1) Erläutern Sie, warum es von Vorteil ist zwischen 'löslichen' und 'unlöslichen' Monoschichten und zwischen 'Monoschichten' und 'Benetzungsschichten'

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1 1) Erläutern Sie, warum es von Vorteil ist zwischen 'löslichen' und 'unlöslichen' Monoschichten und zwischen 'Monoschichten' und 'Benetzungsschichten' zu unterscheiden. 10P Scheidet man kristalline dünne Schichten auf einem kristallinen Substrat ab, so zeigen Abbildungen dieser Schicht mit Methoden, die atomare Auflösung bieten, häufig sogenannte Moireemuster. Erläutern Sie das Erscheinungsbild und Zustandekommen dieser Muster. Ist es auch möglich Moireemuster zu erhalten, wenn das Substrat amorph ist? 3) Gibt man eine organische, schwerflüchtige, nicht mit wasser mischbare Flüssigkeit, wie z.b. Speiseöl oder Dieselöl auf eine Wasseroberfläche, so beobachtet man häufig, dass diese Flüssigkeit sich auf der Wasseroberfläche zunächst zu einem gleichmäßigen Benetzungsfilm ausbreitet, im Anschluss daran aber von der Wasseroberfläche wieder entnetzt. Erklären Sie dieses Phänomen. 10 P 4) 10 P Erläutern Sie, warum man in einem Langmuir-Trog, bei der Erfassung des Lateraldruckes mit einer schwimmenden Barriere häufig andere Werte erhält als bei der Verwendung einer Wilhelmy-Platte. 5) 10P Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) Erläutern Sie in diesem Kontext auch die beiden Grenzfälle 'Kontrolle der Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen' und 'Kontrolle der Abscheidegeschwindigkeit durch Diffusionsprozesse' Erläutern Sie, welchen Einfluss ein jeder der beiden Grenzfälle auf die Güte der abgeschiedenen Schichten hat. Was versteht man unter dem 'ALD-Fenster'? 1

2 7) Erläutern Sie, was wir unter einem 'lign-of-sight' Beschichtungsverfahren verstehen und welche Vor und Nachteile dieses Verfahren bietet. Geben Sie Beispiele für derartige Beschichtungsverfahren 10P Erläutern Sie, was man unter dem Begriff 'Konversionsschichten' versteht. 1) Erläutern Sie die Konzepte der Gibbs dividing surface und Oberflächenexcesskonzentration und wie diese uns dabei helfen eine zweidimensionale Grenzflächenthermodynamik aufzustellen. 10P Wird hochorientiertes Graphit mit aromatischen Lösungsmitteln wie Trichlorbenzol gequollen und anschließend im Vakuum wieder vollständig vom

3 Lösungsmittel befreit, beobachtet man anschließend in rastertunnelmikroskopischen Aufnahme regelmäßige Muster auf Längenskalen von ca. einem bis mehreren Nanometern (wie z.b. das oben gezeigte Muster mit einer Periode von ca. 1.5 nm Länge [entnommen aus: H. S. Wong and C. Durkan Phys. Rev. B, 2010, 81, ]) Die Muster sind allesamt hexagonal, aber die Länge einer Periode variiert stark und unsystematisch von Probe zu Probe. Erläutern Sie auf welche Effekte diese Muster zurückzuführen sein könnten und wodurch die laterale Abmessung einer Periode bestimmt wird.. 3) 10 P [L.T. Rozelle, J. E. Cadotte, A. J. Senechal, W. L. King, B. R. Nelson Proceedings of the 162th ACS National Meeting, 1972, pp ] Die oben stehende Schemazeichnung erläutert die Herstellung einer dünnen Membran aus dem Polymer Zelluloseacetat auf der inneren Oberfläche eines porösen Polysulfonrohres. In diesem Verfahren wird das Rohr zunächst fast vollständig mit Wasser gefüllt, auf die Wasseroberfläche eine Lösung des Zelluloseacetats aufgegeben und anschließend das Wasser recht zügig abgezogen. Im Zusammenhang mit dieser Herstellungsmethode treffen die Autoren folgende Aussage: "Membrane thickness is inversely related to the membrane draw rate. For example, varying the draw

4 rate from 0.10 to 2.0 inches per second resulted in membrane thicknesses varying from 1000 Å to 200 Å, respectively. " Erläutern Sie, wieso sich in diesem Prozess eine kontinuierliche Membran bildet und warum ihre Dicke mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit der wässrigen Lösung abnimmt. 4) 10 P Erläutern Sie den Aufbau eines sogenannten Langmuir-Trogs und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie den Prozeß der Langmuir-Blodgett Übertragung. 5) 10P Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) In der Regel bevorzugt man in der Chemical vapour deposition bedingungen, unter denen die Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen limitiert ist. Erläutern Sie warum diese Bedingungen bevorzugt werden. Was versteht man unter dem 'ALD-Fenster'? 7) Was verstehen wir unter einer Sol-Gel-Beschichtung und welche Prinzipien werden hierbei ausgenutzt? 10P Erläutern Sie das Verfahren der Elektrotauchlackierung 1) 10P Was versteht man unter einer Oberflächen- oder Grenzflächenüberschusskonzentration?

