Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
In dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur Trennung der Metalle aus Kunststoffmetallverbunden vorgestellt, dass durch Vergleichen der mechanischen, elektronischen und rheologischen Eigenschaften von PA6 GF15 und PPS GF40 vor und nach der Wärmebehandlung den Grad der thermischen Degradation von Kunststoff definiert und damit den optimalen Temperaturbereich daraus zu ermitteln. Der Stand der Technik und der Mechanismus der verwandten. Theorie werden ausführlich diskutiert. Experimentelle Studien an Laborgeräten bestätigen die Machbarkeit und Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode. Auf dieser Basis wird auch die Möglichkeit zukünftiger Arbeiten diskutiert.
Untersuchung von Schädigungsmechanismen faserverstärkter Kunststoffe in Salzschmelzen. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, auftretende Schädigungsmechanismen von faserverstärkten Kunststoffen in Salzschmelzen zu untersuchen. Mit dem Hintergrund einer ressourcenschonenden, spanlosen Trennung von Kunststoffmetallverbunden durch eine Schwimm-Sink-Trennung werden zahlreiche Experimente durchgeführt und dokumentiert. Dabei wird eine Trennung von glasfaserverstärkten Polyamidmetallverbunden aus der Automobilindustrie in zwei einzeln untersuchten industriellen Salzen realisiert. Der Kunststoff und die Metallbestandteile lassen sich voneinander trennen und können somit dem Wertstoffkreislauf zurückführen werden. Bei der Untersuchung von im Spritzgussverfahren hergestellter Prüfkörper aus unbehandelten und in der Salzschmelze behandelten Polyamid 6-GF15 konnten keine erhebliche Veränderung der wichtigsten mechanischen Eigenschaften festgestellt werde.
Entwicklung eines variablen Angusssystems für Harzinjektionsverfahren. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Bei Harzinjektionsverfahren wie zum Beispiel dem Resin Transfer Moulding kommt es häufig zu Porenbildung innerhalb des Werkstücks. Eine der Hauptursachen für dieses Fehlerbild sind unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten bzw. ungleichmäßige Fließfronten innerhalb der Kavität. Damit diesen Ursachen entgegengewirkt werden kann, ist es Ziel dieser Arbeit ein variables Angusssystem zu entwickeln, mit dem es möglich ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fließfront lokal zu regeln. Um das Ziel zu erreichen, wird zunächst der Stand der Technik bezüglich Harzinjektionsverfahren und den dabei verwendeten Materialien dargelegt. Außerdem wird im Stand der Technik auf verschiedene Eigenschaften und Verhaltensweisen von Poren eingegangen. Anschließend erfolgt die Konzeptions- und Bewertungsphase, in der mit Hilfe des konstruktiven Entwicklungsprozesses vier Lösungsvarianten erarbeitet werden. Zu dieser Phase gehören unter anderem die Erarbeitung einer Anforderungsliste, eines graphischen Forderungsplans und einer Funktionsstruktur. Um eine der gefundenen vier Varianten auszuwählen, werden sie unter technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien analysiert und bewertet. Zusätzlich werden Richtlinien zur Positionierung von Angüssen und Steigern bei Harzinjektionswerkzeugen formuliert. Auf Grundlage der Konzeptions- und Bewertungsphase, sowie der formulierten Richtlinien wird anschließend die ausgewählte Lösungsvariante konstruktiv ausgelegt und gestaltet. Während dieser Gestaltungsphase wird ein konkretisiertes technisches Prinzip, eine Produktstruktur sowie die Auslegung der einzelnen Bauteile, Baugruppen und Schnittstellen vorgenommen. Daraufhin werden die benötigten Einzelteile hergestellt bzw. gekauft, um das entwickelte Angusssystem herzustellen und zu testen. Zuletzt wird eine Analyse des Systems vorgenommen und Verbesserungsvorschläge formuliert. Durch die Analyse des Systems und der Ergebnisse aus den Versuchen wird ersichtlich, dass die erarbeitete Konstruktion die gestellten Anforderungen erfüllt, wenn mehr als ein Anguss verwendet wird. Bei der Verwendung von nur einem Anguss wirkt das Kontinuitätsgesetz und es erhöht sich lediglich die Geschwindigkeit am kleineren Querschnitt, jedoch ergibt sich kein gedrosselter Volumenstrom. Wird mehr als ein Anguss verwendet ist eine Drosselung des Volumenstroms erkennbar.
