Korrosionsschadensfälle verchromter galvanischer Überzüge : Erklären der Korrosionsmechanismen mittels Elektrochemie und praktische Absicherung der Ergebnisse an Fahrzeugen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (127 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Mit dem Wechsel der Zusammensetzung von Streusalzmischungen zum Enteisen von Straßen in der Winterperiode oder zum Befeuchten von unbefestigten staubigen Straßen können sich Korrosionsschäden an verchromten Exterieurbauteilen der Automobilindustrie einstellen. Der bisher unbekannte Schadensmechanismus der Chromkorrosion wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht und erklärt. Mittels Elektrochemie wurde das Korrosionsverhalten der einzelnen Metallüberzüge von dekorativ verchromten Bauteiloberflächen in Natrium-, Magnesium- und Calciumchloridlösungen verschiedener Molarität beschrieben und nachvollzogen. Diese Arbeit hat grundlegend das Verhalten der in der Praxis verwendeten Salze unter Berücksichtigung der realen Bedingungen seitens Klima, Salzmischung und Beaufschlagung in Kombination mit weiteren Einflüssen wie Verschmutzung etc. betrachtet, qualitativ und quantitativ erfasst und analysiert. Es konnten kritische Parameter für das Korrosionssystem Cr / Ni identifiziert werden, die zu einer Deckschichtbildung auf Nickelüberzügen führt. Dieses Phänomen wurde mittels elektrochemischer Methoden reproduziert und analysiert, sodass auch unter Feldbedingungen der Korrosionsschaden reproduzierbar dargestellt werden kann. Der wesentliche Einfluss des Mediums auf das Korrosionsverhalten konnte ermittelt und als eine Ursache zusammen mit der vorherrschenden Luftfeuchte für das Auftreten des Schadens identifiziert werden. In Natriumchloridlösungen löst sich stets Glanznickel als galvanische Anode auf und Chrom passiv bleibt (Kathode). Mit Erhöhung der Konzentrationen von CaCl2 bzw. MgCl2 löst sich der Chromüberzug auf, da Glanznickel elektrochemisch passiv wird. Durch Auslagerungsversuche von Chrom in gesättigter CaCl2 Lösung konnte Chromatbildung bestätigt werden. Zudem wurde verdeutlicht, dass die Chromauflösung in hochmolaren CaCl2 bzw. MgCl2 Elektrolyten abhängig von der Oberflächenstruktur (mikrorissig oder mikroporig) und dem damit verbundenen lokalen Auflösungsstrom ist. Das Flächenverhältnis zwischen Glanznickel und Chrom ist der entscheidende Faktor. Die galvanostatischen Halteversuche lassen vermuten, dass bei einem durchgängigen, feinmaschigen Rissnetzwerk die Anodenfläche wesentlich größer als bei vorhandenen Mikroporen ist. Dadurch wird bei einem Riss die lokal wirkende Stromdichte reduziert. Die Korrosionsreaktionen werden besser auf der nach oben hin offenen Nickelfläche verteilt. Weiterhin bildet die geometrische Rissstruktur der Oberfläche unter praktischen Korrosionsbedingungen eine Ausbreitungsbarriere, falls es doch zu Chromkorrosion kommen sollte. In den Praxisuntersuchungen wurde zudem festgestellt, dass eine große Glanznickelanodenfläche eines Rissnetzwerkes gegen Chromkorrosion hilft, aber bei Anwesenheit von dauerfeuchten niedrig molaren Salzen mit CaCl2 bzw. MgCl2 einen großen Nachteil hat. Korrosionsvorgänge schreiten ständig im Glanznickel voran und verkürzen die Lebenszeit der Überzüge signifikant. Unter diesen Bedingungen ist eine mikroporöse Oberflächenstruktur vorteilhaft, weil weniger Anodenfläche nach oben hin offen ist. Die Erkenntnis daraus ist, dass die Ursachen seitens Medium und relativer Luftfeuchte nicht vermeidbar, sondern klimatisch und länderspezifisch sind. Weiterhin konnte in Natriumchloridlösungen das Korrosionsverhalten des bestehenden Systems entsprechend der Auslegung aus den 60ern Jahren nachvollzogen werden. Unter Belastung des Korrosionssystems mit NaCl sind keine Schäden zu verzeichnen. Das Phänomen der Nickelpassivierung konnte nur in bestimmten Medien (CaCl2 und MgCl2) nachgewiesen werden. Die Parameter für elektrochemische Kennwerte, Temperatur, Luftfeuchte und Konzentration des Mediums konnten in aktuellen Laborprüfungen einfließen und diese signifikant verkürzen. Als Quintessenz konnte herausgearbeitet werden, dass sich weder aktuell verfügbare mikroporige- noch mikrorissige Verchromungen als weltweit einsetzbar eignen. Beide Oberflächenarten haben je nach lokal vorherrschenden Medien und Klimawerten Schwächen und Stärken. Die Schwächen können zum Bauteilversagen mit anschließenden Kundenreklamationen führen. Durch Legieren von Nickel mit Phosphor, Wolfram oder Zinn können Korrosionseigenschaften signifikant verändert werden. Elektrochemische Untersuchungen geben einen Ausblick darüber, wie eine Anpassung von Glanznickel an weltweite Bedingungen erfolgen kann. Einige Varianten wurden von Enthone im Technikum galvanisch abgeschieden und in das vorhandene Korrosionssystem Ni / Cr eingebaut. Erste Tests sahen vielversprechend aus. Laborprüfungen und Feldtests müssen zeigen, ob die modifizierte Galvanische Anode sowohl unter NaCl Belastung als auch unter CaCl2 bzw. MgCl2 Belastung in der Praxis funktioniert.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000397