5 Ist eine Oberflächenüberschusskonzentration stets positiv oder kann sie auch negative Werte Annehmen? Welche Auswirkungen auf die Grenzflächenspannung einer Lösung erwarten Sie bei einer positiven bzw. negativen Oberflächenüberschusskonzentration einer darin gelösten Substanz? Begründen Sie Ihre Aussagen. Erläutern Sie die Begriffe Spreitdruck und Spreitungskoeffizient. Warum müssen wir zwischen anfänglichen Werten und Gleichgewichtswerten für diese Parameter unterscheiden? Können diese Parameter beliebige Werte annehmen oder gibt es Einschränkungen im Wertebereich? Wenn ja, erläutern Sie bitte warum dies so ist. 3) 10 P Erläutern Sie den Pilkingtonprozess zur Herstellung von Glasfolien. Kann man diesen ohne weiteres auf organische Materialien und Wasser übertragen? Begründen Sie Ihre Entscheidung. 4) 10 P Erläutern Sie den Aufbau einer sogenannten Langmuir-Filmwaage und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie die beiden Messmethoden 'schwimmende Barriere' und 'Wilhelmy-Platte'. In welchen Fällen ist es möglich, dass diese beiden Methoden nicht identische Werte ergeben? 5) 10P Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) In der Regel bevorzugt man in der Chemical vapour deposition bedingungen, unter denen die Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen limitiert ist. Erläutern Sie warum diese Bedingungen bevorzugt werden.

6 7) Was verstehen wir unter einem 'self assembled monolayer'. Geben Sie Beispiele für unterschiedliche self assembled monolayers und erläutern Sie die zugrundeliegenden chemischen Reaktionen. Erläutern Sie die Herleitung der Langmuir-Isotherme und wie sich aus dieser die Frumkin-Isotherme ableiten lässt. Skizzieren Sie beispielhafte Verläufe dieser Isothermen bei Variation der darin vorkommenden Parameter. 1) 10P Was versteht man unter einer Gibbs dividing surface? Erläutern Sie auch, welche Bedeutung diese für die Festlegung von Grenzund Oberflächenkonzentrationen hat. Erläutern Sie die Begriffe Spreitdruck und Spreitungskoeffizient. Warum müssen wir zwischen anfänglichen und gleichgewichtswerten für diese Parameter unterscheiden? Könnne diese Parameter beliebige Werte annehmen oder gibt es einschränkungen im Wertebereich? Wenn ja, erläutern Sie bitte warum dies so ist. 3) 10 P Erläutern Sie, was man unter einem Marangoni-Effekt versteht. 4) 10 P Erläutern Sie den Aufbau einer sogenannten Langmuir-Filmwaage und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie in welchen Fällen die schwimmende Barriere andere Werte liefern kann als die Wilhelmy-Platte. 5) 10P Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) chemischen Gasphasenabscheidung. Erläutern Sie den Unterschied zwischen diffusion control und surface reaktion rate control.

7 7) Erläutern Sie das Verfahren der Elektrotauchlakierung. 10P Erläutern Sie die Herleitung der Langmuir-Isotherme und wie sich aus dieser die Frumkin-Isotherme ableiten lässt. Skizzieren Sie beispielhafte Verläufe dieser Isothermen bei Variation der darin vorkommenden Parameter. 1) 10P Was versteht man unter einer Gibbs dividing surface? Erläutern Sie auch, welche Bedeutung diese für die Festlehgung von Grenz- und Oberflächenkonzentrationen hat. Erläutern Sie die Brewsterwinkelmikroskopie. 3) 10 P Was versteht man unter einer Konversionsschicht? Nennen Sie Beispiele für Konversionsschichten. 4) 10P Erklären Sie den Unterschied zwischen dem anfänglichen Spreitungskoeffizienten und dem Gleichgewichtsspreitungskoeffizienten. Welchen Werte können anfänglicher Spreitungskoeffizienten und Gleichgewichtsspreitungskoeffizient annehmen? Begründen Sie Ihre Aussage. 5) 10 P Erläutern Sie den Aufbau einer sogenannten Langmuir-Filmwaage und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie in welchen Fällen die schwimmende Barriere andere Werte liefern kann als die Wilhelmy-Platte.

