In dieser Arbeit werden verschiedene Verfahren vorgestellt, um Saturnpartikel herzustellen. Es wird die Selbstanordnung von erfolgreich hergestellten Saturnpartikeln untersucht.
Im ersten Teil werden durch ein äquatoriales Ätzverfahren Saturnpartikel mit hydrophoben Kappen sowie einem hydrophilen Gürtel aus hydrophob beschichteten sphärischen Partikeln hergestellt. Mit einer Monolage dieser Saturnpartikel können Membranen aus Wasser (sogenannte Pickering-Membranen) stabilisiert werden. Die Pickering-Membranen sind über einen Zeitraum von mehreren Tagen stabil und lassen Permeabilitätsuntersuchungen zu. Diese Pickering-Membranen können als ein Spezialfall einer Supported Liquid Membrane angesehen werden. Es werden die Permeabilitätsunterschiede von Kohlenstoffdioxid gegen Luft sowie Luft gegen Schwefelhexafluorid betrachtet. Die resultierenden Werte stimmen in zufriedenstellender Weise mit theoretisch – nach dem für Supported Liquid Membranes gängigen Löslichkeits-Diffusionsmodell – berechneten Werten überein.
Im zweiten Teil werden Partikel über Float-casting in Membranen eingebettet und dadurch rundherum – nicht jedoch an den Polkappen – äquatorial maskiert. Anschließend wird Gold aufgedampft und die maskierende Membran entfernt, sodass Saturnpartikel zurück bleiben. Die Saturnpartikel weisen hydrophile Kappen sowie einen hydrophoben Gürtel auf. An einer Öl-Wasser-Grenzfläche kommt es zu einer Selbstanordnung dieser Saturnpartikel durch Verknüpfung ihrer Gürtel in Form von zweidimensionalen Netzwerken. In diesen Netzwerken können einfache geometrische Formen gefunden werden. Es ist dabei nicht möglich, die Partikel durch einen Krafteintrag in einem flächendeckenden Muster zu organisieren. Die Untersuchung erfolgt durch konfokale Fluoreszenzspektroskopie. Die Goldkappen der Saturnpartikel zeigen ein Fluoreszenzsignal.:Bibliographische Beschreibung und Referat
Danksagung
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretischer Teil
2.1 Januspartikel
2.1.1 Herstellungsmöglichkeiten
2.1.1.1 Herstellung durch Oberflächenmodifizierung
2.1.1.2 Phasenseparation zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten
2.1.1.3 Herstellung aus Bausteinen über Selbstanordnung
2.1.2 Anwendung
2.2 Saturnpartikel
2.2.1 Herstellung durch Oberflächenmodifizierung
2.2.2 Herstellung durch Phasenseparation von nicht mischbaren Flüssigkeiten
2.2.3 Herstellung aus Bausteinen über Selbstanordnung
2.3 Partikelstabilisierte Membranen
2.4 Aktuelle Fortschritte in der Gastrennung Mittels Gestützter Flüssigmembranen
2.4.1 Gestützte Flüssigmembranen (Supported Liquid Membranes)
2.4.2 Flüssigkeiten
2.4.2.1 Nicht-Ionische Flüssigkeiten
2.4.2.2 Ionische Flüssigkeiten
2.4.2.3 Stark Eutektische Lösemittel
2.4.3 Matrixmaterialien
2.4.4 Träger
2.4.5 Trennaufgaben
2.4.5.1 CO2/N2
2.4.5.2 CO2/CH4
2.4.5.3 Alken/Alkan
2.4.5.4 Andere Trennaufgaben
2.4.6 Einfluss von Temperatur und Druck
2.4.7 Stabilität
2.4.8 Simulationen
2.4.9 Zusammenfassung und Ausblick des Kapitels
2.5 Grenzflächen
2.5.1 Grenzflächenspannung
2.5.2 Kontaktwinkel und Benetzung
2.5.3 Partikelassistierte Benetzung
2.5.3.1 Float-casting
2.6 Modifizierung von Oberflächen durch Selbstorganisierende Monoschichten
2.6.1 Silanisierung von Oberflächen
