Das grundlegende Verständnis von Selbstorganisationsprozessen auf molekularem Niveau ist von entscheidender Bedeutung für den Fortschritt der Nanotechnologie. In diesem Zusammenhang werden hier Untersuchungen derartiger Prozesse an der Grenzfläche zwischen einer flüssigen Phase (z.B. einer Lösung) und einer kristallinen Festkörperoberfläche durchgeführt. Die Konzentration der Lösung und die Polarität des Lösungsmittels sind von entscheidender Bedeutung für die Kontrolle der durch Selbstorganisation gebildeten Strukturen von Molekülen an den flüssig-fest Grenzflächen zu einem Graphitsubstrat (HOPG). Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen die Einflüsse dieser beiden Parameter auf die Anordnung der Moleküle. Zunächst wird die Polarität der Lösungsmittel diskutiert. Lösungsmittel mit verschiedenen Polaritäten wie Phenyloctan (unpolar), Fettsäuren (moderat polar) und Fettalkohole (stark polar) wurden verwendet um Trimesinsäure (TMA) zu lösen. TMA bildet keine geordnete Struktur aus wenn es aus Phenyloctan (PO) abgeschieden wird. Ein poröses Muster ("Chicken-wire"-Struktur) entsteht aus der Lösung von TMA in Octansäure, wohingegen aus der Lösung von TMA in Undecanol ein Linienmuster durch Koadsorption von TMA und Undecanol Molekülen gebildet wird. Als nächstes werden die Auswirkungen der Ultraschallbehandlung der Lösungen zur Kontrolle der Konzentration der Lösung und die daraus resultierende unterschiedliche molekulare Packungsdichte und Strukturen beschrieben. Eine selbstassemblierte Struktur aus Zick-Zack-Dimerketten wird bei der TMA-PO Lösung nur beobachtet, wenn die Lösung für 5 Stunden Ultraschall ausgesetzt wurde. Die hoher Packungsdichte in Form der "Flower"-Struktur wird für Lösungen von TMA in Octansäure gefunden, nachdem diese für lange Zeit mit Ultraschall behandelt wurden. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Arbeit ist die entdeckte Veresterungsreaktion an der TMA-undecanol/HOPG Grenzfläche. 1-undecyl Monoester von TMA wurde überraschender Weise an dieser Grenzfläche gefunden, nachdem die TMA-Undecanol Lösungen, für lange Zeit Ultraschall ausgesetzt wurden. Diese Monoestermoleküle bilden sich an der flüssig-fest Grenzfläche allein auf Grund der erhöhten Konzentration von TMA (ohne jegliche externe Katalysatoren). Der physikalische Hintergrund der Prozesse des Lösens und der Ultraschallbehandlung sind der Gegenstand weiterer Untersuchungen. Selbstassemblierte Abscheidung tritt auch bei Verwendung nur der reinen Lösungsmittel (Octansäure beziehungsweise Undecanol) auf, was zu verschiedenen Mustern führt, welche ebenfalls durch Ultraschallbehandlung kontrolliert eingestellt werden können.:LIST OF ABBREVIATIONS 6
CHAPTER I: INTRODUCTION 7
CHAPTER II: BASIC PRINCIPLES 10
II.1. Principles of scanning tunneling microscopy (STM) 10
II.2. Scanning tunneling microscopy at the liquid-solid interface (LSI) 15
II.3.The interactions between solvent and solute molecules in the solution 18
II.4. The interactions between molecules and the substrate 21
II.5. Solvent effects on self-assembly at the liquid-solid interface 23
II.5.1. Solvent co-adsorption effect 23
II.5.2. Solvent influences polymorphism 24
II.5.3. The influence of solvent functionality on self-assembled structures 25
II.6. Ultrasonic influences on concentration of solution 25
CHAPTER III: EXPERIMENTAL SECTION 28
III.1. Solute: Trimesic acid (TMA) (C6H3(COOH)3) 28
III.2. Solvents 28
III.2.1. Strong non-polar solvent: phenyloctane (octylbenzene) (C14H22) 29
III.2.2. Medium polar solvents: alkanoic acids (CnH2n+1COOH, n = 6, 7, 8) 29
III.2.3. Strong polar solvents: alkanoic alcohols (CnH2n+1OH, n = 10, 11) 30
III.3. Preparation of solutions 32
III.4. Substrates 33
III.5. Tip preparation 34
CHAPTER IV: SELF-ASSEMBLY OF TRIMESIC ACID (TMA) CONTROLLED BY SOLVENT POLARITY AND CONCENTRATION OF SOLUTION 36
IV.1. Trimesic acid (TMA) dissolved in a strong non-polar phenyloctane (PO) solvent 36
Results and discussion 37
Summary 46
IV.2. TMA dissolved in medium polar solvents, alkanoic acids 47
IV.2.1. TMA in octanoic acid at different sonication time 49
IV.2.2. TMA in heptanoic and nonanoic acids at different sonication time 56
Summary 57
IV.3. TMA dissolved in strong polar alkanoic alcohol solvents 58
IV.3.1. Linear pattern (LP) from non-sonicated solutions of TMA - undecanol 59
IV.3.2. High density linear pattern from 2 hours sonicated solutions of TMA - undecanol 61
IV.3.3. LP and ester formations from solutions of TMA in undecanol sonicated over extended time (4, 6, and 8 hours) 63
IV.3.4. Monoester at HOPG substrate-undecanol interface 65
IV.3.5. Linear pattern (LP) and ester formation from TMA-decanol solution 72
Summary 73
CHAPTER V: SELF-ASSEMBLY OF SOLVENT MOLECULES INFLUENCED BY SONICATION TIME 75
V.1. Self-assembly of octanoic acid on HOPG controlled by sonication time 75
V.1.1. Self-assembly of octanoic acid from 0-2 hours sonicated liquid on HOPG 76
V.1.2. Patterns deposited from 3 to 10 hours sonicated octanoic acid liquids 78
V.2. Self-assembly of undecanol on HOPG controlled by sonication time 79
V.2.1. Undecanol on HOPG at 0- 2 hours sonication 80
V.2.2. Undecanol on HOPG from 4- 6 hours sonicated liquids 82
CHAPTER VI: SUMMARY AND OUTLOOK 85
APPENDIX 89
REFERENCES 93
ERKLÄRUNG 108
CURRICULUM VITAE 109
ACKNOWLEDGEMENT 110
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:20151 |
| Date | 03 November 2014 |
| Creators | Nguyen, Thi Ngoc Ha |
| Contributors | Hietschold, Michael, Goedel, Werner A., Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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