@phdthesis{Wenninger2013,
  author    = {Wenninger, Florian},
  title     = {Modifikation von Titanoberfl{\"a}chen mittels elektrochemischer Abscheidung von Magnesiumphosphaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85557},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter f{\"u}r eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberfl{\"a}chen abgeschieden wurde, hing dabei haupts{\"a}chlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 - 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die f{\"u}r die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 f{\"u}r Struvit und 105,3 mA/cm2 f{\"u}r Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 f{\"u}r Struvit und 0,6 mg/cm2 f{\"u}r Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) f{\"u}hrten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberfl{\"a}chenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen f{\"u}r eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in f{\"o}talem K{\"a}lberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabst{\"a}nden wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der R{\"o}ntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS gr{\"o}ßtenteils und in SBF vollst{\"a}ndig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein {\"a}hnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zus{\"a}tzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, l{\"o}sten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberfl{\"a}chen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilit{\"a}t, hohe L{\"o}slichkeit und mechanische Festigkeit) ist f{\"u}r zuk{\"u}nftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Ein weiterer Aspekt zuk{\"u}nftiger Untersuchungen ist die m{\"o}gliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterst{\"u}tzung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier k{\"o}nnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage f{\"u}r kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.},
  subject      = {Magnesiumphosphate},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vogt2023,
  author    = {Vogt, Fabian},
  title     = {Elektrochemisch abgeschiedenes Calciumhydroxid Ca(OH)\(_2\) als antibakterielle, antiinflammatorische und proosseointegrative Titanimplantat-Oberfl{\"a}chen-Modifikation im In vivo Versuch},
  doi       = {10.25972/OPUS-34634},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-346343},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Das Ziel der experimentellen Studie war die Erprobung der (bereits in vitro erfolgreich getesteten) Ca(OH)2-Beschichtung In vivo unter dem Aspekt, ob und inwieweit die antibakteriellen und somit auch antiinflammatorischen bzw. entz{\"u}ndungsmoderierenden Eigenschaften der Ca(OH)2-Beschichtung eine sinnvolle und effektive Erg{\"a}nzung zu den bisher erfolgreich eingesetzten Calciumphosphat(CaP)-Beschichtungen mit bewiesenen, guten proosseointegrativen Eigenschaften bei lasttragenden Implantaten sein k{\"o}nnen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der In vitro Untersuchung durch die In vivo Versuche in den Bereichen 0-100 KBE grunds{\"a}tzlich als gest{\"u}tzt gelten k{\"o}nnen. Die Zuverl{\"a}ssigkeit der Wirkung durch Ca(OH)2 nimmt jedoch mit steigender KBE-Zahl ab, sodass weitere Testreihen sinnvoll sind.},
  subject      = {Calciumhydroxid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Tebbe2008,
  author    = {Tebbe, David},
