Röntgenphotoelektronenspektroskopische Untersuchungen von C1C2Im[Tf2N] und BMP[Tf2N] in Gegenwart von Li[Tf2N]. - Ilmenau. - 52 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die vorgelegte Bachelorarbeit ist durch das wachsende Interesse in Forschung und Industrie an Ionischen Flüssigkeiten (ILs) motiviert. Aufgrund ihrer umfangreichen und kontrolliert modifizierbaren Eigenschaften sind sie für viele Anwendungsgebiete geeignet. Es wurde untersucht, wie sich die Oberflächeneigenschaften der zwei ILs BMP[Tf2N] und C1C2Im[Tf2N] in Gegenwart von Li[Tf2N], einem Lithiumsalz, verändern. Die Untersuchungen wurden mittels der oberflächenempfindlichen Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-Ray photoelectron spectroscopy, XPS) durchgeführt. XPS bietet zwei sigifikante Vorteile für die Untersuchungen, (1) die Technik ist sehr oberflächenempfindlich und (2) die UHV-Technik der XPS kann aufgrund des niedrigen Dampfdruckes der ILs ohne Probleme durchgeführt werden. Die Konzentration an Li-Salz wurde von 0,5M bis 2,0M in 0,5M-Schritten variiert. Zusätzlich wurde die Unterscheidung der Proben in Luft ausgesetzt und Luft nicht ausgesetzt gemacht. Die Untersuchungen können wie folgt zusammengefasst werden: Neben allen Elementen des [Tf2N]-Anions (Stickstoff, Kohlenstoff, Fluor, Sauerstoff and Schwefel) wird in den Lösungen eine zusätzliche Komponente im Rumpfniveauspektrum von Fluor entdeckt. Hierbei handelt es sich wahrscheinlich um LiF. In allen Proben gibt es eine stärkere Anlagerung von Lithium an der Oberfläche als theoretisch erwartet. Sind die Proben der Luft nicht ausgesetzt, ist die Anzahl an Lithiumspezien an der Oberfläche bei niedrigen Konzentrationen höher als bei den Proben, die der Luft ausgesetzt waren. Bei BMP[Tf2N] ergibt sich ein linearer Anstieg der Lithiumspezien an der Oberfläche in Abhängigkeit der Li[Tf2N]-Konzentration bei Luftkontakt. Im Gegensatz dazu ist bei C1C2Im[Tf2N] eine Tendenz zur Sättigung bei steigender Li[Tf2N]-Konzentration zu beobachten. Bei C1C2Im[Tf2N] wurde eine höhere Anzahl an Lithiumspezien an der Oberfläche detektiert als bei BMP[Tf2N].
Welches sind die technisch und wirtschaftlich realisierbaren Potentiale für die Nutzung von Großflächen-Solarthermie in mehrgeschossigen Systembauten und unter welchen Randbedingungen können diese umgesetzt werden?. - Ilmenau. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Um den Klimawandel entgegenzuwirken ist es notwendig den Treibhausgasanstieg in der Atmosphäre entgegenzuwirken. Dies kann nur mithilfe des Einsatzes erneuerbarer Energien gelingen. Bekannte Techniken sind Photovoltaik, Solarthermie, Wind- und Wasserkraft. Da die Wärmeenergie einen großen Anteil an der genutzten Gesamtenergie hat, muss auch in dem Wärmeenergiesektor eine Energiewende gelingen. In der Masterarbeit werden verschiedene Techniken zur Wärmebereitstellung in Großwohnungsbauten anhand technischer, energetischer und wirtschaftlicher Daten miteinander verglichen. Ziel ist es Potentiale an einen oder mehreren Gebäuden aufzuzeigen. Erreicht wird dieses Ziel durch ein extra entwickeltes Berechnungswerkzeug, dass verschiedene Gebäude zu einen Energiesystem zusammenfasst. Mit diesem Hilfsmittel können nicht nur Experten mögliche Potentiale an ihren Gebäuden bestimmen und verschiedene Techniken miteinander vergleichen. Die Masterarbeit zeigt Rahmenbedingungen auf unter denen sich ein sehr effizienter Einsatz der verschiedenen Techniken ergibt.
