Nanopatterning of poly(ethylene terephthalate) by plasma etching [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Ellen Wohlfart

Ellen Wohlfart

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• Publié par: universitat_stuttgart
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 23
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

Max-Planck-Institut für Metallforschung
Stuttgart





Nanopatterning of Poly(ethylene terephthalate) by
Plasma Etching


Ellen Wohlfart






Dissertation
an der
Universität Stuttgart


Bericht Nr. 227
Mai 2010


























Nanopatterning of Poly(ethylene terephthalate) by
Plasma Etching


Von der Fakultät Chemie der Universität Stuttgart
zur Erlangung der Würde eines Doktors der
Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Abhandlung



Vorgelegt von
Dipl.-Ing. Ellen Wohlfart
aus Stuttgart



Hauptberichter: Prof. Dr. Eduard Arzt
Mitberichter: Prof. Dr. Joachim Bill
Tag der mündlichen Prüfung: 17.5.2010




Max-Planck-Institut für Metallforschung Stuttgart
und
Institut für Materialwissenschaft der Universität Stuttgart

Stuttgart, März 2010
















































































“Nicht der Beginn wird belohnt, sondern einzig und allein das Durchhalten.“

Katharina von Sienna








































Für meine Familie


Danksagung

Die vorliegende Arbeit wurde von Januar 2006 bis März 2010 am Max-Planck-Institut
für Metallforschung in Stuttgart angefertigt. Es ist mir ein großes Anliegen an dieser
Stelle denjenigen zu danken, die mich bei dieser großen Aufgabe unterstützt und zum
Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.

An erster Stelle gilt mein Dank Herrn Prof. E. Arzt für die Möglichkeit, diese interessante
Arbeit in seiner Abteilung durchführen zu können unter überaus familienfreundlichen
Arbeitsbedingungen.

Herrn Prof. J. Bill danke ich für die freundliche Übernahme des Mitberichts sowie Herrn
Prof. E. J. Mittemeijer für die Zusage, den Prüfungsvorsitz zu übernehmen.

Diese Arbeit wäre nicht das geworden was sie jetzt ist, ohne die großartige Unterstützung
meiner Betreuerin Dr. A. del Campo. Ihr stetes Interesse und Engagement sowie die
vielen wissenschaftlichen Diskussionen und Anregungen waren für die erfolgreiche
Durchführung und das Abschließen dieser Arbeit unerlässlich. Dafür bin ich ihr zu
großem Dank verpflichtet.

A big thanks goes to Dr. J. P. Fernández Blázquez for all the interesting discussions
which provided me a deeper knowledge in the behaviour of polymers. His support in the
lab as well as his comments to my work has become indispensable.

Vielen Dank an alle Mitglieder der Chemiegruppe für ihre stete Hilfe und Unterstützung.
Besonders bedanken möchte ich mich bei Dr. S. Blöß, der die Vorarbeit zu dieser
Doktorarbeit geleistet hat und E. Knoche, die in ihrer Diplomarbeit nicht nur einen
wichtigen Beitrag zum Einfluss der Kristallinität auf die Entstehung der Nanostrukturen
geliefert hat, sondern auch viele Anfangsprobleme mit unserem neuen Plasmagerät aus
dem Weg geräumt hat. M. Wirkner und Dr. J. M. Alonso danke ich für Hilfe in
chemischen Fragen.


Für die Einführung und Unterstützung in die Ultramikrotomie möchte ich mich bei M.
Sycha, S. Osterloh, U. Salzberger, M. Kelsch und B. Bussmann bedanken. Vielen Dank
an P. Kopold für die Arbeit am TEM.

Während der Arbeit mit unserem Plasmagerät sind immer wieder Probleme und Fragen
aufgetaucht. T. Ahlinger und J. Eisenlohr von der Firma plasmatechnology waren
jederzeit bereit mir schnell weiterzuhelfen und das Plasmagerät nach unseren Wünschen
zu verändern. Dafür herzlichen Dank. Für die Durchführung verschiedener Versuche mit
anderen Plasmageräten möchte ich mich bei F. Thiele und bei Dr. U. Schweitzer und J.
Schneider vom Institut für Plasmaforschung der Uni Stuttgart bedanken.

During my thesis, I had the opportunity to work two weeks at the Instituto de Ciencia y
Tecnología de Polímeros in Madrid. I am very grateful for the big support of Prof. A.
Bello and Prof. E. Pérez in performing uniaxial tensile tests, WAXS measurements and
the interpretation of the results.

Allen Kollegen der Abteilung Arzt möchte ich für das angenehme Arbeitsklima danken.
Im Besonderen geht mein Dank an unsere Sekretärin Frau J. Hess, die mir eine große
Hilfe war und viele administrative Stolperfallen aus dem Weg geräumt hat. Bei Richard
Segar bedanke ich mich für die Hilfe bei der Fertigstellung der Arbeit.

Ein großes Dankeschön geht an Dr. J. Deuschle, C. Miksch und Dr. C. Greiner, die bei
allen großen und kleinen Problemen immer zugehört und geholfen haben. Ohne Sie hätte
die Arbeit nur halb so viel Spaß gemacht.

Eine Promotion ist eine große Aufgabe, die ohne Unterstützung im Privaten kaum
machbar ist. Dafür möchte ich mich ganz herzlich bei meiner Familie, M. Krpic und ganz
besonders bei meinem Mann Alexander Goerke bedanken, ohne dessen Rückhalt und
Geduld diese Arbeit kaum möglich gewesen wäre.
Index 10

Index

1. Introduction 19
2. Theoretical Background and Literature Review 23
2.1 Surfaces in nature 23
2.2 Overview of patterning techniques for fabrication of structured surfaces 27
2.3 Poly(ethylene terephthalate) (PET) 37
2.3.1 History 37
2.3.2 Synthesis 38
2.3.3 Properties and processing 39
2.4 Introduction to plasma etching 41
2.4.1 Plasma state 41
2.4.2 Plasma types 42
2.4.3 Plasma processes 42
2.5 Fabrication of micro and nanostructures by plasma etching 46
2.5.1 Semicrystalline polymers 46
2.5.2 Amorphous polymers 51
2.5.3 Filled polymers 55
2.6 Surface wettability 60
2.7 Adhesion 62
3. Aims and Objectives 65
4. Experimental methods 67
4.1 Materials 67
4.2 Equipment 68
4.3 Preparation of polymer samples 69
4.3.1. PET films by compression moulding 69
4.3.2 Gold-masked PET micropatterns 69
4.3.3 Microstructured PET films by soft moulding 70
4.3.4 Chemically etched PET 70
4.3.5 Uniaxial stretching of PET samples 71
4.3.6 Perfluorinated PET 72
4.4 Plasma treatment 72
4.5 Preparation of samples for electron microscopy 74
4.5.1 Cutting thin PET slices via ultramicrotomy 74
4.5.2 Preparation of samples for SEM 74
4.5.3 Preparation samples for TEM 75
4.6 Topographical characterisation 75
4.7 Characterisation of polymer morphology 76
4.7.1 Crystallinity 76
4.7.2 Orientation 77
4.8 Water contact angle 78
4.9 Characterisation of adhesion and friction properties 79
5. Results 83
5.1 RIE Chamber and Process 83
5.2 Surface structures under different plasma treatment conditions 88
5.2.1 Type of process gas 88