Tuning the Permeation Properties of Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) by Vapor Phase Infiltration Using Trimethylaluminum

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Jonathan Jenderny - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Nils Boysen - , Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (Autor:in)
  • Jens Rubner - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Frederik Zysk - , Universität Paderborn (Autor:in)
  • Florian Preischel - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Teresa de los Arcos - , Universität Paderborn (Autor:in)
  • Varun Raj Damerla - , Universität Paderborn (Autor:in)
  • Aleksander Kostka - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Jonas Franke - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Rainer Dahlmann - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Thomas D. Kühne - , Professur für Rechnergestützte Systemwissenschaften (gB/HZDR), Universität Paderborn, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) (Autor:in)
  • Matthias Wessling - , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Autor:in)
  • Peter Awakowicz - , Ruhr-Universität Bochum (Autor:in)
  • Anjana Devi - , Professur für Materialchemie (gB/IFW), Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme, Ruhr-Universität Bochum, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

Vapor phase infiltration (VPI) has emerged as a promising tool for fabrication of novel hybrid materials. In the field of polymeric gas separation membranes, a beneficial impact on stability and membrane performance is known for several polymers with differing functional groups. This study for the first time investigates VPI of trimethylaluminum (TMA) into poly(1-trimethylsilyl-1-propyne) (PTMSP), featuring a carbon–carbon double bond as functional group. Saturation of the precursor inside the polymer is already attained after 60 s infiltration time leading to significant densification of the material. Depth profiling proves accumulation of aluminum in the polymer itself, but a significantly increased accumulation is visible in the gradient layer between polymer and SiO2 substrate. A reaction pathway is proposed and supplemented by density-functional theory (DFT) calculations. Infrared spectra derived from both experiments and simulation support the presented reaction pathway. In terms of permeance, a favorable impact on selectivity is observed for infiltration times up to 1 s. Longer infiltration times yield greatly reduced permeance values close or even below the detection limit of the measurement device. The present results of this study set a strong basis for the application of VPI on polymers for gas-barrier and membrane applications in the future.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2400171
FachzeitschriftAdvanced materials interfaces
Jahrgang11
Ausgabenummer28
PublikationsstatusVeröffentlicht - 4 Okt. 2024
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

ASJC Scopus Sachgebiete

Schlagwörter

  • gas separation, membrane, PTMSP, TMA, vapor phase infiltration