Wechselwirkung von Wasser und Sauerstoff mit unpolaren m-plane Galliumnitrid-(1-100)-Oberflächen. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2015
Durch die Verwendung von Galliumnitrid mit einer unpolaren m-plane Oberfläche kann die Effizienz von Bauelementen in der Sensor- und LED-Technik im Vergleich zu denen mit c-plane Oberflächen gesteigert werden. Zusätzlich eröffnen sie die Möglichkeit, an Galliumnitridnanodrähten photokatalytisch Wasser in seine Bestandteile zu spalten. Da für diese Anwendungen die Wechselwirkung der Oberfläche mit Sauerstoff und Wasser von großer Bedeutung ist, ebenjene Interaktion untersucht. Weil eine Passivierung der Oberfläche für technische Prozesse ebenfalls von großem Interesse ist, wurde auch die Adsorption von Wasserstoff an der Oberfläche betrachtet. Dabei wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie ca. 80 nm dicke Schichten auf einen GaN-Substrat mit einer (1-100)-Oberfläche aufgewachsen. Es erfolgte eine Bestimmung der Bandverbiegung, der Austrittsarbei und eine Untersuchung der Valenzbandstruktur. Anschließend wurde Wasser beziehungsweise Sauerstoff an der Oberfläche unter verschiedenem Druck angeboten. Beim Adsorptionsprozesse unter geringem Druck konnte die Änderung der Valenzbandstruktur mittels UPS über die Zeit untersucht werden, wobei die Entstehung ausgeprägter, neuer Strukturen beobachtet werden konnte. Es ergab sich nach dem Angebot von Sauerstoff eine kleinere Aufwärtsbandverbiegung und die Ausbildung eines positiven Oberflächendipolpotentials. Für die Interaktion unter größerem Druck änderte sich die Bandverbiegung weniger. Der Oberflächendipol besaß dennoch die gleiche Energie. Somit wird bei der Adsorption von Sauerstoff an diese unpolare Oberflächen von GaN die Elektronenverarmungsschicht der Oberfläche druckabhängig abgebaut. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Sauerstoffmoleküle nur an die Stickstoffmoleküle der Oberfläche anbinden und dabei der Oberflächenzustand abgesättigt wird. Für die Wechselwirkung mit Wasser konnte ein ähnliches Ergebnis ermittelt werden. Die Wassermoleküle binden unter Absättigung des Oberflächenzustands an die Oberfläche und bauen die Elektronenveramungsschicht durch eine Änderung der Bandverbiegung ab. Dies bedeutet ein Abflachen der Bänder bis hin zum Flachbandfall. Durch eine Adsorption von Wasserstoff an die frisch präparierte Oberfläche konnte abschließend eine metastabile Passivierung der Oberfläche gegenüber Sauerstoff und Wasser erzielt werden.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856457493rataj.txt
Photoelektronenspektroskopische Untersuchung von TaF5 und NbF5 in [BMP]TFSA und [PMIm]TFSA. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2015
Refraktärmetalle wie Tantal und Niob sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, wie z.B. ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen, ihrem hohen Schmelzpunkt und ihrer guten Leitfähigkeit, für viele technische Anwendungen ausgesprochen interessant. Eine vielversprechende Möglichkeit sie darzustellen ist die elektrochemische Abscheidungen aus Salzschmelzen, insbesondere aus ionischen Flüssigkeiten, d.h. Salzen, die z.T. bereits bei Raumtemperatur flüssig sind. Um die Vorgänge bei diesen Abscheidungen genauer verstehen zu können, wurden in dieser Bachelorarbeit die in den ionischen Flüssigkeiten [BMP]TFSA und [PMIm]TFSA gelösten Salze Tantal - und Niobfluorid mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse zur chemischen und elektrischen Umgebung der einzelnen Elemente wurden, auch im Hinblick auf einen Vergleich der verwendeten Spektrometer, mit Ergebnissen vorheriger Untersuchungen verglichen. Darüber hinaus wurden sie graphisch ausgewertet und diskutiert, um z.B. mögliche Unterschiede zwischen den verwendeten Flüssigkeiten sowie Tantal und Niob herauszuarbeiten.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847019977walle.txt
