Bachelor and master/diploma theses

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Dette, Leonard;
Röntgendiffraktometrie bei Phasenumwandlungen und deren bildhafte Darstellung. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In dieser Arbeit geht es um die zeitlich betrachtete quantitative Rietveld-Analyse mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) des Portland-Kompositzements CEM-II/A-LL 42,5 N während der Hydration und um das Ermitteln der Schichtabstände der Kristallitgröße und Aufzeigen von Stapelfehlern von Schichtsilikaten über deren Diffraktogramm. Es werden in bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitbereichen Diffraktogramme von den Zementproben aufgenommen, um die zeitlichen Veränderungen der Proben festzustellen. Alle Phasen werden per PDF-4-Datei analysiert, um eine anschließende qualitative und quantitative Phasenanalyse nach der Rietveld-Methode zu betreiben. Von jeder verwendeten Phase wird dazu die Kristallstruktur dargestellt. Hierbei werden nur die kristallinen Phasen betrachtet. Die Hydration von Zement wird weiter auch per Zeitraffer-Video aufgezeichnet. Mit Python 3.8 wurde ein Programm zum Auslesen der Massenanteile der Verbindungen in eine Excel-Datei aus den Output-Files von TOPAS geschrieben. Die Phase Hatrurit fällt von Beginn der Hydration des Zements mit Wasser massenanteilig ab, während Calcit an Anteil gewinnt. Die Anteile an Arcanit steigen ab etwa 130 bis 180 Minuten einmalig stark an. Die Schichtsilikate aus Kaolinit und Montmorillonit werden auf ihre Schichtabstände und Kristallitgröße über die Halbwertsbreite, Integralbreite, per Williamson-Hall-Plot und über die Rietveld-Analyse ermittelt. Der Schichtabstand wurde mit der (0 0 1)-Netzebene berechnet und beträgt hier bei Kaolinit 0,714 nm und Montmorillonit 1,270 nm. Die mittlere Kristallitgröße von Kaolinit beträgt etwa 37 nm und von Montmorillonit etwa 32 nm. Stapelfehler sind bei beiden Verbindungen vorhanden. Die Ergebnisse aus dieser Arbeit werden zuletzt für die Lehre aufbereitet.



Danz, Jeannette;
Herstellung und Untersuchung memristiver Werkstoffe. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Ziel der Arbeit war es, memristive Werkstoffe herzustellen und diese mit unterschiedlichen Untersuchungsmethoden zu charakterisieren und die Vorgänge im Werkstoffinneren zu beschreiben. Die Proben wurden mittels Magnetron-Sputtern unter Verwendung von Schattenmasken hergestellt. Die Schattenmasken wurden aus Aluminiumfolie oder PLA angefertigt. Mit den Masken wurden die Schichten strukturiert auf einem 4-Zoll Wafer aufgetragen. Die memristive Schicht befindet sich zwischen zwei Metallen (MIM Struktur), Nickel als Top-Elektrode, Zinkoxid als memristive Schicht und Tantal als Bottom-Elektrode. Hierbei ist es gelungen bei den elektrischen Messungen eine für Memristoren charakteristische Hysteresekurve aufzunehmen, diese besitzt einen bipolaren Charakter. Jedoch konnten die Vorgänge im Material, die zu diesem Verlauf führen nicht eindeutig identifiziert werden. Mittels REM und XRD Analyse wurden für das Nickel unterschiedliche Strukturen identifiziert, beim Sputtern vom Nickel mit 200 W wurde eine Korngröße von 50 bis 70 nm festgestellt und beim Sputtern mit 20 W eine durchschnittliche Korngröße von 20 bis 30 nm. Die XRD Analyse zeigt auf den Proben, die mit 20 W abgeschieden wurden, keinen Nickelpeak, dies kann auf die feinkörnige Struktur des Nickels zurückzuführen sein. Durch einen FIB Querschnitt konnte keine Aussage zur Filamentbildung nach einer elektrischen Messung getroffen werden. Bei der GDOES Tiefenprofilanalyse wurde zwar ein deutlicher Unterschied zwischen elektrisch gemessenen und einem ungemessenen Kontakt festgestellt. Dieser Unterschied konnte aber nicht eindeutig den Effekt der Filamentbildung zugeordnet werden. Zum einen wurden an unterschiedlichen Kontakten gemessen, somit war eine Vergleichbarkeit nur bedingt möglich. Ein weiteres Problem war, das bei der Messung des elektrisch ungemessenen Kontaktes nicht vollständig der Kontakt getroffen wurde. Anhand der charakteristischen memristiven Hysteresekurve bei den elektrischen Messungen kann davon ausgegangen werden, dass ein memristiver Effekt vorliegt. Die Filamentbildung und der Materialtransport von der Top-Elektrode in die memristive Schicht sind zwei wesentliche Mechanismen, um den memristiven Effekt zu verwirklichen. Dieser konnte aber von der werkstofftechnischen Seite nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden. Schlüsselwörter: memristiver Werkstoffe, Memristor, Sputtern, elektrische Messungen, Nickel, Tantal, Zinkoxid



