Degree theses

Asphaltene sind ein Bestandteil von Erdöl, welcher durch die Löslichkeit in Toluen und die Unlöslichkeit in n-Alkanen definiert ist. Diese Definition umfasst eine Vielzahl molekularer Strukturen, so dass es sich um keine homogene Stoffklasse handelt. Die restlichen, in Erdöl enthaltenen, Moleküle werden unter dem Begriff Maltene zusammengefasst. Die Komplexität der Asphaltene und ihrer Umgebung in Erdöl erschwert die Untersuchung ihrer Eigenschaften, sodass oftmals eine Vereinfachung des Systems angestrebt wird. In dieser Arbeit wird die Eignung verschiedener Moleküle als Asphaltenmodellmoleküle, sowie die Asphalten-Malten Wechselwirkung untersucht. Zur Identifizierung geeigneter Modellmoleküle werden die Infrarotspektren verschiedener Moleküle ab initio mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) berechnet und mit bekannten Spektren von Asphaltenen verglichen. Die größtenteils auf Perylen und Coronen basierenden Modellmoleküle werden mit bekannten Modellmolekülen und einer vorgeschlagenen Molekülstruktur eines Asphaltens verglichen. Es zeigt sich, dass bereits das IR-Spektrum relativ einfacher Moleküle, bestehend aus einem überwiegend aromatischen Ringsystem mit einigen Seitenketten, eine qualitative Übereinstimmung mit den IR-Spektren der Asphaltene aufweist. Die Wechselwirkung der Asphaltene mit Maltenen wird mit der Kernresonanzspektroskopie (NMR) untersucht. Hierfür werden die Relaxationszeiten und Diffusionskoeffizienten verschiedener Tracermoleküle in einem Lösungsmittel in Ab- und Anwesenheit zweier verschiedener Asphaltene gemessen und miteinander verglichen. Um den Einfluss der Aromatizität und Größe eines Moleküls auf die Wechselwirkung zu untersuchen, wurden verschiedene aromatische und aliphatische Ringsysteme, sowie eine Reihe von n-Alkylbenzenen als Tracermoleküle verwendet. Hierbei wird im Vergleich zu den restlichen n-Alkylbenzenen eine schwächere Wechselwirkung der Asphaltene mit Ethyl- und Propylbenzen beobachtet. Im Allgemeinen führt die Anwesenheit der Asphaltene zur schnelleren Relaxation der Tracermoleküle, welche oftmals eine multiexponentielle Beschreibung erfordert. Es ist jedoch keine ausgeprägte Abhängigkeit der Stärke der Wechselwirkungen von der Aromatizität und Größe des Moleküls zu beobachten.

Die Automobilindustrie strebt danach, den Fahrgastinnenraum durch Beleuchtung unterschiedlicher Elemente wie Schalter, Flächen und Konturen so individuell und ansprechend wie möglich zu gestalten. Diese Beleuchtungen werden aus fertigungs- und kostentechnischen Gründen aus Kunststoffen hergestellt werden. Um eine Kontur gleichmäßig beleuchten zu können, wird neben einer Punktlichtquelle eine Kombination aus zwei Kunststoffbauteilen, dem Lichtwellenleiter und der Streuscheibe benötigt. Während der Lichtwellenleiter aus einem glasklaren, transparenten Material mit hoher Lichttransmission (Plexiglas, 99% Transmission) gefertigt wird, wird für die Streuscheibe ein diffuses, lichtstreuendes Material verwendet (Polycarbonat mit Streupartikeln angereichert, opak milchig, mindestens 66% Transmission). Diese beiden Materialien stehen im Zusammenbau in direktem Oberflächenkontakt und erzeugen ein ungewolltes Quietschgeräusch, das auf den Stick-Slip Effekt zurückzuführen ist. Dieser entsteht, wenn sich kontaktierende Oberflächen gegeneinander bewegt werden und die Haftreibung der beiden Materialien viel größer ist als die Gleitreibung. Der Effekt kann durch eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften bzw. der beiden Materialien gesteuert werden. Damit diese Veränderungen auch im vorliegenden Fall der Beleuchtungsteile Verwendung finden können, werden die gefundenen Lösungen mittels Leuchtdichteprüfung (Berechnung der relativen Leuchtdichte über eine Aufnahme mittels Leuchtdichtekamera), Transmissionsmessung (Aufnahme von Farbkoordinaten und relativer Transmission mittels Ulbrichtkugel und Spektrometer) und Stick-Slip Test (Prüfstand nach VDA Norm 230 206) untersucht. Da der Einsatz von herkömmlichen Schmiermitteln Beleuchtungsfehler hervorruft, werden verschiedene Stick-Slip hemmende Materialien, sowohl über Additiv Zugabe im Rohmaterial als auch vom Hersteller fertige Anti Stick-Slip Kunststoffe getestet. Sowohl bei Vermessung der zunächst hergestellten Musterplatten als auch in realer Anwendung bei einem Serienbauteil kann keines der Materialien überzeugen. Zwar werden die lichttechnischen Eigenschaften kaum beeinflusst, der Stick-Slip ist aber auch nicht unterbunden und es treten weiterhin Quietschgeräusche auf. Für künftige Beleuchtungsprojekte ergibt sich damit eine weitere Forschung nach optimalen Materialien und Lösungsmethoden wie Oberflächenrauheiten.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem künstlichen Biofouling von Trennmembranen zur Meerwasserentsalzung. NMR-Untersuchungen sollen helfen eine bessere Sichtweise über das Verhalten von gefoulten Systemen zu gewinnen. Die Anwesenheit, bzw. die Menge oder die Eigenschaft des Foulinggels soll über die NMR-Relaxationszeiten T1 und T2 bestimmt werden. Im Vorfeld geschehene Untersuchungen haben darauf hingedeutet, dass die Änderungen der Relaxationszeiten gering ausfallen, weshalb paramagnetisches Mangan als Kontrastmittel zum Einsatz kommt, um die Unterschiede zu vergrößern. Es hat sich eine optimale Konzentration von cMnCl2 = 100 [my]M ergeben. Neben chemisch theoretischen Exkursionen über das Alginatgel decken auch T1-T2-Korrelationskarten grundlegende Merkmale des Foulinggels auf. Des Weiteren wird eine künstlich gefoulte Membran einer Langzeitmessung mit der NMR-MOUSE unterzogen. Bei abnehmender Wasserkonzentration des Foulinggels durch Verdunstung an Luft werden sowohl zeit- als auch tiefenabhängige Profile aufgenommen. Bei dieser Magnetfeldstärke (0,27 T) ist die longitudinale Relaxationszeit eine zuverlässige Messgröße zur Charakterisierung der Gele. Im Gegensatz dazu, bietet T2 eine geringere Sensitiviät. FFC-Messungen verraten Einiges über die Molekulardynamik der Gele, wie auch die der Gel/Membran-Kombinationen. Die zur Auswahl stehenden Modellvorstellungen werden an gemessene Daten angepasst, um diese zu validieren, bzw. festzustellen, ob die charakteristischen Relaxationsmerkmale erfüllt sind. Beispielsweise lässt sich aus den Dispersionskurven der Gele erschließen, dass die Relaxation ähnlich wie in porösen Medien mit festen paramagnetischen Zentren abläuft. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die NMR-Relaxometrie zusätzliche Informationen zu den Spektroskopieergebnissen liefert und damit einen entscheidenden Beitrag zum Gesamtbild des Foulingzustandes darstellt.

