelemente verbessert werden kann, wenn das Gate-Dielektrikum mit einer selbstorganisierten Monoschicht von n-Octadecyltrichlorosilan modifiziert wird oder wenn das Substrat während der Aufdampfung der CuPc-Schicht auf einer höheren Temperatur gehalten wird. Für die Klasse der Pentacen-Materialien wurde ein Vergleich zwischen der Performance von BC OFETs, die die kürzlich synthetisierten fluorierten n-Typ Pentacenquinon-Moleküle nutzen, und denen, die die p-Typ Pentacen-Moleküle nutzen, präsentiert. Das große Erfordernis hochreine Materialien zu verwenden, um eine Degradation der OFETs zu vermeiden, wurde durch Durchführung von Mehrfachmessungen an den OFET-Bauelementen bestätigt. Aus diesen Experimenten lassen sich Informationen bzgl. der Störstellen an der Grenzfläche organische Schicht/SiO2 ableiten. Weiterhin wurde für einige der untersuchten Moleküle die Performance von BC OFETs unter dem Einfluss von unterschiedlichen Gasen gezeigt.

Poröse Polymermembranen spielen in der Industrie und Forschung als Filtrationsmedien eine bedeutende Rolle. Eine besondere Form dieser Membranen sind die sogenannten Mikrosiebe, die sich im Vergleich zu herkömmlichen Filtermedien durch eine Membrandicke kleiner als der Durchmesser der Poren, eine enge Porengrößenverteilung und eine hohe Porendichte auszeichnen. Dies führt zu einer hohen Selektivität und Permeabilität dieser Mikrosiebe. Aufgrund der geringen Membrandicke sind sie jedoch, beispielsweise beim Einsatz als Filtermedien, sehr empfindlich gegenüber mechanischer Belastung und benötigen üblicherweise eine zusätzliche (externe) Stützstruktur. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung mikrosiebartiger Polymermembranen, bei denen die Darstellung der späteren Trennschicht und Stützstruktur in einem Prozess erfolgt – den hierarchisch strukturierten porösen Membranen. Es werden zwei neue Verfahren zur Darstellung dieser Membranen vorgestellt. Im ersten Verfahren wird das Prinzip der partikel-assistierten Benetzung mit den sogenannten Kondensationsmustern (Breath Figures Patterns), im zweiten Verfahren mit der Tintenstrahltechnik kombiniert. In beiden Fällen enthalten die resultierenden Polymermembranen die gewünschte hierarchische Porenstruktur, d. h. sie weisen eine Trennschicht mit submikrometergroßen Poren auf der einen Seite und eine Stützstruktur mit größeren, mikrometergroßen Poren auf der anderen Seite auf. Um die Membranen, welche durch Kombination der partikel-assistierten Benetzung mit den Kon-densationsmustern hergestellt werden, für einen möglichen Einsatz als Filtrationsmedium zu charakterisieren, werden Untersuchungen bezüglich des Permeatflusses und der Permeabilität sowie zum Rückhaltevermögen durchgeführt.:Inhaltsverzeichnis iii Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen und Symbole vi Abkürzungen vi Symbole ix 1 Einleitung und Motivation der Arbeit 1 2 Verfahren zur Herstellung hierarchisch strukturierter Membranen durch Kombination von Kondensationsmustern mit dem Prinzip der partikel-assistierten Benetzung 10 2.1 Einleitung 10 2.2 Ergebnisse 15 2.3 Zusammenfassung 24 2.4 Experimenteller Teil 25 2.4.1 Synthese der Siliziumdioxid-Partikel 25 2.4.2 Membranherstellung 26 2.4.2.1 Herstellung der Partikel-Polymer-Dispersionen 26 2.4.2.2 Herstellung der Membranen 28 2.4.3 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung 29 2.4.4 Verwendete Chemikalien 30 2.4.4.1 Herstellung der Siliziumdioxid-Partikel nach Stöber 30 2.4.4.2 Herstellung der Membranen 30 3 Untersuchung der Filtrationseigenschaften der hierarchisch strukturierten porösen Membranen 31 3.1 Einleitung 31 3.1.1 Filtration 31 3.1.2 Ultrafiltration und Mikrofiltration - Prozessführung 36 3.1.2.1 Dead-End-Filtration 37 3.1.2.2 Querstrom-Filtration 40 3.1.3 Membranfouling 41 3.1.4 Mikrofiltration mit Mikrosieben 42 3.2 Ergebnisse 45 3.2.1 Bestimmung der Porosität 46 3.2.2 Bestimmung der Leistungsfähigkeit der hierarchisch strukturierten Membranen 49 3.2.3 Bestimmung des Rückhaltevermögens der hierarchisch strukturierten Membranen 56 3.2.3.1 Filtration von Hefezellen 56 3.2.3.2 Filtration von Rhodamin B markierten Melamin-Partikeln 58 3.3 Zusammenfassung 60 3.4 Experimenteller Teil 62 3.4.1 Herstellung poröser Membranen für Filtrationsversuche 62 3.4.2 Permeatfluss- und Permeabilitätsmessungen 62 3.4.3 Filtrationsmessungen 63 3.4.3.1 Filtration von Hefezellen 63 3.4.3.2 Filtration von Rhodamin B markierten Melamin-Partikeln 64 3.4.4 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung 64 3.4.5 Verwendete Chemikalien 65 3.4.5.1 Herstellung der Membranen 65 3.4.5.2 Permeatfluss- und Permeabilitätsmessungen 65 3.4.5.3 Filtrationsmessungen 66 3.5 Anhang 67 3.5.1 Anhang 3.1 - Ergebnisse der Porositätsbestimmung 67 3.5.2 Anhang 3.2 - Ergebnisse der Bestimmung der Permeatflüsse und Permeabilitäten 78 3.5.3 Anhang 3.3 - Ergebnisse der Filtrationsmessungen 83 4 Herstellung poröser Membranen mittels Inkjet-Technologie 86 4.1 Einleitung 87 4.1.1 Inkjet-Technologie (Tintenstrahltechnik) 87 4.1.2 Ober- und Grenzflächenthermodynamik 91 4.1.3 Herstellung poröser Membranen mit Hilfe der Inkjet-Technologie 96 4.2 Ergebnisse 97 4.2.1 Druckprozess 98 4.2.2 Membranherstellungsprozess 104 4.2.2.1 Membranherstellung mittels Filmziehrahmen 105 4.2.2.2 Membranherstellung mittels Ringmethode 107 4.2.2.3 Vergleich zwischen theoretischem und experimentell ermitteltem Porendurchmesser 110 4.2.2.4 Porosität 116 4.3 Zusammenfassung 118 4.4 Experimenteller Teil 119 4.4.1 Herstellen der Substrate 119 4.4.2 Druckprozess 119 4.4.2.1 Herstellung der Tinte und Befüllen der Patrone 120 4.4.2.2 Einstellung des Druckers 120 4.4.3 Membranherstellung 121 4.4.3.1 Herstellung der Polymerlösungen 121 4.4.3.2 Herstellung und Aufarbeitung der Membranen 122 4.4.4 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung 123 4.4.5 Verwendete Chemikalien 124 4.4.5.1 Herstellung der Substrate 124 4.4.5.2 Druckprozess 124 4.4.5.3 Membranherstellung 124 4.5 Anhang 125 5 Verfahren zur Herstellung hierarchisch strukturierter Membranen durch Kombination der Inkjet-Technologie mit dem Prinzip der partikel-assistierten Benetzung 127 5.1 Einleitung 128 5.1.1 Dünne Polymerfilme 128 5.1.2 Dynamik des Verdunstungsprozesses 129 5.2 Ergebnisse 132 5.2.1 Einfluss der Partikel auf die Membranherstellung 134 5.2.2 Einfluss der Oberflächenfunktionalisierung der Partikel und des Partikel : Polymer-Verhältnisses 137 5.2.3 Einfluss des Lösungsmittels 144 5.2.3.1 Membranherstellung mit einem Lösungsmittelgemisch aus Chloroform und 1-Dekalin 146 5.2.3.2 Membranherstellung mit einem Lösungsmittelgemisch aus Chloroform und 3-Pentanon 148 5.2.3.3 Porosität 153 5.3 Zusammenfassung 155 5.4 Experimenteller Teil 158 5.4.1 Herstellung der Substrate 158 5.4.2 Druckprozess 158 5.4.2.1 Herstellung der Tinte und Befüllen der Patrone 159 5.4.2.2 Einstellung des Druckers 159 5.4.3 Membranherstellung 160 5.4.3.1 Herstellung der Siliziumdioxid-Partikel 160 5.4.3.2 Herstellung der Partikel-Polymer-Dispersion 162 5.4.3.3 Herstellung und Aufarbeitung der Membranen 164 5.4.4 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung 164 5.4.5 Verwendete Chemikalien 166 5.4.5.1 Synthese der Siliziumdioxid-Partikel 166 5.4.5.2 Herstellung der Substrate 167 5.4.5.3 Druckprozess 167 5.4.5.4 Membranherstellung 167 6 Zusammenfassung 168 7 Literatur 172 Abbildungsverzeichnis 180 Tabellenverzeichnis 184 Selbständigkeitserklärung 185 Circum Vitae 186 8 Literatur 191

