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Laserbasierte Synthese und Funktionalisierung von graphitischen Grenzflächen

Schade, Martin

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf laserbasierten Verfahren die die Synthese und Modifikation von graphitischen Materialien erlauben. Graphitische Materialien befinden sich im Fokus der aktuellen wissenschaftlichen Forschung und gewinnen zunehmend an Bedeutung in zahlreichen vielversprechenden Anwendungen. Neben mikro- und nanoelektrische Anwendungen sind graphitische Materialien z.B. vielversprechende Füllstoffe in Polymer-Kompositmaterialien. Ziel dieser Arbeit ist es zu demonstrieren das laserbasierte Verfahren für die die Synthese und die gezielte Oberflächenmodifikation von graphitischen Grenzflächen eingesetzt werden können. Aufgrund der geringen experimentellen Aufwand sowie die hohe Flexibilität von laserbasierten Verfahren können sich so neue Wege zur Herstellung, Modifizierung und Funktionalisierung graphitischer Grenzflächen für Anwendungen in der Energietechnik und Elektronik eröffnen. Konkret wird in dieser Arbeit die Synthese von graphitischen Grenzflächen auf SiC durch einen ultravioletten Dauerstrich-Laser vorgestellt. Durch das lokale Bearbeiten mit dem Laser könnten so lokale graphitische Strukturen aufgebaut werden, was insbesondere im Hinblick auf elektronische Schaltungen von Interesse sein kann. Weiterhin wird demonstriert, dass sich mithilfe von funktionellen, organischen Schichten in Kombination mit einem Laserverfahren die Oberflächeneigenschaften von graphitischen Materialien gezielt modifizieren lassen. Der letzte Teil der Arbeit zeigt die große Flexibilität sowie die Möglichkeit des einfachen Upscaling von laserbasierten Verfahren. Hier wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, das Benetzungsverhalten von Graphit/Polymer-Kompositmaterialien anzupassen. Ziel war die Anpassung war die Verbesserung des Wassermanagment in einer PEM-Brennstoffzelle die aus diesem Material bestehen.

The topic of this thesis is the laser-based synthesis and modification of graphitic materials. Graphitic materials are in the focus of the current scientific research and becoming increasingly important in many promising applications. Besides micro- and nanoelectronic applications graphitic materials are promising fillers in polymer composites. The aim of this thesis is to demonstrate that laser-based methods can be beneficial for the synthesis and selective surface modification of graphitic interfaces. Because of the small experimental effort and the high flexibility of laser-based methods, new ways of production, modification and functionalization of graphitic interfaces for applications in e. g. electronics are feasible. Specifically, the synthesis of graphitic interfaces on SiC single crystal by an ultraviolet continuous-wave laser (λ = 355 nm) is presented in this thesis. By laser processing local graphitic structures can be built up. These graphitic structures are characterized and the underlying mechanism is discussed. Furthermore, it is demonstrated that the surface properties of graphitic materials can be engineered via functional organic layers in combination with a laser induced process. First graphitic substrates (highly oriented pyrolytic graphite, HOPG) are coated with a self assembled monolayer (SAM). Subsequently through local induced bromination with an argon ion laser beam (λ = 514 nm) bromine groups are introduced into the SAMs. This can be the starting point for further chemical modifications. The last part of the thesis shows the great flexibility and the possibility of simple upscaling of laser-based methods. Here a method is presented, with which it is possible to adjust the wetting behaviour of graphite/polymer composites. The aim was to improve the water management in a PEM fuel cells which are produced out of this graphite/polymer compound. For this purpose, a combination of a coating routine and laser processing with a pulsed nanosecond laser (λ = 514 nm) is used.

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Schade, Martin: Laserbasierte Synthese und Funktionalisierung von graphitischen Grenzflächen. 2015.

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