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Organic resorcinol - formaldehyde (RF) aerogels dried under ambient conditions with a large resorcinol (R) to catalyst (C) ratio are usually hard and brittle with strengths about 100 kPa and Young’s-moduli in the range of 1-2 MPa and densities in the range of 0.2 to 0.4 g/cm3. We observe that special conditions of aerogel preparation yield surprisingly flexible aerogels. They can be bent easily (see figure 1), similar to the well-known flexible silica aerogels. They have a low density, a very low elastic modulus of around 70 kPa and are elastically deformable by more than 40% in an almost reversible manner. The procedure of their preparation is simple: The resorcinol is dissolved in deionized water with a very large amount of water (W), close to the gelation limit (molar ratio R/W ≈ 0.008). The R/F molar ratio is fixed at 1:2. The molar ratio R/C is 50:1 usually requiring supercritical drying. The pH is adjusted to be in the range 5.4-5.6. The solution is placed in an oven at 80°C for one week. The gel is washed in acetone and not dried supercritical but in an oven at 80°C. The density of flexible RF-aerogels is about 0.060 g/cm3, a shrinkage is not observed. The thermal conductivity of aerogel is 0.046 W/(mK). The SEM picture in Figure 2 shows the continuous network of particles with sizes of around 1 µm and pores of about 10 µm. The effects of various sol-gel parameters on the flexibility, such as R/W, R/C molar ratios, pH of initial solution, gelation temperature, have been investigated. The aerogels of different densities, microstructures and particle size were obtained by varying the R/W molar ratio. It has been observed that the pH plays a very important role in synthesis of flexible resorcinol-formaldehyde aerogels. The differences between hard and flexible RF aerogels were studied by recording 13C NMR spectra and TGA-FT-IR curves.

Transparente elektrisch leitfähige Sb-dotierte SnO2-Einzel- und Mehrfachschichten wurden über das Sol-Gel-Tauchverfahren hergestellt. Die Schichten wurden auf Borosilikat- und Kieselglassubstraten bei Temperaturen bis zu 1100°C aufgebracht. Als Precursoren wurden SnCl2(OAc)2 (Dichlorzinndiacetat), SnCl2 und (SnOBut)4 verwendet. Es wurden die Einflussfaktoren auf die morphologischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten untersucht. Die strukturelle Analyse der Einzelschichten ergab einen porösen Aufbau der Schichten aus Kristalliten, deren Größe mit zunehmender Dotierung abnahm, während eine Erhöhung der Sintertemperatur und der Heizrate eine Vergrößerung der Kristallite nach sich zog. Die Schichten sind in der Regel aus einer verdichteten Oberflächenschicht und einem porösen Bulkmaterial aufgebaut. Das Minimum des spezifischen Widerstandes wurde in einem Bereich zwischen 4 und 6 mol% Dotierungskonzentration beobachtet, wobei die höchste Ladungsträgerbeweglichkeit bereits bei etwa 1 mol% erreicht wird. Der niedrigste Flächenwiderstand wurde bei einer Sintertemperatur von ca. 800°C und hoher Heizrate erreicht. In Mehrfachschichten wurde bei Einzelschichtdicken größer als 10 nm entsprechend eine alternierende Schichtstruktur aus verdichteten Oberflächenschichten und poröser Bulkschicht erhalten, während bei Einzelschichtdicken um 2,5 nm eine Säulenstruktur beobachtet wurde. Abnehmende Einzelschichtdicken und höhere Sintertemperaturen bedingen dabei größere Kristallite. Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde ein Modell entwickelt, das erlaubt, die elektrischen Eigenschaften der verdichteten Oberflächenschicht und der porösen Schichtstruktur zu berechnen. Die elektrischen Eigenschaften der Mehrfachschichten werden von der Dicke der Einzel¬schichten, der Sintertemperatur, dem Dotiergrad, dem Sinterprozess und den Precursoren beeinflusst. Der niedrigste spezifische Widerstand wurde unabhängig von der Gesamtschichtdicke bei einer Einzelschichtdicke von 5 nm gefunden. Die optimale Dotierungskonzentration liegt im Falle der Mehrfachschichten bei 2 — 4 mol% SbCl3 bei einer optimalen Sintertemperatur von 800°C. Die mittlere Transmission der Einzel- und Mehrfachschichten im sichtbaren Bereich liegt bei Gesamtschichtdicken um 100 nm bei 80% und nimmt