In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Moleküle aus der Klasse der Phthalocyanine (Pc) und Pentacen-Materialien als aktive Schichten in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) mittels organischer Molekularstrahldeposition (OMBD) unter Hochvakuumbedingungen aufgedampft. Die elektrische Charakterisierung von Top-Kontakt (TC) und Bottom-Kontakt (BC) OFET-Konfigurationen, die Auskunft über die Ladungsträgermobilität, die Schwellspannung und das Ein/Aus-Verhältnis gibt, wurde sowohl unter Hochvakuum- als auch unter Umgebungsbedingungen an Luft durchgeführt. Für beide OFET-Konfigurationen wurde Gold für die Source- und Drain-Elektroden genutzt. Aussagen über die Morphologie der untersuchten organischen Schichten, die auf Siliziumsubstraten mit einem 100 nm dicken Siliziumdioxyd (SiO2) Gate-Dielektrikum abgeschieden wurden, wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) erhalten. Im Vergleich mit den TC OFETs wurde im Bereich des aktiven Kanals in den BC OFETs die Bildung einer höheren Anzahl von Körnern und Korngrenzen gefunden, welche zur Degradation dieser Bauelemente speziell bei Atmosphärenexposition beiträgt. Es wurden die nachfolgenden fünf Moleküle aus der Klasse der Pc untersucht: Kupferphthalocyanin (CuPc), Fluoriertes Kupferphthalocyanin (F16CuPc), Kobaltphthalocyanin (CoPc), Titanylphthalocyanin (TiOPc), und Lutetium-bis-Phthalocyanin (LuPc2). Diese Moleküle wurden mit dem Ziel ausgewählt, die Performance der OFETs unter vergleichbaren Präparationsbedingungen zu testen, wenn das zentrale Metallatom, die Halbleitereigenschaften oder die molekulare Geometrie geändert werden. Durch die Fluorierung (F16CuPc) wurde eine Änderung im Leitungsverhalten von CuPc von p-Typ zum n-Typ erreicht und in der elektrischen Charakteristik der OFETs nachgewiesen. Diese Resultate wurden ebenfalls mittels Kelvin-Sonden-Kraftmikroskopie (KPFM) erhalten. Der Einfluss der Molekülgeometrie auf die Performance der Bauelemente wurde durch die Änderung der Gestalt der Moleküle von planar (CuPc, F16CuPc, CoPc) zu nicht planaren Einfach- (TiOPc) und nicht planaren Doppeldeckermolekülen (LuPc2) untersucht. Eine höhere OFET-Performance wurde erreicht, wenn planare Pc-Materialien für die Bildung der aktiven Schicht verwendet wurden. Das kann teilweise auf die Morphologie der Pc-Schichten zurückgeführt werden. AFM-Aufnahmen zeigen, dass im Vergleich mit nicht planaren Molekülen größere Körner und deshalb eine geringere Anzahl von Korngrenzen gebildet werden, wenn planare Pc-Moleküle verwendet werden. Für den Fall von TC CuPc OFETs wurde gezeigt, dass die Performance der Bauelemente verbessert werden kann, wenn das Gate-Dielektrikum mit einer selbstorganisierten Monoschicht von n-Octadecyltrichlorosilan modifiziert wird oder wenn das Substrat während der Aufdampfung der CuPc-Schicht auf einer höheren Temperatur gehalten wird. Für die Klasse der Pentacen-Materialien wurde ein Vergleich zwischen der Performance von BC OFETs, die die kürzlich synthetisierten fluorierten n-Typ Pentacenquinon-Moleküle nutzen, und denen, die die p-Typ Pentacen-Moleküle nutzen, präsentiert. Das große Erfordernis hochreine Materialien zu verwenden, um eine Degradation der OFETs zu vermeiden, wurde durch Durchführung von Mehrfachmessungen an den OFET-Bauelementen bestätigt. Aus diesen Experimenten lassen sich Informationen bzgl. der Störstellen an der Grenzfläche organische Schicht/SiO2 ableiten. Weiterhin wurde für einige der untersuchten Moleküle die Performance von BC OFETs unter dem Einfluss von unterschiedlichen Gasen gezeigt.