Preparation and electrochemical performance of PEDOT - AuNPs nanocomposite layers for the seletive detection of neurotransmitters. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (119 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) ist, aufgrund seiner guten elektrochemischen Stabilität und hoher Leitfähigkeit eines der am meistgenutzten leitfähigen Polymere [1]. Es wurde im Jahr 1988 von der Bayer AG, Leverkusen synthetisiert [1]. Jüngst wurde der Erforschung von Verbundmaterialien besondere Aufmerksamkeit zuteil, deren Grundlage leitfähiger Polymere bilden, auf die verschiedene Metalle abgeschieden wurden. Diese Nanoverbundmaterialien haben ein geringes Gewicht, eine große Oberfläche, das Potenzial zur nicht-enzymatischen Detektion und sind preisgünstig. Die Verarbeitung ist unkompliziert und einfach ausbaubar [1]. Catecholamine sind eine Stoffgruppe von Neurotransmittern und ihre Detektion im menschlichen Körper ist für Neurowissenschaftler von großem Interesse. Zu der Stoffgruppe zählen Dopamin, Serotonin, Adrenalin und sie spielen wichtige Rollen in verschiedenen biologischen, pharmakologischen und physikalischen Prozessen. Unter den verschiedenen Analysetechniken haben insbesondere elektrochemische Methoden viel Beachtung erfahren, da sie einfach, selektiv, günstig und weniger zeitaufwändig sind. Zudem können sie in einer Echtzeit-in-situ Bestimmung angewandt werden [2]. Die elektrochemische Analyse auf unmodifizierten Elektroden wie glasartigem Kohlenstoff oder Goldelektroden, wie in unserer Arbeit verwendet, hat ihre Limitierungen aufgrund von überlappenden voltammetrischen Peaks und hohen Konzentrationen von Ascorbinsäure [3]. Das Hauptziel dieser Arbeit war es eine neue Generation von modifizierten Elektroden, PEDOT/Au Nanopartikel, zu entwickeln, die differenzierbare Oxidationspeaks des Analyten aufweisen. Die Sensitivität der Dopamindetektion steigerte sich mit PEDOT/Au Nanopartikeln um das Dreifache, von 0,13+/-0,01/ microA/microM auf 0,3+/-0,03/ microA/microM. Die zweite lineare Region die im nanomolekularen Bereich gefunden wurde weist eine höhere Steigung auf (0,04+/-0,0002/ microA/microM). Dies entspricht einer höheren Sensitivität. Auch für die Serotonindetektion wurde mit PEDOT/Au Nanopartikeln eine höhere Sensitivität erreicht (0,4+/-0,04/ microA/microM). Der Vergleich mit den Daten der PEDOT-Schicht (0,13+/-0,004/ microA/microM) zeigt auch hier eine um das Dreifache gesteigerte Sensitivität. Eine zweite höher sensitive lineare Region wurde für eine Konzentration im nanomolekularen Bereich zwischen 50 nM und 500 nM nur für die Nanokompositschichten gefunden. Die Sensitivität für die Serotonindetektion von Nanokompositelektroden stieg im nanomolaren Bereich um das Hundertfache an. Um die abgeschiedene Metalmasse auf den vorsynthetisierten Polymerfilmen zu berechnen, haben wir ein Model vorgeschlagen, dass auf den EQCM Untersuchungen beruht. Die Reproduzierbarkeit wurde ebenfalls untersucht und diese Daten beweisen auch, dass PEDOT Nanokompositschichten einen vielversprechender Kandidaten für einen amperometrischen Sensor für die elektrochemische Detektion von Catecholaminen darstellt.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000304
Preparation and properties of tailored nanomaterials and nanocomposites. - Ilmenau. - 1 Band (verschiedene Zählungen)
Technische Universität Ilmenau, Habilitationsschrift 2016