Kellmann, Lukas Bruno;
Qualitative und quantitative Phasenanalyse aus röntgendiffraktometrischen Untersuchungen mit dem Programm TOPAS V6. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

In dieser Arbeit wurden Proben aus ZnO, CaO, MgO und Al2O3, sowie Proben mit Restaustenitgehalt, mithilfe der Rietveld-Methode untersucht. Dafür wurde das Programm Topas der Firma Bruker AXS verwendet. Hierbei stellte sich heraus, dass das CaO der Proben in Wirklichkeit aus Bütschliit bestand. Dadurch wurde das Ergebnis von Topas verfälscht. Die Mengen an ZnO wurden überproportional erhöht. Um diese Fehler auszugleichen wurde eine Korrekturkurve mithilfe von Intensitätsmischungen erzeugt. Wurden Proben mit Phasen, die einen ähnlichen linearen Schwächungskoeffizienten besitzen (Restaustenit-Proben) untersucht, so konnten sehr gute Ergebnisse mit Topas erzielt werden (Übereinstimmung mit Methode nach ASTM E975 und Probe Fischer 10 % Ferrit). Dies zeigt die Güte der Methode, unter den richtigen Bedingungen. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine empfohlene Vorgehensweise erarbeitet, mit welcher, unter den richtigen Gegebenheiten, präzise Ergebnisse geliefert werden können.



Werner, Johannes Maximilian Konrad;
Electrochemical deposition of silver nanoparticles on ITO flat substrates. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die folgende Arbeit befasst sich mit der elektrochemischen Abscheidung von Silbernanopartikeln auf mit ITO (Indiumzinnoxid) beschichteten Glassubstraten. Es werden durch einige Abscheideexperimente der Einfluss bestimmter Parameter, wie z.B Abscheidezeit, Dauer des elektrischen Pulses und Konzentration der Elektrolytbestandteile, auf die Eigenchaften, wie Größe, Form und Morphologie, der abgeschiedenen Nanopartikel aufgezeigt. Nach anfänglichen Rückschlägen wurde der Säuberungsprozess verbessert und die Unterschiedlichkeit der Ergebnisse bei gleichen Experimentvorraussetzungen führte zu der Entdeckung von unterschiedlichen Substratarten. Außerdem wurden die hergestellten Proben per optischer Transmission im Spektrometer, dem Rasterelektronenmikroskop (REM) und Röntgendiffraktometrie untersucht, um den Zusammenhang zwischen Substratart und Partikeleigenschaften zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich zusammenfassen in der Bestätigung von dem Zusammenhang zwischen Partikeleigenschaften und den optischen Eigenschaften der Probe, den Zusammenhang zwischen Pulsdauer und der Partikelmorphologie, den proportionalen Zusammenhang zwischen Abscheidezeit und Menge der abgeschiedenen Partikel, sowie die Wichtigkeit von Indiumoxid als ein Bestandteil der ITO-Schicht auf die Qualität der abgeschiedenen Nanopartikel.



