TY - THES A1 - Hildebrandt, Jana T1 - Studies on nanoplastics for the preparation of reference materials T1 - Untersuchungen an Nanoplastik für die Herstellung von Referenzmaterialien N2 - The present work focuses on the preparation and characterisation of various nanoplastic reference material candidates. Nanoplastics are plastic particles in a size range of 1 − 1000 nm. The term has emerged in recent years as a distinction from the larger microplastic (1 − 1000 μm). Since the properties of the two plastic particles differ significantly due to their size, it is important to have nanoplastic reference material. This was produced for the polymer types polypropylene (PP) and polyethylene (PE) as well as poly(lactic acid) (PLA). A top-down method was used to produce the nanoplastic for the polyolefins PP and PE (Section 3.1). The material was crushed in acetone using an Ultra-Turrax disperser and then transferred to water. This process produces reproducible results when repeated, making it suitable for the production of a reference material candidate. The resulting dispersions were investigated using dynamic and electrophoretic light scattering. The dispersion of PP particles gave a mean hydrodynamic diameter Dh = 180.5±5.8 nm with a PDI = 0.08±0.02 and a zeta potential ζ = −43.0 ± 2.0 mV. For the PE particles, a diameter Dh = 344.5 ± 34.6 nm, with a PDI = 0.39 ± 0.04 and a zeta potential of ζ = −40.0 ± 4.2 mV was measured. This means that both dispersions are nanoplastics, as the particles are < 1000 nm. Furthermore, the starting material of these polyolefin particles was mixed with a gold salt and thereby the nanoplastic production was repeated in order to obtain nanoplastic particles doped with gold, which should simplify the detection of the particles. In addition to the top-down approach, a bottom-up method was chosen for the PLA (Section 3.2). Here, the polymer was first dissolved in THF and stabilised with a surfactant. Then water was added and THF evaporated, leaving an aqueous PLA dispersion. This experiment was also investigated using dynamic light scattering and, when repeated, yielded reproducible results, i. e. an average hydrodynamic diameter of Dh = 89.2 ± 3.0 nm. Since the mass concentration of PLA in the dispersion is known due to the production method, a Python notebook was tested for these samples to calculate the number and mass concentration of nano(plastic) particles using the MALS results. Similar to the plastic produced in Section 3.1, gold was also incorporated into the particle, which was achieved by adding a dispersion of gold clusters with a diameter of D = 1.15 nm in an ionic liquid (IL) in the production process. Here, the preparation of the gold clusters in the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide ([Emim][DCA]) represented the first use of an IL both as a reducing agent for gold and as a solvent for the gold clusters. Two volumes of gold cluster dispersion were added during the PLA particle synthesis. The addition of the gold clusters leads to much larger particles. The nanoPLA with 0.8% Au has a diameter of Dh = 198.0 ± 10.8 nm and the nanoPLA with 4.9% Au has a diameter of Dh = 259.1 ± 23.7 nm. First investigations by TEM imaging show that the nanoPLA particles form hollow spheres when gold clusters are added. However, the mechanism leading to these structures remains unclear. N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung verschiedener Nanoplastikreferenzmaterialkandidaten. Um Nanoplastik handelt es sich bei Plastikpartikeln in einem Größenbereich von 1 − 1000 nm. Der Begriff hat sich in den letzten Jahren als Abgrenzung zu dem größeren Mikroplastik (1 − 1000 μm) herausgebildet. Da sich die Eigenschaften der beiden Plastikpartikel auf Grund ihrer Größe deutlich unterscheiden, ist es wichtig, Nanoplastikreferenzmaterial zur Verfügung zu stellen. Dieses wurde für die Polymertypen Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) sowie