  title     = {Funktionalisierung von Titan(dioxid)oberfl{\"a}chen mit kovalent gebundenem und in Depots eingebrachtem Wirkstoff f{\"u}r den Blutkontakt},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26579},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Ziel der vorliegenden Arbeit war die Funktionalisierung von Titanoberfl{\"a}chen mit dem Glycosaminoglycan Heparin, um bei Kontakt des Werkstoffs mit Blut die Gerinnungskaskade nicht auszul{\"o}sen und das Material f{\"u}r Stents (Gef{\"a}ßst{\"u}tzen) im arteriellen System einsetzbar zu machen. F{\"u}r die Modifizierungen wurden als Modell der oxidierten Titanoberfl{\"a}che sowohl oxidierte cp-Titanpl{\"a}ttchen als auch TiO2-Pulver verwendet. Heparin kam zum Einsatz, da es sowohl die H{\"a}mostase (Blutgerinnung) als auch die Proliferation ({\"U}berwucherung) mit glatten Muskelzellen unterdr{\"u}ckt und somit eine Restenose (Wiederverengung) des in die verengte Arterie eingebrachten Stents verhindert. Die kovalente Immobilisierung des Wirkstoffs erfolgte {\"u}ber bifunktionale Spacer (Haftvermittlermolek{\"u}le). Spacer waren 3-(Trimethoxysilyl)-propylamin (APMS), N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (Diamino-APMS) und N1-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]diethylen¬triamin (Triamino-APMS). Der qualitative und quantitative Nachweis der Funktionalisierung von TiO2 mit Haftvermittler bzw. Heparin erfolgte durch schwingungsspektroskopische Methoden, komplexometrische Farbreaktionen sowie der Bestimmung des Zetapotentials im Elektrolytkontakt. Durch die Anbindung von APMS, Di- und Triamino-APMS stieg das Zetapotential von ca. -26 mV auf positive Werte zwischen +41 und +45 mV. Ein Absinken des Zetapotentials belegte die erfolgreiche Anbindung von Heparin (Werte zwischen -39 und -37 mV) an die verschiedenen Haftvermittler, ebenso wie das Vorhandensein der symmetrischen SO3-Valenzschwingung bei 1040 cm-1. Der quantitative Nachweis der immobilisierten Aminogruppen {\"u}ber die Ninhydrinreaktion ergab f{\"u}r die TiO2-Pulver Werte zwischen 17-20 NH2/nm2, wobei die dichteste Funktionalisierung mit APMS und die niedrigste mit Triamino-APMS erzielt werden konnte. Alle Werte lagen im Bereich von Multilayern, da ein Monolayer aus ca. 2 3 NH2/nm2 besteht. Die immobilisierte Menge an Heparin war bei Verwendung von APMS am gr{\"o}ßten (53.3±3.6 ng/cm2) und bei Triamino-APMS am geringsten (32.1±5.7 ng/cm2). Die biologische Wirksamkeit des gebundenen Heparins wurde {\"u}ber das chromogene Substrat ChromozymTH® bestimmt und verblieb bei Anbindung an den Spacer mit der gr{\"o}ßten Molek{\"u}ll{\"a}nge (Triamino-APMS) mit ca. 70\% am wirksamsten. Neben der kovalenten Anbindung des Wirkstoffs an Spacer zielte diese Arbeit auf die Entwicklung von organisch modifizierten, por{\"o}sen SiO2-Wirkstoffdepots (P-MA-PS; Poly-methacryl¬oxy¬propylpolysilsesquioxane) f{\"u}r Heparin ab, die sowohl als Volumenwerkstoffe als auch zur Modifikation von Titan(dioxid)oberfl{\"a}chen anwendbar w{\"a}ren. Die Matrices wurden ausgehend von MAS (Methacryl¬oxypropyl¬trimethoxysilan) {\"u}ber den Sol-Gel Prozeß anorganisch und anschließend {\"u}ber photochemische Polymerisation zus{\"a}tzlich organisch vernetzt. Die Quantifizierung des Polymerisationsgrads erfolgte {\"u}ber die Signalintensit{\"a}t der methacrylischen C=C-Doppelbindung bei 1635 cm-1 durch Integration einer Gauß-Funktion. {\"U}ber den Polymerisationsgrad der organischen Matrix zwischen 0-71\% konnte die Freisetzungskinetik von Heparin je nach therapeutischer Anforderung eingestellt werden. Es konnte gezeigt werden, daß hohe Wirkstoff-Beladungen und niedrige Polymerisationsgrade mit einer schnelleren Freisetzung des Heparins korrelierten, die aufgrund der Endlichkeit des Wirkstoffs im Depot einer Kinetik 1. Ordnung unterlag. Die kumulativ freigesetzten Wirkstoffmengen verhielten sich hierbei proportional zur Wurzel aus der Freisetzungszeit, was dem Higuchi-Modell zur Wirkstofffreisetzung aus por{\"o}sen Matrices mit einem rein Diffusions-kontrollierten Mechanismus entsprach. Die durch Hydrolyse bedingte Degradation der anorganischen Matrix, die UV-VIS-spektroskopisch bei \&\#955; = 220 nm gemessen wurde, folgte einer Kinetik pseudo-0. Ordnung. Da das freigesetzte Heparin seine biologische Wirksamkeit beibehielt, sind P-MA-PS Matrices interessant f{\"u}r klinische Anwendungen, wie z.B. f{\"u}r die Beschichtung von Gef{\"a}ßst{\"u}tzen, die im Blutkontakt stehen.},
  subject      = {Heparin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kraus2008,
