Volltext (PDF) - Qucosa

Einleitung
beispielsweise die van-der-Waals- und elektrostatische Kräfte (Weigl, 2004). Diese Kräfte
haben auf Grund ihrer Stärke und ihrer Reichweite auch einen entscheidenden Einfluss auf die
zwischenpartikulären Wechselwirkungen deutlich außerhalb des Kontaktbereiches, wobei
gemäß Israelachvili (1992) ihr Einfluss selten Reichweiten von 100 nm übersteigt.
Wasserstoffbrückenbindungen sowie verschiedene chemische Bindungskräfte sind den
kurzreichweitigen Kräften zuzuordnen (Weigl, 2004). Die kurzreichweitigen Kräfte wirken
mit Reichweiten < 1 nm sehr nah am molekularen Kontakt (Israelachvili, 1992).
Das Verhalten der in Elektrolytlösung eingetauchten Materialien ist vor allem ein Ergebnis
der van-der-Waals-Kraft und der Kraft der elektrochemischen Doppelschicht (Arai &
Fujihira, 1994; Drechsler et al., 2004; Weidenhammer, 1998). Zum Verständnis der Systemund
Stabilitätseigenschaften der Poliersuspension sowie des Polierverhaltens im Wechselspiel
Poliersuspension-Wafer ist die Kenntnis der Wechselwirkungskräfte wichtig.
1.4.1 Elektrostatische Wechselwirkung
Partikel kolloidaler Suspensionen tragen in wässriger Elektrolytlösung gewöhnlich eine
elektrische Ladung auf ihrer Oberfläche, wobei folgende zwei Mechanismen dafür
verantwortlich sind (Chen et al., 2007; Everett, 1992; Lyklema, 1991):
• Dissoziation von Oberflächengruppen
Über die Dissoziation von Oberflächengruppen entstehen in Abhängigkeit vom pH-Wert
geladene Oberflächen (Everett, 1992; Kuntzsch, 2004; Weigl, 2004), wobei viele
Metalloxide amphoteres Verhalten zeigen (Everett, 1992). Die Ionisierung kann
unterbunden und die Oberflächenladung auf Null reduziert werden, indem der pH-Wert
entsprechend eingestellt wird. Jener pH-Wert, an dem die Oberflächenladung gerade Null
ist, wird isoelektrischer Punkt (IEP) genannt (Everett, 1992; Weigl, 2004).
• Adsorption geladener Teilchen (Ionen, Molekülionen) an der Grenzfläche:
Ionen können an der Oberfläche primär ungeladener Festkörper adsorbieren (Chen et al.,
2007; Drechsler et al., 2004). Sie haben keine Hydrathülle und befinden sich im direkten
Kontakt mit der Festkörperoberfläche, wo sie eine starre Schicht bilden (Lyklema, 1991).
An die erste Schicht aus Ladungsträgern, der so genannten „inneren Helmholtz-Schicht“,
lagern sich entgegengesetzt geladene, hydratisierte Ladungsträger der kontinuierlichen Phase
an. Diese Gegenionen bilden die äußere Helmholtz-Schicht. Sie sind auf Grund
elektrostatischer Wechselwirkungen ebenfalls starr gebunden (Chen et al., 2007). Die innere
und die äußere Helmholtz-Schicht bilden die Stern-Schicht mit der Dicke δ. Da die
Gegenionen der äußeren Helmholtz-Schicht die Ladungen der inneren nicht vollständig
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