Summenfrequenzspektroskopische Untersuchungen des Temperatureinflusses auf die Struktur von organischen Monoschichten mit unterschiedlichen Ankergruppen
In der vorliegenden Arbeit werden drei Systeme aus Substrat und organischer Monolage vorgestellt, welche vorwiegend durch die Kontaktwinkelanalyse und summenfrequenzspektroskopisch untersucht wurden. Hierbei handelt es sich um Phospholipidmonolagen auf Borosilikatglas, Alkanthiolat-/4-Nitrothiolatmonolagen auf Goldoberflächen sowie Alkylphosphonsäuremonolagen auf α-Aluminiumoxid. Neben seiner Ankergruppe (Phosphoethanolamin-, Phosphocholin-, Thiol- oder Phosphonatgruppe), welche auf dem passenden Substrat adsorbiert, besteht das übrige Molekül aus einer oder zwei Alkylkette(n) mit der Ausnahme von 4-Nitrothiophenol. Die Herstellung der Proben erfolgte über die Langmuir-Blodgett-Methode oder über selbstorganisierende Monoschichten (engl.: self-assembled monolayers, SAMs). Vor der Beschichtung durch die Langmuir-Blodgett-Methode wurden Isothermen der verwendeten Phospholipide aufgenommen, um das Phasenverhalten der Phospholipidmonolagen zu studieren. Nach der Beschichtung der Substrate mit einer organischen Monoschicht wurde eine Kontaktwinkelmessung durchgeführt, um die Probenbeschaffenheit bezüglich der
Hydrophobie zu überprüfen. Im Anschluss daran folgten summenfrequenzspektroskopische Messungen bei verschiedenen Temperaturen. In einer dicht gepackten und geordneten Monolage nehmen die Alkylketten bei Raumtemperatur eine Zick-Zack-Konformation, auch all-trans-Konformation genannt, ein. Erfolgt eine Temperaturerhöhung der Monolage über eine konventionelle Keramikheizung, so entstehen Defekte, welche als gauche-Defekte bezeichnet werden, in den Alkylketten. Änderungen in der Konformation der Alkylketten konnten in den aufgenommenen Spektren im Bereich von 2800 - 3000 cm-1, in der einige Methylen- und Methylschwingungen vorkommen, beobachtet werden.
Ein weiteres Projekt beschäftigte sich mit der pump-probe-Methode. Es handelt sich hierbei um ein Anregungs-Abfrage-Experiment, bei dem eine 4-Nitrothiophenolmonolage auf einem Goldfilm thermisch mit einem kurzen Laserpuls erwärmt wurde und eine zeitaufgelöste, summenfrequenzspektroskopische Abfrage erfolgte. Am Ende dieser Arbeit werden alle drei untersuchten Systeme, soweit es möglich ist, miteinander verglichen, um generalisierte Schlussfolgerungen zu erzielen.
Hydrophobie zu überprüfen. Im Anschluss daran folgten summenfrequenzspektroskopische Messungen bei verschiedenen Temperaturen. In einer dicht gepackten und geordneten Monolage nehmen die Alkylketten bei Raumtemperatur eine Zick-Zack-Konformation, auch all-trans-Konformation genannt, ein. Erfolgt eine Temperaturerhöhung der Monolage über eine konventionelle Keramikheizung, so entstehen Defekte, welche als gauche-Defekte bezeichnet werden, in den Alkylketten. Änderungen in der Konformation der Alkylketten konnten in den aufgenommenen Spektren im Bereich von 2800 - 3000 cm-1, in der einige Methylen- und Methylschwingungen vorkommen, beobachtet werden.
Ein weiteres Projekt beschäftigte sich mit der pump-probe-Methode. Es handelt sich hierbei um ein Anregungs-Abfrage-Experiment, bei dem eine 4-Nitrothiophenolmonolage auf einem Goldfilm thermisch mit einem kurzen Laserpuls erwärmt wurde und eine zeitaufgelöste, summenfrequenzspektroskopische Abfrage erfolgte. Am Ende dieser Arbeit werden alle drei untersuchten Systeme, soweit es möglich ist, miteinander verglichen, um generalisierte Schlussfolgerungen zu erzielen.
In this work, three systems of substrate and organic monolayer are presented, which were investigated mainly by contact angle analysis and sum-frequency spectroscopy. These are phospholipid monolayers on borosilicate glass, alkane thiolate/4-nitrothiolate monolayers on gold surfaces, and alkyl phosphonic acid monolayers on α-aluminium oxide. In addition to its anchor group (phosphoethanolamine, phosphocholine, thiol, or phosphonate group),
adsorbing on the appropriate substrate, the rest of the molecule consists of one or two alkyl chain(s) with the exception of 4-nitrothiophenol. The samples were prepared by the Langmuir-Blodgett method or as self-assembled monolayers (SAMs). Before coating the substrates by the Langmuir-Blodgett method, isotherms of the used phospholipids were recorded to study the phase behavior of these monolayers. After coating the substrates with an organic monolayer, a contact angle measurement was performed to verify the sample
properties with respect to hydrophobicity. This was followed by sum-frequency spectroscopic measurements at room and elevated temperature. In a densely packed and ordered monolayer, the alkyl chains adopt a zigzag conformation, also called all-trans conformation, at room temperature. If the temperature is increased via conventional heating, defects, also called gauche defects, appear in the alkyl chains. Changes in the conformation of the alkyl chains could be observed in the recorded spectra in the range of 2800 - 3000 cm-1, where some methylene and methyl vibrations occur.
Another project dealt with the pump-probe method. This is an experiment in which
a 4-nitrothiophenol monolayer on a gold film was thermally heated with a short laser pulse and time-resolved, sum-frequency spectroscopic interrogation was performed. At the end of this work, all three investigated systems are compared as far as it is possible.
adsorbing on the appropriate substrate, the rest of the molecule consists of one or two alkyl chain(s) with the exception of 4-nitrothiophenol. The samples were prepared by the Langmuir-Blodgett method or as self-assembled monolayers (SAMs). Before coating the substrates by the Langmuir-Blodgett method, isotherms of the used phospholipids were recorded to study the phase behavior of these monolayers. After coating the substrates with an organic monolayer, a contact angle measurement was performed to verify the sample
properties with respect to hydrophobicity. This was followed by sum-frequency spectroscopic measurements at room and elevated temperature. In a densely packed and ordered monolayer, the alkyl chains adopt a zigzag conformation, also called all-trans conformation, at room temperature. If the temperature is increased via conventional heating, defects, also called gauche defects, appear in the alkyl chains. Changes in the conformation of the alkyl chains could be observed in the recorded spectra in the range of 2800 - 3000 cm-1, where some methylene and methyl vibrations occur.
Another project dealt with the pump-probe method. This is an experiment in which
a 4-nitrothiophenol monolayer on a gold film was thermally heated with a short laser pulse and time-resolved, sum-frequency spectroscopic interrogation was performed. At the end of this work, all three investigated systems are compared as far as it is possible.