The investigations are related to the influence of nonionic polyethoxylated surfactant on Tin- and Tin-Silver depositions. Cyclovoltammetry, electrochemical depositions in Hull cell, with quartz crystal microbalance, impedance spectroscopy, X-ray diffraction, REM and others were used as methods of characterization. / Die Untersuchungen befasssen sich mit dem Einfluss von nichtionischen polyethoxylierten Tenside auf die Zinn- und Zinn-Silber-Abscheidung, die durch Zyklovoltammetrie, Abscheidungen in der Hullzelle, mit der elektrochemischen Quarzmikrowaage, der Impedanzspektroskopie, Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und Tensiometrie charakterisiert wurden.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit neuartigen ein- und zweikernigen Komplexen basierend auf dem Phosphanbaustein P(C6H4CH2NMe2-2)3. Im Vordergrund steht dabei die Synthese sowie die Untersuchung des elektrochemischen Verhaltens dieser Verbindungen. Einkernige Verbindungen des Typs [P(C6H4CH2NMe2-2)3]MX (M = Cu, Ag; X = nicht-koordinierter, anorganischer Rest) dienen dabei als Ausgangsverbindungen zur Darstellung ein- und zweikerniger Komplexe mit s-Donorliganden. Die Verknüpfung zweier [P(C6H4CH2NMe2-2)3]M-Fragmente (M = Cu, Ag) erfolgt über bis(s-Donor)liganden. Mittels cyclovoltammetrischer Experimente wird die elektrochemische Beeinflussung der Metallzentren untereinander untersucht. Weiterhin befaßt sich diese Arbeit mit der Synthese sowie der Untersuchung der thermischen Eigenschaften Lewis-Basen-stabilisierter Kupfer(I)-b-Diketonate bzw. -Carboxylate. Durch die Wahl der Lewis-Base sowie des b-Diketonato- bzw. Carboxylato-Fragmentes ist es möglich, Einfluß auf die Eigenschaften der erhaltenen Komplexe zu nehmen. Thermogravimetrische Untersuchungen bzw. OMCVD-Versuche lassen Rückschlüsse auf die Eignung solcher Systeme zur Abscheidung elementaren Kupfers zu.

Ausgangspunkt der Untersuchungen ist eine signifikante Veränderung des elektrochemischen Abscheidungsverhaltens von Silber bei Wechsel des Elektrolytsystems vom technisch eingesetzten salpetersauren System zu einem methansulfonsauren System. Im letztgenannten wird eine für Silber unübliche Kompaktabscheidung an einer Kathode möglich. Die Grundlagenuntersuchungen konnten zeigen, dass eine Erhöhung der Abscheidungspolarisation die Veränderung hervorruft. Ursächlich für diese erhöhte Abscheidungspolarisation ist nach Auswertung der vorhandenen Messdaten eine Veränderung der Struktur der elektrochemischen Doppelschicht. Die Veränderung der Abscheidungsform des Silbers ließ sich erfolgreich zur Durchführung von Laborelektrolysen nutzen. Dabei konnten bei Stromdichten bis zu 900 A/m^2 kompakte Silberniederschläge erhalten werden. Die Gehalte kritischer Verunreinigungen der Silberraffinationselektrolyse, Blei, Kupfer und Palladium, konnten in den meisten Fällen unterhalb der geltenden technischen Spezifikationen gehalten werden. Eine technische Umsetzung ist demnach ausgehend von den Untersuchungen möglich.:1 Einleitung 1 2 Grundlagen zur elektrolytischen Metallabscheidung 2.1 Elektrochemische Kinetik 2.2 Phasengrenze Kathode-Elektrolyt 2.3 Polarisation 2.3.1 Durchtrittspolarisation 2.3.2 Diffusionspolarisation 2.3.3 Reaktionspolarisation 2.3.4 Kristallisationspolarisation 2.4 Stofftransport 2.4.1 Diffusion 2.4.2 Migration 2.4.3 Konvektion 2.5 Durchtritt an der Phasengrenze 2.6 Metallkristallisation 2.6.1 Keimbildung 2.6.2 Keimwachstum 2.6.3 Inhibition 2.6.4 Elektrokristallisation bei gleichzeitiger Inhibition 3 Elektrolytische Raffination von Silber 3.1 Grundlagen zur Silberraffination 3.2 Verunreinigungen von Feinsilber durch Kupfer, Palladium und Blei 3.3 Technische Umsetzung durch die Möbius-Elektrolyse 3.4 Einsatz von Additiven zur Verbesserung der Kathodenqualität 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 33 5 Experimentelle Charakterisierung des Systems 5.1 Beschreibung der Silberabscheidung aus Silbermethansulfonat 5.1.1 Angewandte Messmethoden 5.1.2 