In der Mikrosystemtechnik werden Bauelemente mit mikroskopischen Abmessungen hergestellt. Für Mikrospiegel werden Reflexionsbeschichtungen entwickelt, die den speziellen Anforderungen dieser Substrate genügen. Die Reflexionsschichten werden durch DC- und HF- Magnetronsputtern unter Verwendung der Materialien Aluminium, Silber, Titan, Aluminium-(Silizium1%)-oxid, Aluminium-(Silizium1%)-nitrid und Titanoxid hergestellt. Die Abscheideprozesse der einzelnen Schichten werden detailliert vorgestellt. Die dünnen Schichten werden charakterisiert, wobei der Schwerpunkt auf den Schichtspannungen und auf den optischen Eigenschaften liegt. Als Reflexionsbeschichtungen werden folgende drei Lösungen hergestellt, charakterisiert und miteinander verglichen: 1. Einfache Aluminiumschichten; 2. Aluminium mit einer Vergütung aus Aluminium-(Silizium1%)-oxid und Titanoxid; 3. Silber auf Titan-Haftschicht mit einer Vergütung aus Aluminium-(Silizium1%)-nitrid und Titanoxid. Der Aufbau des Silberschichtsystems stellt eine Eigenentwicklung dar, die auch auf andere Anwendungen übertragbar ist. Die Stabilität der Beschichtungen sowie die Anwendbarkeit auf Mikrospiegeln werden nachgewiesen.

