Entwicklung eines verbesserten physikalischen Modells zur Beschreibung experimenteller Gasphasen-Elektrodepositionen. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Diese Abschlussarbeit verfolgt das Ziel die Transporteigenschaften der Gasphasen-Elektrodeposition zu untersuchen. Vorangegangene Modelle beschreiben bereits sehr gut den Prozess der Partikelgeneration und auch den Transport der Nanopartikel durch Gasfluss und elektrische Felder im Reaktor, konnten jedoch die die Domäne in der Nähe des Substrates nicht hinreichend beschreiben. Auf Grundlage eines allgemeinen Diffusionsansatzes, der sich aus der Elektrodynamik und der Brownschen Molekularbewegung zusammensetzt, wird ein numerisches Modell mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Dabei zeigt sich, dass sich mit steigendem Gasfluss die Potentiale nah zum Substrat so verschieben, dass die Nano-partikel eher den Feldlinien des elektrischen Feldes folgen und diese Bewegung so dominant wird, dass die Standarddiffusion abnimmt. Eine Variation der geometrischen Größen im Ver-suchsaufbau konnte diese mikroskopischen Zusammenhänge an das makroskopische Strö-mungsfeld des Trägergases koppeln. Mit steigender Strömungsgeschwindigkeit wurden so-wohl höhere Depositionsraten als auch eine dichtere Morphologie beobachtet. Verwirbelun-gen im Reaktor stören diesen Anstieg jedoch, sodass insbesondere bei kleineren Reaktoren nach dem Anstieg der Depositionsrate ein Abfall folgt. Die Aufbauten mit großen Abmes-sungen waren von diesem Problem weniger betroffen, sodass in diesen bei hohen Gasflüssen hohe Depositionsraten beobachtet wurden. Es ergibt sich ein anomales Diffusionsmodell, welches eher der Superdiffusion zugeordnet werden kann. Resultierende Schichten wachsen bei niedrigen Gasflüssen eher dendritisch, also eher nach dem Standarddiffusionsmodell, während bei hohen Gasflüssen Säulenwachstum (Superdiffusion) zu kompakteren Schichten führt. Es stellt sich somit heraus, dass die Morphologie von einem Verhältnis aus elektrischer Feldstärke und brownscher Bewegung geprägt ist und dieses Verhältnis abhängig vom Gas-fluss ist. Die entwickelte Theorie ist in der Lage, über die Experimente dieser Arbeit hinaus Einflüsse auf die Morphologie vorherzusagen.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In dieser Arbeit wird das Benetzungsverhalten des Kiefernkernholzextrakt, einem hochviskosen, antibakteriellen Medium, untersucht. Mit Eigenschaften zur Verhinderung der Keimbildung mehrerer multiresistenter Bakterien entsteht ein großes Anwendungsspektrum für das Extrakt. Vorteilhaft gegenüber Spänen der Kiefer ist es, auch beispielsweise Folien benetzen zu können. Im Rahmen der Arbeit wird die Viskosität des Mediums in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht und darauffolgend Kontaktwinkel- und Oberflächenspannungsuntersuchungen durchgeführt. Als Probekörper zur Benetzung werden hierfür verschiedene biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe wie beispielsweise Polylactide verwendet. Die Oberflächenspannungen der Probanden werden über die Kontaktwinkel mit destilliertem Wasser, Ethylenglycol, Dimethylsulfoxid und anschließender Auswertung über die OWRK-Methode berechnet. Mithilfe von mehreren Kiefernkernholzextrakt-Ethanol Mischungsverhältnissen, kann die reine Extraktoberflächenspannung bestimmt werden. Eine Auswertung von mehreren Reibversuchen, welche den mechanischen Abrieb feststellen, runden die Arbeit ab.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die Fertigung optischer Bauteile führt zu einer Veränderung der Oberfläche dieser Bauteile. In dieser Arbeit wird der Einfluss einer alkalischen Lösung auf die Oberfläche von optischen Substraten aus B270 Glas untersucht. Die Proben wurden von verschiedenen Zulieferern bezogen. Einige Proben wurden einem besonders aggressiven Reinigungsprozess ausgesetzt. Die Expositionszeit der Proben in der Lösung wurde systematisch variiert. Einige ausgewählte Proben wurden in einem Klimaschrank bewittert. Anschließend wurden die Proben mit Hilfe verschiedener Methoden auf Kratzer und Partikel analysiert (Lichtmikroskopie, Weißlichtinterferometrie, Rasterkraftmikroskopie). Zusätzlich wird die Rauigkeit der Oberflächen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Expositionszeit in der Lösung mehr Kratzer sichtbar wurden und die Rauigkeit anstieg. Der aggressive Reinigungsprozess unterliegt einer großen Variation und führt zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität.
