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Photochromic compounds, that exhibit stable and reversible change of their physical and chemical properties upon light absorption, present great potential for development of new “smart” materials. Thus, their attachment to the solid surfaces and nanostructures showed prospective in development of novel photosensitive smart materials. In that context, present work dealt with preparation of photoswitchable compounds, and their immobilization onto solid silicon surfaces.
In the first part of the work, preparation and characterization of fulgimide- and naphthopyran- linker conjugates is presented. The former being thermally stable, and latter thermally reversible; they exhibit different photochemical and photophysical properties, both in solution and on gas / solid phase interfaces. Both prepared conjugates showed reliable switching between the defined states in solution, upon several irradiation cycles. Thus, they proved to be excellent candidates for studying the photochemical behaviour on various functionalized silicon interfaces.
Second part of the work is focused on preparation of the photoswitchable structures on silicon surfaces, by employing the concept of covalently attached self-assembled monolayers (SAMs). The monolayer formation was carried out on oxide-free silicon(111) (H-terminated silicon crystal) and oxidized silicon(100) interfaces. Furthermore, various methods for the attachment of the photoswitch-linker conjugates were applied, and resulting on-chip structures were characterized. The photochemical studies of the obtained photoswitchable surfaces were carried out, and the switching on the solid phase / gas interface was studied. All developed photoswithable surface structures exhibited repeatable changes upon several irradiation cycles. It showed that the choice of photochromic compound influences the number of possible stable states on the surface. Furthermore, the properties of the underlying monolayer showed to impact the photochemical processes.
Photochrome Verbindungen, die eine stabile und reversible Änderung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften bei Lichtabsorption zeigen, bieten ein großes Potenzial für die Entwicklung neuer "intelligenter" Materialien. Ihre Bindung an Festkörper und Nanostrukturen ergibt daher vielversprechende neuartige lichtempfindliche Materialien. In diesem Zusammenhang befasst sich die vorliegende Studie mit der Darstellung von photoschaltbaren Verbindungen und deren Immobilisierung auf festen Siliziumoberflächen.
Im ersten Teil der Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von Fulgimid- und Naphthopyran-Linker-Konjugaten vorgestellt. Das erster System ist thermisch stabil und letzteres thermisch reversibel; sie zeigen unterschiedliche photochemische und photophysikalische Eigenschaften, sowohl in Lösung, als auch an Grenzflächen zwischen Gas und Festphase. Beide hergestellten Konjugate ergaben nach mehreren Bestrahlungszyklen ein zuverlässiges Umschalten zwischen den definierten Zuständen in Lösung. Damit erwiesen sie sich als hervorragende Kandidaten für die Untersuchung des photochemischen Verhaltens an verschiedenen funktionalisierten Silizium-Grenzflächen.
Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung von photoschaltbaren Strukturen auf Siliziumoberflächen, wobei das Konzept kovalent gebundener selbstorganisierter Monolagen (self-assemmbled monolayers, SAMs) verwendet wird. Die Monolagen wurden auf oxidfreien Silizium(111) (H-terminierten Siliziumkristall) und oxidierten Silizium(100) Grenzflächen aufgebracht. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden zur Anbindung der Photoschalter-Linker-Konjugate angewendet und die resultierenden On-Chip-Strukturen charakterisiert. Die photochemischen Untersuchungen der erhaltenen photoschaltbaren Oberflächen wurden durchgeführt, und das Schalten der Festphasen / Gas-Grenzfläche wurde untersucht. Alle entwickelten photoschaltbaren Oberflächenstrukturen zeigten wiederholbare Veränderungen bei mehreren Bestrahlungszyklen. Es zeigte sich, dass die Wahl der photochromen Verbindung die Anzahl möglicher stabiler Zustände auf der Oberfläche beeinflusst. Darüber hinaus zeigten die Oberflächeneigenschaften einen Einfluss auf die photochemischen Prozesse.