Interfacial rheology of protein monolayers. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2015
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden oberflächenrheologische Untersuchungen von Monolagen des bakteriellen Hydrophobins BslA an Hexadekan-Wasser-Grenzflächen durchgeführt. In einem engen Frequenzbereich werden für eine BslA-Mutation und das strukturell wie funktionell verwandte Protein YweA die komplexen Oberflächen-E-Module bestimmt. Einflüsse von mono- und dimerisch vorliegenden Proteinen werden untersucht. Da außergewöhnliche und stark nicht-lineare Effekte in den Proteinfilmen beobachtet werden, wird ein Bildanalyseinstrument zu deren Einteilung in Tensidartige und starre Proteine sowie Faltenbildner entwickelt. Bei der Filmbildung unter erzwungener Bewegung werden große Unterschiede zwischen den Faltenbildnern und den starren Proteinen beobachtet und ein Modell hierfür wird entworfen. Dabei wird der eine Filmbildungsmechanismus mit Keimbildung und starken intermolekularen Wechselwirkungen erklärt, während der andere einem hauptsächlich oberflächenkatalysierten Mechanismus zugeschrieben wird. Weitere Möglichkeiten zur Untersuchung der Vorgänge in BslA-Proteinfilmen werden vorgeschlagen.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/846894785balda.txt
Eine numerische Studie zu dreidimensionalen optischen Mikrokavitäten. - 110 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In dieser Masterarbeit werden die Eigenschaften dreidimensionaler optischer Mikrokavitäten am Beispiel der Lima¸con-Kavität untersucht. Die Kavitäten werden dabei als dielektrische Zylinder lima¸con-förmigen Querschnitts mit unterschiedlichen Höhe-zu-Radius-Verhältnissen modelliert. Ziel dieser Arbeit ist es, dabei den Einfluss auf die Resonanzen, Gütefaktoren, Eigenmoden und Fernfeldprofile im Vergleich zum zweidimensionalen Lima¸con zu untersuchen. Die Berechnung der genannten Eigenschaften erfolgt durch numerisches Lösen der Maxwellschen Gleichungen im Zeitbereich. Zu diesem Zweck wird das frei verfügbare FDTD-Simulationssoftwarepaket MEEP benutzt. Als erstes Ergebnis kann man festhalten, dass gewisse Parallelen in der Struktur der zweidimensionalen (2D) und dreidimensionalen (3D) Eigenmoden existieren. Die Vergleichbarkeit hängt dabei vom Verhältnis der Kavitätenhöhe zur Wellenlänge ab. Diese Eigenschaft lässt sich mit Hilfe des Modells des effektiven Brechungsindex quantifizieren. Die Berechnung der Resonanzen für TM-polarisierte Wellen wird zeigen, dass für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse Resonanzen erst bei höheren Frequenzen beginnen im Vergleich zum 2D-Lima¸con. Hier kann wieder das Modell des effektiven Brechungsindex herangezogen werden. Zusätzlich werden Kavitäten mit metallischen Boden- und Deckflächen (Sandwich-Lima¸con) betrachtet. Dort gleicht das Verhalten der TM-polarisierten Resonanzen für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse denen im 2D-Lima¸con. Im Fall des 3D-Lima¸con (ohne metallischen Boden und Deckel) sind die Gütefaktoren für alle betrachteten Höhe-zu-Radius-Verhältnisse gut vergleichbar mit denen des 2D-Lima¸con. Im Fall des Sandwich-Lima¸con ist das am besten für kleine Höhe-zu-Radius-Verhältnisse erfüllt. Die maximalen Gütefaktoren des Sandwich-Lima¸con sind eine Größenordnung höher als die des 3D-Lima¸con. Die Analyse der Fernfeldprofile wird zeigen, dass die vom 2D-Lima¸con bekannte gerichtete Abstrahlung in azimutaler Richtung (in der Querschnittsebene) ebenfalls existiert. Die Fernfeldprofile in polarer Richtung (senkrecht zur Querschnittsebene) lassen sich mit der Beugung am Spalt mit veränderter Spaltbreite beschreiben. Eine wichtige Eigenschaft ist die Abstrahlung schräg zur Resonatorebene. Diese wird für die Idee eines Partikeldetektors genutzt. Ein Scheibe-Lima¸con-Hybrid-System gibt einen Ausblick auf die Kombination von hohen Gütefaktoren und gerichteter Abstrahlung.