The following work examines the hydrogenation of p-nitrotoluene in the liquid phase and the partial hydrogenation of acroleine in the gas phase. For both reactions a microchannel reactor (MCR) with catalytically active walls and fixed bed catalysts have been prepared and applicated. In case of the hydrogenation of p-nitrotoluene using the MCR the aim was to prepare a catalytically active wall coating. To achieve this the inner surface of the MCR was anodically oxidized and followed by a deposition of palladium in the resulting oxide layer by means of electrochemical and wetchemical reduction. The resulting coating was modified by promoting it with lanthane. The maximum space time yield of p-toluidine was 7 mols per liter and hour. This is significantly more than the state-of-the-art today which is limited by heat transfer and enables a space time yield in the range of 0.15 to 1.5 mol per liter and hour. Thus, the MCR could be profitably used for this reaction. In case of the partial hydrogenation of acroleine with allyl alcohol as the desired product silver based real and model catalysts have been used. The aim was to identify correlations between the chosen catalyst support and immobilization procedure on one side and the catalytical properties of the resulting catalyst on the other. Aluminum and silicon dioxide have been used as catalyst support. The catalytically active component silver was deposited using conventional wet impregnation procedures as well as electrochemical silver deposition and sputtering of silver. It was possible to discriminate between effects due to the choice of the support material and effects due to the choice of the immobilization procedure. For this reaction, the MCR could not be used profitably. / In der vorliegenden Arbeit wurde die Hydrierung von p-Nitrotoluol in der Flüssigphase und die partielle Hydrierung von Acrolein in der Gasphase untersucht. Für beide Reaktionen wurden Mikrostrukturreaktoren (MSR) mit katalytisch aktiven Wänden sowie Schüttgutkatalysatoren präpariert und eingesetzt. Im Fall der Hydrierung von p-Nitrotoluol im MSR bestand das Ziel in der Präparation einer geeigneten katalytisch aktiven Wandbeschichtung. Dazu wurde die innere Oberfläche des MSR anodisch oxidiert und in der resultierenden Oxidschicht Palladium durch elektrochemische und nasschemische Reduktion abgeschieden. Modifiziert wurden die erhaltenen Beschichtungen durch Lanthanpromotierung. Es wurde eine maximale Raumzeitausbeute an p-Toluidin im MSR von 7 mol pro Liter und Stunde erreicht. Dies ist deutlich höher als der durch die Grenzen des Wärmetransportes limitierte Stand der Technik, der für konventionelle Rührkesselreaktoren im Bereich von 0,15 bis 1,5 mol pro Liter und Stunde liegt. Der MSR konnte damit gewinnbringend für diese Reaktion eingesetzt werden. Für die Hydrierung von Acrolein mit dem Zielprodukt Allylalkohol wurden auf Silber basierende reale und Modellkatalysatoren eingesetzt. Ziel war es, Zusammenhänge zu finden zwischen der Wahl des Katalysatorträgers und der Techniken zur Silberimmobilisierung auf der einen Seite und den katalytischen Eigenschaften des resultierenden Katalysators auf der anderen. Als Trägermaterialien wurden Aluminium und Siliziumdioxid verwendet. Die Aktivkomponente Silber wurde konventionell nasschemisch, elektrochemisch und durch Sputtern abgeschieden. Einflüsse des Trägermaterials auf Aktivität und Selektivität des Katalysators konnten deutlich von den Einflüssen der verschiedenen Techniken der Silberimmobilisierung unterschieden werden. Der Mikrostrukturreaktor konnte für diese Reaktion nicht gewinnbringend eingesetzt werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde die heterogen katalysierte Oxidation von Ethen zu Ethylenoxid an Silberkatalysatoren untersucht. Ziel dieser Arbeit war es, Mikrostrukturreaktoren für schnelle und stark exotherme Oxidationsreaktionen zu erproben und diese Epoxidation diente als Modellreaktion. Gleichzeitig wurden explosions- und flammhemmende Eigenschaften des Mikrostrukturreaktors ausgenutzt, um die partielle Oxidation von Ethen zu Ethyenoxid im Explosionsbereich (> 9% Sauerstoff) ohne Sicherheitsprobleme zu ermöglichen. Um die gesteckten Ziele zu erreichen wurden zwei parallele Lösungswege beschritten. Zunächst wurden modulare Mikrostrukturreaktoren und geeignete mikrostrukturierte Katalysatorträger entwickelt, um Untersuchungen verschiedener katalytischer Beschichtungen in dieser neuen und nicht allgemein verfügbaren Reaktorbauweise zu ermöglichen. Zur katalytische Erprobungen dieser Konstruktion war es notwendig, geeignete Beschichtungstechniken zur Immobilisierung katalytisch aktiver Spezies zu entwickeln. Durch die Bauweise dieser Reaktoren als Wandreaktor erschien es anfänglich nicht möglich, kommerziell verfügbare pellet-artige Katalysatoren zu verwenden. Daher wurden, parallel zur Konstruktion der modularen Mikroreaktoren, verschiedene auf Silber basierende Beschichtungstechniken hinsichtlich ihrer Eignung für diese Reaktion erprobt. Zur Erprobung kamen u.a. Silberimmobilisierung in einem durch anodischen Oxidation erzeugen Porensystem bzw. einer durch Sol-Gel Beschichtung erzeugten a-Aluminiumoxid Schicht und die Abscheidung von metallischem Silber per Vakuumbeschichtung auf einem Trägermaterial. Zuletzt wurde die Immobilisierung eines gemahlenen, kommerziellen Katalysators per elektrostatischer Pulverabscheidung auf einem entsprechend präparierten Trägermaterial vorgenommen und erfolgreich erprobt. Die wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit aus chemisch-katalytischer Sicht ist der enorm positive Einfluss hoher Sauerstoffkonzentrationen auf die Selektivität und gleichzeitig den Umsatz des umzusetzenden Ethylens. Wird die Sauerstoffkonzentration von unter 10% auf bis zu 80% erhöht, so steigt die Selektivität zu Ethylenoxid um ca. 10% an und simultan kann der Umsatzgrad abhängig vom Katalysator und der Reaktortemperatur um den Faktor 2 bis 10 gesteigert werden. Diese Beobachtung wurde für jeden funktionierenden Katalysator gemacht, unabhängig von dessen Herstellung. Mittels Promotoren wie Cs-Salzen und Stickoxiden konnte die Selektivität in Abwesenheit gängiger Moderatoren wie Chlorkomponenten auf 70% (Cs-Salze) bzw. 75% (NOx) gesteigert werden. Verfahrenstechnisch ist festzuhalten, dass Mikrostrukturreaktoren gleich welcher Bauweise unter allen Reaktionsbedingungen thermisch stabil und beherrschbar blieben. Es wurden Umsatzgrade bis 99% bezüglich Ethen erzielt bzw. Reaktionstemperaturen von über 630 K bei einem binären Ethylen-Sauerstoff Gemisch (20%/80%) angewendet. Angesichts adiabater Temperaturerhöhungen von mehr als 3000 K konnte dennoch ein stabiler Betrieb des Reaktors festgestellt werden. Diese thermische Stabilität war bei Katalysatoren in Festbettreaktoren nicht gegeben.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die erstmalige, umfassende und systematische Untersuchung aller Teilprozesse bei der ionenstrahlgestützten Schichtabscheidung (IBSD). Silber (Metall) und Germanium (Halbleiter) wurden als Beispielsysteme ausgewählt, da auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Materialien prinzipielle Unterschiede in der Zerstäubung und Schichtabscheidung zu erwarten sind. Zur Bearbeitung der wissenschaftlichen Fragestellung erfolgte eine Charakterisierung der Primärteilchen sowie der zerstäubten und gestreuten Teilchen bezüglich ihrer Energie und Winkelverteilung sowie eine Charakterisierung der abgeschiedenen Schichten bezüglich ihrer Schichtdicke, Komposition, Struktur, Oberflächentopographie, elektrischen und optischen Eigenschaften unter Variation der Art (Argon und Xenon), der Energie (0.5 keV–1.5 keV) und des Einfallswinkels der Primärteilchen relativ zur Targetnormalen (0°–60°) sowie des betrachteten polaren Emissionswinkels (-40°–90°). Die dargestellten Ergebnisse demonstrieren den systematischen Einfluss der primären Prozessparameter (Ionenart, Energie, Einfallswinkel und Emissionswinkel) auf die Eigenschaften der zerstäubten und gestreuten Teilchen und auf die Eigenschaften der erzeugten Silber- und Germaniumschichten, wobei die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten mit den Eigenschaften der schichtbildenden Teilchen korrelieren. Bei der IBSD von Silber führt der Einfluss der hochenergetischen zerstäubten und gestreuten Teilchen auf die Schichten zu kleineren mittleren Korngrößen und damit zu höheren spezifischen Widerständen und Variationen in den optischen Eigenschaften. Die Untersuchungen zur IBSD von Germanium zeigen, dass der Einbau von Prozessgas in die abgeschiedenen Schichten mit der Anzahl der gestreuten Primärionen, deren Energie hoch genug für eine Implantation in die Schicht ist, korreliert werden kann.

Plasmonic properties of self-assembled silver nanoparticles/nanowires array on periodically patterned Si (100) substrate are reported with special attention on the mechanism of nanoparticles self-assembly. The advantage of this bottom up approach over other self-assembling and lithographic methods is the flexibility to tune array periodicity down to 20 nm with interparticle gaps as low as 5 nm along the ripple. Ripple pattern have shallow modulation (~2 nm) still particles self-assembly was observed in non-shadow deposition. Therefore adatoms diffusion and kinetics is important on ripple surface for the self-assembly. PVD e-beam evaporation method used for deposition has proven to be superior to sputter deposition due to lower incident flux and lower atom energy. It was found that particles self-assembly largely dependent on angle of incidence, substrate temperature, and deposition direction due to ripple asymmetric tilt. Ostwald ripening observed during annealing on ripples substrate has striking dependency on ripple periodicity and was found to be different compared to Ostwald ripening on flat Si surface. In-situ RBS measurements of deposited silver on flat and rippled substrate confirmed different sticking of atoms on the two surfaces. The difference between maximum and minimum of the calculated local flux show a peak at an incidence angle of 70o with respect to surface normal. This explains the best alignment of particles at this angle of incidence compare to others. Self-assembled nanoparticles are optically anisotropic, i.e. they exhibit a direction dependent shift in LSPR. The reason of the observed anisotropy is a direction dependent plasmonic coupling. Different in plane and out of the plane dielectric coefficients calculated by modelling Jones matrix elements, confirms that nanoparticle/nanowire array are biaxial anisotropic (ex ¹ ey ¹ ez). The nanoparticles are predominantlyinsulating while nanowires are both metallic and insulating depending on the dimension. Silver nanoparticles/nanowires self-aligned on pre-patterned rippled substrate are presented for the first time as an active SERS substrate. Anisotropic SERS response in such arrays is attributed to different field enhancement along and across the ripples. Strong plasmonic coupling in elongated nanoparticles chain results in significantly higher SERS intensity then spherical nanoparticles/nanowires and non-ordered nanoparticles. Higher SERS intensity across the nanowires array in comparison to along the array (bulk silver) confirms electromagnetic field enhancement (hot-junction) is responsible for SERS phenomenon. Self-assembly of cobalt nanoparticle on ripple pattern substrate is also reported. Due to less adatom mobility and higher sticking cobalt self-assembly is possible only at much higher temperature. A strong uniaxial magnetic anisotropy was observed not observed for non ordered cobalt particles.

Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2010

Freie Universiẗat, Diss., 2000--Berlin.

Techn. University, Diss., 2003--Chemnitz.

Die heterobimetallischen Pi-Pinzetten können erfolgreich als Grundbaustein für die Darstellung von mehrkernigen Übergangsmetallkomplexen, in denen die Metallzentren M(I) (M = Cu, Ag) über unterschiedliche stickstoffhaltige organische sigma-Donor-Liganden verbrückt sind, verwendet werden. In Abhängigkeit von der Natur der korrespondierenden organometallischen Pi-Pinzetten und der organischen Brückeneinheiten konnten verschiedene mehrkernige Übergangsmetallkomplexe synthetisiert werden. Diese Komplexe wurden mittels IR, 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie sowie MS charakterisiert. Die Festkörperstrukturen ausgewählter Komplexe konnten durch Einkristall-Röntgenstrukturanalyse erhalten werden. Die Wechselwirkungen der Kupfer(I)- sowie Silber(I)-Ionen, über die koordinativ gebundenen stickstoffhaltigen. Stichworte: Organometallischen À-Pinzetten; Bis(alkinyl)titanocene; Titanium; À- Konjugierte; Mehrkernigen; Kupfer(I), Silber(I).

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von Phosphan-Kupfer(I)- und Silber(I)-Thiocarboxylaten der Art [(nBu3P)mMSC(O)R] (m = 2, 3; M = Cu, Ag; R = Me, Ph). Die Verbindungen wurden in Hinsicht auf ihr Potential zur thermischen Abscheidung dünner Schichten untersucht. Weiterhin befasst sich diese Arbeit mit der Darstellung von Silber(I)- und Kupfer(I)-Carboxylaten, die im organischen Rest mindestens eine zusätzliche Donorfunktion besitzen ([(nBu3P)mMO2CR]; m = 1, 2; M = Ag, Cu; R = ungesättigter organischer Rest, CH2O(CH2)2OCH3). Das thermische Verhalten und die Anwendbarkeit dieser Komplexe zur Abscheidung dünner Metallschichten mittels CVD-Verfahren wurden untersucht. Das Verhalten von Phosphan-Silber und -Kupfer-Verbindungen in Lösung wurde mittels dynamischer NMR-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden phosphankoordinierte Silber(I)- und Kupfer(I)-Acetate als Modellsystem benutzt und mit einem ausgewählten Vertreter der ungesättigten Carboxylate verglichen.