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Ansprechpartner

Prof. Dr. Siegfried Stapf

Fachgebietsleiter

Telefon 03677 69-3671

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INHALTE

Themen für Bachelor- und Masterarbeiten

Hinweis: Stand September 2019 – Themen können sich kurzfristig ändern. Alle Themen sind prinzipiell als Masterabeit geeignet, sowie auch als Bachelorarbeit, sofern dies angegeben ist. Für Rückfragen wenden Sie sich bitte per Email oder telefonisch an:

Siegfried Stapf, Tel. 3671 – Carlos Mattea, Tel. 3787

Themen

(Bachelor/Master) Deuterierte Flüssigkeiten als Tracer für Oberflächen und Schwebstoffe

Wie können deuterierte Flüssigkeiten optimal zur Sondierung der Oberflächen von porösen Medien und Schwebstoffen eingesetzt werden? Welche Messverfahren sind empfindlich genug?

Aufgrund ihrer besonderen Art der Wechselwirkung (quadrupolar statt dipolar) stellen deuterierte Flüssigkeiten ideale Sensoren für die Identifikation von Oberflächenwechselwirkungen dar, so z.B. in porösen Membranen, Gläsern, Gesteinen, aber auch in Suspensionen mit Asphaltenen oder organischen Mizellen. Ihr Einsatz ist beschränkt durch die geringe Empfindlichkeit, wurde aber im Fachgebiet inzwischen implementiert.

Schwerpunkt: Probenpräparation, Experiment; Dokumentation; ggf. Theorie

 

(Bachelor/Master) Signalverstärkung mit Radikalen in porösen Medien

Welche Verstärkungsgrade können oberflächenstabilisierte Radikalen an adsorbierten Flüssigkeiten erzielen? Welches sind die dominierenden Mechanismen? Können mit diesem Verfahren Flüssigkeitsmischungen analysiert werden?

Stabile Radikale auf Oberflächen stellen eine einzigartige Möglichkeit dar, das NMR-Signal der Flüssigkeiten in strukturierten Medien um Größenordnungen zu erhöhen und die Moleküldynamik von Flüssigkeiten auf Skalen von 1 nm nahe der Oberfläche zu verstehen. Stabile Systeme an Silica+Radikalen werden im Arbeitskreis hergestellt; diese sollen nun auf Flüssigkeiten und Flüssigkeitsgemische angewandt werden, d.h. die Relaxationszeiten von 1H, 2H, 13C, 19F-Kernen sollen in Abhängigkeit der Parameter Polarität, Temperatur, pH-Wert bestimmt werden.

Schwerpunkt: Experiment, Probenpräparation; Dokumentation; Literaturarbeit

 

(Bachelor/Master) Salzablagerungen in Böden

Wie versalzen Böden? Wie kann der interne Salzgehalt mit einfachen Mitteln durch NMR bestimmt werden, und wie hängt er vom pH-Wert ab?

Herstellung von Bodenproben mit unterschiedlichem Salzgehalt, Abhängigkeit von Korngrößenverteilung, pH und Temperatur – Messung der Wasser- und Salzkomponente

Schwerpunkt: Probenherstellung, Experiment; Literaturarbeit

 

(Bachelor/Master) NMR-Studien an Modell-Marsböden

Kann ein mobiler NMR-Sensor auf dem Mars die Diffusion von Wasser messen? Welcher Zusammenhang besteht für tief eutektische Salzgemische?

Es handelt sich um die Fortsetzung zweier Bachelorarbeiten, in denen Eisen-, Salz- und Wasserkonzentrationen variiert wurden. In diesem Projekt geht es nun darum, flüssiges Wasser unter realistischen Bedingungen der Marsoberfläche (gesättigte Chlorat-Lösungen, T=200 K und darüber) zu messen – Relaxation und Diffusion.

Schwerpunkt: Probenherstellung, Experiment; Dokumentation

 

(Bachelor/Master) NMR-Studien zur Wasserphase in Salzkristallen und Salzgemischen

Wie sind die Relaxationszeiten von Kristallwasser in Salzhydraten? Können diese mit vorhandener Hardware sicher bestimmt und quantifiziert werden?

Als Teilaspekt des obigen „Mars-Projektes“ geht es darum, die üblicherweise in der Messung vernachlässigte Komponenten des „Kristallwassers“ gezielt zu messen. Feste Salze treten üblicherweise als Hydrat mit verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen auf (auch Mischungen sind möglich); daneben kann freies Wasser oder Wasser-Eis existieren. Die Relaxationszeit des Wasser-Hydrats ist kurz, aber mit den vorhandenen Apparaturen messbar. Geplant ist eine Quantifizierung und ein Abgleich mit bekannten Phasendiagrammen für NaCl sowie Perchlorate.