Erarbeitung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen und Testung an Röntgendiffraktometeruntersuchungen an Nadelsubstraten. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Erarbeitung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen sowie deren Testung an Röntgendiffraktometeruntersuchungen von beschichteten Siliziumnadelsubstraten. In dieser Arbeit werden nanograsartige Siliziumoberflächenstrukturen durch ein Deep Reactive Ion Etching (DRIE) Verfahren hergestellt. Darauffolgend werden mittels Elektronenstrahlverdampfen Kupfer- und Eisenpartikel auf das Siliziumnanogras aufgedampft. Dadurch entstehen flache und strukturierte Kupfer- und Eisenproben mit Schichtdicken von 100 nm, 500 nm, 1 m und 2 m. Diese Proben werden mit einem Rasterelektronenmikroskop analysiert und weiterführend röntgenografisch untersucht. Die Diffraktometeraufnahmen werden in der klassischen BRAGG - BRENTANO Geometrie aufgenommen. Um die Dünnschichten genauer untersuchen zu können wird mit einer asymmetrischen Anordnung, Beugung durch streifenden Einfall (Grazing Incidence Diffraction, GID), gearbeitet. Die erhaltenen Diffraktogramme werden nach ihren charakteristischen Größen wie Nettointensitätshöhe, Nettofläche und Halbwertsbreite ausgewertet. Die erhaltenen Resultate werden untereinander verglichen und diskutiert. Um dies anschaulicher zu gestalten werden verschiedenste Tabellen und Diagramme erstellt. Ein weiter Bestandteil dieser Arbeit ist die Erstellung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen. Dafür wird eine Excel Datei auf Grundlage des Programmes Absorb DX erstellt. Mit Hilfe dieser Datei kann man für eine Anzahl an ausgewählten Materialien die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung in das Probenmaterial und andere Kenngrößen bestimmen. Schlüsselwörter: Röntgendiffraktometeraufnahmen, Nanograsartiges Silizium, Deep Reactive Ion Etching (DRIE), Kupferproben, Eisenproben, BRAGG - BRENTANO Geometrie, Beugung durch streifenden Einfall (GID), Diffraktogramm, Nettointensität, Halbwertsbreite, Eindringtiefe



Untersuchung zur Bestimmung magnetostriktiver Eigenschaften von Co-Fe-Multilagen- und Legierungsschichten. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In der vorliegenden Arbeit sind die Ergebnisse von Messungen der Magnetostriktion, der elektrischen Leitfähigkeit und der Struktureigenschaften von gesputterten Eisen-Cobalt-Multilagenschichten zusammengestellt. Dabei wurde sich speziell auf die Magnetostriktionsbestimmung konzentriert und versucht, den dafür verwendeten Messaufbau zu bewerten. Substrate für die Proben bestanden aus streifenförmigem Silizium oder Borosilikatglas, auf welche eine 500 nm dicke Multilagenschicht aus Eisen und Cobalt mit Periodendicken von 25 nm und 250 nm aufgebracht wurden. Die Siliziumsubstrate waren zusätzlich mit einer Diffusionsbarriere aus Siliziumdioxid versehen. Als Haftschicht diente eine dünne Chromschicht. Die Schichten der Probenstreifen wurden mittels DC-Magnetronsputtern in Argongas hergestellt. Zwischen einigen Untersuchungen wurden die Proben zudem bei 450 ˚C, 500 ˚C und 800 ˚C kurz in einer Rapid Thermal Processing Einheit wärmebehandelt. Die Magnetostriktion wurde über eine Auslenkungsbestimmung der Streifen als Biegebalken an einem Laserprofilometer bestimmt. Die magnetostriktive Schicht befand sich dabei innerhalb einer Spule, deren Magnetfeld sich kontrolliert änderte. Mit weiteren Untersuchungen konnten die Schichten charakterisiert und Zusammenhänge zur Struktur gefunden werden. Dabei kam die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht mittels linearer Vier-Spitzen-Methode zum Einsatz. Im Rasterelektronenmikroskop wurden die Morphologie und die Zusammensetzung mittels energiedispersive Röntgenspektroskopie analysiert und die Kristallstruktur durch eine Untersuchung an einem Röntgendiffraktometer interpretiert. Zudem konnten die inneren Spannungsänderungen der Schichten durch die Wärmebehandlung berechnet werden. Die Multilagenschichten besitzen eine maximale Magnetostriktion von etwa -50 ppm und die getemperten Schichten eine Magnetostriktion von 50 ppm. Es ist zudem eine Änderung der Kristallstruktur erkennbar und es konnte eine Bildung von kubisch flächenzentriertem Kobalt-reichen Phasen nachgewiesen werden. Durch die Wärmebehandlung wurde die Spannung in den Schichten gesenkt. Die Messung der elektrischen Eigenschaften brachte Erkenntnisse über die Veränderung der inneren Struktur hervor. Bei 800 ˚C ist die Interdiffusion der einzelnen Schichten sowie die Legierungsbildung maximal und die elektrische Leitfähigkeit nimmt parallel dazu ab.



