Nasschemische Aufbringung von MoSx-Dünnschichten über Alkyldiammonium-tetrathiomolybdate

Abstract

Eine nasschemische Methode zur Herstellung von MoSx-Dünnschichten [...] über die metallorganische Abscheidung (MOD) von Alkyldiammonium-tetrathiomolybdaten wurde untersucht. Die Precursoren wurden hierbei aus Diamin-Lösungen mittels Spin-coating auf unterschiedlichen Glas-, Metall- und Keramik-Substraten aufgebracht und anschließend an Luft getrocknet und bei Temperaturen von bis zu 1000°C unter inerten Bedingungen thermisch zersetzt. Im Rahmen der Arbeit wurden die Eigenschaften der Precursoren und Lösungen sowie deren Einflüsse auf die Eigenschaften der resultierenden MoSx-Schichten untersucht. Vor diesem Hintergrund wurden die Alkyldiammonium-tetrathiomolybdate [...] durch Sulfidierung oder Kationenaustausch synthetisiert und hinsichtlich ihrer Kristallstruktur und ihres Thermolyseverhaltens charakterisiert. Eine strukturelle Untersuchung der Diamin-Lösungen ergab eine starke intermolekulare Vernetzung, in deren Folge beim Trocknen zusätzliches Diamin eingebunden wird. Ein wesentlicher Punkt bei der Trocknung der aufgebrachten Flüssigfilme ist ein schnelles Aufheizen, um eine Auskristallisation des Precursors zu verhindern. Die erhaltenen MoSx-Schichten sind metallisch-violett und homogen, besitzen jedoch einen Kohlenstoff-Gehalt von etwa 10-20 Gew.-, der die Kristallisation des MoS2 maßgeblich beschränkt. Als Ursache dieser Kohlenstoff-Verunreinigung ist eine Reaktion der organischen Zersetzungsprodukte unter Reduktion des zwischenzeitlich auftretenden MoS3 zu nennen. Neben der Morphologie und Zusammensetzung der Schichten wurden auch die optischen Eigenschaften, die Gleitreibungseigenschaften sowie die elektrochemische Li-Beladung und die Möglichkeit zur Konvertierung der Schichten untersucht.

A wet-chemical method for the preparation of MoSx [...] thin films by the metallo-organic deposition (MOD) of alkyldiammonium-tetrathiomolybdates has been investigated. The precursors were deposited from their diamine solutions by spin-coating on several glass, metal and ceramic substrates and were subsequently dried in air and decomposed under inert N2-atmosphere at temperatures up to 1000°C. The thesis describes both the properties of the precursors and the solutions as well as their influence on the properties of the rsulting MoSx thin films. The alkyldiammonium-tetrathiomolybdates [...] hence were synthesised by sulfidation or cation-exchange and characterised in regard to their crystal structure and their thermolytical behaviour. A structural characterisation of the diamine solutions revealed a strong intermolecular cross-linking resulting in an incorporation of additional diamine on drying. An important step during the drying of the liquid film is a fast heating in order to avoid a crystallisation of the precursor. The resulting films are homogeneous and exhibit a metallic-purple lustre. However, they contain up to 10-20 st- of carbon that substantially restricts the crystallisation of the MoS2. The origin of these impurities is to be bound in a reaction of the organic decomposition products with the intermediately formed MoS3. In addition to the morphology and the composition of the coatings, their optical and tribological properties as well as the electrochemical Li-capacity and their potential conversion were investigated.