auf etwa 70% bei Schichtdicken um 300 - 500 nm ab. Transparent electrically conductive Sb-doped SnO2 single and multilayers were prepared by the sol-gel dip-coating method on borosilicate and fused silica substrates at sintering temperatures up to 1100°C. As precursors SnCl2(OAc)2 (dichlorotindiacetate), SnCl2 and (SnOBut)4 were used. The thesis analyses the determinants of the morphological and electrical properties of the layers. The structural investigation of the single layers revealed a porous layer structure of crystallites which are decreasing in size with increasing doping concentration, while an increase in the sinter temperature and the heating rate both lead to larger crystallites. The coatings generally consist of a two-layer structure with a thin, relatively dense top layer on top of a more porous bulk layer. The highest electron mobility was observed for a doping concentration of 1 mole% Sb, whereas the mimium of the resistivity was found at doping concentrations between 4 and 6 mole%. The lowest sheet resistance was observed at a sinter temperature of approximately 800°C and a high heating rate. In multilayer coatings with single layer thicknesses larger than 10 nm an alternate layer structure consisting of a dense interface laying and a porous bulk layer were obtained. On the other hand, multilayers with single layer thickness of about 2.5 nm resulted in a columnar structure in which both a decreasing single layer thickness and a higher sinter temperature were found to favour the growth of the crystallites. Based on these results, a model was developed that allows to calculate the resistivity of the denser interfaces and the porous bulk. The electrical properties of the multilayers were dependent on the thickness of the single layers, the sinter temperature, the doping concentration, the sinter process and the precursors. The lowest resistivity was found at a single-layer thickness of 5 nm — independent of the total thickness of the formed multilayer. The optimal doping concentration in the case of multilayer coatings was determined as 2 - 4 mole% SbCl3 with an optimal sinter temperature of 800°C. For single and multilayers with a total thickness of 100 nm the average transmission in the visible range is 80% which decreases to approximately 70% for layers with a total thickness of 300-500 nm.

Neue optimierte nasschemische Wege (Fällung, Polymerisation und Sol-Gel) zur Darstellung reiner, homogener und nanokristalliner perowskitischer Erdalkalistannat-Pulver (Ba- und SrSnO3) wurden untersucht. Eine der Methoden wurde zur Synthese substituierter, teilweise neuer Stannat-Keramiken (Ba2YSnO5.5, Ba2NdSnO5.5 und nichtstöchiometrische Verbindungen) verwendet. Die Charakterisierung umfasst thermische Analysen, FTIR Spektroskopie, Röntgendiffraktometrie und quantitative Phasenanalyse. Ferner werden die Ergebnisse von Impedanzspektroskopie an den substituierten Pulvern diskutiert. Daten der thermischen Analyse liefern Informationen über den Precursor, z. B. Phasenübergänge, Ordnungsbeginn und Massenveränderungen. Die FTIR Spektroskopie wird sowohl zur Identifizierung funktioneller Gruppen im Precursor und zum Vergleich mit Ausgangsreagenzien benutzt als auch zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften der kalzinierten Pulver, z. B. Adsorption von CO2 und Wasser. Die Röntgenbeugungsdaten werden zum Vergleich der Produkte in Bezug auf Phasenreinheit und Identifizierung von Nebenphasen verwendet als auch zur Berechnung von Kristallitgrößen und deren Verteilung, Strukturparametern sowie zur quantitativen Phasenanalyse (Ziel- und Nebenphasen). Die Syntheserouten werden verglichen und bewertet. Die Polymerisation- und Sol-Gel-Route liefern die besten Produkte in Bezug auf werkstoffspezifische Parameter. Verschiedene Impedanzspektren von Ba2YSnO5.5, Ba2NdSnO5.5 und "nichtstöchiometrischen" Stannaten, gemessen zwischen RT und ca. 600 °C, werden präsentiert und Werte der spezifischen Leitfähigkeit aufgeführt. Ba2YSnO5.5 kann damit als gute leitfähige Keramik, Ba2NdSnO5.5 und nichtstöchiometrische Verbindungen als mögliche Kandidaten für eine Membran in einer SOFC oder als Sensormaterial verwendet werden. New optimised wet-chemical routes (precipitation, polymerisation and sol-gel) for the production of pure, homogenic and nanocrystalline perovskitic earth alkali stannate powders (Ba- and SrSnO3) were investigated. One of the routes was used to synthesise substituted partly new stannate ceramics (Ba2YSnO5.5, Ba2NdSnO5.5 and nonstoichiometric compositions). The characterisation includes thermal analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, x-ray diffraction and quantitative phase analysis. Further, results of impedance spectroscopy on the substituted powders are discussed. Thermal analysis data provide information about the precursor i. e. phase transition, ordering onset and mass changes. FTIR spectroscopy is both used to identify functional groups in the precursor and to compare with starting reagents as well as to investigate the surface behaviour of the calcined powders, i. e. adsorption of CO2 or water. X-ray diffraction data are used to compare the products in terms of phase purity and identification of additional phases as well as determination of crystallite size and distribution, structural parameters and quantitative phase analysis (target product and additional phases). The synthesis routes are compared and evaluated. The polymerisation and sol-gel-routes provide the best products in terms of material specific parameters. Different impedance spectra of Ba2YSnO5.5, Ba2NdSnO5.5 and "nonstoichiometric'; ceramics measured between RT and ca. 600 °C are presented and calculated values for the specific conductance are shown. Ba2YSnO5.5 can be applied as good conductive compound, Ba2NdSnO5.5 and nonstoichiometric compositions as possible candidates for a membrane in a SOFC or as sensor material.

Mikrooptische Systeme erhalten in unserer Zeit eine immer wichtigere Bedeutung. Es müssen dafür die bisherigen Herstellungsmethoden überdacht und nach neuen Prinzipien geforscht werden. Mikrolinsen werden in Detektoren, Glasfaserkupplungen oder auch in der Sensortechnik eingesetzt. In dieser Arbeit wird die prinzipielle Machbarkeit geprüft, Mikrolinsen mit Hilfe eines Tintenstrahl- und Tampondruck- Prozesses herzustellen, indem ein hybrid-organisch-anorganisches Sol auf einem Glassubstrat abgesetzt wird. Viskosität, Lösungsmittelverdunstung, Benetzungseigenschaften und Substrattemperaturen spielen eine große Rolle in der reproduzierbaren Herstellung von Mikrolinsen. Beim Tintenstrahl-Verfahren ist die Herstellung von Einzellinsen und 2D Linsenfeldern aus Solen mit niedrigen Viskositäten möglich. Die Strukturen wurden mittels Profilometrie und Rasterkraftmikroskopie bestimmt. Die optischen Eigenschaften wurden mittels Mikroskopie und spektroskopischen Methoden ermittelt. Die Linsen besitzen Durchmesser von 70 bis 2000 μm, Brennweiten von 165 μm bis 15,8 mm. Das Kapillar (GLT)- Dosiersystem oder das Tampondruck- Verfahren erlaubt z.B. Zylinderlinsen oder größere Linsendimensionen herzustellen. Microoptics technology is becoming increasingly important in the development of optical systems. Optical components such as diffractive and refractive microlenses are now being incorporated in many systems and commercial products. They are used for example, for focusing in detector array, fiber optics and sensors, for illumination in flat panel displays, computers and for imaging in photocopiers and lithography. Microlenses made of hybrid organic -inorganic materials have been fabricated on glass substrates using commercial drop-on-demand ink-jet printing and pad printing equipments. Viscosity, solvent evaporation, deposit-substrate wetting condition and substrate temperature are the main parameters which govern the obtention of reproducible lens shapes. The shape and surface roughness of the lenses have been characterized by atomic force microscopy and profilometry. Their optical properties have been determined by light microscopy and spectrophotometric techniques. The ink-jet printing technique allows to obtain plano- convex spherical microlenses with diameters varying from 70 to 2000 μm, focal length from 165 μm to 15,8 mm. The capillar —(GLT)- dosing system or the pad printing process also allows to print single and 2-D -arrays of spherical and cylindrical microlenses with somewhat larger dimensions.