Finite element simulation for the cold-joining of high power connectors. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - 1 Online-Ressource (XVII, 133 Seiten). - (Werkstofftechnik aktuell ; 13)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Beschreibung von massiven Kupfer-Einpresskontakte entwickelt. Die Berechnung von Pressverbänden nach DIN 7190 ist bei der Auslegung von massiven Kupferkontakten nicht anwendbar da während des Fügevorganges hohe Verformungsgrade und Reibspannungen auftreten. Das neue Modell bietet nicht nur verkürzte und effiziente Auslegungszyklen für neue Hochleistungskontakte (HLK) an, sondern vertieft auch das Grundverständnis des Fügeprozesses und der Kontakteigenschaften. Nach einer kurzen Motivation des Themas und einer Einführung in die kalte Kontaktiertechnik, werden im dritten Kapitel die Grundlagen der experimentellen Arbeiten sowie der Simulationsmethoden erarbeitet. Die Herausforderungen bei der Modellierung von Fügeprozessen liegen in der Materialbeschreibung und Reibungscharakterisierung. Deshalb werden die beiden Themen in zwei eigenständigen Kapiteln vorgestellt, ausgehend vom jeweiligen Stand der Technik bis zur Validation der entwickelten Methoden und Modelle. Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit der Materialbeschreibung und beinhaltet zwei neue Methoden zur bauteilnahen Ermittlung der Fließeigenschaften von Kupferwerkstoffen. Das Reibverhalten in einem Einpressvorgang wird im fünften Kapitel untersucht. Hierzu wurde ein neuer Prüfstand zur Ermittlung von Reibkoeffizienten und Beschreibung der auftretenden Verschleißmechanismen aufgebaut. Die Materialbeschreibung und die Reibungscharakterisierung sind eng miteinander verknüpft. Beide Modelle wurden deshalb in ein Finiten-Elementen (FE)-Tool zusammengeführt, um die komplexen Wechselwirkungen beschreiben zu können. Für eine genaue aber mit möglichst wenig Aufwand verbundene FE-Beschreibung von Einpressvorgängen werden Richtlinien erarbeitet und vorgeschlagen. Auf Basis des FE-Modells werden neue Hochstromkontakte entwickelt. Über den Vergleich der simulierten und der realen Eigenschaften wurde das Modell erfolgreich validiert und seine Aussagekraft eindrücklich nachgewiesen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2015000249
Nasschemisches Verfahren zur Abscheidung von Diffusionsbarrieren für Kupfer in VIAs mit hohem Aspektverhältnis. - Berlin, 2015. - v, 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Tag der Verteidigung: 21.03.2016
Die Herstellung einer Diffusionssperre zur Vermeidung von Migrationsvorgängen an Schichtgrenzen hat heutzutage für den Aufbau von 3D-Strukturen beim Wafer-Level-Packaging immer mehr Bedeutung gewonnen. Herkömmliche Barriereschichten für Si-Wafer, wie SiO 2, Si 2N 4, werden üblicherweise durch Gasphasenreaktionen erzeugt. Sie genügen aber nicht mehr den heutigen Anforderungen. Nasschemisches Abscheideverfahren und neue Materialien haben in den letzten Jahren aufgrund der guten Kosteneffizienz und der vergleichbar guten Abscheidungsqualität ein besonderes Interesse der Industrie geweckt. Bei der Suche nach einem geeigneten Barrierematerial, das sich außenstromlos abscheiden lässt, werden amorphen Materialien aus Refraktär- und Nichtmetallelementen vorgeschlagen. Insbesondere solche Materialien; die auf einer CoP basieren, gelten als aussichtsreiche Kandidaten zur Unterbindung von Cu-Diffusion. Das zweithöchstschmelzende Element, das Re, lässt sich außenstromlos mit vergleichbar hohem Anteil im Volumen der amorphen CoReP-Schicht abscheiden. Durch solche Re-Konzentration besitzt CoReP eine hohe thermische Stabilität und gilt daher als ein vielversprechender Kandidat für Barrierematerialien. Der stromlose CoReP-Abscheidungsprozess besteht in der Regel aus mehreren Behandlungsschritten, wie Hydrophilierung, Silanisierung, Aktivierung und Metallisierung. In der vorliegenden Arbeit werden die Schritte mit den herkömmlichen Charackterisierungsmethoden für die Si-Waferoberfläche untersucht. Die Untersuchungsergebnisse liefern Erkenntnisse über die Zusammenhänge der einzelnen Parameter und die Möglichkeit zur Optimierung des Abscheidungsverfahrens. Darüber hinaus besteht Bedarf an einer Methode zur Untersuchung der Oberflächenchemie in VIAs. Eine auf Photovolumineszenz basierte Charackterisierungsmethode zur bildlichen Veranschaulichung der anwesenden funktionellen Gruppen im VIA sowie zur Untersuchung der Beleuchtungsdichte der Haftschichtvermittler wird deswegen entwickelt. Außerdem wird die Badformulierung bei den einzelnen Prozessschritten an das Ziel der Arbeit angepasst. Zur Verbesserung des Stofftransports wird bei der CoReP-Abscheidung eine Stoßmethode eingesetzt. Dadurch erfolgt die CoReP-Abscheidung bis in die Tiefe der VIAs. Die Arbeiten führen zu einer neuartigen Arbeitstechnik zur nasschemischen Abscheidung einer CoReP-Legierung mit hohem Aspektverhältnis.
