Abstract | Keywords | Export | Availability | Bookmark

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

De vraag naar vernieuwende technieken om structuren op te bouwen vanuit moleculaire bouwstenen groeit omwille van de nood aan productiemethodes met een hoge precisie op moleculair niveau om gelijke tred te kunnen houden met de schaalverkleining van bijvoorbeeld elektronica. Deze thesis draagt bij tot het ontrafelen en sturen van moleculaire zelf-assemblage op substraten. Zelf-assemblage is een fenomeen dat spontaan optreedt in de nano-wereld. Het gebruik van vormvaste organische molecules met een welgedefinieerde vorm, zoals dendrimeren en macrocycles, werd onderzocht in deze thesis met als doel het combineren van moleculaire zelf-assemblage met bestaande processen en technieken om met grote precisie structuren te creëren op nanometerschaal. De parameters die het resultaat van deze organische zelf-assemblerende systemen bepalen, werden geëvalueerd om inzicht te krijgen in het zelf-assemblage proces. Deze kennis kan in een later stadium gebruikt worden om het zelf-assemblage proces te sturen. Het resultaat van de zelf-assemblage van organische systemen werd bestudeerd met een reeks technieken zoals lichtverstrooiing (in oplossing) en vooral rastersondemicroscopie (op substraten). Tweede generatie polyfenyleendendrimeren werden gebruikt om nanovezels te creëren op substraten. De invloed van substraat, concentratie van de dendrimeeroplossing, omgevingsfactoren tijdens staalbereiding, oplosmiddel en perifere functionele groepen van de molecules werden bestudeerd. Het aanbrengen van een dendrimeer-THF-oplossing in een THF-verzadigde tank op een siliciumsubstraat dat vooraf werd gereinigd in piranha-oplossing bleek de optimale staalbereidingsmethode. Het aggregatiegedrag van vormvaste macrocyclische molecules werd eveneens onderzocht om het potentieel van zelf-assemblage van deze molecules ter vorming van nanostructuren te evalueren. De resultaten hiervan tonen het belang aan van intra- en extra-annulaire substitutie van de macrocyclische molecules in het creëren van oppervlaktepatronen en nano-objecten. Een tweede aspect betreft de plaats en oriëntatie van de zelf-geassembleerde nanostructuren op het substraatoppervlak. Het zelf-assemblageproces van het tweede generatie polyfenyleendendrimeer werd aangewend in een aantal methodes om nanostructuren te produceren. Lithografie met stempels en mallen werd met succes gebruikt om het zelf-assemblage proces naar speficieke plaatsen op het substraat te sturen. In tegenstelling tot deze methode kon een sjabloon met binaire patronen niet enkel de plaats van de aggregaten op het substraat sturen, maar was het ook mogelijk om de vorm van de structuren te beïnvloeden. Nanovezels werden uitgelijnd volgens het sjabloon op het substraat door gebruik te maken van de optimale staalbereidingsmethode. Een andere methode, gebruik makend van een sterk magnetisch veld (tot 20 T), werd gebruikt om het zelf-assemblageproces van zowel een dendrimeersysteem als macrocyclisch systeem te beïnvloeden. Enkel in het geval van het macrocyclisch systeem bleek het magnetisch veld een uitlijnend effect te vertonen. Dit effect wordt toegeschreven aan de juiste (parallelle) oriëntatie van de fenylgroepen in deze zelf-geassembleerde vezels, wat niet mogelijk is voor de fenylgroepen in de dendrimeervezels. Het resultaat van deze studie illustreert het potentieel en de uitdagingen van moleculaire zelf-assemblage in combinatie met een oriëntatiesturende aanpak en opent de weg voor verder onderzoek naar de combinatie tussen top-down en bottom-up methodes. Fabrication methods with a high level of molecular precision are required to keep up with the trend of minimising devices. Therefore, the need for novel techniques to make structures from molecular building blocks is rising. This work contributes in the unravelling and guiding of molecular self-assembly processes on surfaces. Self-assembly is a phenomenon which occurs spontaneously in the nanoscale world. The use of shape-persistent organic molecules with a well-defined shape, such as dendrimers and macrocycles, was investigated in this work. The goal is to implement molecular self-assembly in existing processes and techniques to create structures