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Erstellt: Sun, 14 Jul 2024 21:26:39 +0200 in 0.0920 sec


Metal organic chemical vapor deposition of tungsten disulfide on SiO2/Si substrates. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden die Nukleations-, Oberflächendiffusions- und Koaleszenzmechanismen bei der chemischen Gasphasenabscheidung von zweidimensionalen (2D) TMDCs untersucht. Die TMDCs sollen als Ersatz für Silizium in zukünftigen Transistormodellen dienen, um damit die Grenzen des Moore'schen Gesetzes zu erweitern. In einem Close-coupled-Showerhead-Reaktor von AIXTRON wurden Wolframdisulfid (WS2) Kristallite mittels eines mehrstufigen Wachstumsprozesses synthetisiert, der die Nukleations- und Oberflächendiffusionsmechanismen durch Variation des W/S-Verhältnisses trennte. Tungstenhexacarbonyl (W(CO)6) wurde als Präkursor für das Wolfram (W) verwendet, während Di-tert-butylsulfid (DTBS) als Schwefelquelle (S) diente. Das Ostwald/Smoluchowski-Reifungsphänomen sollte genutzt werden, um das laterale Wachstum der einzelnen WS2-Kristallite in hoher Kristallinität auf SiO2/Si-Substraten zu fördern und die Bildung von Multilagen zu vermeiden. Die Auswirkungen der Variation verschiedener Prozessparameter wie Zeit, Temperatur, W/S-Verhältnis im Reaktor und SiO2/Si-Oxiddicke wurden mittels spektroskopischer (Raman, PL) und mikroskopischer Methoden (SEM, AFM) untersucht. Durch das Wiederholen der Nukleations- und Reifungsschritte wurden letztendlich Kristallite mit Kantenlängen von rund 131 nm erreicht, während die Bildung von Multilagen und parasitäre Kohlenstoffabscheidung erfolgreich unterdrückt wurden. Die Trennung der einzelnen Wachstumsmechanismen wurde als vielversprechende Strategie identifiziert, um die Kristallitgröße zu erhöhen und somit in Zukunft die Abscheidung hochwertiger, geschlossener WS2-Monolagen auf SiO2/Si-Substraten voranzutreiben. Dies ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der TMDCs in Halbleiterbauelementen.



Kuß, Marvin;
Aufbau und Charakterisierung mehrerer monolithischer Laserverstärkungskonzepte basierend auf Erbium und Ytterbium dotierten Glasfasern. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Der glasfaserbasierte optische Informationsübertrag über große Distanzen hinweg erfordert eine stetige Erhöhung der Laserleistung. Zur Verstärkung des Laserlichtes werden optisch gepumpte, mit seltenen Erden dotierte Glasfasern genutzt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung drei verschiedener monolithischer glasfaserbasierter Laserverstärkerkonzepte, welche auf einer mit Erbium und Ytterbium co-dotierten Glasfaser basieren. Diese sind: Co-Doppelpass; Counter-Doppelpass; Co-Einzelpass; Faseroszillator. Die Laserverstärkerkonzepte werden hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung, der optischen Verstärkungseffizienz und der zeitlichen Stabilität beurteilt. Vorangegangene Simulationen mit der Software FiberDesk begründen die im Experi-ment aufgebauten Verstärkerkonfigurationen, sowie deren aktive Faserlänge. Es zeigt sich, dass parasitäre ASE-Verstärkung die größte Limitierung darstellt. Aus diesem Grund sind filternde Bauelemente wie FBG’s für Doppelpassaufbauten unbedingt zu nutzen. Des Weiteren ist die Verstärkungseffizienz von der aktiven Faserlänge abhängig und muss dem zu verstärkenden Spektralbereich angepasst werden. Der Faseroszillator zeichnet sich durch seine hohe Effizienz und geringen ASE-Anteile aus und könnte in späteren Forschungen, als ein Seedlaser für Einzelpass- und Doppelpasskonfigurationen (MOPA-System) verwendet werden.