Excited state dynamics of novel light-activated organic polymers. - 41 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden neuartige organische Polymere in Hinblick auf zukünftige Anwendung in Polymersolarzellen untersucht. Die Polymere bestehen aus Phospha- und Arsaalkenen als Cyclopentadithiophen Derivate. Erste Dichtefunktional-Berechnungen deuten auf vielversprechende Eigenschaften der angeregten Zustände hin, die in dieser Arbeit genauer analysiert wurden. Die Lebenszeiten dieser angeregten Zustände sind von Bedeutung für effiziente Solarzellen. Um diese Lebenszeiten im Bereich von Femto- bis Nanosekunden zu untersuchen, wurde Transiente-Absorption-Spektroskopie durchgeführt, die eine Pump-Probe-Spektroskopiemethode darstellt, in der ein Anregungs- von einem Abtastpuls auf der Zeitskala von Femtosekunden gefolgt wird. Der genaue Aufbau sowie detaillierte Beschreibungen der einzelnen Elemente wurden dargestellt. Die Proben wurden mit zwei verschiedenen Methoden untersucht: Abtaststrahl mit nur einer Wellenlänge und mit Weißlicht. Für jede Methode wurde ein Programm geschrieben, mit dem die jeweiligen Lebenszeiten ermittelt werden konnten. Diese Fit-Routine wurde wesentlich erweitert, um realitätsnähere Ergebnisse zu erhalten. In diesem Rahmen wurden verschiedenste Modelle für den Zerfallsprozess generiert und zusammen mit einer Faltung mit der Apparatefunktion in den Code integriert. Nach Aufnehmen der Daten wurden vergleichbare Datensätze gemittelt und Korrekturen für die örtliche Verschiebung verschiedener Frequenzkomponenten (chirp) sowie für konstante Abweichungen durchgeführt. Während der Fit-Prozedur wurde eine erste Schätzung der Lebenszeiten durch Singulärwertzerlegung berechnet. Mit dem neu entwickelten und erweiterten Algorithmus wurden diese Lebenszeiten durch Minimierung der Fehlerquadrate optimiert und so die passenden Zerfallsmodelle ermittelt. Die resultierenden Zerfallsverläufe für jede der drei Proben waren aus mindestens vier bis sechs Lebenszeiten zusammengesetzt, die mit physikalischen Vorgängen wie Schwingungsrelaxation, Fluoreszenz, Intersystem Crossing oder Fluoreszenz verknüpft wurden. Die Lebenszeiten der verschiedenen Proben wurden verglichen und Ähnlichkeiten sowie Unterschiede wurden diskutiert. Langlebige Zustände mit 4 ns bis mehr als 30 ns wurden gefunden, die für eine zukünftige Verwendung dieser Polymere in Solarzellen sprechen könnten.
Optimierung der Auslagerungsmöglichkeiten von OP-Tischen in der medizinischen Diagnostik. - 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
OP-Tische benötigen in der medizinischen Diagnostik einen hohen Durchleuchtungsbereich (hohe Auslagerungslänge) für physikalische bildgebende Methoden. Für zukünftige Anwendungen in der Medizintechnik ist dieser jedoch zu gering. In dieser Bachelorarbeit werden verschiedene Möglichkeiten untersucht, wie eine optimale Auslagerungslänge erreicht werden kann. Durch Analyse der Auslagerungslänge von OP-Tischen, mittels theoretischer Betrachtungen, wird zunächst eine Informationsbasis geschaffen. Außerdem ergibt sich, dass keinerlei Lösungen zur Forschungsthematik existierten. Wichtige im Kraftfluss liegende Baugruppen werden auf ihre Festigkeit in Hinsicht einer erhöhten Auslagerungslänge durch theoretische Berechnungen geprüft. Danach werden verschiedene Möglichkeiten zur Optimierung an einem Versuchsstand aufgebaut. Durch Messung verschiedener physikalischer Größen folgt die Analyse der neu entworfenen Baugruppen auf ihre Funktionalität in Bezug auf das Forschungsthema. Am Ende dieses Abschnitts folgt wird eine zu präferierende Lösung aus den vorangegangenen Ergebnissen abgeleitet. Zuletzt werden Formeln zur Berechnung der OP-Tisch-Koordinaten theoretisch hergeleitet und experimentell geprüft. Diese sind für die Regelungstechnik bei der "besten" Lösungsmöglichkeit nötig. Dazu gehört unter anderem die Prüfung aller intern vorgegebenen Eingangsgrößen auf ihre Genauigkeit. Die Fehleranalyse des angegebenen Berechnungsmodells enthält u.a. eine Berechnung der linearen Fehlerfortpflanzung.