Schwerpunkt: Probenherstellung, Experiment; Dokumentation

 

(Bachelor/Master) NMR-Multipulsverfahren für Polymere und geordnete Systeme

Wie kann das mittlere Verschiebungsquadrat von Molekülen anhand neuartiger Echo-Verfahren ermittelt werden? Welche Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für biologische Proben und poröse Medien?

Für die Dynamik in Polymerschmelzen wurde ein robustes Multiecho-Verfahren entwickelt, welches das mittlere Verschiebungsquadrat für anomale Diffusion (subdiffusive Prozesse) in einem Zeitbereich ermittelt, der mit anderen Verfahren nicht zugänglich ist. Die Methode soll nun auf neue Polymere, Biomakromoleküle und Flüssigkeiten in porösen Medien angewandt werden. Das Gerät gestattet die Temperierung bis etwa 470 K.

Schwerpunkt: Experiment, Datenanalyse, Theorie

 

(Master) Konstruktion und Einsatz einer Druckzelle zur definierten Deformation von Gewebe- und Elastomerproben

Wie muss eine nichtmagnetische Druckzelle aussehen, die Proben deformiert und zugleich den Druck mißt?

Design, Dimensionierung und Bau einer Druckzelle für weiche Proben (Knorpel, Sehnen, Gummi) aus nichtmetallischem Material, geeignet zum Einbau in Niederfeld-Magneten, incl. Messung der Kraft und Deformation, Testmessungen

Schwerpunkte: Konstruktion, Literaturarbeit

 

(Master) Rheologie an Polymerschmelzen im Magnetfeld

Kann mechanische Belastung die Moleküldynamik messbar beeinflussen?

Nutzung einer vorhandenen Apparatur zur systematischen Analyse der Veränderung der NMR-Relaxationseigenschaften von gescherten Polymerschmelzen und ggf. anderen komplexen Fluiden mit spektraler Auflösung

Schwerpunkte: Probenpräparation, Messung; Dokumentation und Optimierung der Messparameter; Datenanalyse und Literatur

 

(Master) Rheometer am Niederfeld-Sensor NMR-MOUSE

Wie kann ein oszillierendes Rheometer für die NMR-MOUSE konstruiert und getestet werden?

An einer NMR-MOUSE wird gegenwärtig eine existierende Rheologie-Zelle (kontinuierliche Rotation) optimiert. Für die vorhandene Geometrie besser geeignet wäre aber eine oszillierende Zelle (SAOS, Small Amplitude Oscillatory Shear), die der Magnetfeldgeometrie genau angepasst ist. Hierfür wurden in 2019 weltweit zwei vergleichbare Systeme konstruiert. Das Gerät soll konstruiert und anhand von bekannten Testproben verifiziert werden.

Schwerpunkte: Design und Bau; Messung, Dokumentation und Optimierung der Messparameter; Interaktion mit anderen Arbeitsgruppen

 

(Master) Konstruktion einer miniaturisierten Temperierungszelle für die NMR-MOUSE

Wie kann die Temperatur eines dünnen Objektes isoliert von der Umwelt geregelt werden?

Ein Objekt mit ca. 2 mm Dicke ist in einem Abstand von ca. 2 mm vom Permanentmagneten zu temperieren, wobei die Magnettemperatur konstant bleiben muss: Verwendung mikrofluidischer Elemente mit Heiz- und Kühlkreislauf oder/und Peltierelemente, Aufbau einer Regelung mit Messsonden im Vor- und Rücklauf

Schwerpunkte: Konstruktion, Regelung, Elektronik

 

(Master) Aufbau von Routine-Messverfahren an einem Halbach-Magneten

Wie können existierende NMR-Messmethoden an einem begrenzt homogenen und feldveränderlichem Ringmagneten effektiv umgesetzt werden?

Einsatz einer bestehenden Mess- und Optimierungssoftware an einem Halbach-Ringmagneten zur Erweiterung auf manuell oder motorisiert verstellbare Feldstärke durch Rotation; Homogenisierung des Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Feldstärke, Optimierung von Mess- und Steuerroutinen

Schwerpunkte: Programmieren, Experiment, automatisierte Datenauswertung