8 Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) In der Regel bevorzugt man in der Chemical vapour deposition Bedingungen, unter denen die Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen limitiert ist. Erläutern Sie warum diese Bedingungen bevorzugt werden. 7) 10P Was versteht man unter dem 'ALD-Fenster'? Erläutern Sie das Verfahren des layer by layer assembly von polyelektrolyten. Erläutern Sie hierbei auch die Triebkraft die zum Schichtaufbau führt. 1) 10P Was versteht man unter einer Adsorptionsschicht? Was versteht man unter einer Oberflächenkonzentration einer adsorbierten Substanz? Wenn man eine Oberflächenkonzentration in der Einheit Stoffmenge/Fläche oder Masse/Fläche angibt, bedeutet dies, dass die Monoschicht keine Dicke hat? Welchen Zusammenhang gibt es zwischen diesen beiden Größen? Erläutern Sie die Ihnen bekannten Möglichkeiten zur Erzeugung unlöslicher Monoschichten. 3) 10 P Was versteht man unter einer Konversionsschicht? Nennen Sie Beispiele für Konversionsschichten. 4) 10P Erklären Sie den Unterschied zwischen dem anfänglichen Spreitungskoeffizienten und dem Gleichgewichtsspreitungskoeffizienten. Welchen Werte können anfänglicher Spreitungskoeffizienten und Gleichgewichtsspreitungskoeffizient annehmen? Begründen Sie Ihre Aussage.

9 5) 10 P Erläutern Sie den Aufbau einer sogenannten Langmuir-Filmwaage und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie in welchen Fällen die schwimmende Barriere andere Werte liefern kann als die Wilhelmy-Platte. Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) In der Regel bevorzugt man in der Chemical vapour deposition Bedingungen, unter denen die Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen limitiert ist. Erläutern Sie warum diese Bedingungen bevorzugt werden. 7) 10P Was versteht man unter dem 'ALD-Fenster'? Was verstehen wir unter einem 'self assembled monolayer'. Geben Sie Beispiele für unterschiedliche self assembled monolayers und erläutern Sie die zugrundeliegende chemische Reaktion ) 9P Was versteht man unter einer Gibbs dividing surface? Was versteht man unter einer Exzesskonzentration? Welchen Zusammenhang gibt es zwischen diesen beiden Größen? 2) 9P Was versteht man unter Epitaxie? Von welchen Parametern hängt eine Epitaxie ab? Läßt sich Epitaxie für beliebige Materialkombinationen erreichen? Begründen Sie Ihre Entscheidungen. 3) 9P Erklären Sie den Unterschied zwischen dem anfänglichen Spreitungskoeffizienten und dem Gleichgewichtsspreitungskoeffizienten.

10 Welchen Werte können anfänglicher Spreitungskoeffizienten und Gleichgewichtsspreitungskoeffizient annehmen? Begründen Sie Ihre Aussage. 4) 10 P Erläutern Sie den Aufbau einer sogenannten Langmuir-Filmwaage und die mit ihr gemessenen 'Isothermen'. Erläutern Sie in welchen Fällen die schwimmende Barriere andere Werte liefern kann als die Wilhelmy-Platte. 5) 9P Erläutern Sie das Verfahren der (konventionellen) In der Regel bevorzugt man in der Chemical vapour deposition bedingungen, unter denen die Abscheidegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit der Grenzflächen limitiert ist. Erläutern Sie warum diese Bedingungen bevorzugt werden. Erläutern Sie das Verfahren der atomic layer deposition. 7) 9P Was verstehen wir unter einem 'self assembled monolayer'. Geben Sie Beispiele für unterschiedliche Selfassembled monolayers und erläutern Sie die zugrundeliegende chemische Reaktion. 8) 15P Leiten Sie die Langmuir-Adsorbtionsisotherme her. 9) 10P Tritt Ostwaldreifung auch auf, wenn man anstelle einer feinteiligen Suspension einer gering löslichen Substanz in einer Flüssigkeit einen porösen Festkörper hat, der dessen Poren mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, in der Festkörper gering löslich ist? Wenn ja, werden in diesem Falle durch Ostwaldreifung die Poren mit fortschreitender Zeit kleiner oder größer? Begründen Sie Ihre Entscheidung. 10) 10P

11 Zwei parallele Platten mit einer negativen Oberflächenladung und der gleichen Anzahl an dissoziierten Gegenionen sind in Wasser eingetaucht und durch einen schmalen mit Wasser gefüllten Spalt voneinander getrennt. - Wie hängt die Abstoßung (repulsiver Anteil des Spaltdruckes) zwischen den Platten von der Ladungsdichte der Oberflächenladung ab? - Vergrößert oder verringert sich die Abstoßung, wenn wir das Wasser durch eine konzentrierte Salzlösung ersetzen? - Vergrößert oder verringert sich die Kraft, wenn wir das Wasser durch eine unpolare Flüssigkeit, z. B. einen Kohlenwasserstoff ersetzen? Begründen Sie Ihre Aussagen.