Neue Möglichkeit zur Herstellung organischer Nanoschichten Moleküle in der stabilen Seitenlage - scinexx | Das Wissensmagazin
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Neue Möglichkeit zur Herstellung organischer Nanoschichten

Moleküle in der stabilen Seitenlage

In SAMs (selbstorganisierte Monoschichten) stehen die Moleküle normaler weise senkrecht von der Oberfläche weg - wie die Haare eines Pelzes (siehe Seitenansicht oben links). Wird statt der normalerweise als Anker verwendeten schwefelhaltigen Thiolgruppe (-SH, Schwefelatome) eine Thioacetatgruppe verwendet, legen sich die Moleküle jedoch flach hin (rechts). Diese geänderte molekulare Struktur eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für diese ultradünnen organischen Beschichtungen. © Ruhr-Universität Bochum

Wie von Zauberhand bilden sich geordnete, dünnste, organische Schichten auf metallischen Oberflächen aus, wenn man sie in spezielle Lösungen taucht: Diese SAMs, für self assembled monolayers werden unter anderem für die Herstellung von Sensoren verwendet werden. Die eingesetzten Moleküle verankern sich auf den Oberflächen durch Ausbilden einer chemischen Bindung. Als Anker dient normalerweise eine Thiogruppe (-SH). Chemiker haben nun etwas anderes ausprobiert: Sie ersetzten die -SH-Gruppe durch die etwas größere Thioacetatgruppe -SCOCH3. Das Ergebnis war ebenfalls eine geordnete Dünnschicht – jedoch stehen die angehefteten Moleküle nicht aufrecht, sondern legten sich auf der Unterlage flach.

In den letzten Jahren haben organische Beschichtungen auf festen Substraten, insbesondere auf Metallen, eine Reihe neuer Anwendungen gefunden; unter anderem bei der Herstellung von Sensoren – „intelligente“ Oberflächen -, in der Lithographie, beim Korrosionsschutz und als Schmierstoffe.

„Einen Durchbruch stellte hierbei die Entdeckung spezieller Moleküle dar, die die Herstellung solcher Schichten durch Selbstorganisation ermöglichen: Es reicht, ein Werkstück einfach nur kurz in eine alkoholische Lösung dieser speziellen Substanzen einzutauchen“, erklärt Professor Christof Wöll vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Ruhr-Universität Bochum in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Angewandte Chemie. Eine hochgeordnete, nur einen Nanometer, das heißt ein Zehntausendstel des Durchmessers eine menschlichen Haares, dicke aber fast defektfreie Schicht bildet sich dann von selbst aus.

Glatter Pelz

Für dieses Verfahren müssen die jeweils eingesetzten Moleküle fest auf der Unterlage befestigt werden. Der dafür meistgenutzte Anker ist die schwefelhaltige Thiolgruppe, -SH. Kommt dieses Molekül in Kontakt mit einem Metall (zum Beispiel Gold), spaltet sich das H-Atom ab und es entsteht eine feste Bindung zwischen dem Schwefel und der Unterlage.

„Prinzipiell ist es möglich, eine SH-Gruppe an jedes organische Molekül anzufügen, allerdings kann die dazu erforderliche Synthesechemie unter Umständen recht kompliziert sein“, so Wöll. Seine Arbeitsgruppe konnte nun neue, interessante Effekte erzielen, indem sie die Thiolgruppe durch eine Thioacetatgruppe, -SCOCH3, ersetzten.

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Andere molekulare Orientierung

Bei diesen in Kooperation mit Kollegen um Professor Andreas Terfort – damals Uni Hamburg, jetzt Uni Marburg – durchgeführten Arbeiten konnte sie zeigen, dass bei Ersatz der Thiolgruppe durch Thioacetat zwar ebenfalls SAMs entstehen, diese aber eine andere molekulare Orientierung zeigen.

„Anstatt wie sonst üblich senkrecht von der Oberfläche wegzustehen wie die Haare eines Pelzes liegen die Moleküle jetzt flach – sozusagen in der stabilen Seitenlage“, beschreibt Wöll. Nächstes Ziel der Forscher ist es zu untersuchen, für welche Anwendungen sich dieser neue Effekt eignet.

(idw – Ruhr-Universität Bochum, 14.05.2007 – DLO)

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