2.1 Selbstorganisierte Monolagen - KOBRA - Universität Kassel

1 Einleitung
Selbstorganisierte Monolagen (engl. self-assembled monolayers, SAMs) sind in den
letzten Jahren stark in den Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen gerückt [1–7].
Unter einer SAM versteht man eine molekulare Monolage, die sich aus speziell für
diesen Zweck entworfenen Molekülen, die häufig als „Liganden“ bezeichnet wer-
den, auf einer Oberfläche bildet. Für die Ausbildung einer Monolage ist der moleku-
lare Aufbau der Liganden entscheidend. In der Regel bestehen solche Moleküle aus
einer Ankergruppe für die stabile chemische Bindung an das Substrat, einer funk-
tionellen Gruppe, die die makroskopischen Eigenschaften der SAM definiert und
einer Spacer-Einheit, die beide zuerst genannten Gruppen miteinander verbindet.
Als Substratmaterial für SAMs wird in den meisten Fällen Gold oder Silizium ver-
wendet. Durch intermolekulare Wechselwirkungen der Liganden in der Monolage
entstehen auf der Oberfläche hochgeordnete 2-dimensionale Kristalle. Durch die
Modifikation der Substratoberfläche durch eine SAM erhält diese völlig neue che-
mische und physikalische Eigenschaften. Dies eröffnet SAMs ein breites Spektrum
möglicher Anwendungen, z. B. als Biosensoren [5,8,9], modifizierte Elektroden [10]
oder nanoskopische Datenspeicher [11, 12]. Auch „molekulare Maschinen“ auf Ba-
sis von SAMs sind vorstellbar [13, 14].
Da die Eigenschaften einer SAM durch die funktionellen Gruppen definiert werden,
ist es möglich, die Oberflächeneigenschaften gezielt durch die Auswahl der funk-
tionellen Gruppe einzustellen. Somit können die Liganden je nach gewünschter
Anwendung der SAM mit einer geeigneten funktionellen Gruppe ausgestattet wer-
den. In letzter Zeit wird vermehrt dazu übergegangen, „intelligente Oberflächen“
zu schaffen, bei denen man zwischen definierten Zuständen hin- und herschal-
ten kann. Häufig werden solche Oberflächen durch SAMs gebildet, die aus azo-
benzolfunktionalisierten Molekülen aufgebaut sind. Azobenzole haben die Eigen-
schaft, dass sie unter UV-Bestrahlung „geschaltet“ werden können. Im thermody-
namischen Gleichgewicht liegen die Moleküle zum Großteil als E-Isomer vor, un-
ter UV-Bestrahlung verschiebt sich das Gleichgewicht zum Z -Isomer. Mit anderen
Worten, durch einen externen Stimulus kann der Zustand der SAM gezielt beein-
flusst werden. Ebenfalls ändern sich mit dem Isomerisierungszustand der Liganden
die chemischen und physikalischen Eigenschaften der SAM. Mögliche Anwendun-