title: Nanojoule Adsorption Calorimetry. Design, Construction, Novel Evaluation Approach, Software Development, Characterization, and Exemplary Measurements
title: Nanojouleadsorptions Kalorimetrie. Design, Konstruktion, Neuer Datenauswerteansatz, Software Entwicklung, Charakterisierung und beispielhafte Messungen
Creators: name: Drescher, Hans-Jörg
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Kalorimeter , Messsystem
Grenzfläche
Adsorption
Adsorptionswärme
Nanojoule Adsorption Calorimetry
Chemistry and allied sciences
Chemie

description: The interaction of single molecules
      with surfaces as well as the interaction between surfaces,
      i.e., interfaces, are often of great interest and thus a vast
      field of applied sciences arises therefrom. Most ultra high
      vacuum based surface science techniques are only able to
      deliver information about an already formed interface. The
      desire for knowledge of the energetics describing the
      processes during the formation of such a contact layer
      motivates the usage of nanojoule adsorption calorimetry. This
      work presents the construction of the experimental setup
      necessary to study the coverage dependent heat of adsorption.
      The setup is optimized for investigations involving the
      adsorption of metal atoms on organic thin films and of large
      organic molecules on surfaces of single crystalline metals.
      The software developed for this work and used for data
      treatment is also covered by this thesis. In this respect,
      the user interface as well as the program code processing the
      data are both well discussed. The characterization of the
      components involved in calorimetric experiments is presented
      in detail later in this work. Finally, selected experiments
      involving the adsorption of magnesium, zinc, copper, and
      calcium on the pristine and cleaned detector surface as well
      as on 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride,
      tetraphenylporphyrin, alpha-sexithiophene, and
      poly(3-hexylthiophene) are exemplarily discussed. This paper
      is completed by design drawings of the constructed elements
      for this work, the source code of the data treatment program
      developed for this work, an overview of the investigated
      systems, and the parameters used to operate the scientific
      equipment. Considering all individual aspects presented in
      this dissertation conjoined, the scientific framework
      necessary to study coverage dependent heats of adsorption
      precisely is established.
description: Da sowohl die Wechselwirkung von
      einzelnen Molekülen mit Oberflächen als auch die
      Wechselwirkung zwischen Oberflächen, also Grenzschichten, oft
      von großem Interesse sind, eröffnet sich daraus ein weites
      Feld von angewandten Wissenschaften. Die meisten Methoden zur
      Untersuchung von Oberflächen unter Ultrahochvakuumbedingungen
      können lediglich Informationen über bereits gebildete
      Grenzschichten liefern. Das Streben nach Erkenntnissen über
      die Energetik, welche den Bildungsprozess einer solchen
      Kontaktfläche beschreibt, motiviert die Verwendung der
      Nanojoule-Adsorptions-Kalorimetrie als Methode. Die
      vorliegende Arbeit stellt die Konstruktion des
      experimentellen Aufbaus vor, der notwendig ist, um
      bedeckungsabhängige Adsorptionswärmen zu bestimmen. Diese
      Anlage ist für die Erforschung von Systemen optimiert, bei
      denen Metallatome auf organischen Dünnschichten,
      beziehungsweise große organische Moleküle auf
      Einkristalloberflächen adsorbiert werden. Die für die
      Datenauswertung dieser Arbeit entwickelten Computerprogramme
      werden erläutert. Im Zuge dessen erfolgt auch eine
      ausführliche Erörterung sowohl der Benutzeroberfläche als
      auch des eigentlichen Programms. Im Folgenden wird die
      Charakterisierung aller in ein Kalorimetrie-Experiment
      involvierten Komponenten eingehend dargelegt. Zum Abschluss
      sind einige ausgewählte Experimente exemplarisch diskutiert.
      Diese Beispiele umfassen die Adsorption von Magnesium, Zink,
      Kupfer und Calcium auf der ursprünglichen und gesäuberten
      Detektoroberfläche, sowie auf Dünnschichten aus
      3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid,
      Tetraphenylporphyrin, alpha-Sexithiophen und
      Poly(3-Hexylthiophen). Vervollständigt wird diese Abhandlung
      sowohl durch technische Zeichnungen der für diese Arbeit
      konstruierten Bauteile, den für diese Arbeit entwickelten
      Quelltext des Auswertungsprogramms, als auch durch eine
      Übersicht über die untersuchten Systeme und die
      Betriebsparameter für die Laborausrüstung. Aus der
      zusammenfassenden Betrachtung der einzelnen in dieser
      Dissertation präsentierten Aspekte, lässt sich feststellen,
      dass alle aus wissenschaftlicher Sicht notwendigen
      Rahmenbedingungen geschaffen wurden, um bedeckungsabhängige
      Adsorptionswärmen präzise bestimmen zu können.