The bottom-up fabrication of coatings consisting of supramolecular compounds—while inexpensive and facile—poses several challenges.
One challenge concerns the creation of anisotropic properties. To provide a directionality in the structures, the utilization of recently developed teslaphoresis is proposed. The high voltage of a Tesla coil generates an alternating electric field that has already been shown to cause aggregation of carbon nanotubes in a directional manner.
The second challenge is the prediction of the surface morphologies of coated supramolecular compounds. This makes empirical studies with slight variation in molecular structure necessary, to generate knowledge for better understanding of the impact of single motifs on the overall aggregation of compounds.
In this work, the assembly of a Tesla coil for utilization in a laboratory setting is demonstrated. Limitations of teslaphoresis are shown and the scope advanced from the sole use of carbon nanotubes to a compound based on naphthalene diimide. This compound precipitates in either spherical or needle-shaped aggregates. If drop-cast in the electric field of the Tesla coil, the material either aggregates or orientates parallel to the direction of the electric field. The prevalent orientation is determined by computational methods. The results advance the utilization of teslaphoresis for the achievement of anisotropic surface coatings consisting of supramolecular aggregators.
Additionally, the impact of the side chain length of low molecular weight gelators with perfluorinated side chains is investigated. The compounds consist of a cyclohexyl diamide core with perfluoroalkyl chains of different lengths. When the substances are drop-cast upon glass surfaces, a variety of different morphologies are observed. For quantification of the different resulting stabilities, an apparatus for repeatable water rinsing is demonstrated. Utilizing the increasing opacity of thicker surfaces, a computational method to estimate changes in surface thickness by evaluation of pixel brightness is shown. With this new method and the evaluation of changes in contact angles, coatingweight and other parameters, the respective stabilities on the surface depending on the side chain length are reported.
Die Bottom-up-Fertigung von Beschichtungen aus supramolekularen Verbindungen ist zwar kostengünstig und einfach, birgt aber einige Herausforderungen.
Eine dieser Herausforderungen betrifft die Erzeugung anisotroper Eigenschaften. Um eine Richtungsabhängigkeit in den Strukturen zu erzeugen, wird die Nutzung der kürzlich entwickelten Teslaphorese vorgeschlagen. Die hohe oszillierende Spannung einer Teslaspule erzeugt ein elektrisches Wechselfeld, das erwiesenermaßen bereits Kohlenstoffnanoröhren gerichtet aggregieren ließ.
Die zweite Herausforderung ist die Vorhersage der Oberflächenmorphologien von supramolekularen Beschichtungen. Dies macht empirische Studien mit leichten Variationen in der Molekülstruktur notwendig, um Erkenntnisse für ein besseres Verständnis des Einflusses einzelner Motive auf die Gesamtaggregation von Verbindungen zu gewinnen.
In dieser Arbeit wird der Aufbau einer Teslaspule für den Einsatz im Labor vorgestellt. Einige Grenzen der Teslaphorese werden aufgezeigt und der Anwendungsbereich von der ausschließlichen Nutzung von Kohlenstoffnanoröhren um eine Verbindung auf Basis von Naphthalindiimid erweitert. Diese Verbindung fällt entweder in kugel- oder nadelförmigen Aggregaten aus. Wird sie im elektrischen Feld der Teslaspule auf eine Oberfläche aufgetropft, entsteht eine Aggregation oder Orientierung parallel zur Richtung des elektrischen Feldes. Die vorherrschende Orientierung wird durch computergestützte Methoden bestimmt. Die Ergebnisse entwickeln den Einsatz der Teslaphorese für anisotrope Oberflächenbeschichtungen aus supramolekularen Aggregaten weiter.
Zusätzlich wird der Einfluss der Seitenkettenlänge von niedermolekularen Gelatoren mit perfluorierten Seitenketten untersucht. Die Verbindungen bestehen aus einem Cyclohexyldiamid-Kern, substituiert mit unterschiedlich langen Perfluoralkyl-Ketten.Wenn die Substanz auf Glasoberflächen getropft wird, entstehen verschiedene Morphologien. Zur Quantifizierung der daraus resultierenden unterschiedlichen Stabilitäten wird eine Apparatur zum reproduzierbaren Spülen mit Wasser vorgestellt. Unter Ausnutzung der abnehmenden Transparenz dickerer Oberflächen wird eine rechnerische Methode zur Abschätzung von Änderungen der Oberflächendicke durch Auswertung der Pixelhelligkeit beschrieben. Mit Hilfe dieser neuen Methode und durch Auswertung von Änderungen der Kontaktwinkel, Gewicht der Beschichtungen und anderer Parameter wird die jeweilige Stabilität auf der Oberfläche dargelegt.