Polymilchsäure (PLA) hergestellt. Dabei wurde für die Polyolefine PP und PE eine top-down Methode für die Herstellung des Nanoplastiks angewandt (Abschnitt 3.1). Dazu wurde das Material mithilfe eines Ultra-Turrax Dispergiergeräts in Aceton zerkleinert und danach in Wasser überführt. Dieser Prozess führt bei Wiederholung zu ähnlichen Ergebnissen, was ihn passend für die Herstellung eines Referenzmaterialkandidaten macht. Die entstandenen Dispersionen wurden mit der dynamischen und elektrophoretischen Lichtstreuung untersucht. Die Dispersion von PP-Partikeln ergab einen mittleren hydrodynamischen Durchmesser Dh = 180.5 ± 5.8 nm mit einem PDI = 0.08 ± 0.02 und einem Zetapotential ζ = −43.0 ± 2.0 mV. Bei den PE-Partikeln wurde ein Durchmesser Dh = 344.5 ± 34.6 nm, mit einem PDI = 0.39 ± 0.04 und einem Zetapotential von ζ = −40.0 ± 4.2 mV gemessen. Damit handelt es sich bei beiden Dispersionen um Nanoplastik, da die Partikel < 1000 nm sind. Des Weiteren wurde das Ausgangsmaterial dieser Polyolefinpartikel mit einem Goldsalz versetzt und damit die Nanoplastikherstellung wiederholt, um mit Gold dotierte Nanoplastikpartikel zu erhalten, die die Detektion der Partikel vereinfachen sollen. Neben dem Top-down Ansatz wurde für das PLA eine Bottom-up Methode gewählt (Abschnitt 3.2). Hierbei wurde das Polymer in THF zunächst gelöst und mit einem Tensid stabilisiert. Dann wurde Wasser hinzugegeben und das THF verdampft, sodass eine wässrige PLADispersion übrig blieb. Auch dieses Experiment wurde mithilfe der dynamischen Lichtstreuung untersucht und führte bei Wiederholung zu reproduzierbaren Ergebnissen von einem mittleren hydrodynamischen Durchmesser von Dh = 89.2 ± 3.0 nm. Da durch die Herstellungsweise die Massenkonzentration von PLA in der Dispersion bekannt ist, wurde für diese Proben ein Python Notebook getestet, das die Zahlen- und Massenkonzentration von Nano(plastik)partikeln mithilfe der MALS-Ergebnisse errechnen soll. Ähnlich wie für das in Abschnitt 3.1 hergestellte Plastik wurde auch hier Gold in den Partikel eingearbeitet, was durch die Zugabe einer Dispersion von Goldclustern mit einem Durchmesser von D = 1.15 nm in einer ionischen Flüssigkeit (IL) im Herstellungsprozess gelang. Dabei stellte die Herstellung der Goldcluster in der ionischen Flüssigkeit 1-Ethyl-3-methylimidazolium-dicyanamid ([Emim][DCA]) die erstmalige Verwendung einer IL sowohl als Reduktionsmittel für Gold als auch als Lösungsmittel für die Goldcluster dar. Während der Synthese der PLA-Partikel wurden zwei unterschiedliche Volumina der Goldcluster-Dispersion hinzugefügt. Die Zugabe von Goldclustern führt zu wesentlich größeren Partikeln. Das nanoPLA mit 0.8% Au hat einen Durchmesser von Dh = 198.0 ± 10.8 nm und das nanoPLA mit 4.9% Au hat einen Durchmesser von Dh = 259.1 ± 23.7 nm. Dabei zeigen erste Untersuchungen mittels TEM-Bildgebung, dass die nanoPLA-Partikel Hohlkugeln bilden, wenn Goldcluster hinzugefügt werden. Jedoch ist der Mechanismus, der zu diesen Strukturen führt, noch unklar. KW - nanoplastic KW - Nanoplastik KW - Rerenzmaterial KW - reference material KW - polyolefin KW - Polyolefin KW - Polymilchsäure KW - Poly(lactic acid) Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-617102 ER - TY - JOUR A1 - Lange, Ilja A1 - Reiter, Sina A1 - Kniepert, Juliane A1 - Piersimoni, Fortunato A1 - Paetzel, Michael A1 - Hildebrandt, Jana A1 - Brenner, Thomas J. K. A1 - Hecht, Stefan A1 - Neher, Dieter T1 - Zinc oxide modified with benzylphosphonic acids as transparent electrodes in regular and inverted organic solar cell structures JF - Applied physics letters N2 - An approach is presented to modify the work function of solution-processed sol-gel derived zinc oxide (ZnO) over an exceptionally wide range of more than 2.3 eV. This approach relies on the formation of dense and homogeneous self-assembled monolayers based on phosphonic acids with different dipole moments. This allows us to apply ZnO as charge selective bottom electrodes in either regular or inverted solar cell structures, using poly(3-hexylthiophene): phenyl-C71-butyric acid methyl ester as the active layer. These devices compete with or even surpass the performance of the reference on indium tin oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate. Our findings highlight the potential of properly modified ZnO as electron or hole extracting electrodes in hybrid optoelectronic devices. (C) 2015 AIP Publishing LLC. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1063/1.4916182 SN - 0003-6951 SN - 1077-3118 VL - 106 IS - 11 PB - American Institute of Physics CY - Melville ER - TY - JOUR A1 - Lange, Ilja A1 - Reiter, Sina A1 - Paetzel, Michael A1 - Zykov, Anton A1 - Nefedov, Alexei A1 - Hildebrandt, Jana A1 - Hecht, Stefan A1 - Kowarik, Stefan A1 - Woell, Christof A1 - Heimel, Georg A1 - Neher, Dieter T1 - Tuning the work function of polar zinc oxide surfaces using modified phosphonic acid self-assembled monolayers JF - Advanced functional materials N2 - Zinc oxide (ZnO) is regarded as a promising alternative material for transparent conductive electrodes in optoelectronic devices. However, ZnO suffers from poor chemical stability. ZnO also has a moderate work function (WF), which results in substantial charge injection barriers into common (organic) semiconductors that constitute the active layer in a device. Controlling and tuning the ZnO WF is therefore necessary but challenging. Here, a variety of phosphonic acid based self-assembled monolayers (SAMs) deposited on ZnO surfaces are investigated. It is demonstrated that they allow the tuning the WF over a wide range of more than 1.5 eV, thus enabling the use of ZnO as both the hole-injecting and electron-injecting contact. The modified ZnO surfaces are characterized using a number of complementary techniques, demonstrating that the preparation protocol yields dense, well-defined molecular monolayers. KW - ZnO KW - self-assembled monolayers KW - phosphonic acid KW - surface modification KW - electrodes Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/adfm.201401493 SN - 1616-301X SN - 1616-3028 VL - 24 IS - 44 SP - 7014 EP - 7024 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Raoufi, Meysam A1 - Hörmann, Ulrich A1 - Ligorio, Giovanni A1 - Hildebrandt, Jana A1 - Pätzel, Michael A1 - Schultz, Thorsten A1 - Perdigón-Toro, Lorena A1 - Koch, Norbert A1 - List-Kratochvil, Emil A1 - Hecht, Stefan A1 - Neher, Dieter T1 - Simultaneous effect of ultraviolet radiation and surface modification on the work function and hole injection properties of ZnO thin films JF - Physica Status Solidi. A , Applications and materials science N2 - The combined effect of ultraviolet (UV) light soaking and self-assembled monolayer deposition on the work function (WF) of thin ZnO layers and on the efficiency of hole injection into the prototypical conjugated polymer poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) is systematically investigated. It is shown that the WF and injection efficiency depend strongly on the history of UV light exposure. Proper treatment of the ZnO layer enables ohmic hole injection into P3HT, demonstrating ZnO as a potential anode material for organic optoelectronic devices. The results also suggest that valid conclusions on the energy-level alignment at the ZnO/organic interfaces may only be drawn if the illumination history is precisely known and controlled. This is inherently problematic when comparing electronic data from ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) measurements carried out under different or ill-defined illumination conditions. KW - charge injection across hybrid interfaces KW - energy-level alignments KW - hybrid metal oxides KW - organic interfaces Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.201900876 SN - 1862-6300 SN - 1862-6319 VL - 217 IS - 5 SP - 1 EP - 6 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -