20.10.2021

Eine Schablone aus Wasser

Dünne Wasseroberflächen kontrollieren die Struktur kristalliner Monolagen.

Die Herstellung hochwertiger Monolagen ist für opto­elektronische Bauteile wie organische Leuchtdioden, die heute in modernen Handys verwendet werden, von großer Bedeutung: Sowohl die Lebensdauer als auch die Energieeffizienz können hierdurch erhöht werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymer­forschung haben nun in Zusammen­arbeit mit der TU Dresden mit Hilfe von Lasern untersucht, wie Wasser­oberflächen als eine Schablone für die regelmäßige Anordnung von Molekülen genutzt werden können und welche physikalisch-chemischen Mechanismen dahinter stecken.

Abb.: Wasser kann für eine gezielte Anordnung einzelner Moleküle genutzt...
Abb.: Wasser kann für eine gezielte Anordnung einzelner Moleküle genutzt werden. (Bild: MPI-P)

Organische Leuchtdioden bestehen aus vielen dünnen Schichten, von denen einige nur ein Molekül dick sind. Die bereits in den 1980er Jahren entdeckte Nutzung von Wasser­oberflächen zur Beein­flussung chemischer Reaktionen ist ein vielver­sprechender Ansatz zur Herstellung solcher Schichten. Wie ein Eierkarton bietet diese Methode die Möglichkeit, Moleküle selektiv in eine kristalline, regelmäßig angeordnete Struktur zu zwingen: Sie können nur dort sitzen, wo die Tenside auf der Wasser­oberfläche es ihnen erlauben.

Bislang war unklar, welche physi­kalischen und chemischen Prozesse für diese Anordnung notwendig sind. Welche Rolle spielt zum Beispiel die Ladung des Tensids? Inwieweit müssen die Bindungs­abstände auf der Wasser­oberfläche mit denen des aufgebrachten Moleküls über­einstimmen? Yuki Nagata und sein Team sind diesen Fragen nachgegangen. Dazu nutzten sie das Molekül Polyanilin als Versuchs­objekt und untersuchten den Prozess der Anordnung auf der Wasseroberfläche mit Hilfe der Laser­spektroskopie genauer. 

Die Summenfrequenz­spektroskopie ist dafür ideal geeignet, da sie nur Signale von der Grenz­fläche und nicht vom darunter liegenden Wasser liefert. Mit ihrer Hilfe konnte das Team den Polymerisations­prozess über einen Zeitraum von mehreren Stunden abbilden und auch entstehende Zwischen­stufen nachweisen. „Wir konnten zeigen, dass die Ladung an der Oberfläche für die Qualität der synthe­tisierten Proben von Bedeutung ist“, so Nagata. „Wir hoffen, dass unsere Forschung die Möglichkeit bietet, maßgeschneiderte Polymer­beschichtungen herzustellen, indem die Wasser­oberflächen entsprechend angepasst werden.“

MPI-P / JOL

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Anbieter des Monats

Quantum Design GmbH

Quantum Design GmbH

Forschung lebt von Präzision. Seit über 40 Jahren steht Quantum Design für innovative Messtechnik auf höchstem Niveau – entwickelt in Kalifornien, betreut weltweit. Unsere Systeme sind der Goldstandard in der Materialcharakterisierung und ermöglichen tiefe Einblicke in die magnetischen, thermischen und optischen Eigenschaften von neuen Materialien.

Meist gelesen

Themen