Experimentelle Vorgehensweise 5.1.3 Charakterisierung der Abscheidungskinetik 5.1.4 Messung des Diffusionskoeffizienten für Ag+ 5.1.5 Charakterisierung der Kristallisation 5.1.6 Ableitung der 5.2 Applikationsbeispiel 5.2.1 Versuchsdurchführung 5.2.2 Optimierung der kathodischen Abscheidungsqualität durch Veränderung der Elektrolytzusammensetzung5.2.3 Verbesserung der Qualität des kathodischen Niederschlags durch Variation der Elektrolysebedingungen 5.2.4 Charakterisierung des Verhaltens typischer Verunreinigungen während der Silberraffination 6 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang / The investigations started observing a significant change in the electrochemical deposition behaviour of silver when the electrolyte system is changed from the technically used nitric acid system to a methanesulfonic acid system. In the latter system a compact deposition on a cathode, unusual for silver, becomes possible. The basic investigations could show that an increase in deposition polarization causes the change. The reason for this increased deposition polarization is, according to evaluation of the existing measurement data, a change in the structure of the electrochemical double layer. The change in the deposition form of the silver could be successfully used for laboratory electrolysis. Thereby, compact silver deposits could be obtained at current densities up to 900 A/m^2. The contents of critical impurities of the silver refining electrolysis, lead, copper and palladium, could in most cases be kept below the applicable technical specifications. A technical implementation is therefore possible based on the investigations. Translated with www.DeepL.com/Translator (free version):1 Einleitung 1 2 Grundlagen zur elektrolytischen Metallabscheidung 2.1 Elektrochemische Kinetik 2.2 Phasengrenze Kathode-Elektrolyt 2.3 Polarisation 2.3.1 Durchtrittspolarisation 2.3.2 Diffusionspolarisation 2.3.3 Reaktionspolarisation 2.3.4 Kristallisationspolarisation 2.4 Stofftransport 2.4.1 Diffusion 2.4.2 Migration 2.4.3 Konvektion 2.5 Durchtritt an der Phasengrenze 2.6 Metallkristallisation 2.6.1 Keimbildung 2.6.2 Keimwachstum 2.6.3 Inhibition 2.6.4 Elektrokristallisation bei gleichzeitiger Inhibition 3 Elektrolytische Raffination von Silber 3.1 Grundlagen zur Silberraffination 3.2 Verunreinigungen von Feinsilber durch Kupfer, Palladium und Blei 3.3 Technische Umsetzung durch die Möbius-Elektrolyse 3.4 Einsatz von Additiven zur Verbesserung der Kathodenqualität 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 33 5 Experimentelle Charakterisierung des Systems 5.1 Beschreibung der Silberabscheidung aus Silbermethansulfonat 5.1.1 Angewandte Messmethoden 5.1.2 Experimentelle Vorgehensweise 5.1.3 Charakterisierung der Abscheidungskinetik 5.1.4 Messung des Diffusionskoeffizienten für Ag+ 5.1.5 Charakterisierung der Kristallisation 5.1.6 Ableitung der 5.2 Applikationsbeispiel 5.2.1 Versuchsdurchführung 5.2.2 Optimierung der kathodischen Abscheidungsqualität durch Veränderung der Elektrolytzusammensetzung5.2.3 Verbesserung der Qualität des kathodischen Niederschlags durch Variation der Elektrolysebedingungen 5.2.4 Charakterisierung des Verhaltens typischer Verunreinigungen während der Silberraffination 6 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang

The investigations are related to the influence of nonionic polyethoxylated surfactant on Tin- and Tin-Silver depositions. Cyclovoltammetry, electrochemical depositions in Hull cell, with quartz crystal microbalance, impedance spectroscopy, X-ray diffraction, REM and others were used as methods of characterization. / Die Untersuchungen befasssen sich mit dem Einfluss von nichtionischen polyethoxylierten Tenside auf die Zinn- und Zinn-Silber-Abscheidung, die durch Zyklovoltammetrie, Abscheidungen in der Hullzelle, mit der elektrochemischen Quarzmikrowaage, der Impedanzspektroskopie, Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und Tensiometrie charakterisiert wurden.