Bundhooa, Dharani Madhavi;
Fabricating zinc anodes via electrodeposition on carbon cloth for zinc-metal batteries. - Ilmenau. - 43 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Zink-Metall-Batterien (ZMB) werden aufgrund ihrer Kosteneffizienz, Umweltfreundlichkeit und der hohen theoretischen Kapazität, die durch die Verwendung von Zink (Zn) als Anodenmaterial erreicht werden kann, als vielversprechender Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) immer beliebter. Die Verwendung von Zn-Metallanoden in Batterien ist jedoch mit erheblichen Problemen verbunden, darunter die Bildung von Zinkdendriten und Nebenreaktionen, die zur Verkürzung der Gesamtzyklenlebensdauer und zur Verschlechterung der Leistung von ZMBs beitragen. Einer der entscheidenden Aspekte bei der Verringerung der dendritischen Ablagerung von Zn ist die Einstellung des anfänglichen Keimbildungsprozesses, der zur Steuerung der anschließenden gleichmäßigen Ablagerung von Zink beiträgt. In dieser Studie wird die Herstellung von Zn-Anoden durch galvanische Abscheidung von Zink auf Kohlenstofftuch-Substraten untersucht, wobei das Hauptziel darin besteht, die Parameter der galvanischen Abscheidung für eine optimale gleichmäßige Beschichtung einzustellen. Die modifizierten Anoden wurden mittels Röntgenbeugung (XRD), energiedispersiver Röntgenstrahlung (EDX) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) charakterisiert, wobei verschiedene Strategien zur Minimierung des Auftretens von Dendriten und parasitären Reaktionen eingesetzt wurden. Zur Bewertung der Leistung der Anoden in ZMBs wurden auch galvanostatische Zyklen durchgeführt. Die modifizierten Anoden wiesen eine verbesserte Zyklenstabilität und -geschwindigkeit bei wiederholten Zn-Plating/Stripping-Zyklen auf. Darüber hinaus wurde für die modifizierten Anoden im Vergleich zu kommerziellen Zn-Folien eine verbesserte elektrochemische Leistung beim Einbau in vollständige Zellen erzielt.



Nganmi, Armand Vidal;
Herstellung neuartiger Ionenleiter und Charakterisierung mit Niederfeld-NMR und Leitfähigkeitsmessungen. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024

Die Erhöhung der Ionenleitfähigkeit von Festelektrolyten ist eine Herausforderung für die Entwicklung von Festkörperbatterien. Das Ziel dieser Studie ist es, neue Ionenleiter mit guter Ionenleitfähigkeit zu finden. Mit Hilfe von Niederfeld-NMR- und Leitfähigkeitsmessungen wird die Mobilität der Ionen in verschiedenen Verbindungen untersucht. Drei Elemente werden kombiniert, um den Ionenleiter zu bilden: ionische Flüssigkeiten (BMIMBF4, BMIMDCA, BMIMTF2N), Polymere (PEO (15k) und PEO (200k)) und Salze (LITF2N und LIBF4). Die unterschiedlichen Eigenschaften und das Verhalten dieser Elemente werden durch Variation der Molmasse des Polymers untersucht. So zeigten beispielsweise Proben von Polymeren mit einer höheren Molmasse niedrigere T_1-Werte als Proben von Polymeren mit einer niedrigeren Molmasse. Dies lässt sich durch die Größe, die langsamere Molekularbewegung und die langsamere Längsrelaxation von Polymeren mit höherer Molmasse erklären. Wechselwirkungen zwischen den Ketten können auch die Kernspinrelaxation beschleunigen und die Gesamtmobilität der Ketten verringern. Darüber hinaus wurde die Viskosität der Proben untersucht. Proben mit höherer Viskosität wiesen kürzere T_1-Relaxationszeiten auf (mehr Viskosität, weniger Mobilität, niedrigeres T_1). In unserem Fall erwarteten wir, dass das T_1 von BMIMBF4 kürzer ist als das von BMIMDCA. Da BMIMBF4 zähflüssiger ist, kehren die Spins schneller in ihren Gleichgewichtszustand zurück. Die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Spins finden mit einer höheren Frequenz statt, was die Rückkehr zum Gleichgewicht nach der Anregung der Spins effektiv beschleunigt. Wir gehen davon aus, dass BMIMBF4, da es hydrophil ist, wahrscheinlich Wasser absorbiert hat, was die Relaxationszeit verlängert hat. Und da wir diese ionische Flüssigkeit mit Wasser mischen mussten, haben wir BMIMBF4 vor den Messungen nicht getrocknet. Die Zugabe eines Polymers mit einer anderen Molmasse zu einer ionischen Flüssigkeit veränderte ebenfalls die Relaxationszeiten. Darüber hinaus wurden in unseren Proben auch die 𝐷-Diffusion und die σ-Leitfähigkeit gemessen. Es wurden sowohl lange als auch kurze Relaxations- und Diffusionszeiten beobachtet, was darauf schließen lässt, dass die molekulare Dynamik der untersuchten Systeme variabel ist. Die Ergebnisse liefern nützliche Informationen über die molekulare Dynamik und die Eigenschaften von Polymer- und ionischen Flüssigkeitsproben. Diese Ergebnisse können sich auf verschiedene Forschungs- und Anwendungsbereiche von Batterien auswirken und zu einem besseren Verständnis der untersuchten Systeme beitragen, die als alternative Elektrolyte verwendet werden können.