Wachstum und Charakterisierung von ternären III-V Nanodrahtstrukturen. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Fokus dieser Arbeit steht das Wachsen von ternären III-V Halbleiternanodrähten mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) über den vapor-liquid-solid (VLS)-Wachstumsmodus. Die Verbindungshalbleiter Galliumphosphidnidrid (GaPN) und Galliumarsenidphosphid (GaAsP) wurden auf Galliumphosphid (GaP(111)B) Substraten gewachsen und durch Variation der Wachstumsparameter sowie Wachstumssequenzen optimiert. Es erfolgte die Charakterisierung der Morphologie; der Kristallstruktur und der chemischen Zusammensetzung der Nanodrahtproben. Die hierfür verwendeten Untersuchungsmethoden waren die Rasterelektronenmikroskopie (REM), die Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Röntgenbeugung (XRD) und die Raman-Spektroskopie. Die GaPN-Nanodrähte (NWs) wurden bei Temperaturen zwischen 500 ˚C und 550 ˚C und einem UDMH:TBP Präkursorverhältnis von 0:1 bis 9:1 gewachsen. Der Gruppe III-Präkursor stellte TMGa dar. Es konnten GaPN NWs über den VLS Wachstumsmodus gewachsen werden. Bei einem UDMH:TBP Präkursorverhältnis von 1:1 und 3:1 und einer NW-Wachstumstemperatur von 500 ˚C und 525 ˚C haben die NWs die besten morphologischen Eigenschaften: alle Nanodrähte stehen senkrecht zur Substratoberfläche in [111] Richtung und sind kaum getapert. Der Einbau von Stickstoff über den VLS Modus konnte mittels Ramanspektroskopie nachgewiesen werden. Jedoch scheint es, dass sich nur ein geringer Teil (≤ 0,24 %) auf Gruppe-V-Plätze einbaut und es zur Bildung von N-Clustern kommt. Der Präkursor UDMH fördert die axiale Wachstumsrate und hemmt die radiale Wachstumsrate der NWs. GaAsP-NWs wurden erfolgreich gewachsen. Der Phosphor zu Arsenanteil im Kristallgitter kann durch Variation des TBP:TBA Verhältnisses oder durch Variation der NW-Wachstumstemperatur eingestellt werden. Ihre morphologischen und strukturellen Eigenschaften können durch Anpassung der Präkursorflüsse, durch Veränderung der Ankeimtemperatur und -zeit, über den NW-Durchmesser, Beeinflussung der Heterogrenzflächen und nicht zuletzt der NW-Wachstumstemperatur gesteuert werden. Die GaAsP-NWs wuchsen erfolgreich bei TBP:TBA Verhältnissen von 0:1 bis 1:0 und bei einer NW-Wachstumstemperatur von 450 ˚C. Durch die XRD-Messungen konnte ein Polytypismus, die Ausbildung von Zinkblende- und Wurtzitphasen, der NWs festgestellt werden. Es wurde der Einbau von Phosphor in Abhängigkeit vom TBP:TBA Verhältnis untersucht. Es zeigt sich ein stark nichtlineares Verhalten, wobei der Einbau von Phosphor deutlich weniger effizient ist als der des Arsens. Darüber hinaus ist der Phosphoreinbau für 100 nm Au-Partikel weniger effizient als der für 50 nm Au-Partikel. Werden die gesamten Präkursorflüsse (TMGa, TBP und TPA) um das 1,5 bis 8-fache der Ausgangsflüsse erhört, so wird ein Rückgang des NW-Taperings und ein Anstieg der NW-Länge beobachtet. Durch eine Reduktion der Ankeimtemperatur von 600 ˚C auf 550 ˚C (mit gleichzeitiger Erhöhung der Ausheizzeit), lassen sich die parasitär gewachsene NWs stark reduzieren. Das Versetzen der Heterogrenzfläche in den NW, durch das Wachsen eines GaP-Sockels, verhindert das planare NW-Wachstum fast völlig. Eine Erhöhung des NW-Durchmessers führt zur Reduktion an Wurtzitphasen im NW. Zum Schluss gelang das Wachsen der NWs auf GaP/Silizium Quasisubstraten.