Systematic synthetic investigations of the quaternary systems Ag - Bi - Q - X (Q = S, Se; X = Cl, Br) led to a variety of quaternary phases that exhibit considerable structural diversity with increasing complexity. These include Ag1.2Bi17.6S23Cl8, AgBi4Se5Br3 and numerous members of the homologous double series Agx(N+1)Bi2+(1-x)(N+1)Q2+(2-2x)(N+1)X2+(2x-1)(N+1) denoted (N, x)P. N represents the order number of a given homologue and x is the degree of substitution of Bi by Ag with 1/2 <= x <= 1. Their structures are built up from two alternating types of modules denoted A and B that are stacked parallel to (001). In module A, rows of edge-sharing [MZ6] octahedra (Z = X and/or Q); M = Ag and/or Bi) running parallel to [010] alternate along [100] with parallel chains of paired monocapped trigonal prisms around Bi atoms. The module type denoted B represents NaCl-type fragments of varying thickness. It is defined by the number N of octahedra within the chain of edge-sharing octahedra running diagonally across it in the (010) plane of the structure. The thickness of module B for current members of the series extends from N = 0 to N = 7. All structures exhibit Ag/Bi disorder in octahedrally coordinated metal positions and Q/X (Q = S, Se; X = Cl, Br) mixed occupation of some anion positions. Some of these compounds are narrow gap semiconductors.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der galvanischen Legierungsabscheidung für die Systeme Cu-Pb, Ag-Pb und Au-Pb. Es konnte nachgewiesen werden, dass es zur Bildung stark übersättigter Mischkristalle kommt, deren Struktur- und Gefügeeigenschaften direkte Abhängigkeiten von den Abscheidebedingungen zeigen. Es treten für die Einzelsysteme Unterschiedlichkeiten auf, die in direkten Zusammenhang mit dem Gitteraufbau der Matrixelemente gebracht werden können. Besonderes Interesse verdient die Härte der Schichten, die im Vergleich zu schmelzmetallurgischen Legierungen um Größenordnungen höher liegt. Bei Wärmebehandlung unter Schutzgas- oder Sauerstoffatmosphäre sind Cu-Pb-Schichten durch Erholungsvorgänge und Ag-Pb-Schichten durch eine partielle Rekristallisation gekennzeichnet. Bei innerer Oxydation des Bleis kommt es im System Cu-Pb zu einer signifikanten Härtesteigerung, während im System Ag-Pb kein Einfluss auf die Härte beobachtet werden kann.

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Electroless plating is a metal deposition technique widely used in the coating industry. It is the method of choice to plate substrates with complex geometries and nonconductive surfaces, such as polymers and ceramics, since it is based on a chemical reduction in solution rather than on an external electrical energy source like the electroplating method. Among others, examples of well-established applications are the electroless deposition of decorative metal coatings such as gold and silver, wear and corrosion resistant nickel coatings, particularly to coat drive shafts, rotors, and bathroom fixtures, as well as the electroless deposition of copper in electronic devices as diffusion barriers and conductive circuit elements. In the academic research, electroless plating is extensively used thanks to its low cost, simple equipment and versatility that allow rapid prototyping. Two common applications are the coating of small particles and the selective plating of flat surfaces. Metal coated ceramic particles are of enormous interest in many scientific fields, e.g. fluorescent diagnostics in biochemistry, catalysis, and fabrication of photonic crystals. Metal coated ceramic nanoparticles and microparticles are also gaining attention as potential candidates in the fabrication of higher quality metal matrix Composites, which is one of the applications addressed by this work. Metal coated ceramic particles are easier to integrate in metal matrix composites, avoiding aggregation caused by the low wettability of the particles by the matrix metal, and are potentially shielded from oxidation and undesired chemical reactions that take place at the interface between the particles and the metal Matrix. Electroless plating is an autocatalytic process, meaning that the deposited metal atoms catalyze the deposition of further metal. In order to achieve the first stable metal seeds on a surface, the latter has to be functionalized. Without this functionalization the metal ions in the electroless plating bath are not reduced or are simply reduced to metal nanoparticles in solution. The traditional activation step for nonconductive surfaces is performed by immersion of the substrate in palladium based solutions, which is very time-consuming and extremely expensive. In particular for nanoparticles, previous work showed that at least 1015 Pd atoms/cm2 are required for a uniform activation of a surface, meaning that in the case of nanoparticles with a surface area of