Um die Effizienz von Solarzellen zu steigern werden Materialien anhand von Materialparametern optimiert. Einer dieser Parameter ist die Lebensdauer von angeregten Ladungsträgern, welche unter anderem mit der zeitaufgelösten Photolumineszenz erfasst wird. Das Ziel der Bachelorarbeit ist es, ein Streak-Kamera-System in Betrieb zu nehmen und erste Messungen von zeitaufgelöster Photoluminesz durchzuführen. Durch Vergleich von Referenzmessungen mit einem anderen Messsystem (Zeitkorreliertes Einzelphotonenzählen) wird ermittelt, ob diese benutzt werden können um den Einfluss von lateraler Diffusion auf den Messprozess abschätzen zu können. Dafür wurden zwei GaAs-Proben, je p- und n-dotiert, mit beiden Systemen vermessen und aus den Ergebnissen die effektive Lebensdauer der Proben ermittelt. Die Ergebnisse zeigen zunächst einen Unterschied der effektiven Lebensdauer zwischen den beiden Messsystemen. Diese Differenz konnte in erster Näherung durch eine Abschätzung des Diffusionseinflusses bei beiden Messsystemen erklärt werden. Zunächst zeigen die Ergebnisse, dass die Messungen von zeitaufgelöster Photolumineszenz mit dem Streak-Kamera-System qualitativ gute Ergebnisse liefern. Außerdem lässt sich der Einfluss von lateraler Diffusion näherungsweise durch Referenzmessungen mit einem weiteren Messsystem abschätzen.

In dieser Bachelorarbeit werden Systeme aus Polyvinylalkohol (PVA) und ionischen Flüssigkeiten (IL) bezüglich struktureller und thermischer Aspekte untersucht und miteinander verglichen. Das strukturgebende Polymer kann durch die Zugabe von nichtflüchtigen ILs, deren charakteristische Eigenschaften neben der hohen elektrischen Leitfähigkeit und elektrochemischen sowie thermischen Stabilität auch ihre geringe Entflammbartkeit einschließen, so funktionalisiert werden, dass ein Einsatz als Elektrolyt in Batterien oder Superkondensatoren, aber auch als Redoxmediator in Farbstoffsolarzellen möglich ist. Je nach Mischungsverhältnis bilden die Proben feste Filme oder Gele und geben so Aufschluss über den Einfluss der als Weichmacher agierenden ILs auf die stark vernetzten Polymermatrix. Mit 1-Butyl- und 1-Hexyl-3-methylimidazolium Bromid (BmimBr bzw. HmimBr) wurden zwei ILs gewählt, deren Struktur sich lediglich in der Länge des jeweiligen Alkylrestes unterscheidet. Die Einflüsse von Kettenlänge und Mischungsverhältnis IL:PVA auf die Dynamik der Moleküle können durch die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit aufgezeigt werden. Mit der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) werden Informationen zu Eigenschaften wie Schmelztemperatur und thermischer Zersetzung gewonnen, welche mit steigendem IL Anteil weiter voneinander entfernt sind und so mehr Spielraum für Verarbeitung und Einsatz im flüssigen Zustand gewährleisten. Außerdem erlaubt die Bestimmung der Schmelzenthalpie eine Abschätzung der relativen Kristallinität der Proben, welche mit Ergebnissen aus der Röntgendiffraktometrie (XRD) verglichen wird. Die Kernspinresonanzspektroskopie trägt schließlich über die bestimmten Relaxationszeiten T1 und T2, welche die Spin-Gitter- und Spin-Spin-Relaxation charakterisieren, sowie der bei einer magnetischen Feldstärke von 7 Tesla aufgenommenen Spektren entscheidend zum entstehenden Gesamtbild des Systems bei.