Untersuchung der Generationskinetik von thermischen Donatoren in Silizium mit Fouriertransform-Infrarotspektroskopie. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Ziel der Arbeit war, die Generationskinetik von thermisch erzeugten Donatoren in sauerstoffreichem Silizium genauer zu beleuchten und mit Hilfe der Fouriertransform-Infrarotspektroskopie sowie von Vierspitzenmessungen bisherige Untersuchungen zu vertiefen und zu verifizieren. Die Infrarotspektroskopie hat sich als geeignete Untersuchungsmethode gezeigt, um die Ionisationsenergien von flachen Donatoren für die hier verwendeten dicken Proben zu überprüfen, die weitere Forschergruppen gemessen haben. Die Befunde über die Generationskinetik der thermischen Doppeldonatoren, die in dieser Arbeit gefunden wurden, decken sich in einigen Punkten, mit denen, die andere Forschergruppen gemessen und postuliert haben. Allerdings wurden auch Unterschiede festgestellt. Die wichtigsten bestätigten Ergebnisse sind, dass die optimale Generationstemperatur, bei der die höchste Formierungsrate der thermischen Doppeldonatoren beobachtet wird, bei 450˚C liegt. Außerdem wurde die Auffassung bestätigt, dass die thermischen Defekte zweifach ionisierbare Sauerstoffkomplexe sind, die unter andauernder Temperaturbehandlung weiteren Sauerstoff anlagern und sich dadurch vergrößern. Abhängigkeiten der Generation von der Sauerstoffkonzentration konnten nur insofern bestätigt werden, als dass Proben verwendet wurden, die die erforderlich hohe Konzentrationen an Sauerstoff enthielten, welche sich in Untersuchungen anderen Forschergruppen als notwendig gezeigt hatte. Die Verwendung bordotierter Proben machte es außerdem möglich, die Kompensation von Defektelektronen durch die Generation der thermischen Doppeldonatoren zu messen und damit ebenfalls vergleichbare Berichte früherer Untersuchungen nachzuvollziehen. Die Frage, die sich zu Beginn der Arbeit stellte, war, ob sich thermische Doppeldonatoren eignen, die Lebensdauer von Siliziumbasierten Strahlungsdetektoren zu verlängern. Die gezielte Veränderung der Leitfähigkeit von Wafermaterialien aus Silizium (und Germanium) mit Hilfe der Generation thermischer Defekte wird schon länger in der Halbleiterindustrie angewandt und ist gut erprobt. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen liefern eine Grundlage für Defekt-Engineering, um die Generationskinetik thermischer Defekte und deren Eignung für die Lebensdauerverlängerung von Strahlungsdetektoren, zu prüfen.
Magnetic molecules on a superconductor surface : changes in the Bardeen-Cooper-Schrieffer energy gap. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Anhand von adsorbierten Mangan(II)-Phthalocyanine (MnPc) auf einer Pb(111)-Oberfläche, wird das Wechselspiel zwischen Supraleitung und Magnetismus mit einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskope auf der atomaren Skala untersucht. Das MnPc-Molekül behält nach der Adsorption sein magnetisches Moment, welches lokal die supraleitende Kohärenz stört und Cooper-Paarung schwächt. Als Resultat dieser Koppelung treten sogenannten Yu-Shiba-Rusinov-Zuständen (YSR-Zustände) innerhalb der Energielücke auf. Da die MnPc-Inseln in einer nahezu inkommensurablen Überstruktur wachsen, ist die Austauschwechselwirkung jedes einzelnen Moleküls mit der Oberfläche anders, wodurch sich auch die Signaturen der YSR-Zustände in den Spektren des differentiellen Leitwerts (dI/dV) unterscheiden. In dieser Arbeit wird der Einfluss der YSR Zustände auf essentielle Transportmechanismen experimentell untersucht, sowohl im Tunnelbereich als auch im Kontakt. Besonderes Augenmerk wird auf Änderungen innerhalb der Energielücke in Folge von Andreev-Reflexionen gelegt.
