substraatstructuur

Substraatstructuur is de ordening en eigenschappen van een substraat waarop andere stoffen of processen plaatsvinden. Het omvat de structuur op meerdere lengteschalen, van kristallijne oriëntatie en amorfe karakter tot porositeit, oppervlaktruwheid en chemische functionalisaties. De structuur bepaalt hoe interacties tussen substraat en toepassing tot stand komen en beïnvloedt daardoor mechanische eigenschappen en chemische reactiviteit.

Substraten komen in kristallijne, amorfe en porieus vormen voor. Een kristallijn substraat zoals silicium heeft een welbepaalde oriëntatie die de elektronische eigenschappen bepaalt, terwijl amorfe polymeren en glas meestal minder regelmatige ordening vertonen. Porieus substraten bevorderen transportprocessen en bieden oppervlakken met hoge oppervlakteactiviteit voor katalyse of membraanfuncties.

De structuur ontstaat of wordt gewijzigd door verwerkingsprocessen zoals afzetten (deposition), etsen, annealing en afkoeling, maar ook door samenstelling en oppervlaktebehandeling. Deze factoren bepalen porositeit, ruwheid en chemische functionalisatie, en daarmee hechting, diffusie en reacties op het substraat.

Kenmerken worden gekarakteriseerd met instrumenten zoals röntgendiffractie (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), BET-porositeitsanalyse en atomic force microscopy (AFM), evenals spectroscopische technieken voor oppervlaktefuncties. Deze analyses leveren inzicht in crystalliteit, poriënstructuur, maatverdeling en chemische groepen.

De structuur beïnvloedt prestaties in verschillende toepassingen. Kristallijne substraten bevorderen elektronentransport en mechanische stabiliteit, porieuze substraten verbeteren massa- en gastransport en katalytische activiteit, en oppervlaktesamenstellingen bepalen adhesie, biocompatibiliteit en selectiviteit in chemische en biologische processen.

Voorbeelden zijn siliciumwafer met specifieke oriëntatie voor halfgeleiders, porieus aluminasubstraat voor katalyse, glazen substraten in zonnecellen en cellulose- of polymeren substraten in biomedische systemen. Omdat de term substraatstructuur contextafhankelijk is, verschilt de interpretatie per vakgebied. Een nauwkeurig beeld vereist daarom zowel materiaalkundig begrip als inzicht in verwerking en de bedoelde toepassing.