2.6.2 Thiolisierung von Oberflächen
2.7 Fluoreszenz
2.8 Netzwerkanalyse
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Herstellung von Saturnpartikeln durch schrittweises Einsinken in ein Polymer
3.2 Herstellung von Saturnpartikeln mit geätztem Ring mit Ätzzelle
3.2.1 Beschreibung der Ätzzelle
3.2.2 Optimierung des Verfahrens
3.2.2.1 Einlegen der Thermoplastischen Folien in Ethanol
3.2.2.2 Einführung eines Luer-Lock-Systems
3.2.2.3 Erhöhung der Pumpgeschwindigkeit bei der Reinigung
3.2.3 Beschreibung der erhaltenen Saturnpartikel
3.3 Pickering-Membranen stabilisiert durch Saturnpartikel mit geätztem Ring
3.3.1 Permeabilitätsuntersuchungen von Pickering-Membranen
3.3.1.1 Theoretische Permeanzen
3.3.1.2 Experimentelle Permeanzen
3.4 Herstellung von Saturnpartikeln durch Beschichtung mit Gold und graduelles
Ätzen
3.5 Herstellung von Saturnpartikeln über Float-casting
3.5.1 Herstellung von Saturnpartikeln über Float-casting: Glaspartikel
3.5.2 Herstellung von Saturnpartikeln über Float-casting: Siliziumdioxidpartikel
3.5.3 Herstellung von Saturnpartikeln über Float-casting: Silsesquioxanpartikel
3.5.3.1 Bestimmung der Schichtdicke des Goldes
3.5.3.2 Membranherstellung mit Silsesquioxanpartikel über Floatcasting
3.5.3.3 Oberflächenmodifizierung der Goldkappen
3.6 Selbstanordnung von Saturnpartikeln unter dem Konfokalmikroskop
3.6.1 Erste Anordnungen
3.6.2 Einsatz von Zinkbromidlösungen
3.6.3 Fluoreszenz von Saturnpartikeln bei verschiedenen Flüssigkeitsgemischen
3.6.4 Fluoreszenz der Goldkappen
3.6.5 Flüssigkeitsmeniskus in den Probengefäßen
3.6.6 Messung an der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche
3.6.7 Schallunterstützte Anordnung
3.6.8 Mathematische Beschreibung der Saturnpartikelnetzwerke
4 Zusammenfassung und Ausblick
5 Experimenteller Teil
5.1 Eingesetzte Chemikalien
5.2 Verwendete Geräte
5.3 Partikelsynthese und -oberflächenmodifikation
5.3.1 Herstellung von Siliziumdioxidpartikeln im Submikrometermaßstab
5.3.2 Herstellung von Polystyrolpartikeln im Mikrometermaßstab
5.3.3 Oberflächenmodifizierung von Glaspartikeln mit Silanen
5.4 Saturnpartikel durch schrittweises Einsinken in ein Polymer
5.5 Saturnpartikel durch Beschichtung mit Gold und graduelles Ätzen
5.6 Saturnpartikel mit geätztem Ring mit Ätzzelle
5.6.1 Pickering-Membranen in einem Rollrandgläschen
5.6.2 Pickering-Membranen in der Permeationsapparatur und Permeationsuntersuchungen
5.7 Saturnpartikeln über Float-Casting
5.7.1 Glaspartikel, Supelco Glass Beads
5.7.2 Siliziumdioxidpartikel, Stöberpartikel
5.7.3 Silsesquioxanpartikel, Tospearls
5.8 Kontaktwinkelmessungen
5.8.1 Kontaktwinkel von Partikeln
5.8.2 Kontaktwinkel von planaren Substraten
5.9 Konfokalmikroskopieaufnahmen
5.9.1 Fluoreszenzlösungen
5.9.2 Konfokalmikroskopieprobengefäße
5.9.3 Subwoofer
5.9.4 Messungen am Konfokalmikroskop
5.10 Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen
5.11 Plasmaätzen
Literaturverzeichnis
Selbstständigkeitserklärung
Lebenslauf
Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:73357 |
| Date | 09 February 2021 |
| Creators | Krejca, Matthias M. |
| Contributors | Goedel, Werner A., Schwarz, Thomas, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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