Höhn, Fabian Johannes;
Oberflächenuntersuchungen von Gorilla V1 Flachglas. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Glassubstrate stellen eine gute Möglichkeit für die Minitarisierung von Elektrooptischen Systemen dar. Dabei werden die optoelektronischen Systeme direkt in eine Glasplatte integriert. Durch Ionenaustausch fertig man Mirkowellenleiter, welche dann das optische System bilden. Mikrorisse sind ein entscheidender Faktor, wenn es um die mechanische Stabilität von Bauteilen geht. Diese können ein in eine Glasplatte integriertes optoelektronisches System negativ beeinflussen. In dieser Arbeit werden Flachgläser des Typs Gorilla V1 auf Mikrorisse mit einem AFM untersucht. Dazu wurden zunächst AFM-Messungen auf unbehandelten Proben durchgeführt. Da es durch den Herstellungsprozess der integrierten Systeme zu Zugspannungen an der Oberfläche kommen kann, wurden auch Proben untersucht, welche mittels eines Dreipunktverfahren gespannt wurden. Zudem wurde auch die Oberfläche einer mit Silberionenaustausch behandelten Probe, welcher den ersten Herstellungsschritt darstellt, mit AFM auf Mikrorisse untersucht. Um die Qualität der Messungen sicher zustellen ist das AFM vorher getested worden. Abschließend wurde die Topographie der Oberflächen der verschiedenen Proben untereinander verglichen, sowie eine XPS-Tiefenprofilmessung durchgeführt.



Seiberl, Celine;
Aufbau und Inbetriebnahme eines Demonstrationsversuches zur Rasterkraftmikroskopie. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Die Rasterkraftmikroskopie ist besonders in der Oberflächenphysik nicht mehr wegzudenken. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Oberflächenstruktur und -eigenschaften einer Probe, mithilfe einer mikroskopischen Spitze, abzubilden. Hierbei gibt es verschiedene Betriebsmodi, wobei die Frequenzmodulations-Rasterkraftmikroskopie (FM-AFM) eine davon ist. Das Besondere an der FM-AFM ist, dass die Messspitze an einem Cantilever befestigt wird. Der Cantilever kann hierbei ein Federbalken oder einer piezokeramischen Stimmgabel sein. Dieser schwingt kontinuierlich in seiner Eigenfrequenz und erhält eine Frequenzverschiebung, sobald die Spitze mit der Oberfläche wechselwirkt. Diese Frequenzverschiebung ist das Messsignal, aus dem Rückschlüsse auf die Struktur der Probenoberfläche gezogen werden. Um diese Messmethode den Studierenden näherzubringen, wurde ein Modell entworfen, mit dem die Frequenzmodulierende-Rasterkraftmikroskopie veranschaulicht wird. Damit der Bau des Modells nachverfolgt und gegebenenfalls nachgebaut werden kann, wird in dieser Arbeit der Entwurf, der Zusammenbau und die Inbetriebnahme genauer erläutert. Im Anschluss daran wird zu einer Messreihe die Auswertung betrachtet.