Untersuchung eines laserlithographischen Mikrostrukturierungsprozesses für die Mix-and-Match Lithographie. - Ilmenau. - 43 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, einen laserlithographischen Mikrostrukturierungsprozess zu untersuchen, der eine zukünftige Mix-and-Match Technologie mit der Feldemissions-Rastersondenlithographie ermöglichen soll. Genauer wird dabei die Auflösung der Laserlithographie in einem speziell für die Mix-and-Match Technologie verwendeten Resist betrachtet. Auf Basis der Funktionsweise der Strukturierung durch Laserdirektbelichtung und den Grundlagen der lithographischen Auflösung, können die auflösungsbestimmenden Einflussfaktoren identifiziert werden. Unter Kenntnis der Parameter werden bereits etablierte Methoden genutzt und angepasst, um vielversprechende Prozesseinstellungen zu identifizieren. Dabei findet eine Erzeugung von Linien zur Bestimmung der Auflösung statt. Eine anschließende Untersuchung der erzeugten Strukturen gibt Aufschluss, inwieweit die ermittelten Parameterwerte dafür nutzbar sind, Strukturen der kritischen Abmessungen herzustellen. Die Analyse der Probe zeigt, dass die gewählten Einstellungen zu Ergebnissen führen, die für lithographische Folgeprozesse einen Optimierungsbedarf aufweisen.
Prozessoptimierung zur Direktextrusion von endlos faserverstärkten Thermoplasten. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Faser-Kunststoff-Verbunde haben sich in vielen Industriebereichen als Standardwerkstoffe etabliert. Dabei bilden sie aufgrund guter gewichtsspezifischer mechanischer Eigenschaften, eine ernstzunehmende Alternative zu klassischen Werkstoffen wie Metallen. Obwohl Faserverbunde mit duroplastischer Matrix lange Zeit den größten Marktanteil hatten, gewinnen Thermoplastverbunde immer mehr an Bedeutung. Diese können erwärmt und mittels Tiefziehverfahren umgeformt werden, was die Herstellung komplexer Bauteile ermöglicht. Die vorliegende Bachelorarbeit setzt sich mit der Prozessoptimierung zur Direktextrusion auseinander. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung vollständig imprägnierter, endlos faserverstärkter Thermoplasthalbzeuge (Organobleche). Im Rahmen der Arbeit wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt. Dabei werden verschiedene Arten von FKV, Herstellungsverfahren sowie Einflussparameter auf den Prozess und die Imprägnierung dargestellt. Es werden Vorversuche zur Herstellung einlagiger Organobleche durchgeführt. Auf Basis von Literatur und Vorversuchen wird ein Versuchsplan erstellt, um die wichtigsten Parametereinflüsse zu untersuchen. Die hergestellten Organobleche werden auf Faservolumenanteil, Porenvolumenanteil und Faserverschiebung untersucht. Die Ergebnisse der einzelnen Zustände werden ausgewertet, diskutiert und verglichen. Mit Hilfe einer Auswertungssoftware werden die Parameter im Hinblick auf Effekt und Einflussmaß untersucht, um einen physikalischen Zusammenhang aufzustellen. Abschließend wird ein Prozesspunkt ausgewählt und überprüft, ob sich das Modell auf einen mehrlagigen Prozess gleicher Werkstoffpaarung übertragen lässt.
Synthese und Entwicklung von Kohlenstoff-Aerogelen auf Basis von Tannin hinsichtlich des Einsatzes in Batterie- und Gießereianwendungen. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Ziel dieser Arbeit war es, Kohlenstoff-Aerogele auf Basis von Tannin-Formaldehyd für Batterie- und Gießereianwendungen zu entwickeln. Diese könnten potentiell als Ersatz für Aerogele auf Basis von Resorcin-Formaldehyd fungieren. Tannin ist ein biologischer, kostengünstiger Stoff, der ähnliche Eigenschaften wie das umweltgefährdende, kostenintensive Resorcin aufweist. Es wurden Messgrößen wie beispielsweise die radiale Schrumpfung, die umhüllende Dichte, die Porosität, die spezifische Oberfläche sowie die Porengrößenverteilung charakterisiert. Außerdem wurden die Kosten für die Herstellung von Kohlenstoff-Aerogelen auf Tannin-, respektive Resorcin-Basis kalkuliert und miteinander verglichen. Eine in der Literatur beschriebene reversible Gelierung von Tannin-Formaldehyd-Hydrogelen sollte ebenfalls reproduziert werden. Dieses Gelierverhalten könnte in additiven Fertigungsverfahren angewandt werden. Es zeigte sich, dass Literaturergebnisse basierend auf Tannin nur teilweise reproduziert werden konnten. Die reversible Gelierung ließ sich nicht beobachten. Die hergestellten Kohlenstoff-Aerogele auf Basis von Tannin-Formaldehyd wiesen teils vielversprechende Eigenschaften für Batterieanwendungen auf. Es besteht jedoch weiterer Optimierungsbedarf und zusätzliche Messmethoden müssen herangezogen werden, um deren Eignung weiter zu untersuchen. Die hergestellten (Kohlen-stoff-)Aerogele für Gießereianwendungen wiesen für diesen Verwendungszweck weniger geeignete Eigenschaften auf. Die Kostenrechnung zeigte, dass Aerogele auf Basis von Tannin-Formaldehyd nur bedingt kostengünstiger herzustellen sind als solche auf Basis von Resorcin-Formaldehyd. Außerdem wurden in der Herstellung überkritisch getrockneter Aerogele die Wasch- und Abfallentsorgungskosten als maßgebliche Kostenfaktoren ausgemacht.
