Authors:	Steidl, Lorenz
Title:	Kolloide und ihre Überstrukturen als Bausteine zur Herstellung funktioneller Materialien
Online publication date:	6-Dec-2013
Year of first publication:	2013
Language:	german
Abstract:	In dieser Arbeit wird die Synthese von Polymerkolloiden mit unterschiedlichen Formen und Funktionalitäten sowie deren Verwendung zur Herstellung kolloidaler Überstrukturen beschrieben. Über emulgatorfreie Emulsionspolymerisation (SFEP) erzeugte monodisperse sphärische Kolloide dienen als Bausteine von Polymeropalen, die durch die Selbstorganisation dieser Kolloide über vertikale Kristallisation (mit Hilfe einer Ziehmaschine) oder horizontale Kristallisation (durch Aufschleudern oder Aufpipettieren) entstehen. Durch die Kontrolle der Kugelgröße über die Parameter der Emulsionspolymerisation sowie die Einstellung der Schichtdicke der Kolloidkristalle über die Anpassung der Kristallisationsparameter ist die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Opalen mit definierter Reflektionswellenlänge möglich. Darüber hinaus kann die chemische und thermische Beständigkeit der Opale durch den Einbau von Vernetzern oder vernetzbaren Gruppen in die Polymere erhöht werden. Die Opalfilme können als wellenlängenselektive Reflektoren in auf Fluoreszenzkonzentratoren basierenden Solarzellensystemen eingesetzt werden, um Lichtverluste in diesen Systemen zu reduzieren. Sie können auch als Template für die Herstellung invertierter Opale aus verschiedenen anorganischen Oxiden (TiO2, Al2O3, ZnO) dienen. Über einen CVD-Prozess erzeugte ZnO-Replika besitzen dabei den Vorteil, dass sie nicht nur eine hohe optische Qualität sondern auch eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies ermöglicht sowohl deren Einsatz als Zwischenreflektor in Tandemsolarzellen als auch die Herstellung hierarchischer Strukturen über die Elektroabscheidung von Nanokristallen. In einem weiteren Teil der Arbeit wird die Herstellung funktioneller formanisotroper Partikel behandelt. Durch die Entmischung von mit Monomer gequollenen vernetzten Partikeln in einer Saatpolymerisation sind mehrere Mikrometer große Kolloide zugänglich, die aus zwei interpenetrierenden Halbkugeln aus gleichen oder verschiedenen Polymeren bestehen. Dadurch sind unter anderem Glycidyl-, Alkin- und Carbonsäuregruppen in die eine oder die andere Halbkugel integrierbar. Diese funktionellen Gruppen erlauben die Markierung bestimmter Partikelhälften mit Farbstoffen, die Beschichtung von Partikelbereichen mit anorganischen Oxiden wie SiO2 sowie die Erzeugung amphiphiler formanisotroper Partikel, die sich an Grenzflächen ausrichten lassen. Das Synthesekonzept kann - ausgehend von mittels SFEP erzeugten stark vernetzten PMMA-Partikeln - auch auf kleine Kolloide mit Größen von mehreren hundert Nanometern übertragen werden. In this work the synthesis of polymer colloids with various shapes and functionalities as well as their application to fabricate colloidal superstructures is described. Monodisperse spherical colloids are synthesized by surfactant free emulsion polymerisation (SFEP) and crystallized into polymer opals via horizontal and vertical crystallization techniques. Fine-tuning the diameter of the colloids through carefull control of the polymerization parameter as well as the thickness of the colloidal crystal by adjusting the crystallization parameter lead to high quality opals with selective reflection wavelength. In addition it is possible to increase the chemical and thermal stability of the opals by incorporating crosslinkers and monomers with cross-linkable groups into the polymer. The opals can serve as wavelength-selective reflectors in solar cells based on fluorescence concentrators to reduce light losses in these systems. They can also be used as templates to fabricate inverted opals from different inorganic oxides (TiO2, Al2O3, ZnO). ZnO replica prepared by chemical vapour deposition (CVD) exhibit high optical quality and electrical conductivity. This enables their application as intermediate reflection layer in tandem solar cells as well as the preparation of hierarchical structures via the electrodeposition of nanocrystalls on the replica. rnA further part of the thesis deals with the synthesis of functional shape-anisotropic particles. Micrometer-sized particles consisting of two interpenetrating spheres are accessible through seeded polymerization of monomer-swollen crosslinked colloids. The interpenetrating spheres can be made of the same or different polymers. Thus glycidyl groups, alkyne groups, carboxylic acid groups and others can be incorporated into one or the other interpenetrating sphere. The functional groups allow selective labeling of the interpenetrating spheres with dyes, the coating of particle areas with inorganic oxides, such as SiO2, as well as the preparation of amphiphilic shape-anisotropic particles, which can be aligned at interfaces. The synthetic concept can be adopted to produce smaller shape-anisotropic colloids with a diameter of several hundred nanometers by using highly crosslinked PMMA spheres, which are synthesized by SFEP.rn
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1745
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-35207
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	210 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen