AFM-Untersuchungen auf Elektrodenoberflächen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Analyse der Reibung an Elektroden in Elektrolyten durchgeführt. Dabei wurde das Verhalten der reibenden Körper bei unterschiedlicher Normalkraft und Krümmung (Rauhigkeit) des Kontaktes an verschiedenen monoatomaren Defektstellen untersucht.<br /> Es wurde festgestellt, dass der Cantilever schon bei relativ kleiner Normalkraft (F_N = 15 nN) auf Au(111) in kupferhaltigen H₂SO₄ durch die elektrochemische Doppelschicht dringt, die von Sulfatanionen gebildet wird. Bei geringeren Belastungen berührt die Spitze die Sulfatschicht nicht, sondern ist im Kontakt mit der Doppelschicht, die aus den mehr oder weniger geordneten Wassermolekülen und Sulfatanionen besteht. Die Untersuchung des Stick-Slip-Verhalten hat diesen Effekt als Übergang zwischen Keine- zur Stick-Slip-Auflösung gezeigt.<br /> Es wurde gezeigt, dass der Stick-Slip auf Sulfatanionen sich sogar bei extrem großer Normalkraft (bis 300 nN) auf der adsorbierten Kupferschicht vorhanden ist.<br /> Außerdem wurde nachgewiesen, dass die Veränderung des Reibungskoeffizienten auf der Kupfermonoschicht mit einer Veränderung der Slip-Länge bei Erhöhung der Normalkraft zusammenhängt. Beim Übergang von Doppel- zu Tripel-slip nimmt der Reibungskoeffizient zu.<br /> Es wurde experimentell belegt, dass sich die Reibungskraft durch Kristallstufen beim Scannen senkrecht zu den Stufen vergrößert wird. Dennoch ist diese Vergrößerung bei der großen Dichte der monoatomaren Au(665)-Stufen unbedeutend. Oberflächeenergie durch die Schwöbelbarriere in allen geometrieschen Richtungen erhöht die Energiedissipation.<br /> Ebenso wurde in dieser Arbeit eine Abhängigkeit der Reibungskraft von der aktiven Kontaktoberfläche beobachtet. Eine ausführliche Analyse hat gezeigt, dass die Reibungskraftzunahme auf flacher Ebene von der gesamte Kontakte mehr als von Kontaktdurchmesser abhängig ist.<br /> Die Reibung auf Platin ist größer als auf Gold. Die Reibungskraft hängt vermutlich mit der chemischen Reaktivität des Metalls zusammen. Nur auf den Kristallstufen (Defektstellen) ist die Reibungskraft stark von der Art des Adsorbates auf Pt abhängig (CO auf Pt(111)).<br /> Eine dünne Schicht von Nafion auf einem Pt(100)-Einkristall kann mittels AFM-Spitze weggeschoben werden. Diese Art von Nanolithographie ist irreversibel. Es wurde festgestellt, dass die Schichtdicke von 4 bis 5 nm beträgt. Bei Kraft-Abstand Messungen dringt die Spitze in die Nafionschicht ein.<br /> Eine Untersuchung der Pyridinadsorption auf Au(111) zeigt eine Zunahme der Reibungskraft für waagerecht adsorbiertes Pyridin Lage und eine wesentliche Abnahme bei der senkrechten Adsorption. Dabei sind die Pyridinmoleküle im senkrechten Zustand so elastisch, dass die gesamte Federkonstante Spitze/Pyridin zweimal kleiner als die der Spitze/Gold ist.