NMR-Untersuchungen der Relaxationszeiten von Maltenen in Anwesenheit von Asphaltenen. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Ziel der Bachelorarbeit ist die Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Asphalten-Konzentrationen und -Arten auf die Relaxationszeiten von kleinen Molekülen, sogenannten Maltenen. Hierzu wurden verschiedene asphaltenhaltige Lösungen angesetzt, welche anschließend mit der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) untersucht wurden, um die Relaxationszeiten der Maltene zu bestimmen. Es wurde eine Abhängigkeit der Relaxationszeiten von der Asphalten-Konzentration gefunden. Des Weiteren ist der Einfluss des Asphaltens auf die Relaxationszeiten der Maltene für fluorierte Moleküle deutlich stärker ausgeprägt, als für protonierte Moleküle. Dieser Effekt nimmt mit der Größe, nicht jedoch mit der Aromatizität, der untersuchten Maltene zu. Es konnte kein Einfluss der Elektronenkonzentration der Lösung auf die Relaxationszeiten festgestellt werden.
Untersuchung von Festkörperreibung unter mechanischen Vibrationen und Anwendung zum Entwurf von mobilen, miniaturisierten Robotern. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Ziel dieser Masterarbeit sind die Beschreibung und experimentelle Untersuchung von Reibungsminderung unter Einfluss von Vibration und die Umsetzung dieser in einem mobilen Roboter. Die Vibration wird dabei durch einen piezoelektrischen Schallwandler zwischen den Reibungspartnern realisiert. Dazu wurden zunächst die Beschreibung und Gegenüberstellung etablierter Reibungsmodelle durchgeführt. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden Reibungsmodelle mittels Matlab/Simulink numerisch untersucht und mit Ergebnissen der Literatur verglichen. Im experimentellen Teil wurde zunächst ein Vorversuch, der die prinzipielle Wirkungsweise der vibrationsinduzierten Reibungsreduzierung verdeutlicht, durchgeführt. Anschließend wurde die Reibungsminderung in Abhängigkeit von verschiedenen Frequenzen und Relativgeschwindigkeiten anhand mehrerer Prüfkörper untersucht. Es konnte reproduzierbar eine Reibungsminderung bei drei Zugproben festgestellt werden. Anschließend wurde die Geschwindigkeitsabhängigkeit untersucht und bei steigender Frequenz eine steigende Abhängigkeit nachgewiesen. Die Natur der Schwingung des piezoelektrischen Schallwandlers erforderte, dass das mechanische Prinzip der Simulation auf die Experimente angepasst werden musste. Im Anschluss wurde überprüft, ob die angepasste Simulation das Verhalten der frequenzabhängigen Reibungsänderung darstellen kann. Das präsentierte Modell ist in Grenzen dazu in der Lage und bildet eine erste Möglichkeit, die Reibungsveränderung durch die flächige Vibration des Schallwandlers abzubilden. Mit Hilfe der daraus gewonnenen Erkenntnisse wurde ein mobiler Roboter entworfen, der nach dem Prinzip einer durch gesteuerte Vibration erzeugter, anisotroper Reibung funktioniert. Die Funktionsweise des Roboters wurde experimentell geprüft und die Form der Bewegung wurde dargestellt.
Optische Untersuchung von Kraterauswurf nach hyperschnellen Einschlägen. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Laser-Light-Sheet-Technik ist ein Verfahren, um Partikel innerhalb einer Schnittebene eines Volumens zu beobachten. Diese Technik wurde eingesetzt, um den Kraterauswurf nach Hypervelocity-Impakten in Marmor zu untersuchen. Die Flugbahnen der Partikel wurden erfasst, ausgewertet und die Ergebnisse mit Modellvorstellungen, Skalengesetzen und Literatur verglichen. Anhand der Ergebnisse und des Vergleichs wurde die Eignung der Technik und eingesetzten Auswertemethodik zur Untersuchung von Hypervelocity-Impakten festgestellt.