Yang, Hongfei;
Light-induced deposition of Rh on III/V semiconductors and investigation of its photoelectrochemical properties for water splitting. - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In dieser Arbeit wird die lichtinduzierte Abscheidung von Rhodium auf der AlInP-Oberfläche und deren anschließende Auswirkung auf die photoelektrochemischen Eigenschaften der Wasserspaltung untersucht. Die Rhodiumabscheidung wurde durch eine einfache und kontrollierbare lichtinduzierte elektrochemische Methode nach der Oberflächenbehandlung erreicht. Die Rhodium-deponierten Proben wurden mit einer Reihe von analytischen Techniken charakterisiert, darunter Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie. Die Analysen bestätigten die erfolgreiche Abscheidung von Rhodium auf der Oberfläche. Anschließend wurden die photoelektrochemischen Eigenschaften der Rhodium-deponierten Proben unter simulierter Sonnenbestrahlung bewertet. Die Wasserspaltungsleistung wurde durch Chronoamperometrie-Messungen bewertet. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten eine verbesserte photoelektrochemische Aktivität und Stabilität in Anwesenheit von Rhodium. Unter AM 1.5G-Beleuchtung wurde eine Solar-zu-Wasserstoff-Umwandlungseffizienz von bis zu 15 % erreicht.



Junghans, Kira;
Synchronization of switching orbital memory on black phosphorus and the effect of magnetic fields on artificially created quantum wells on InSb(110). - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In den Experimenten der vorliegenden Arbeit werden einzelne adsorbierte Atome auf Halbleiteroberflächen mithilfe Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) untersucht. Die Arbeit besteht aus zwei Teilen: Im ersten Teil wird das Phänomen des sogenannten "orbital memory" in verschiedenen Bereichen erforscht. "Orbital memory" bezieht sich auf die Eigenschaft von Eisen und Cobalt Atomen, welche je zwei stabile Besetzungszustände der Elektronenorbitale aufweisen, wenn sie auf der Oberfläche von schwarzem Phosphor, adsorbiert sind. Die Zustände können durch Messung des Tunnelstroms erkannt werden. Legt man eine Tunnelspannung zwischen STM Spitze und Probe an, welche einen Schwellenwert überschreitet, wird stochastisches Wechseln zwischen den Zuständen induziert. Die statistischen Lebensdauern der einzelnen Zustände hängt dabei stark von der angelegten Tunnelspannung ab. Weiterhin werden Experimente mit modulierter Tunnelspannung durch eine Wechselspannungskomponente durchgeführt und es wird gezeigt, dass die Lebensdauern in diesem Fall durch den Verlauf der Lebensdauern im Fall einer Gleichspannung bestimmt wird. Der Bereich, um welchen die Spannung im Wechselspannungsexperiment moduliert wird, ist dabei entscheidend. Im zweiten Teil liegt der Fokus auf dem System adsorbierter Caesium-Atome (Cs) auf der Oberfläche von Indiumantimonid (InSb) in der (110) Richtung. Durch Abgabe von Valenzelektronen der Atome wird ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG), lokalisiert an der Halbleiteroberfläche, erzeugt. Bei Anlegen eines Magnetfeldes senkrecht zur Oberfläche wird Landau-Quantisierung beobachtet und die entstehenden Landau-Niveaus für verschiedene Stärken des Magnetfeldes mit früheren Experimenten aus der Literatur verglichen. Weiterhin wurde kürzlich in einer Publikation gezeigt, dass eine Ringstruktur aus angeordneten Cs Atomen Anzeichen eines atomaren Zustands zeigen, welcher in den hier beschriebenen Experimenten reproduziert wird. Im angelegten Magnetfeld wird eine Aufspaltung des Zustands beobachtet, welches dem Zeeman-Effekt zugeordnet werden kann und die Anwesenheit ungepaarter Elektronenspins, eingeschlossen im Potential der Struktur, impliziert. Mit steigender Magnetfeldstärke senkrecht zur Probe verläuft die Aufspaltung nichtlinear, was mit der Theorie der Fock-Darwin Zustände in Verbindung gebracht wird.