Effect of temperature on Cr/SiO2 Janus-like thin films regarding nanostructure and electrical properties. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Cr/SiO2 janusartige Dünnschichten, die aus Nanosäulen mit zwei deutlich getrennten Phasen auf gegenüberliegenden Seiten der Säulen bestehen, wurden durch Magnetronsputtern in Schrägwinkeldepositionskonfiguration (OAD) hergestellt und ihre elektrischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur analysiert. Diese nanostrukturierten Dünnschichten weisen eine Bündelungsassoziation in der Richtung senkrecht zur Materialfluss auf, was zu einer anisotropen Verteilung des Materials führt. Eine äquivolumetrische Zusammensetzung von SiO2 (Oxid) und Cr (Metall) wurde in der Mitte des Substrats abgeschieden. Es wurden auch verschiedene Kompositionsverhältnisse hergestellt, um den Einfluss jedes Materials im System zu bestimmen. Tiefe Einblicke in das System erhält man durch die Kopplung verschiedener Charakterisierungsmethoden. Die Nanostruktur wurde mit Hilfe der Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie der Röntgenbeugung analysiert. Für die chemische Charakterisierung wurden Röntgenphotoelektronenspektrometrie und energiedispersive Röntgenspektroskopie durchgeführt, während die UV-vis-NIR-Spektroskopie Einblicke in die optischen Eigenschaften gab. Das elektrische Verhalten der Probe deutet auf eine nicht-reversible Veränderung der Morphologie der Nanosäule durch Erwärmen hin. Nach Erreichen eines kritischen Punkts (breaking point) bei 250 ˚C, strebt Cr eine energetisch stabilere Struktur an und die Nanosäulen verlieren die Verbindung untereinander in der Richtung senkrecht zur Bündelung, was zu einem starken Anstieg des elektrischen Widerstandes führt. Entlang der Bündelungsrichtung erhöht die Reorganisation der Cr-Phase ihre Konnektivität, was den Widerstand verringert. Die anisotropen, morphologischen Merkmale dieser Schichten verleihen ihnen anisotrope Eigenschaften entlang dieser Hauptachsen. Diese Bachelorarbeit stellt eine Methodik zur Herstellung von janusartigen dünnen Schichten vor. Die Kombination von gezielten Materialien würde zur Synthese von multifunktionalen dünnen Schichten für viele potenzielle Anwendungen führen.
Analyse von leistungsabhängigen zeitaufgelösten Photolumineszenz-Messungen mittels gekoppelter Ratengleichungen. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die Analyse der Ladungsträgerrekombinationsdynamik und die Bestimmung der Lebensdauern der Minoritätsladungsträgern von Halbleitermaterialien durch Photolumineszenz-Messungen ist entscheidend für verschiedenste elektronische und optoelektronischen Anwendungen. Im Allgemeinen wird die Analyse der erhaltenen Messdaten durch Lokalisierungsprozesse im Material verkompliziert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Analysemethodik zur Auswertung leistungsabhängiger zeitaufgelöster Photolumineszenz-Messungen mittels gekoppelter Ratengleichungen eingeführt werden, welche den Einfluss lokalisierter Störstellen im Material berücksichtigt. Die Methodik konnte an mehreren Proben getestet werden, wobei die durchgeführten Anpassungen der aufgenommenen Leistungsreihen zufriedenstellende Ergebnisse lieferten. Durch das Modell konnte zudem verdeutlicht werden, dass selbst bei hohen Anregungen einer Probe der Einfluss der lokalisierten flachen Störstellen auf die Photolumineszenz nicht vernachlässigbar ist. Weiterhin konnte das Ratengleichungsmodell durch zwei unabhängige Messungen validiert werden.