about 100 m2/g are necessary 6.4 g of palladium for each gram of substrate. Assuming a price of about 150 €/g (laboratory scale) for palladium nanoparticles and palladium precursors used for surface activation, it results that the activation of 1 g of nanoparticles costs around 1000 €. Such costs are suboptimal considering the typical production scale, and therefore alternative functionalization methods are desired. In this work, new organic-based functionalization methods based on (3-mercaptopropyl)triethoxysilane to functionalize oxide particles, 3-aminopropylphosphonic acid to activate carbide particles and a substrate-independent method based on the bioinspired polydopamine are developed and investigated in detail, together with the respective electroless plating baths, which often have to be specifically tailored regarding the different reactivity of the different molecules and substrates. Furthermore, in the fabrication of metallic patterns on substrates by electroless plating, new, simple, and cost-effective activation and metal deposition processes are desired. In this work, two new methods are presented, one based on the printing of (3-mercaptopropyl)triethoxysilane by microcontact printing, the other based on the capillary force lithography of polymethylmethacrylate.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines neuartigen Abscheideverfahrens für Dünnschichten aus Polymer-Metall-Nanokompositen sowie die Charakterisierung sensorischer und antibakterieller Eigenschaften von ersten, mit diesem System abgeschiedenen Komposit-Schichten . Durch den Einbau eines rotierenden Probenhalters zwischen den beiden Plasmaquellen ist es möglich, Plasmapolymere und metallische Nanopartikel als Einzelschichten, Komposite oder Multischichten abzuscheiden. Mit der Gasflusssputterquelle werden Silber-Nanopartikel einer Größe von 1,8…20 nm mit einer Verteilungsbreite der gewichteten Normalverteilung von 0,1…2,7 nm durch Kathodenzerstäubung und anschließende Agglomeration der Cluster in der Gasphase generiert. Die Entladungsbedingungen, welche durch die Elektronentemperatur und -dichte charakterisiert werden, zeigen eine sprunghafte Änderung bei Drücken von 70…85 Pa und einer Spannung von 550 V. Ab einem Gasfluss von 3 slpm kehrt sich die Proportionalität zwischen zugeführter elektrischer Leistung und Elektronentemperatur um. Dies wird durch die vermehrte Emission von Sekundärelektronen erklärt. Die abgeschiedenen Partikel sind aus verschieden orientierten Clustern aufgebaut. Durch Kühlung des Substrates wurde nachgewiesen, dass eine Agglomeration auf dem Substrat nur bei Gasflüssen von 5 slpm stattfindet. Anhand der Auswertung von faktoriellen Versuchsplänen wurde gezeigt, dass der Gasfluss auf die Partikelgröße und Abscheiderate den größten Einfluss hat. Die Präkursoren Styrol, Methylmethacrylat und 3-Methyl-1,2-butadien wurden durch Plasmapolymerisation in einer 60 MHz-Linearquelle als dünne, homogene Schichten im nm-Bereich abgeschieden. Aus den Emissionsspektren von Argon konnten, unter Verwendung des Stoß-Strahlungs-Modells, Elektronendichten von 6*1010…1,5*1011 cm-3 und Elektronentemperaturen von 3…9 eV in Abhängigkeit von der Verweilzeit der Monomermoleküle im Plasma sowie des Energieeintrages berechnet werden. Die Elektronen haben bei Energieeinträgen oberhalb von 6*107 J/kg genügend Energie, um -Bindungen des Kohlenstoffs in der Gasphase zu spalten. Die freien Radikale initiieren Oxidationsreaktionen, was zur Bildung von Carbonylverbindungen in Schichten aus Styrol- und Isoprenplasmapolymeren führt. Die mit XPS-Messungen gefundenen hohen Sauerstoffgehalte der Plasmapolymer-Schichten konnten durch Kontaktwinkelmessungen bestätigt werden. Die Quellungsmessungen in organischen Lösungsmitteln (Aceton, Ethanol, Chloroform, Toluol) mit reflektometrischer Interferenzspektroskpie bestätigen die Tendenzen der Kontaktwinkelmessung im Fall von Styrol und Methylmethacrylat. Die Abscheiderate der Plasmapolymere wird besonders durch den Energieeintrag beeinflusst. Dabei zeigt sich nur bei Isopren eine deutliche Auswirkung der Abbaureaktionen.Die Härte der Isopren-Schichten korreliert ebenfalls mit der Elektronendichte. Die Perkolationsschwelle der Silber-Plasmapolymer-Nanokomposite liegt bei einem Füllgrad von 57 %, was typisch für Partikel mit geringem Aspektverhältnis ist. Die Schichten reagieren selektiv auf Dämpfe der Lösungsmittel. Bisher war die Langzeitstabilität von Membranen zur Trinkwasseraufbereitung durch Ultrafiltration durch das starke Wachstum von Mikroorganismen auf der Membranoberfläche eingeschränkt. Dies konnte durch die Beschichtung mit Silber-MMA-Kompositen verbessert werden. Durchflussmessungen an behandelten Membranen sowie elektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigen die gute antibakterielle Wirkung der Beschichtung.

Freiberg, TU Bergakademie, Diss., 2000.