Gleichmäßige Beschichtungen auf der Innenseite von Hohlkugeln haben vielseitige Anwendungen, unter anderem in Instrumenten der Optik, in der orts- oder zeitspezifischen Freisetzung von Medikamenten und in der Wärmespeicherung. Kugelförmige Kapseln, deren Innenseite mit einer dünnen Schicht eines Polymerschaums mit extrem geringer Dichte beschichtet sind, sind ebenfalls von großem Interesse für Trägheitsfusionsexperimente. Hier wird die Beschichtung dazu benutzt, Fremdatome in direkten Kontakt mit dem Fusionsbrennstoff zu bringen, welches zur Diagnose und für Kernphysikexperimente genutzt wird. Die gleichmäßige Beschichtung der kugelförmigen Kapsel mit einem Polymerschaum erlaubt es ebenfalls, verschiedene Kompressionsbedingungen des zu zündenden Brennstoffs zu studieren, indem sie Experimente mit flüssigen Fusionsbrennstoffen in Hohlkugeln ermöglicht. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtungen ist hierbei kritisch für die erfolgreiche Ausführung der oben genannten Anwendungen und benötigt daher ein präzises Verständnis und genaue Kontrolle des Beschichtungsprozesses und der jeweiligen Parameter.

Anstatt zuerst eine frei stehende Polymerschaumschale zu produzieren, auf die später eine nicht poröse Schicht aufgetragen wird, wird in dieser Arbeit ein neuer Ansatz verfolgt: eine vorgefertigte, formgebende Hohlkugel wird benutzt, um auf deren Innenseite mithilfe eines Sol-Gel-Prozesses eine konzentrische, dünne Polymerschaumschicht mit geringer Dichte aufzutragen. Die dazu benötigte flüssige Reaktionsmischung wird mithilfe eines Vakuumsprozesses durch ein 30 bis 50 Mikrometer großes Loch in die Hohlkugel gebracht, wo diese unter Rotation in einen viskoelastischen Festkörper übergeht. Dies erzeugt einen Gelfilm auf der Innenseite der Hohlkugel, welcher aus einem Gelgerüst und dem von ihm eingeschlossenen Lösungsmittel besteht. Der so erzeugte Gelfilm wird durch überkritisches Trocknen in einen Polymerschaumfilm überführt.

In dieser Dissertation wird der detaillierte Synthese- und Charakterisierungsprozess dieses neuen Ansatzes vorgestellt, der für die Beschichtung von Hohlkugeln mit funktionalen Polymerfilmen geringer Dichte geeignet ist. Zuerst wird beschrieben, wie mithilfe eines Sol-Gel-Prozesses gleichmäßige Beschichtungen mit geringer Dichte erreicht werden. Weiter wird ein eigenständig entwickeltes Experiment erläutert, welches es mit Hilfe von Röntgenaufnahmen ermöglicht, die Verteilung von Flüssigkeiten in Hohlkugeln in-situ und in Echtzeit unter Rotation zu untersuchen. Weiterhin wird ein Ansatz zur zerstörungsfreien Entfernung von Lösungsmitteln aus Gelfilmen in Hohlkugeln präsentiert und zuletzt eine Methode aufgezeigt, die es erlaubt, dotierte Polymerfilme auf die Innenseite einer Hohlkugel aufzutragen.