Untersuchung zur gerichteten Schallabstrahlung mittels Lautsprecherarrays unter Verwendung der Wellenfeldsynthese. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit gerichteter Schallabstrahlung mehrerer Lautsprecher. Unter dem Sammelbegriff Beamforming existiert eine Vielzahl an Verfahren, die eine mathematische Beschreibung für diese Aufgabe liefern. Nach der Darstellung zweier bereits existierender Ansätze, das Delay and Sum Beamforming und das Convex Optimization Beamforming, wird in dieser Arbeit eine weitere Methode untersucht, die auf der Wellenfeldsynthese beruht. Die Wellenfeldsynthese ist eine Theorie zur Synthese beliebig komplexer Schalldruckfelder. Die größtmögliche erreichbare Richtwirkung der Beamformingverfahren wird verglichen. Bei der Übersetzung der Wellenfeldsynthese Theorie in einen MATLAB Code treten numerische Instabilitäten auf, die wahlweise durch eine analytische Bedingung oder durch eine numerische Funktion verhindert werden. Es wird die Ansteuerfunktion der Lautsprecher berechnet und deren Robustheit untersucht. Das Wellenfeldsynthese Beamforming erreicht mit dem getesteten Array eine bessere Richtwirkung als das Delay and Sum Beamforming, bleibt allerdings hinter dem Convex Optimization Beamforming zurück. Die Arbeit entstand am Fraunhofer Institut für digitale Medientechnologie.
Photophysikalische Untersuchungen und quantenchemische Rechnungen zu Porphyrin-Indolocarbazol-Konjugaten. - 39 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Bachelorarbeit konzentrierte sich im Wesentlichen auf die Untersuchung der Geometrie der Porphyrin-ICZ-Konjugate. Dazu wurden sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungsmethoden verwendet. Zunächst wurden die Absorptionsspektren der Konjugate in drei unterschiedlich polaren Lösungen (Toluen, THF und DMF) aufgenommen. In allen drei Lösungen haben die Konjugate eine leichte Rotverschiebung mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt, die aber wegen ihrer geringen Werte keine Aussage über Geometrieänderung zulässt. Eine stärkere Verschiebung wies sich in Bezug auf die Art der axialen Ligandierung auf. Daraus folgte, dass der wichtigste Einflussfaktor die axiale Ligandierung ist. Zu einer kuppelförmigen Verzerrung des Makrozyklus kommt es aber nicht, wie die quantenchemischen Rechnungen zur Strukturbestimmung gezeigt haben, sondern allein das Zn-Atom wird aus dem ansonsten unveränderten Makrozyklus herausgezogen. Die Stärke dieses Herausziehens stimmte mit den ursprünglichen Vermutungen überein: im Falle der THF-Liganden war es schwächer als im Falle des DMF-Liganden. Die Anzahl der ICZ-Substituenten spielte dabei keine Rolle. Es wurde auch festgestellt, dass keine wesentlichen Deformationen der Phenyl-ICZ-Äste stattfinden. Im Weiteren wurden die UV-VIS-Spektren der Porphyrin-ICZ-Konjugate berechnet. Die Rechenergebnisse zeigten einige Unterschiede zu den experimentell gewonnenen Werten. Die berechnete Rotverschiebung stieg mit Zahl der ICZ-Substituenten deutlicher an, als im Experiment beobachtet. Die sehr viel stärkere Rotverschiebung im Falle der Konjugate ohne axiale Ligandierung stellte sich jedoch als Artefakt heraus, bei dem der erste elektronische Übergang ein Charge-Transfer-Übergang zwischen ICZ-Substituenten und Porphyrinkern ist. Mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten nahm daher auch der Wert der Rotverschiebung zu. Bei der axial-ligandierten Porphyrin-ICZ-Konjugaten, wie sie sich in THF und DMF bilden sollten, bestätigten die Berechnungen die experimentellen Werte in Bezug auf den Unterschied zwischen THF und DMF, bis auf kleine qualitative Abweichungen, die sich auf Solvatisierungseffekte zurückführen lassen. Der Anstieg mit der Anzahl der ICZ-Substituenten in den Rechnungen fand sich jedoch in experimentellen Spektren nicht wieder. Ob dies ebenfalls ein auf ein unzureichendes Funktional zurückzuführendes Artefakt der Rechnung ist, einschließlich der Möglichkeit, dass es zu keinerlei axialer Ligandierung kommt, oder sich durch Solvatisierungshülleneffekte erklären lässt, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht abschließend geklärt werden. Außerdem wurde die photophysikalische Dynamik der Konjugate untersucht. Dazu wurden die Fluoreszenzlebensdauern und die Fluoreszenzausbeuten gemessen und daraus die Übergangsraten für strahlende und strahlungslose Desaktivierungskanäle berechnet. Die Abhängigkeit der Fluoreszenzausbeute von der Anzahl der ICZ-Substituenten variierte bei unterschiedlich koordinierten Konjugaten: die tetrakoordinierten Strukturen ohne Ligand und die pentakoordinierten Strukturen mit einem THF-Liganden teigten ähnliches Verhalten: Der Wert der Fluoreszenzausbeute stieg bei den beiden Strukturen mit zunehmender Zahl der ICZ-Substituenten an, was ein Einfluss induktive bzw. mesomere elektronenschiebende Effekte sein könnte, die die Desaktivierungskanäle beeinflussen würden. Allerdings gaben die quantenchemischen Rechnungen hierzu nur unklare Hinweise, solche Einflüsse der ICZ-Substituenten nur für die tetrakoordinierte Formen auftraten, welche möglicherweise ein Artefakt der Rechnung sind. Die pentakoordinierten Strukturen mit DMF-Liganden haben dagegen im Experiment eine Verringerung der Fluoreszenzausbeute mit steigender Anzahl der ICZ-Substituenten gezeigt. Die Annahme, dass in diesem Fall eine starke kuppelförmige Verzerrung des Makrozyklus, die den Förstertransfer zwischen den so zusammengerückten ICZ-Substituenten erhöht, eine wesentliche Rolle spielen könnte, wurde aber durch die quantenchemischen Rechnungen weitgehend wiedergelegt. So sind auch hier weitergehende theoretische Untersuchungen von großem Interesse. Diese erfordern den Einsatz von verbesserten, insbesondere Range-Separated Funktionalen wie z.B. CAM-B3LYP, Lösemittelmodellen und ggf. Molekulardynamik-Simulationen, was den Rahmen dieser Arbeit aber definitiv gesprengt hätte.
Einfluss von Netzwerktopologie und Konfiguration auf die Synchronisationsfähigkeit und Störungsanfälligkeit von Stromnetzen auf Basis eines Kuramoto-Oszillator-Modells. - 62 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Ultrakurzzeitmodell für die Dynamik von Synchronmaschinen in komplexen Netzwerken basierend auf einem Kuramoto-Oszillator-Modell. Es werden bisher nicht beschriebene Fixpunkte untersucht, die im Zusammenhang mit einem Ringstrom bei bestimmten Netzwerken auftreten kann. Anhand eines Optimierungsverfahrens wird der Einfluss der Positionierung von Generatoren im Netzwerk auf die Störungsanfälligkeit und Synchronisierbarkeit analysiert und verallgemeinernde Schlussfolgerungen über die Beurteilung der Positionierung anhand topologischer Eigenschaften präsentiert. Der Einfluss eines veränderten Trägheitsmoments, wie es durch Windkraftanlagen oder Photovoltaik zu erwarten ist, wird im Rahmen des Modells betrachtet und mögliche positive Effekte für die Stabilität für das gesamte Netzwerk aufgezeigt. Die Folgen der vereinfachten Netzwerktopologie, welche lediglich die Hoch- und Höchstspannungsebene berücksichtigt, werden untersucht. Es wird gezeigt, dass es durch das Hinzufügen weiterer Netzwerkebenen zu prägnanten Veränderungen der Störungsempfindlichkeit und Synchronisierbarkeit kommt. Das letzte Kapitel widmet sich der verwendeten Methodik und beschreibt wichtige Programmteile und verwendete Python Module sowie vorgenommene Optimierungen.
Theoretical investigation of the photoinduced charge-transfer in Ruthenium(II)-terpyridine-complexes. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Sonnenlicht kann als erneuerbare Energiequelle benutzt werden, um den steigenden Energiebedarf der Menschheit zu decken. Dies kann zum Beispiel durch Umwandlung in chemische Energie durch Photokatalyse oder durch Umwandlung in elektrische Energie in Farbstoffsolarzellen realisiert werden. Die initiale Photoanregung in Farbstoffsolarzellen und der Photokatalyse basiert jeweils auf der photoinduzierten Ladungstrennung (LT), typischerweise in Metall-organischen Komplexen. Um eine routinemäßige Simulation der Anregungsenergien, spektralen Eigenschaften und der photoinduzierten Dynamik der LT in diesen Komplexen zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Näherung der Pseudopotentiale in die Graphikkarten-beschleunigte Software TeraChem implementiert. Diese großen Komplexe werden mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) und zeitabhängiger Dichtefunktionaltheorie (TD-DFT berechnet, damit angemessene Ergebnisse mit vertretbarem rechnerischem Aufwand erzeugt werden können. Die Wahl eines Dichtefunktionals ist für die Qualität dieser Berechnungen von entscheidender Bedeutung, da insbesondere TD-DFT-Rechnungen unter Verwendung klassischer Funktionale bekanntermaßen Probleme mit der Beschreibung der LT haben. Die neueren Funktionale M06 und CAM-B3LYP konnten durch den Vergleich von experimentellen mit den entsprechenden berechneten Resonanz Raman und Absorptionsspektren von Ruthenium(II)-Terpyridin-Komplexen als geeignet für die Simulation der genannten Spektren identifiziert werden. Theoretische Untersuchungen zur Optimierungen der photoinduzierten LT in diesen Ruthenium(II)-Terpyridin-Komplexen sind ein weiterer wichtiger Schwerpunkt dieser Arbeit. Diese LT kann durch Funktionalisierung verbessert und damit die Effizienz von Farbstoffsolarzellen und photokatalytischen Reaktionen erhöhen werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss von Amino- und Nitro-Substituenten auf die LT am Franck-Condon Punkt von [(tbut-tpy) Ru(tpy-ph-R)] (R=NH2, NO2) Komplexen theoretisch untersucht. Die Ausdehnung der initialen photoinduzierten LT der substituierten Komplexe wurde mittels Ladungsdifferenzdichten visualisiert. Im Vergleich zum Amino-substituierten Komplex zeigt sich eine bessere LT für den Nitro-substituierten Komplex, was durch die chinoide Struktur des niedrigsten nichtbesetzten Molekülorbitals erklärt werden kann.
Einfluss physikalischer Faktoren auf die globalen Kohlenstoffflüsse auf Weideflächen mit unterschiedlichen Management-Optionen. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
This bachelor thesis investigates the carbon fluxes on range land and the influence of different cultivation methods on this area. The importance of a scientific view on agriculture, especially with focus on feeding the worlds population, drastically increases in the last decades. - The yield of agriculture depends on climate, the livestock system and the grass management. The latter is the subject of the bachelor thesis. The different types of agricultural usage are distinguished. It is also possible to insert different kinds of grass- or area-usage. - With the help of a global vegetation model (LPJmL) the influences of the harvest are represented. - In this model there were no chances of differentiation in management options because of a lack of data. In this bachelor thesis a global data set of management options is prepared and its influence on the model is characterized. - With the help of data about the region of the world, livestock system, milk production, meat production and provender and also the mix of provender for the animals (bovine, goat, sheep and other ruminants) management options have been created. - These options have an impact on the results of global vegetations models. This influence and the effect of physical variables (here: temperature, rainfall, coverage of clouds and the distance to the equator) were analyzed and discussed in the bachelor thesis. A regression model is used. So it is possible to show, that the temperature has the biggest influence on the values of the carbon fluxes. But also rainfall, cloud coverage and the distance to the equator are of major impact. - A redundancy analysis confirms these findings and results in additional knowledge about the interaction between the physical parameters. This analysis compares and discusses the variables being explained (monthly primary production, Carbon in earth and in biomass) and the explanatory variables (physical variable). So the temperature acts against the distance to the equator, which means the nearer the cell is to the equator, the higher is the temperature. - The new developed management options have high influence on the values of the carbon flux. Especially noticeable is this influence near to the equator, to Russia, Western Europe, Canada, in the east of the USA and on the boarder of deserts. In these regions the defined management options have the biggest impact on the change of the carbon fluxes.
Topological phase transitions of HgSe under uniaxial pressure. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: 83 S., 1,78 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Mittels ab initio Rechnungen wird der Einfluss von uniaxialem Druck auf die Bandstruktur des Zinkblende-Halbmetalls Quecksilberselenid (HgSe) untersucht. Sowohl geringfügige Dehnung als auch Kompression entlang der [001] und [110] Richtungen öffnen eine Bandlücke in der Nähe des Gamma-Punktes von bis zu 37 meV. Berechnungen der Z2-Invariante zeigen, dass sich HgSe unter uniaxialer Kompression von etwa -5% in der Phase eines Topologischen Isolators befindet. Sowohl stärkere Kompression als auch Dehnung verursachen einen Übergang in die Phase eines gewöhnlichen Isolators. Rechnungen an einem HgSe-Mehrschichtsystem zeigen Oberflächenzustände mit großer Ähnlichkeit zu Dirac-Kegeln bekannter Topologischer Isolatoren. Die Arbeit gliedert sich eine überblick-bietende Einleitung, ein Kapitel zum Darstellen theoretischer Grundlagen, einen Ergebnisteil sowie ein Abschlusskapitel für Schlussfolgerungen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23323
Untersuchung der Existenz optischer Pulsationen eines Quantendotsystems basierend auf optischen Nahfeldwechselwirkungen mittels linearer Stabilitätsanalyse. - 33 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Taktgeber stellen einen unverzichtbaren Teil der heutigen Mikroelektronik dar und sie mit ausreichender Energieeffizienz auf die Nanometerskala zu übertragen ist eine der Herausforderungen der Zukunft. Nanophotonik ist eine mögliche Alternative zur Elektronik um noch größere Integrationsdichten als bisher erreichen zu können, allerdings ist es nötig, analog zum Taktgeber in der Elektronik, eine periodische Kette von optischen Pulsen zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck wird ein für diese Anwedung möglicherweise brauchbares System von über relaxive und Nahfeldwechselwirkungen gekoppelten Quantendots vorgestellt. Dieses System wird dann auf theoretischer Ebene auf das Auftreten von Oszillationen in den Populationen derselben mittels eines Dichtematrixformalismus untersucht. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen wird auf das umständliche Lösen von vielen gekoppelten Differentialgleichungen verzichtet und stattdessen die Methoden der linearen Stabilitätsanalyse angewendet, um etwaige Diskrepanzen in den Ergebnissen aufzuzeigen. Ein entsprechendes Verfahren wird abgeleitet und implementiert und die Ergebnisse präsentiert. Im Gegensatz zu bisherigen Untersuchungen konnte kein Parameterregime, das durch das Vorhandensein der gesuchten Oszillationen gekennzeichnet wäre, gefunden werden. Mögliche Gründe für den scheinbaren Widerspruch zwischen diesem und früheren Ergebnissen werden angebracht. Als am wahrscheinlichsten wird angesehen, dass das hier vorgestellte Verfahren die Asymptotik des zeitlichen Verlaufs der genannten Populationen ermittelt, wohingegen bisherige Betrachtungen das anfängliche Verhalten unmittelbar nach der Anregung betrafen und somit kein Widerspruch zwischen den Ergebnissen existiert, da unterschiedlichen Teile der Lösung betrachtet wurden.
Calculation of the excitonic dielectric function of gallium nitride. - 38S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
A full quantum-mechanical calculation of the dielectric function of gallium nitride including excitonic effects is presented. The susceptibility has been calculated by solving the time-dependent Schrödinger equation taking into account the complex valence-band structure of the semiconductor. The 6x6 Bir-Pikus Hamiltonian for the six non-parabolic, non-degenerate and anisotropic valence bands has been used with different parameter sets obtained by previous groups. The results are compared to experimentally observed results for high quality GaN and interpreted. It turns out that the approximations made to create the parameter sets yield significant errors.
Schwingungen einer Gasblase in der Flüssigkeit innerhalb eines geschlossenen axialsymmetrischen Gefäßes. - 40 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die Arbeit behandelt ein fluiddynamisches System bestehend aus einer beispielsweise mit Hexan gefüllten zylinderförmigen Dose die eine kleine Gasblase enthält. Es wurde das Verhalten der Gasblase bei einer äußeren Schwingungsanregung untersucht. Dazu wurde das System in ein theoretisches Modell sowie eine darauf basierende Simulation überführt. Durch mehrere Experimente zur Verformung der Blase sowie deren Resonanz war es möglich die Ergebnisse von Theorie und Praxis zu vergleichen.
Coupled exciton-plasmon modes in metal-dye hybrid systems. - 49 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Diese Arbeit widmet sich der der Untersuchung von Plasmonen-Exzitonen-Kopplung in Metall-Farbstoff-Hybridsystemen. Im Konkreten handelt es sich bei unserem Modell um eine Konfiguration aus einem Silbergitter bedeckt mit Rhodamine 6G in einer Polymermatrix. Ziel unserer Simulationen war es Rabi Energieaufspaltungen für Rhodamine 6G mit und ohne Laserinversion zu zeigen. Um eine vernünftige dielektrische Funktion zu finden, unternehmen wir einen Exkurs in die Lasertheorie und wenden die optischen Blochgleichungen auf unseren Farbstoff an. Dabei ist eine kritische Auseinandersetzung mit den Kramers-Kronig Relationen mit eingeschlossen. Am Ende werden Nebeneffekte wie die Rolle der Farbstoffschicht als Fabry-P\'erot-Resonator diskutiert.