  author    = {Kraus, Iris},
  title     = {Wachstumsverhalten von Kulturzellen auf gestrahlten Oberfl{\"a}chen in Abh{\"a}ngigkeit von Kontaminationen durch Strahlgut},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-30488},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Strahlgut auf das Wachstumsverhalten von Kulturzellen auf einer Titanbasis zu untersuchen. Hierf{\"u}r wurden mit Hilfe von standardisierten Untersuchungsmethoden die Aktivit{\"a}t und die Vermehrung der Zellen verzeichnet. Auch eine Proteinbestimmung wurde an den Zelllinien durchgef{\"u}hrt. Im Vergleich wurden die humane Fibroblastenzelllinie 84-9, die murine Fibroblastenzelllinie L-929 und die humane Osteoblastenzelllinie MG-63 herangezogen. Untersucht wurden vier verschiedene Pr{\"u}fk{\"o}rper: Reintitan, Titan mit Korund gestrahlt, Titan mit Hydroxylapatit-beschichtetem Korund gestrahlt und Titan mit Titanoxid-beschichtetem Korund gestrahlt.},
  subject      = {Titan},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fix2007,
  author    = {Fix, Christian},
  title     = {Klinische Ergebnisse nach der operativen Versorgung von Glenoidrandfrakturen mittels kan{\"u}lierter Titanschrauben},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26188},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Die Notwendigkeit einer operativen Versorgung von Glenoidrandfrakturen des Typs I nach Ideberg bzw. kn{\"o}cherner Bankartfrakturen wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Implantat bedingte Langzeitversager und Sp{\"a}tkomplikationen nach operativer Behandlung stehen im Gegensatz zu wiederholten Rezidivluxationen und Deformierungen der Glenoidoberfl{\"a}che mit der Gefahr von Sp{\"a}tarthrosen nach konservativer Therapie. In einer retrospektiven klinischen Studie wurden 32 Patienten, darunter neun Frauen (26,5\%) und 25 M{\"a}nner (73,5\%), mit einem Durchschnittsalter von 39,7 Jahren (16-77) nach einem mittleren Zeitraum von 42 Monaten (8-121) radiologisch und klinisch im Constant- (CS) und Rowe-Score (RS) sowie mittels Simple-Shoulder-Test nachuntersucht. S{\"a}mtliche Patienten berichteten {\"u}ber ein initial traumatisches Luxationsereignis mit nachfolgenden Rezidivluxationen unterschiedlicher H{\"a}ufigkeit. Die Indikation f{\"u}r die operative Versorgung mittels kan{\"u}lierter Titanschrauben nach Resch umfasste große, dislozierte Glenoidrandfrakturen mit einer Beteiligung von mindestens 15\% des Gelenkfl{\"a}chendurchmessers. Neben der Darstellung der Gesamtergebnisse im Kollektiv wurden mehrere Gruppen unterschieden: eine Untergruppe ohne schwerwiegende Begleitverletzungen (RM-(teil)-Ruptur oder Tuberculum majus-Fraktur, n=16, Gruppe 1A) und eine Untergruppe, bei welcher diese Begleitverletzungen vorlagen (n=16, Gruppe 1B). Eine weitere Unterscheidung erfolgte hinsichtlich des Lebensalters zum Zeitpunkt der Operation: Alter < 40 Jahre (n=19, Gruppe 2A) und Alter > 40 Jahre (n=13, Gruppe 2B). In keinem Fall traten Komplikationen durch die eingebrachten Schrauben auf. In einem Fall war eine Osteolyse des Fragmentes ohne Einfluss auf das funktionelle Ergebnis zu beobachten. Reluxationen oder erneute Operationen waren im gesamten Kollektiv nicht zu verzeichnen. S{\"a}mtliche Patienten konnten wieder zu ihrer urspr{\"u}nglichen Arbeitst{\"a}tigkeit zur{\"u}ckkehren und {\"a}ußerten sich zufrieden mit dem Operationsergebnis. Die Score-Mittelwerte im Gesamtkollektiv zeigten mit 82 Punkten (CS) und mit 85 Punkten (RS) gute, mit 92,3\% (korrigierter CS) sogar sehr gute Ergebnisse, obwohl diese Werte immer noch signifikant unter denen der nicht operierten Gegenseite lagen. Die Begleitverletzungen wirkten sich unter Ber{\"u}cksichtigung des h{\"o}heren Lebensalters in Gruppe 1B gegen{\"u}ber Gruppe 1A (44 Jahre vs. 36 Jahre) signifikant auf das funktionelle Ergebnis aus: diejenigen Patienten, welche eine Rotatorenmanschetten-L{\"a}sion oder eine Fraktur des Tuberculum maius aufwiesen, zeigten im Rowe-Score sowie im Simple-Shoulder-Test signifikant niedrigere und im Constant-Score tendenziell niedrigere Werte als diejenigen ohne die genannten Begleitverletzungen. Auch die angenommene Korrelation von Lebensalter und funktionellem Ergebnis konnte f{\"u}r das vorliegende Patientengut best{\"a}tigt werden. Das j{\"u}ngere Teilkollektiv wies in Rowe-Score, Constant-Score und Simple-Shoulder-Test signifikant h{\"o}here Durchschnittswerte auf als das {\"a}ltere. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem Lebensalter und der H{\"a}ufigkeit bestimmter Begleitverletzungen wird angenommen, kann aber anhand des vorliegenden Patientenkollektives statistisch nicht best{\"a}tigt werden. Glenoidrandfrakturen treten insbesondere nach Schulterluxationen im mittleren Lebensalter auf und sind h{\"a}ufig mit schwerwiegenden Begleitverletzungen assoziiert. Die Versorgung mittels kan{\"u}lierter Minischrauben nach Resch erwies sich in unseren Augen als komplikationsarmes Verfahren mit guten bis sehr guten mittelfristigen Ergebnissen und stellt somit eine Erfolg versprechende Therapieoption dar.},
  subject      = {Schultergelenk},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Driemel2002,
  author    = {Driemel, Oliver},
  title     = {Histopathologische Untersuchungen auf organische Ver{\"a}nderungen nach intraoss{\"a}rer Implantation von Poly(L-Lactid), Polymethyl-Methacrylat und kommerziell reinem Titan bei der Ratte},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-5147},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die Induktion von Autoimmunerkrankungen als systemische Wirkung wurde in den 1990iger Jahren nach vorangegangenem jahrzehntelangem Gebrauch den Silikonen ohne wissenschaftlichen Nachweis unterstellt. Dies zeigt, wie wichtig es ist, dass relativ neue (bioresorbierbare) Materialien auch systemisch gut charakterisiert werden. Zylinder (2,8 x 1,1 mm) und zerkleinerte Materialproben mit gleicher Masse (in Gelatinekapseln abgef{\"u}llt) aus a.) kommerziell reinem (cp) Titan, b.) Polymethyl-Methacrylat (PMMA) und c.) niedrig molekularem, amorphem Poly(L-Lactid) (Molekulargewicht Mvis: 120 000) wurden in das linke Femur von jeweils 25 spezifiziert pathogenfreien (SPF) Sprague Dawley-Ratten implantiert. Zwei weitere Gruppen von je 25 Tieren dienten als schein- operierte und unoperierte Kontrollgruppen. Geplant war eine Implantationszeit von bis zu 24 Monaten. Durch {\"U}bertragung von Keimen aus der Cara-Ratten-Zucht der Abteilung f{\"u}r Experimentelle Zahnmedizin der Zahn-, Mund- und Kieferklinik der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg entwickelte sich eine epidemische Pneumonie mit Mycoplasma pulmonis, superinfiziert mit Pasteurella pneumotropica. Deshalb musste aus tierschutzrechtlichen ethischen Gr{\"u}nden der Implantationsversuch nach neun Monaten terminiert werden. Alle Tiere wurden makroskopisch obduziert sowie Organpakete mit Lungen, Herz, Trachea und Bronchien, Thymus und Halslymphknoten, Mamma, Leber, Milz, Pankreas, Nieren und Gonaden entnommen und zur mikroskopischen Untersuchung in 5 \%iger Formaldehyd-L{\"o}sung fixiert. Die histopathologische Auswertung konnte in keiner Gruppe Hinweise auf systemische Wirkungen der verwendeten Implantate identfizieren. Neue Biomaterialien sollten immer in geeigneten (eventuell langlebigeren) Versuchstiermodellen auch auf systemische Fernwirkungen hin untersucht werden.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Declerck2010,
  author    = {Declerck, P{\´e}lagie},
  title     = {Synthesis and technological processing of hybrid organic-inorganic materials for photonic applications},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-56053},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden neue UV-strukturierbare organisch-anorganische hybride Polymere f{\"u}r photonische Anwendungen mit einem hohem Brechungsindex und der M{\"o}glichkeit, sie durch Ein- bzw. Zwei-Photonen-Polymerisation zu strukturieren, entwickelt. Die Materialien wurden in Bezug auf ihre chemische Struktur, ihre optischen Eigenschaften, und ihrer F{\"a}higkeit, durch 1PP und 2PP strukturierbar zu sein, untersucht. Besonders mit 2PP konnte man mit diesen neuartigen hybriden Materialien 3D-Strukturen erzeugen. ie Hydrolyse und Polykondensationsreaktionen wurden mit · Organo-Alkoxysilanen und Titanalkoxiden, modifiziert mit und ohne komplexierende Liganden und · Organo-Alkoxysilanen, Titanalkoxiden und Organophosphors{\"a}ure als Precrusoren durchgef{\"u}hrt. Prim{\"a}res Ziel dieser Arbeit war es, den Brechungsindex von ORMOCER®en, die auf der Basis von Organo-Alkoxysilan-Precursoren ohne Heteroelemente synthetisiert werden, zu vergr{\"o}ßern. Die chemische Struktur der synthetisierten Materialien und somit mit ihr die Parameter, die den Brechungsindex beeinflussen, wurden eingehend untersucht. Insbesondere die Synthese-Parameter, wie das Einsetzen der Titanalkoxide und ihrer Konzentration, der Organo-Alkoxysilane, die Katalysator-Konzentration, die verwendeten L{\"o}sungsmittel und auch die Verfahrensparameter f{\"u}r eine sp{\"a}tere Strukturierung durch lithographische Verfahren, wie die UV-Bestrahlungsdosis, die Initiator-Konzentration und der Entwickler, wurden untersucht.},
  subject      = {Brechzahl},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bockmeyer2007,
  author    = {Bockmeyer, Matthias},
  title     = {Structure and Densification of Thin Films Prepared From Soluble Precursor Powders by Sol-Gel Processing},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24577},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {The main focus of this work was to get a deeper understanding of the relationship between the structure of sol-gel films, their densification and their macroscopic cracking. First of all titania was chosen as model system. Therefore a synthesis route starting from the preparation of long-term stable amorphous redissoluble precursor powders based on acetylacetone as chelate ligand was utilized. The solubility and stability of the powders in various solvents can be determined by chemical synthesis and technological parameters. When dissolved in a solvent mixture of ethanol and 1,5-pentanediol, thin films can be easily prepared by dip-coating technique. Thereby the quality of the titania films enormously depends on the calcinations temperature and the solvent mixture is used. In order to investigate the influence of different solvents and solvent mixtures on the microstructure and densification of the precursors, the coating solutions were stripped off (sol powder) and analyzed as function of annealing temperature. It was pointed out that a high densification rate caused by the addition of 1,5-pentanediol, results in dense microstructure with trapped residual carbon. These impurities can retard the phase transformation of anatase to rutile. The analysis of so-called "film powders" scraped off multiple dip-coated substrates provides valuable information on the effect of air moisture and unidirectional densification during drying and aging on the structure of thin films. The high surface-to-volume ratio and access to air moisture determine the chemical composition of the as-prepared film, which controls shrinkage, crystallization and defect structure of the coatings. Further it was shown, that drying as a thin film results in the formation of closed pores and much denser microstructure than the respective sol powder. Without the addition of 1,5-pentanediol all -OEt moieties undergo hydrolysis reactions, which causes the formation of a rigid network. The presence of 1,5-pentanediol retards this hydrolysis reactions and provides some network plasticity. Generally the microstructure of thin films is comparatively close to the microstructure of the film powders. The addition of 1,5-pentandiol prevents hydrolysis and condensation reactions as like in the film powders. However even at 700 °C, thin films never transform to rutile, which was attributed to the tensile stresses in thin films. In thin films