Lüdemann, Marius;
Entwicklung echogener Markierungen auf medizinischen Instrumenten durch laservernetzte Beschichtungen. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die Bachelorarbeit ist darauf ausgerichtet, für die Herstellung lokaler echogener Markierungen auf medizinischen Instrumenten eine Laserapplikation zu entwickeln, die die ortsselektive Vernetzung von Beschichtungen ermöglicht. Die Markierungen sollen die Bilddarstellung der Instrumente im Körper eines Patienten mittels Ultraschalles verbessern. Speziell soll eine permanente, zeitgleiche und extrakorporale Überwachung während eines Eingriffs möglich sein. Um dieses Ziel umzusetzen werden zunächst verschiedene Sol-Gel- und Polyurethanbeschichtungssysteme auf ihre Zulassungsmöglichkeiten für medizinische Anwendungen untersucht. Zur Herstellung der Markierungen werden Substrate in Form von Metallblechen durch das Dip-Coating-Verfahren beschichtet. Anschließend erfolgt die thermische Trocknung und Vernetzung durch Laserstrahlen. Durch die Laserbehandlung wird die Aushärtung und Vernetzung an ortsselektiven Bereichen soweit beschleunigt, dass die Beschichtung von nicht bestrahlten Flächen durch anschließendes Spülen mit Aceton entfernt werden kann. Mittels Versuchsmatrizes wurden die notwendigen Laserparameter für den optimalen Vernetzungsprozess ermittelt. Die bestrahlten Flächen stellen die Markierungen dar. Sie werden durch konventionelle Trocknungsverfahren und Laserbehandlungen vollständig ausgehärtet und vernetzt. Zur Visualisierung der Ultraschallsichtbarkeit wird der große Impedanzunterschied zwischen Glashohlkugeln und menschlichem Gewebe ausgenutzt. Die Glashohlkugeln werden als Schallreflektoren in die Beschicht-ungen eingebettet. Durch Anpassung der Schichtdicken, Trocknungszeiten und Laserparameter, werden die Markierungen soweit optimiert, dass die Glashohlkugeln nahezu einlagig eingebettet werden. Als Resultat weisen sie deutliche Konturen auf. Zusätzlich wird kontinuierlich das Abriebverhalten getestet, um den Einfluss der Parameteränderungen auf die Haftfestigkeit zu bestimmen. Anschließend werden die gewonnen Erkenntnisse auf Kanülen übertragen und angepasst. Die Markierungen werden so ausgeführt, dass die Lage der Kanüle gut sichtbar ist. Tests der Ultraschallsichtbarkeit in Wasser zeigen vielversprechende Ergebnisse. Wenn das genutzte Verfahren eine Zulassung für die Anwendung auf medizinischen Instrumenten bekommt und Versuche am menschlichen Körper erfolgreich sind, können viele medizinische Eingriffe durch eine dauerhafte visuelle Kontrolle mittels Ultraschalls vereinfacht werden. Schlüsselwörter: - medizinische Instrumente, - Ultraschallsichtbarkeit, - Schallimpedanz, - Sol-Gel-Beschichtungen, - Polyurethanbeschichtungen, - VOC-freie Bindemittel, - dünne Schichten, - Glashohlkugeln, - Dip-Coating-Verfahren, - Laserstrahlung, - Laservernetzung, - Parameteroptimierung, - echogene Markierungen, - Oberflächenrauheit, - Abriebverhalten, - Haftfestigkeit



Herstellung von Elastomer-Stempeln für die Mikrotransferdruck-Technologie und Untersuchung derer Eigenschaften hinsichtlich der Prozessfähigkeit. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit dem Verfahren Mikrotransferdruck können Werkstoffe oder funktionelle Elemente mittels Elastomer-Stempel transferiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Master-Wafer, die als Stempelnegativ dienten, durch unterschiedliche Ätz-Prozesse strukturiert und zur Herstellung von Elastomer-Stempeln genutzt. Zur Strukturierung der Master-Wafer wurden DRIE und KOH-Ätzungen durchgeführt. Die Herstellungsprozesse bzw. Ätz-Ergebnisse wurden analysiert und interpretiert. Bei einem Lieferant wurde der Silikon-Gussprozess eingerichtet und durchgeführt. Die hergestellten Stempel wurden anschließend hinsichtlich verschiedener Eigenschaften wie Oberflächenrauheit, Adhäsionsfestigkeit, Geometrie/Form und Langzeitstabilität vergleichend untersucht. Die Prozessfähigkeit der Stempel und die Nutzbarkeit hinsichtlich der Transferdruck-Technologie wurden abschließend geprüft und beurteilt.



