Über die Sol-Gel Synthese von Magnesiumfluorid und anorganisch-organische Nanokomposite

In der vorliegenden Promotionsarbeit wird die Sol-Gel Synthese von nanoskopischem Magnesiumfluorid und die Herstellung von anorganisch-organischen Nanokompositmaterialien aus MgF2 in Acrylatpolymeren untersucht. Diese Arbeit ist in drei wesentliche Kapitel gegliedert, in denen der Weg von der Synthese der Nanopartikel über deren Stabilisierung bis zum Komposit verfolgt wird. 1. Der Reaktionsmechanismus der Sol-Gel Synthese, ausgehend von Magnesiummethoxid und HF in Methanol, wird mit verschiedenen Methoden umfangreich betrachtet. Es wird die kontinuierliche Fluorierung von Mg(OMe)2 und die Bildung von nanoskopischem Magnesiumfluorid mit Kristallitgrößen kleiner als 5 nm in Solen und Xerogelen der Zusammensetzung MgFx(OMe)2-x nachgewiesen. In den WAXS Diffraktogrammen werden verschiedene Modifikationen von dicubanen [Mg6F2(OMe)8(MeOH)12]-Einheiten identifiziert, die als mögliche Zwischenstufe der Sol-Gel Synthese von MgF2 angenommen werden. 2. Nach der Fluorolyse werden zunächst trübe Sole erhalten, die innerhalb einiger Tage bis Wochen aufklaren. Während der Alterung der Sole wird mittels DLS eine kontinuierliche Abnahme der Solpartikelgröße durch Deagglomeration auf etwa 15 nm festgestellt. Dies wird unter anderem mit Umorganisationsprozessen der Kristallstruktur von MgF2 erklärt, die zur Stabilisierung von kleineren Partikeln führen. Des Weiteren wird dargelegt, dass das Agglomerationsverhalten der MgF2-Partikel durch die Zugabe von Phosphon- oder Carbonsäuren kontrolliert werden kann. Diese Säuren koordinieren an die Oberfläche der Nanopartikel und bewirken einerseits die Stabilisierung von Primärpartikeln und andererseits die Erhöhung der Kompatibilität der anorganischen Partikel zu organischen Polymermatrices. 3. Die Herstellung von transparenten Nanokompositmaterialien, auf Basis von Phosphonoder Carbonsäure-stabilisierten MgF2-Partikeln in Acrylatpolymeren und deren umfangreiche Charakterisierung werden dargelegt. Es wird gezeigt, dass sowohl dünne Filme als auch Volumenkörper mit MgF2-Anteilen von bis zu 40% hergestellt werden können, in denen die Nanopartikel fein verteilt vorliegen. Dadurch kann eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften, wie der Glasübergangstemperatur und der Kratzfestigkeit oder eine Erhöhung des E-Moduls der elastischen Verformung erzielt werden. Ein weiterer Aspekt betrifft die Absenkung des Brechungsindexes von Filmen in Abhängigkeit vom Gehalt an Magnesiumfluorid in der Polymermatrix wird.