Anorganisch-organische Kompositsysteme auf Basis von nanoskopischem Aluminiumfluorid

In der vorliegenden Arbeit wurden transparente Nanokomposite mit erniedrigten Brechungsindizes aus Polyacrylaten und nanoskopischen Aluminiumfluoriden hergestellt. Metallfluoride bieten sich aufgrund ihrer einzigartig niedrigen Brechungsindizes (n589(AlF3) = 1.36) und hohen Transmissionen im UV- bis Infrarotbereich des Lichtes für optische Anwendungen an. Ausgangspunkt dafür sind allerdings Partikel, dieaufgrund eines Durchmessers von < 30 nm keine Rayleigh-Streuung aufweisen. Die Entwicklung der fluorolytischen Sol-Gel-Synthese ermöglichte die Herstellung solcher Nano-Metallfluoride unter milden Synthesebedingungen, welche kompatibel mit der Verarbeitung von Polymeren sind. Für die Herstellung der Komposite war es notwendig, die Sol-Gel-Synthese der Aluminiumfluoride zu optimieren. Durch Anpassung des Lösungsmittels, der Reaktionstemperatur und der Ausgangsverbindung konnten hochtransparente, niedrigviskose Aluminiumfluorid-Sole erhalten werden. Diese eigneten sich zur Beschichtung von Glas- und Siliziumsubstraten. Die erhaltenen Schichten wiesen einen Brechungsindex von n589 = 1.34 und damit antireflektierende Eigenschaften auf. Für die spätere Einbettung der Aluminiumfluorid-Partikel in das organische Polymer wurden die Partikel mit Trifluoressigsäure stabilisiert, um eine Agglomeration der Partikel beim Transfer in die organische Phase zu vermeiden und die Kompatibilität der Partikel zu erhöhen. Die Stabilisierung resultierte in Xerogelen, welche in verschiedenen Lösungsmitteln wie z. B. Ethanol, Aceton und Pyridin transparent dispergiert werden konnten. Die verschiedenen Analysen (TEM, NMR, MALDI-MS) deuteten für den Großteil der gebildeten Partikel auf die Bildung von oligomeren oder clusterartigen Strukturen hin. Die Modifizierung der Aluminiumfluorid-Partikel mit Trifluoressigsäure ermöglichte die transparente Suspendierung der Partikel in verschiedenen Acrylatmonomeren und damit die Herstellung von transparenten Kompositschichten und -volumenkörpern mit Aluminiumfluorid-Gehalten von bis zu 40 Gew%. Ellipsometrische Untersuchungen der Beschichtungen ergaben eine Erniedrigung des Brechungsindexes mit steigendem Aluminiumfluorid-Gehalt von 1.50 auf 1.44. Die Erweichungstemperaturen und mechanischen Eigenschaften der Kompositvolumenkörper wurden mittels Dynamisch- Mechanischer-Analyse und Indentation bestimmt.