Zusammenhang zwischen der Struktur und dem Erosionsverhalten der mittels Arc-PVD-Verfahren hergestellten Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das Schützen von Turbinenschaufeln vor dem Verschleiß ist heutzutage von großer Bedeutung. Werden Turbinenschaufeln durch Festkörperpartikel erodiert, dann wird deren Wirkungsrad sowie Standzeit verringern. Diese Partikel, die zum Verschleiß von Oberflächen der Turbinenschaufeln führen, treffen auf sie mit flachem sowie senkrechtem Winkel. Für einen effizienten Schutz ist es bedeutend, Turbinenschaufeln mit Schichten zu versehen, welche einen bedeutsamen Schutz sowohl beim flachen als auch senkrechten Winkel bieten. Die Cr2AlC-MAX-Phase ist ein Materialsystem, welches diese Voraussetzung erfüllt. Das Ziel dieser Arbeit war die Optimierung vom Arc-PVD-Verfahren zur prozesssicheren Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen-Sichten sowie die Herstellung von Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten. Sie kommen als leitfähige Verschleißschutzschichten in Gasturbinen zum Einsatz. Als Substrate wurden Incoel 718, welche Grundmaterialien von Gasturbinen sind, verwendet. Die Herstellung dieser MAX-Phasen-Schichten wird durch die Prozessparameter wie die Substrattemperatur, Probenhöhe, BIAS-Spannung und das Prozessgas beeinflusst. Zum Bestimmen des Einflusses der Prozessparameter auf die Schichtbildung waren Proben unter Variation der gennannten Prozessparameter herzustellen. Aufgrund dieses Einflusses der Prozessparameter auf die Schichtbildung ist die Abscheidung von reinphasigen Cr2AlC-MAX-Phasen-Schichten ist schwierig. Darüber hinaus kommt es bei der Abscheidung dieser MAX-Phasen-Schichten auf Inconel 718 zur Diffusion von Aluminiumteilchen ins Inconel 718, was zur Verarmung der Schicht an Aluminium führt. Es verursacht somit die Bildung von Fremdphasen in der Schicht. Durch den Einsatz eine Diffusionsbarriere wird die Diffusion verhindert. Je nach Anteil von Fremdphasen in der Schichten lässt sich die Erosionseigenschaft der Schicht verschlechtern. In dieser Arbeit sollte durch die XRD- und Erosionsmessung den Zusammenhang zwischen der Struktur und dem Erosionsverhalten der Cr2AlC-MAX-Phasen-Sichten bestimmt werden. Glaskugeln wurden als Erosionsmittel verwendet.
Modellierung der Ausbreitung von Funkwellen im Innenbereich von Gebäuden. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein einfaches Modell zu erstellen, welches die Ausbreitung von Funkwellen im Innenbereich eines Gebäudes berechnet. Es wurde sich in dieser Arbeit zum einen auf die Ausbreitung in einem Raum mit beliebig geformter Geometrie und zum anderen auf einen viereckigen Raum mit einem Hindernis konzentriert. Für die Beschreibung der Wellenausbreitung wurde der strahlenoptische Ansatz verwendet. Dieser Ansatz besagt, dass Lichtwellen durch die Gesetze aus der Geometrischen Optik beschrieben werden können. In dieser Arbeit wird untersucht ob der verwendete Ansatz auch auf die Beschreibung von Funkwellen anwendbar ist. Dieser Ansatz ermöglicht eine gute Darstellung desWellenspektrums aller einfallenden Wellen am Ort des Empfängers sowie die Darstellung der zurückgelegtenWege aller Teilwellen. Es erfolgte eine Kombination des strahlenoptischen Ansatzes mit der Uniform Theory of Diffraction (UTD), um auch Beugungen an Hindernissen untersuchen zu können. Das Simulationsmodell wurde auf ein Real Time Location System (RTLS) angepasst, welches eine Lokalisierung von Personen oder Objekten im Innenbereich von Gebäuden mit einer Präzision von 10 cm ermöglicht. Dies geschieht mittels der Messung von Laufzeitunterschieden ausgesendeter Wellen im Ultra-Breitband (UWB) Bereich. In dieser Arbeit wurde ein Vergleich der Ergebnisse der Simulation mit denen aus einer Messung mit dem Real-Time-Location-System angestellt.