Low temperature self-assembly of organic monolayers

Abstract

Monolagen von Alkan Molekülen besitzen bei Raumtemperatur Phasen, die durch eine Rotation der Alkanketten um ihre Längsachse charakterisiert sind. Als eine Folge dieser Rotation sind die entsprechenden Phasen eher schwach geordnet als kristallin. Um eine kristalline Ordung der Moleküle zu erreichen, muss die Energie des Systems verringert werden. Neue flüssige Subphasen erweitern den verfügbaren Temperaturbereich zu Temperaturen tiefer als der Gefrierpunkt von Wasser. Monolagen von gewöhnlichen Tensiden wie Fettsäuren wurden bei konstantem Spreitvolumen/konstantem Oberflächendruck prepariert, um anschliessend das Phasenverhalten beim Abkühlen zu studieren. Erste Einsichten bezüglich der Stabilität der Filme und die Entwicklung ihrer Struktur während des Abkühlens wurden durch Langmuir Isothermen und diffuser Streuung unter streifendem Einfall (GIXOS) erreicht. Die kristalline Organisation in der Ebene der Monolagen wurde mit Röntgendiffraktion unter streifendem Einfall (GIXD) untersucht. Die Moleküle nehmen durch einen entropie- gesteuerten Selbstorganisationsprozess kristalline Phasen an, in denen die Packungsdichte die von dreidimensionalen Einkristallen erreicht. Die Entwicklung der Strukturparameter verläuft ähnlich zu denen von Volumensystemen von Paraffinen während des Rotator-Kristall Phasenübergangs. Das für die kristalline Phase charakteristische „Fischgrätenmuster“ der Alkanketten konnte für die Fettsäueremonolage anhand von Strukturfaktorrechnungen nachgewiesen werden. Mittels Röntgen Korrelations Spektroskopie (XPCS) wurde die Oberflächendynamik der Systeme mit dem Auftreten einer kristallinen Phase in Relation gesetzt. Es stellte sich heraus, dass der Phasenübergang von einem Wechsel der Dynamik von propagierenden zu überdämpften Kapillarwellen begleitet wird.