English

In recent years cold plasmas have been used in different ways to achieve functional properties on polymer, metal and semiconductor surfaces. In most cases ultra-thin surface layers determine the properties of the modified system. The chemical composition and the electronic properties of oxide covered surfaces strongly influence the corrosion behaviour of the materials as well as their adhesive properties. In case of polymeric substrates, the chemical composition, density and orientation of polar groups, which are introduced in non-polar substrate surfaces by means of plasma modification are of interest. To reveal principle processes of surface modification in reducing and oxidizing low temperature plasmas an analytical setup have been designed that allow in-situ studies of the plasma modification. It combines FTIR spectroscopy for the characterization of the surface chemistry with a sensitivity down to sub-nanometer range and a Kelvin probe for determination of changes of the work function of the modified surfaces. The work covers the surface modifications of a model polymeric surface, oxide covered surfaces of iron, aluminum and MgZn2 in vacuum plasmas in different gas atmospheres as well as the modification of silicon in a dielectric barrier discharge and in an ozone atmosphere. The surface modifications are proved by complementary ex-situ XPS. Scanning Kelvin probe measurements on plasma modified and polymer covered MgZn2 will be presented to discuss aspects of polymer/metal adhesion and corrosion. Changes of the adsorption kinetics of phosphonic acids on plasma modified, oxide covered aluminum will be proved by quartz crystal microbalance measurements.

Deutsch

Im Laufe der Zeit wurden unterschiedliche Plasmaverfahren entwickelt um eine Funktionalisierung von Polymer- Metall- und Halbleiteroberflächen bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen. Oft werden die Eigenschaften des modifizierten Systems von einer ultra-dünnen Oberflächenschicht bestimmt. Die chemische Zusammensetzung und die elektronische Struktur von Oxid-bedeckten Oberflächen haben einen entscheidenden Einfluss auf das Korrosionsverhalten des Materials sowie auf die Haftung einer zusätzlich aufgebrachten Schicht. Auf Polymeroberflächen spielen die chemische Zusammensetzung sowie die Dichte von polaren Gruppen und deren Orientierung eine sehr wichtige Rolle für die Weiterverarbeitung. Um Prozesse der Oberflächenmodifikation in reduzierenden und oxidierenden Plasmen grundlegend untersuchen zu können wurde ein Versuchsaufbau realisiert, der eine in-situ Analytik der induzierten Oberflächenvorgänge ermöglicht. Dieser Aufbau verknüpft die FTIR-Spektroskopie zur hoch empfindlichen Analyse der Oberflächenchemie mit Messungen der Änderungen der Austrittsarbeit mittels einer Kelvinsonde. Die vorliegende Arbeit beinhaltet Ergebnisse zu Modifikationen einer Modell-Polymeroberfläche sowie auf nativen Oberflächen von Fe, Al und MgZn2 in Niederdruck-Plasmen sowie von Si in einer dielektrischen Barrierenentladung und in einer O3-Atmosphäre. Komplementär werden die Änderungen der Oberflächenchemie mittels ex-situ XPS bestätigt. Das Korrosions- und Enthaftungsverhalten auf modifizierten und lackierten MgZn2 Proben werden mittels einer SKP untersucht. Es werden Aussagen über die Adsorptionskinetik von Phosphonsäuren auf modifiziertem Aluminium getroffen, die aus QCM-Messungen resultieren.