Das Ziel der Dissertation war die Herstellung von optischen Gradienten-Index (GRIN) Komponenten durch Wanderung hochbrechender, geladener ZrO2-Nanopartikel in einer niedrigbrechenden, organisch-anorganischen Hybridmatrix mittels Elektrophorese. Der Schwerpunkt der Arbeit lag in der Entwicklung von Sol-Gel-Synthesen zur Herstellung von amorphen ZrO2-Nanopartikeln (Durchmesser ca. 4 nm) in organischen Lösungsmitteln. Eine gezielte Partikeloberflächenmodifizierung führte zu verbesserten Topfzeiten (> 2 Jahre) und elektrophoretischen Mobilitäten von bis zu 0,1 [(µm•cm) / (V•s)] in 1-Propanol. Durch Kombination dieser ZrO2-Sole mit organischen und organisch-anorganischen Matrizes gelang die Synthese und Aushärtung von transparenten, nahezu lösungsmittelfreien und hochgefüllten (< 17,9 Mol-% Zr) Nanokompositen. In speziellen Elektrophoresezellen konnte durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes eine Wanderung der positiv geladenen Nanopartikel in Richtung der Kathode erreicht werden. Abschließend wurde der Zr-Konzentrationsgradient über einen photochemischen Aushärtungsprozess fixiert. Ein stetiger Anstieg des Zr-Gehalts um 67 %-MA auf einer 8 mm langen Verbindungslinie zwischen Anode und Kathode wurde erreicht. The aim of this thesis was to produce optical gradient (refractive) index (GRIN) components by means of the migration of high refractive, charged zirconia nanoparticles in a low refractive, organic-inorganic hybrid matrix by electrophoresis. Emphasis of this work was to develop sol-gel syntheses for preparation amorphous zirconia nanoparticles (diameter app. 4 nm) in organic solvents. A shelf life of more than two years and an electrophoretic mobility of up to 0.1 [(µm•cm) / (V•s)] in 1-propanol were achieved through the tailor-made surface modification of the zirconia nanoparticles. Transparent, near solvent-free, high zirconium filled (< 17,9 mol-%) nanocomposites were yielded using the combination of these zirconia sols with organic and organic-inorganic matrices. A migration of these positively charged particles towards the cathode inside a particular electrophoretic cell was obtained via the application of an outer electric potential difference. At the end of the electrophoresis, the developed particle concentration distribution was fixed and cured through a photochemical process. A consistently rising Zr content of up to 67 wt.% for a distance of 8 mm between the cathode and anode was attained.

Bei der Entwicklung von Metallmembranen sind folgende Forderungen zu erfüllen. Der Metallfilm sollte bei minimaler Schichtdicke eine maximale Gasdichtheit aufweisen, sprich frei von Defekten in Form von Rissen oder Poren infolge von Agglomerations- und Wachstumsprozessen bzw. Delamination vom Substrat sein. Die Hauptaufgabe dieser Doktorarbeit bestand darin, ein geeignetes Verfahren für die Abscheidung von Silberfilmen auf vorgefertigte Keramiksubstrate zu entwickeln und sicherzustellen, daß diese Silberfilme eine dem späteren Einsatz als Sauerstoffseparationsmembran angemessene Substrathaftung und Gasdichtheit aufweisen. Die geleisteten Arbeiten lassen sich zwei unterschiedlichen thematischen Schwerpunkten zuordnen: 1. Präparation und Charakterisierung der Silberfilme im Hinblick auf ihre Mikrostruktur begleitet von der sukzessiven Optimierung des Depositionsverfahrens im Hinblick auf ihre Gasdichtheit. 2. Entwicklung einer geeigneten Methode zur Verbesserung der Gasdichtheit und Steigerung der Haftfestigkeit zwischen Silberfilm und Keramiksubstrat.