Herstellung und Untersuchung memristiver Werkstoffe. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Ziel der Arbeit war es, memristive Werkstoffe herzustellen und diese mit unterschiedlichen Untersuchungsmethoden zu charakterisieren und die Vorgänge im Werkstoffinneren zu beschreiben. Die Proben wurden mittels Magnetron-Sputtern unter Verwendung von Schattenmasken hergestellt. Die Schattenmasken wurden aus Aluminiumfolie oder PLA angefertigt. Mit den Masken wurden die Schichten strukturiert auf einem 4-Zoll Wafer aufgetragen. Die memristive Schicht befindet sich zwischen zwei Metallen (MIM Struktur), Nickel als Top-Elektrode, Zinkoxid als memristive Schicht und Tantal als Bottom-Elektrode. Hierbei ist es gelungen bei den elektrischen Messungen eine für Memristoren charakteristische Hysteresekurve aufzunehmen, diese besitzt einen bipolaren Charakter. Jedoch konnten die Vorgänge im Material, die zu diesem Verlauf führen nicht eindeutig identifiziert werden. Mittels REM und XRD Analyse wurden für das Nickel unterschiedliche Strukturen identifiziert, beim Sputtern vom Nickel mit 200 W wurde eine Korngröße von 50 bis 70 nm festgestellt und beim Sputtern mit 20 W eine durchschnittliche Korngröße von 20 bis 30 nm. Die XRD Analyse zeigt auf den Proben, die mit 20 W abgeschieden wurden, keinen Nickelpeak, dies kann auf die feinkörnige Struktur des Nickels zurückzuführen sein. Durch einen FIB Querschnitt konnte keine Aussage zur Filamentbildung nach einer elektrischen Messung getroffen werden. Bei der GDOES Tiefenprofilanalyse wurde zwar ein deutlicher Unterschied zwischen elektrisch gemessenen und einem ungemessenen Kontakt festgestellt. Dieser Unterschied konnte aber nicht eindeutig den Effekt der Filamentbildung zugeordnet werden. Zum einen wurden an unterschiedlichen Kontakten gemessen, somit war eine Vergleichbarkeit nur bedingt möglich. Ein weiteres Problem war, das bei der Messung des elektrisch ungemessenen Kontaktes nicht vollständig der Kontakt getroffen wurde. Anhand der charakteristischen memristiven Hysteresekurve bei den elektrischen Messungen kann davon ausgegangen werden, dass ein memristiver Effekt vorliegt. Die Filamentbildung und der Materialtransport von der Top-Elektrode in die memristive Schicht sind zwei wesentliche Mechanismen, um den memristiven Effekt zu verwirklichen. Dieser konnte aber von der werkstofftechnischen Seite nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden. Schlüsselwörter: memristiver Werkstoffe, Memristor, Sputtern, elektrische Messungen, Nickel, Tantal, Zinkoxid
Electrochemical deposition of silver nanoparticles on ITO flat substrates. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die folgende Arbeit befasst sich mit der elektrochemischen Abscheidung von Silbernanopartikeln auf mit ITO (Indiumzinnoxid) beschichteten Glassubstraten. Es werden durch einige Abscheideexperimente der Einfluss bestimmter Parameter, wie z.B Abscheidezeit, Dauer des elektrischen Pulses und Konzentration der Elektrolytbestandteile, auf die Eigenchaften, wie Größe, Form und Morphologie, der abgeschiedenen Nanopartikel aufgezeigt. Nach anfänglichen Rückschlägen wurde der Säuberungsprozess verbessert und die Unterschiedlichkeit der Ergebnisse bei gleichen Experimentvorraussetzungen führte zu der Entdeckung von unterschiedlichen Substratarten. Außerdem wurden die hergestellten Proben per optischer Transmission im Spektrometer, dem Rasterelektronenmikroskop (REM) und Röntgendiffraktometrie untersucht, um den Zusammenhang zwischen Substratart und Partikeleigenschaften zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich zusammenfassen in der Bestätigung von dem Zusammenhang zwischen Partikeleigenschaften und den optischen Eigenschaften der Probe, den Zusammenhang zwischen Pulsdauer und der Partikelmorphologie, den proportionalen Zusammenhang zwischen Abscheidezeit und Menge der abgeschiedenen Partikel, sowie die Wichtigkeit von Indiumoxid als ein Bestandteil der ITO-Schicht auf die Qualität der abgeschiedenen Nanopartikel.