Wieboldt, Rieke;
NMR-Untersuchung der Trocknung von Salzlösungen in Böden. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Das Trocknungsverhalten von Böden hat sowohl landwirtschaftliche, als auch ökologische Relevanz und ist bereits in verschiedenen Studien untersucht worden. Die landwirtschaftliche und ökologische Relevanz ergibt sich vor allem mit Blick auf dürre Gegenden mit wenig und sehr unregelmäßigem Regenfall. Wie gut der Boden Wasser aufnehmen und umverteilen kann und wie lange es dauert, bis das Wasser wieder verdunstet, ist daher von Interesse. Zusätzlich gibt es vor allem in Regionen um das Mittelmeer eine deutliche Versalzung des Bodens. Die Ursachen dieser Versalzung können sowohl natürlichen, wie auch anthropogenen Ursprungs sein. Durch Verwitterung können Salze im Wasser gelöst werden, genauso wie sie aus Grund- oder Regenwasser stammen können. Hinzu kommen Salze, die durch Düngemittel oder Wasser, das der Bewässerung dienen soll, in den Boden gelangen. Versalzung ist vor allem für die Pflanzenwelt ein großes Problem, da es schwieriger für sie ist, das benötigte Wasser aus dem Boden zu ziehen und so an Nährstoffe zu gelangen. Zukünftig könnte dieses Thema durchaus noch relevanter werden, da der fortschreitende Klimawandel und das damit einhergehende Extremwetter die Versalzung von Böden begünstigt. In dieser Arbeit wird untersucht, ob sich bei Zugabe von Salzen zu drei verschiedenen Böden unter Laborbedingungen Änderungen im Trocknungsverlauf zeigen. Bei den hier verwendeten Böden handelt es sich um drei Sande mit verschiedenen Schluffanteilen. Die beobachteten Trocknungsprozesse sind anschließend mit existierenden mathematischen Modellen zu vergleichen. Außerdem wird zusätzlich noch die transversale Relaxationszeit während der Trocknung gemessen und der Verlauf bei Vorhandensein der unterschiedlichen Salze, sowie bei reinem Wasser miteinander verglichen. Bei den hier durchgeführten Messungen wird ein unilaterales NMR-Messgerät verwendet, dieses hat zum einen den Vorteil, dass die Probe in mehreren Schichten vermessen werden kann, zum anderen handelt es sich bei dem Messaufbau um ein offenes System. In diesem Fall beschränkt sich die Probe also nicht auf ein Röhrchen mit begrenztem Volumen, sondern es handelt sich um einen in einer Petrischale befindlichen Boden, der in ständigem Austausch mit der Umgebungsluft steht.



Waldmann, Jannis;
Optimizing particle cooling using reservoir computing. - Ilmenau. - 43 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Die Anwendung von maschinellem Lernen zur Verbesserung physikalisch-orientierter Probleme ist eine zunehmend verwendete Herangehensweise in der heutigen Forschung. Reservoir Computing hingegen ist eine eher unkonventionelle Methodik des maschinellen Lernens und hat in der Vergangenheit gute Ergebnisse in der Vorhersage von Zeitreihen oder zeitabhängigen Prozessen gezeigt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Streumatrix-Zeitreihe vorherzusagen und herauszustellen, ob man Reservoir Computing zur Unterstützung eines Algorithmus für die Kühlung von Vielteilchensystemen – unter der Benutzung komplexer Lichtfelder – verwenden kann. Die Aufgabe der Zeitreihen-Vorhersage von Streumatrizen soll charakterisiert werden und dabei wird besondere Aufmerksamkeit auf die Anwendung im Kühlalgorithmus gerichtet. Die Arbeit an diesem Thema wurde mit einem Halbleiter- laserverstärker (SOA) als diskretes time-multiplexed Reservoir mit einer internen Delay-Schleife in einem Setup mit zusätzlichen Delay-Schleifen – in Input und Output – durchgeführt. Weiter wurde die mögliche Anwendung im Kühlalgorithmus überprüft, indem potentielle Kühlzustände berechnet wurden, die zeigen, ob im ersten Iterationsschritt des Kühlalgorithmus gekühlt werden kann. Die Resultate zeigen, dass die Vorhersage einer Streumatrix-Zeitreihe für ein Vielteilchensystem möglich ist und diese Vorhersage auch im ersten Schritt der Kühlung genutzt werden kann. Weitere Arbeit an diesem Thema kann bezüglich der Kühlzustände und der Analyse der Streumatrix-Zeitreihe geleistet werden. Dafür können insbesondere verschiedene Methoden des maschinellen Lernens als auch eine veränderte Zusammensetzung des Inputs für das Reservoir getestet werden.