Erprobung viskositätsbedingter Kohlenstofffaserschädigungen im Extrusions-und Spritzgießprozess. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Für die mechanischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe ist die Faserlänge von immenser Bedeutung. Es wurde zwar bereits der Einfluss einer großen Anzahl von Faktoren, wie z.B. Prozessparameter oder Schneckenabmessungen untersucht, jedoch blieb eine Betrachtung des Einflusses der Viskosität des Matrixmaterials bisher aus. Ziel dieser Arbeit war es, eben diesen Einfluss auf die resultierende Faserlänge von Kohlenstofffasern nach dem Extrudieren und dem Spritzgießen zu erforschen und in eine allgemeingültige Aussage zu überführen. Hierfür wurde zunächst das Granulat durch Compoundierung am gleichläufigen Doppelschneckenextruder hergestellt und später durch Spritzgießen weiterverarbeitet. Nach jedem Verarbeitungsschritt wurden Proben entnommen und die vorliegenden Faserlängen mittels Mikroskopbetrachtung nach einer Kalzinierung des Verbundes ermittelt. Diese Vorgehensweise wurde für zwei verschiedene Matrixwerkstoffe mit unterschiedlicher Viskosität durchgeführt, wobei pro Matrixwerkstoff Granulat und später Spritzgießteile mit einem Faservolumengehalt von 10%, 20% und 27% hergestellt wurden, um die Existenz eines möglichen Zusammenhangs von Viskosität und Fasergehalt zu überprüfen. Des Weiteren wurden die mittels Spritzgießen hergestellten Prüfkörper einem Zugversuch unterzogen, um deren mechanischen Eigenschaften zu prüfen und die gemessenen Faserlängen zu untermauern.
Vergleich des Werkstoffverhaltens von Kohlenstofffasern gegenüber Glasfasern in der Verarbeitung bei identischen Volumengehalten. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die Faserlänge in Faser-Verbund-Kunststoffen hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, Steifigkeit, Festigkeit und Schlagzähigkeit. Während die Herstellung solcher Compounds üblicherweise auf einem Doppelschneckenextruder erfolgt, ist die Verarbeitung im Innenmischer ein neues Konzept. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Vergleich des Werkstoffverhaltens von Kohlenstofffasern gegenüber Glasfasern bei der Verarbeitung in einem Miniatur-Innenmischer. Zuerst wurde eine umfassende Literaturrecherche gemacht, mit der ein Überblick über wichtige Grundlagen der Faser-Kunststoff-Verbunde, Faserschädigungsmechanismen, Innenmischer und der Einflussfaktoren auf die resultierende Faserlänge bei der Verarbeitung im Innenmischer erstellt wurde. Die Einflussfaktoren, die im Rahmen dieser Arbeit genauer untersucht wurden, sind die Anzahl der Rollungen und der Faserdurchmesser. Für die Versuche wurden Glasfasern mit zwei verschiedenen Durchmessern und Kohlefasern genutzt. Während den Versuchen wurde der Faservolumengehalt gleich gehalten.