at the nanometre scale with a high level of precision. Parameters which define the outcome of the organic self-assembling systems on a surface were evaluated in order to gain insight in the self-assembly process. This knowledge could be employed in a later stage to guide the self-assembly process. The outcome of the self-assembling of organic systems was studied with a variety of techniques such as light scattering (in solution) and mainly with scanning probe microscopy (on surfaces). Second generation polyphenylene dendrimers were used to construct nanofibres on a substrate and the impact of the substrate, concentration of the dendrimer solution, sample preparation conditions, solvent, and functional groups at the molecule's periphery were studied. The `optimised method of sample preparation' to obtain dendrimer nanofibres was found to be dropcasting a dendrimer solution in THF on piranha cleaned silicon in a THF saturated tank. The aggregation of another type of organic molecules, shape-persistent macrocycles, was studied to investigate the potential of these self-assembling molecules in construction methods to create nanostructures. These results reveal the importance of the intra- and extraannular substitution of the macrocycles in creating patterned surfaces and nanoscale objects. A second aspect concerns the location and orientation of the prepared nanostructures on the substrate's surface. The self-assembly process of the second generation polyphenylene dendrimers was implemented in a number of methods to manufacture structures in the nanoscale world. Soft-lithographic approaches were carried out by using stamps and molds to successfully direct the self-assembly process towards specific locations on the surface. In contrast to this method, the templating approach using binary patterns could not only direct the location of the aggregates on the surface, but additionally was able to control the shape of the aggregated structures. Nanofibres were aligned on the surface of a silicon substrate according to the templated substrate by applying the `optimised method of sample preparation'. Another method using a high magnetic field (up to 20 T) was employed to influence the self-assembly process of both a dendrimer and a macrocycle system. Only in case of the macrocycle, the magnetic field turned out to have an alignment effect, which is attributed to the proper (parallel) orientation of the phenyl groups in these self-assembled fibres, a situation which can not be reached in the dendrimer fibres. The results of this study illustrate the potential and challenges of molecular self-assembly in combination with an orientation guided approach and open a path for further investigation of other systems in a combined top-down/bottom-up approach. Het creëren van oppervlakken met specifieke eigenschappen is belangrijk in tal van toepassingen (bv. biosensoren en processoren). Om gelijke tred te kunnen houden met de schaalverkleining, en bijgevolg aan de nood van productiemethodes op moleculair niveau met een hoge precisie te beantwoorden, groeit de vraag naar technieken om structuren op te bouwen vanuit moleculaire bouwstenen. Zelf-assemblage is een fenomeen waarbij individuele deeltjes spontaan ordenen tot complexe structuren. Deze deeltjes kunnen bijvoorbeeld molecules zijn zoals de dendrimeren en macrocyclische molecules die onderzocht werden. Deze thesis draagt bij tot het ontrafelen en sturen van de zelf-assemblage van deze molecules op substraten. Om inzicht te verwerven in het zelf-assemblage proces werden tal van parameters geëvalueerd die het resultaat van de zelf-assemblerende systemen bepalen. Hierbij werden technieken gebruikt zoals lichtverstrooiing en vooral rastersondemicroscopie. Van dit inzicht werd vervolgens gebruik gemaakt om het proces te sturen door het combineren met bestaande processen en technieken om zo met grote precisie structuren te creëren op nanometerschaal. Het resultaat van deze studie illustreert het potentieel en de uitdagingen van moleculaire zelf-assemblage in combinatie met een oriëntatiesturende aanpak en opent de weg voor verder onderzoek naar de combinatie tussen top-down en bottom-up methodes.

Academic collection --- 547 --- 547 Organic chemistry --- Organic chemistry --- Theses