Matthes, Sebastian;
Röntgendiffraktometrie mit dem Pulstec [my]-360 Gerät : vergleichende Untersuchungen. - Ilmenau. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit stetig wachsenden Anforderungen an Bauteile und die verwendeten Werkstoffe ist es notwendig das Potential dieser voll auszuschöpfen. Besonders bei wechselbeanspruchten Bauteilen ist es erforderlich die Lebensdauer und Belastungsgrenzen zu erhöhen. Eigenspannungen in den Oberflächen haben einen sehr großen Einfluss auf die Wöhlerkurve, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik Parameter für die Bauteilauslegung liefert. Die Bestimmung des Eigenspannungszustands kann durch verschiedene Messmethoden realisiert werden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung konnte sich das röntgenographische Verfahren der sin2[Psi] - Methode etablieren. Eine neue alternative Methode ist das cos [alpha] - Verfahren, dessen Grundlagen durch Taira et al. [TTY78] im Jahr 1978 erarbeitet wurde. In dieser Arbeit steht das zurzeit weltweit kleinste und leichteste Eigenspannungsmessgerät Pulstec [my]-X360s (Entwicklung im Jahr 2016) im Fokus. Durch eine einzige Bestrahlung kann ein Debye-Scherrer-Ring mithilfe einer Bildplatte als 2-dimensionalen Detektor aufgenommen und daraus die Eigenspannungen ermittelt werden. Aufgrund der noch mangelnden Erfahrungswerte gilt es diese zu sammeln sowie die Fähigkeiten und Grenzen des Geräts näher zu untersuchen. Zu den Untersuchungspunkten zählen unter anderem Brennfleckuntersuchungen, Messungen an konkav und konvex gekrümmten Proben, die Variation des Auswertungsbereichs der Debye-Scherrer-Ringe und die Messfähigkeit bei vorhandenen Schubspannungen im Bauteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Einrichtung der Messung sehr genau erfolgen sollte und sich einige Zusatzkomponenten, wie z. B. ein x-y-Tisch für die Probenpositionierung, als sehr nützlich erwiesen haben. Besonders sollten während weiterer Messungen die gewonnen Kenntnisse bezüglich der Brennfleckuntersuchungen berücksichtigt werden. Aufgrund verschiedener Probengeometrien ist es möglich, dass die Debye-Scherrer Ringe teilweise abgeschattet werden. Um den Einfluss dieser Unregelmäßigkeiten zu vermindern ist es notwendig den Auswertungsbereich einzuschränken. Des Weiteren sind verschiedene Methoden aufgeführt, um die Schubspannungskomponente TYX zu ermitteln. Im Vergleich mit den Messungen der sin2[Psi] - Methode konnten bei nahezu allen Ergebnissen äquivalente Werte erzielt werden, was die Validität des Geräts und der cos [alpha] - Methode bestätigt. Dennoch ist anzumerken, dass es Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Laserpunkts, der Einrichtungsmöglichkeit des Geräts und der Auswertungssoftware gibt.



Burkard, Jens;
Entwicklung und Herstellung eines Messaufbaus zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit von Reaktivfolien. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, die Geschwindigkeit der Reaktionsfront von Reaktivfoilen zu bestimmen. Hierzu wurde ein Messplatz konstruiert. Es wird ein Überblick über Reaktive Mehrschichtsysteme gegeben. Besonders wird hierzu auf die Bedeutung der Reaktionsgeschwindigkeit und auf Einussfaktoren eingegangen. Außerdem wird die Wahl des Messplatzes und dessen Funktion erläutert. Der Messplatz wird anhand von Ni/Al-Proben bewertet, eine korrekte Bestimmung ist möglich. Anhand der gemessenen Geschwindigkeit wird mit dem Modell von Armstrong eine Reaktionstemperatur bestimmt.