Aufbau eines Messplatzes für die zeitaufgelöste Photolumineszenz zur in situ Charakterisierung von III-V-Heterostrukturen. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Messplatz für zeitaufgelöste Photolumineszenz-Messungen (engl. TRPL) mittels zeitkorreliertem Einzelphotonenzählen (TCSPC) erfolgreich aufgebaut. Dazu wurden wichtige Kennwerte wie die Instrumentenfunktion, der Spotdurchmesser und die Leistung des Lasers selbst vermessen und bewertet. Anschließend wurde der Messplatz erfolgreich an einer Probe unter Standardbedingungen getestet, sowie der Einfluss des Streulichtes auf die Messung untersucht. Nach erfolgreicher Demonstration des Messplatzes unter Standardbedingungen wurde gezeigt, dass in situ TRPL Messungen an Doppelheterostrukturen in einer elektrochemischen Zelle mit diesem Messplatz möglich sind und verwertbare Ergebnisse liefern. Dabei wurde der Einfluss des Elektrolyten, der Spannung und Beleuchtung auf die Lebensdauer bei maximaler Anregungsdichte untersucht. Die größte Erkenntnis aus den Experimenten war dabei die Tatsache, dass sich die Lebensdauern der Probe verringern, sofern der Betrag der angelegten Spannung erhöht wird. Dabei wurde auch festgestellt, dass es durch das Anlegen einer Spannung sowohl zu einer reversiblen, als auch einer permanenten Änderung der Lebensdauern kommt. Als Erklärung für die reversible Änderung der Lebensdauer wurde Ladungstrennung im Absorber der Doppelheterostruktur und Grenzflächenrekombination vorgeschlagen.
Influence of acoustic waves on Ag thin films deposited by magnetron sputtering on piezoelectric LiNbO3 substrates. - Ilmenau. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Die maßgeschneiderte Herstellung dünner Schichten ist ein großes Forschungsgebiet mit besonderem Interesse für fortgeschrittene funktionelle Anwendungen wie Sensoren, Photonik und Biooberflächen. Eine vielversprechende Methode zur Anpassung der makroskopischen und nanoskaligen Schichteigenschaften bei plasmagestützten Beschichtungsverfahren stellt die Aktivierung von piezoelektrischen Substraten durch stehende akustische Wellen (AW) während des Beschichtungsprozesses mithilfe von Sinusspannungen im unteren MHz-Bereich dar. Diese Arbeit befasst sich mit plasmaabgeschiedenen Silberdünnschichten auf piezoelektrische LiNbO3-Substrate unter dem Einfluss von AW unter Verwendung des Magnetronsputterns (MS) als Abscheidetechnik. In diesem Zusammenhang können verschiedene Einflussparameter, welche das Resonanzverhalten der Proben während der Schichtabscheidung beeinflussen, durch einen optimierten Beschichtungsprozess mit einer Abscheidung im schrägen Winkel (oblique angle deposition (OAD)) minimiert werden. Die Auswirkungen der AW-Unterstützung während des Beschichtungsprozesses werden anhand von makroskopischen Strukturierungen sowie optischen und morphologischen Veränderungen der Silberdünnschichten aufgezeigt.
Entwicklung einer Ökobilanz für Organoblechbauteile in Abhängigkeit des Fertigungsverfahrens. - Ilmenau. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In vielen Industriebereichen werden endlos faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe (Organobleche) als eine Alternative zu klassischen Konstruktionswerkstoffen verwendet. Sie besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften verbunden mit einer geringen Dichte und sind daher eine zentrale Schlüsseltechnologie für Leichtbauanwendungen. Neben der Nutzung von Organoblechen treten auch während der Herstellung verschiedene Umweltbelastungen auf. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Ökobilanz für Organoblechbauteile in Abhängigkeit des Fertigungsverfahrens. Die Ökobilanzierung im Rahmen der Arbeit erfolgt auf Grundlage der Normreihe DIN EN ISO 14040/44. Für die Erstellung der Ökobilanz werden die Energieverbrauchswerte, die notwendigen Stoffe für die Herstellung unterschiedlicher Matrix- und Fasermaterialien sowie die Energieverbrauchswerte verschiedener Herstellungsverfahren untersucht. Zudem werden Versuche an einer Thermoform- und einer Direktextrusionsanlage zur Ermittlung der erforderlichen Energie durchgeführt. Die ermittelten Energiewerte werden anhand einer Ökobilanzierungssoftware interpretiert. Danach erfolgt die Auswertung der Ergebnisse und ein Vergleich der unterschiedlichen Materialkombinationen und Herstellungsverfahren. Abschließend wird eine ökologische Empfehlung für die industrielle Herstellung von Organoblechen gegeben
Einfluss der Plasmadiffusionbehandlung auf das Eigenschaftsprofil von nichtrostenden austenitischen Stählen. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, austenitische Stähle hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz als alternative Materialien für Bipolarplatten in Brennstoffzellen zu untersuchen. Für die Randschichtbehandlung der RS-Stähle wurde in der vorliegenden Arbeit der austenitische Stahl 1.4404 aufgrund seiner guten Korrosionseigenschaften ausgewählt und mithilfe von plasmagestützen Diffusionsverfahren behandelt. Dabei stand der Einfluss der verschiedenen Prozessparameter auf die veränderten Werkstoffeigenschaften im Vordergrund. Die mikrostrukturellen Eigenschaften wurden mittels Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht und die Korrosionseigenschaften wurden mittels potentiodynamischer Polarisationsprüfung in säurehaltiger Umgebung getestet. Zudem wurde der Kontaktwiderstand vor und nach der Korrosion gemessen. Es wurden statistische Auswertungen durchgeführt, um signifikante Effekte zwischen der Mikrostruktur und den Prozessparametern und den Korrosionseigenschaften, sowie den elektrischen Kontakteigenschaften zu identifizieren. Dabei wurde ein Zusammenhang zwischen Mikrogefüge und gewählten Prozessparametern aufgezeigt. Die durch den Diffusionsprozess in die Oberfläche eingelagerte Fremdelemente wie Stickstoff bzw. Kohlenstoff führten zu Gitterverzerrungen, die zu einem Härteanstieg und einer Aufrauung der Oberfläche beitragen. In Korrosionstests zeigten sich plasmacarburierte Proben als korrosionsbeständiger als entsprechende plasmanitrierte Proben. Auch die Kontaktwiderstände ergaben bessere Eigenschaften für carburierte Stähle im Vergleich zu nitrierte, wohingegen die carburierten Stähle nach der Korrosion wesentlich schlechtere Kontaktwiderstände aufwiesen. Insbesondere scheint das Plasmanitrocarburieren als eine Kombination aus Plasmanitrieren und -carburieren vielversprechende Ergebnisse zu liefern. Darüber hinaus wurde auf experimenteller Basis ein Modell entwickelt, welches es erlaubt, die Dicke der S-Phase für ausgewählte austenitische Stähle vorherzusagen. Dies bietet das Potenzial, neben der tribologischen Optimierung auch den Einfluss der Parameter auf die Korrosionseigenschaften zu untersuchen.
Calculation of the defect energy of passivated Au thin films. - Ilmenau. - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Dünne Schichten sind ein wichtiger Bestandteil integrierter Schaltkreise, die aus der Mikro- und Nanotechnologie nicht mehr wegzudenken sind. Das Phänomen der Festkörperentnetzung kann schwerwiegende Ausfälle solcher Schaltungen verursachen. Diese Arbeit möchte erforschen, wie der Entnetzungsprozess abläuft und wie man ihn verhindern kann. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Analysemethoden basierend auf der Morphologie der Proben und deren optischen Eigenschaften verwendet, um die Aktivierungsenergie des Entnetzungsprozesses zu bestimmen. Um den Einfluss einer Passivierungsschicht auf den Entnetzungsprozess durch Analyse der Morphologie zu untersuchen, wurden dünne Schichten von 20 nm auf Si-Substraten abgeschieden und diese durch Abscheidung einer SiO2-Schicht von 20 nm darüber passiviert. Diese Proben wurden in festgelegten Intervallen auf drei verschiedene Temperaturen erhitzt. Die Analyse der Morphologie wurde durch Analyse von SEM-Bildern der zu unterschiedlichen Zeiten getemperten Proben durchgeführt. Das Ziel der zweiten in dieser Arbeit vorgeschlagenen Methode war es, die optischen Eigenschaften der Proben zu verwenden, um die Aktivierungsenergie der Proben zu berechnen. Es wurde die gleiche Stapelanordnung der Proben verwendet, mit dem einzigen Unterschied, dass die Schichten auf transparenten SiO2-Platten abgeschieden wurden. Um den Einfluss einer Passivierungsschicht auf die Kristallinität der Proben zu untersuchen, wurde eine XRD-Analyse der auf den amorphen SiO2-Platten abgeschiedenen Proben durchgeführt. Zusammenfassend wurde beobachtet, dass die für den Beginn der Festkörperentnetzung erforderliche Temperatur durch die Abscheidung einer Passivierungsschicht gestiegen ist. Des Weiteren wurde entdeckt, dass die Abscheidung einer Schicht auf dem dünnen Film zu einer vorzeitigen Entnetzung des Films führen kann.