Physikalische und technische Untersuchung des Tulpprozesses bei einer Höhenverstellungswelle einer Sitzstruktur. - 133 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Jeden Tag passieren eine Vielzahl von Autounfällen, bei denen Menschen in lebensgefährliche Situationen geraten. Der einzige Schutz, den die Passagiere dabei haben, geht von ihrem Fahrzeug aus. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass alle Teile des Fahrzeugs aufeinander abgestimmt sind und die beim Aufprall wirkenden Kräfte von den Strukturteilen des Fahrzeugs statt vom Insassen aufgenommen werden. Eine sehr wichtige Sicherheitskomponente stellt dabei der Fahrzeugsitz dar. Durch seine optimale Anpassung an den Körper kann der Sitz auftretende Kräfte aufnehmen und den Passagier schützen. Eine wesentliche Komponente ist die Höhenverstellungswelle des Sitzes. Vor allem beim Seitenaufprall stellt die Welle den Überlebensraum des Insassen sicher. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Bachelorarbeit mit dem Strukturbauteil Höhenverstellungswelle. Bei der Herstellung von Höhenverstellungswellen eines Fahrzeugsitzes spielt die plastische Verformung von polykristallinen Metallen eine wichtige Rolle. Dabei werden zur Stabilisierung der Seitenteile des Sitzunterbaus sogenannte Tulpen benötigt. Um die Tulpen zu erzeugen, muss das Grundmaterial eine hohe Verformbarkeit aufweisen. Vor allem die chemische Zusammensetzung der handelsüblichen Stähle beeinflusst die Verformbarkeit sowie mechanische Eigenschaften der verwendeten Legierungen. Die plastische Verformung bei Raumtemperatur führt generell zu einer Steigerung der Festigkeit des Grundmaterials. Dieser Vorgang wird auch als Kaltverfestigung bezeichnet, wobei die Bildung von Versetzungen entscheidend ist. Eine Kaltverfestigung mit einem nachfolgenden geforderten Umformvorgang ist jedoch destruktiv. Es können Mikrorisse im Material entstehen, die bei starker Beanspruchung zu einem frühzeitigen Versagen des Bauteiles führen. Zur Vermeidung dieser Problematik wurde daher im Rahmen dieser Bachelorarbeit der Einfluss des Umformgrades bei Tulpen der Höhenverstellungswellen im Fahrzeugsitz genauer untersucht. Hierfür wurden verschiedene Werkstoffe sowie Tulpengeometrien variiert und deren Einfluss auf die Festigkeit geprüft. Als weitere Einflussgröße wurde die Umformgeschwindigkeit untersucht. Ein abschließender Überblick zeigt die Möglichkeit einer optimalen Kombination von Material, Umformgeschwindigkeit, Wellen- sowie Tulpengeometrie.
Strukturelle und elektronische Eigenschaften eines molekularen Elektronendonators auf einer Goldoberfläche. - 53 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Arbeit wurde das organische Molekül Dibenzotetrapehnylperiflanthene (kurz: DBP) mit einem Rastertunnelmikroskop auf seine strukturellen und elektronischen Eigenschaften auf einer Au(111)-Oberfläche untersucht. DBP bildet auf der Goldoberfläche abhängig vom Bedeckungsgrad zwei verschiedene Strukturen aus. Ebenfalls ist der Übergang zwischen beiden Strukturen zu erkennen, welcher bei einem Bedeckungsgrad von knapp unter einer vollständig geschlossenen Monolage auftritt. In der zweiten Struktur ist eine Modifikation der Herringbone-Rekonstruktion der Au(111)-Oberfläche zu beobachten. Zusätzlich wurden mittels Rastertunnelspektroskopie die Spektren und Karten des differentiellen Leitwerts des DBP-Moleküls für die ersten beiden besetzten und unbesetzten Zustände in beiden Strukturen aufgenommen.
Untersuchungen zur Charakterisierung von Metallspiegelsubstraten mit HfO2 und SiO2 Vergütungsschichten und Analysen zur Zerstörschwellenmessung für Ultrakurzpulslaser-Anwendungen. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Arbeit sollen metallische Werkstoffe mit Vergütungsschichten hinsichtlich der Oberflächencharakteristik und Laserfestigkeit untersucht werden.
Herstellung, Verbesserung und Charakterisierung von Perowskitsolarzellen auf Basis von Methylammonium-Bleijodid. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Das Ziel dieser Arbeit, die praktische Technologie der MAPbI3-Perowskitsolarzellen am Forschungsstandort Ilmenau zu etablieren, konnte erfolgreich umgesetzt werden. Dies umfasste die lösemittelbasierte Präparation, die Charakterisierung und die Verbesserung von Perowskitsolarzellen. Hinsichtlich der Solarzellfunktionalität stand insbesondere die I-U-und EQE-Charakterisierung von Perowskitsolarzellen bei Betriebstemperaturen zwischen 30˚C bis 100˚C im Vordergrund. Die Variation der MAPbI3-Schichtdicke im "Einstufen"-Verfahren zeigte, dass die Qualität der Aktivschicht und folglich die Solarzellenfunktion stark von der Schichtdicke abhängen. Für dünne MAPbI3-Schichten konnte keine vollständige Benetzung erzielt werden. Dicke Absorptionsschichten waren zwar geschlossen, zeigten allerdings inselartige Oberflächenstrukturen. In beiden Fällen war die Solarzellfunktion stark eingeschränkt. Es konnte aber gezeigt werden, dass eine löcherblockierende Titandioxidschicht (TiO2) zwischen PC61BM und elektronenextrahierender Elektrode die Solarzellenfunktion um ca. 300% (von 0,3% auf 1,1% Wirkungsgrad) steigern kann. Durch Umsetzung des "Zweistufen"-Verfahrens konnte eine Verbesserung der Schichtqualität erreicht werden. Es wurde gezeigt, dass weder lückenhafte noch inselartige Oberflächenstrukturen auftreten. Durch Variation der TiO2- als auch der PC61BM-Schichtdicke konnte die Solarzellenfunktionalität weiter gesteigert werden. Durch die verbesserte Qualität der Absorptionsschicht sowie der Anpassung der TiO2- und PC61BM-Schichtdicke konnte der Wirkungsgrad von den anfänglich 1.1% auf 8% gesteigert werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Solarzellfunktion stark durch die Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Die gefertigten Solarzellen wiesen in Vorwärtsmessrichtung eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Insbesondere im Bereich der Phasentransformation wurde eine starke Verschlechterung von UOC und FF beobachtet. Es wurde aber auch festgestellt, dass die JSC in Vorwärtsmessrichtung bis zu einer Temperatur von 70˚C anstieg. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wiederum geringfügig. In Rückwärtsmessrichtung wurden UOC und FF durch Erhöhung der Solarzellentemperatur vergleichsweise wenig beeinflusst (< 10% der Messwerte bei Raumtemperatur). Lediglich die JSC zeigte eine auffällige Verringerung um 25% bezogen auf die Messergebnisse bei Raumtemperatur. Dies konnte auch mit den EQE-Spektren belegt werden. Ähnlich wie bei den I-U-Messungen in Vorwärtsmessrichtung stieg die berechnete JSC zunächst bis zu einer Temperatur von 65˚C. Bei weiterer Erwärmung reduzierte sich diese wieder geringfügig. Insgesamt zeigte jedoch die Temperaturerhöhung in Vorwärtsmessrichtung einen negativen Einfluss auf die Solarzelle. Bei 100˚C wurden in Vorwärtsmessrichtung lediglich 25% des Wirkungsgrades bei Raumtemperatur gemessen. In Rückwärtsmessrichtung wurde dieses Verhalten nicht beobachtet. Das kombinierte temperatur- und messrichtungsabhängige Hystereseverhalten konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden. Die Erhöhung der Solarzellentemperatur führte insbesondere in Vorwärtsmessrichtung zu einer Verstärkung der Hysterese. Die Ursachen für dieses charakteristische Verhalten sind zum Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden und bleiben auch zukünftig Gegenstand der Forschung.