and in film powders as well a comparable amount of closed pores are formed during annealing. Further it was shown that most of the thin sol-gel films investigated form a dense crust on their tops during annealing. This explains why crack free films exhibit only closed pores. However, when cracks appear during thin film shrinkage in the coating, this crust is burst, which generates open porosity. The defect density in the coatings was determined by an automated analysis of surface images. The crack formation and quantity can be directly referred to tensile stresses in the coatings, which arise from hydrolysis and condensation during thin film drying and aging. Therefore when 1,5-pentanediol is added to the sol, thin film cracking was avoided, because hydrolysis and condensation reactions are retarded, which preserves a higher network flexibility. Furthermore the crack formation was significantly influenced by the atmospheric humidity that was used during the coating process, which was explained by different drying and condensation rates. Under certain chemical starting conditions water soluble precursor powders can be also obtained. In general the observations made with the water based coating solutions are mostly in agreement with the former results based on ethanol based coating solutions. For example the high surface-to-volume ratio of film powders compared to sol powders also significantly enhances film drying and densification. The addition of 1,5-pentanediol also clearly contributes to their densification behavior and phase evolution. As seen before in the case of ethanol based coatings, 1,5-pentanediol enhances the stability towards hydrolysis and condensation reactions and preserves some network plasticity. Therefore coatings prepared without the addition of 1,5-pentanediol already form cracks during film drying and aging because of tensile stresses. Thus, the addition of 1,5-pentanediol results in a reduction/prevention of crack formation. Nevertheless some differences were observed, i.e. the critical single coating film thickness of ethanol based coatings is nearly twice that of water based coatings. This was explained by the different surface tensions of the basis solvents, which during thin film drying causes significantly higher capillary forces and tensile stresses in water based coatings. When acetylacetone is replaced by triethanolamine as chelating ligand for titanium also re-dissolvable precursor powders can be synthesized. The film powders combine a high hydrolytic stability of the precursor with sufficient intermediate network flexibility. The different type of organics changes the drying and densification behavior: i.e. in contrast to film powders obtained from acetylacetone based precursor powders the structure of triethanolamine based film powders is unaffected by the thin film drying process. This high hydrolytic stability and plasticity of this precursor allows the preparation of defect free coatings up to single film thickness of 300 nm. However triethanolamine based thin films present at intermediary annealing temperatures a distinctively different microstructure compared to acetylacetone based films. The general validity of the conclusions was proved on the basis of zirconia coatings that were also prepared by the use of re-dissolvable precursor powders. In principle all conclusions concerning the interconnection of precursor chemistry, film formation, densification and structure were transferable to the respective zirconia coatings. Differences mainly arise only from differential material properties i.e. bulk density. Finally, it has been pointed out that the findings obtained on the densification behavior of thinsol-gel films are also a valuable tool for improved explanations of other important scientific questions concerning sol-gel films, i.e. scratch resistance of sol-gel coatings, fiber -bridging and - degradation of sol-gel coated fibers.},
  subject      = {Sol-Gel-Verfahren},
  language  = {en}
}