Aluminiumnitrid-Membranen für durchstimmbare refraktive Mikrooptiken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
Enthält Thesen
Während der Miniaturisierung optischer Systeme entstehen zwei zentrale Herausforderungen. Erstens sinkt der Informationsgehalt der Abbildung durch optische Mikrosysteme in Abhängigkeit von deren Größe. Zweitens muss während der Miniaturisierung optischer Systeme ihre Anpassungsfähigkeit erhalten bleiben. Dazu sind entsprechende Aktorkonzepte nötigt. Durchstimmbare optische Elemente können genutzt werden, um zeitlich nacheinander mehrere Teilbilder aufzuzeichnen. Eine Kombination dieser Bilder führt dann zu einer steigenden Gesamtinformation. Gleichzeitig ermöglicht dies eine durchstimmbare Informationsauswahl, bei der nur der relevante Teil der Gesamtinformation übertragen wird. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau optischer Mikrosysteme zur durchstimmbaren Informationsauswahl. Dies umfasst die dreidimensionale Abtastung des Objektraums sowie einen anamorphotischen Zoom. Die dazu benötigten durchstimmbaren Einzelelemente Linse, Zylinderlinse und Prisma werden in dieser Arbeit entworfen und charakterisiert. Die Umsetzung dieser Elemente erfolgt auf der Basis von nanokristallinen Aluminiumnitrid-Membranen. Durch ihr ideal elastisches Verhalten eignen sich die flexiblen und transparenten Dünnschichten für den Aufbau flüssigkeitsgefüllter Membranlinsen. Für thermomechanische Aktoren sind die hohe Temperaturleitfähigkeit und die hohe Energiedichte von Aluminiumnitrid vorteilhalft. Ein optimiertes Membrandesign ermöglicht die Fertigung kompakter Zylinderlinsen. Dabei beträgt die nutzbare Apertur 3&hahog;3mm 2, was 35 % der Membranfläche entspricht. Für den Aufbau von zwei gekreuzten Zylinderlinsen wird eine hybride Integration von Silicium und Mehrlagenkeramik genutzt. Dies kombiniert die Vorteile beider Technologien und reduziert den Abstand der optisch wirksamen Flächen. Aus insgesamt vier Zylinderlinsen besteht der anamorphotische Zoom. Er ermöglicht die Funktionalität eines klassischen Zooms sowie die individuelle Streckung und Stauchung der Bildhöhe und -breite. Mit diesem System sind Abbildungsmaßstäbe von -0,5 bis -2 erzielbar. Die Funktionalität der Prismen beruht auf der Deformation eines Flüssigkeitstropfens, wobei dieser einen Keil mit durchstimmbaren Winkel formt. Dazu wird ein neuartiger Aktor entwickelt, dessen Funktion auf der thermomechanischen Modulation der remanenten Spannung in Aluminiumnitrid-Balken beruht. Die dreidimensionale Abtastung des Objektraums erfolgt mittels einer sphärischen Membranlinse und zwei durchstimmbarer Prismen. Über die durchstimmbare Linse lässt sich bei fester Bildweite die abgebildete Objektebene auswählen. Mittels zwei gekreuzt angeordneter Prismen lässt sich diese Ebene dann abtasten. Dieses System erlaubt die horizontale und vertikale Verschiebung der Bildinformation um 15 % bzw. 30 % bezogen auf die Sensoroberfläche. Dies entspricht einer Steigerung der Gesamtinformation um 50 %.
https://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27245
Quasistatische Torsionsspiegel auf Basis von AIN-Festkörpergelenken. - Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 142 S., 5,26 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Mikrospiegel gehören zu den bekanntesten Mikrosystemen überhaupt. Die erste Veröffentlichung über Mikrospiegel geschah durch Peterson (IBM) im Jahr 1980 und löste zahlreiche Forschungsaktivitäten aus, die bis heute anhalten. Trotz all dieser Aktivitäten besteht der Bedarf an Mikrospiegeln, die eine quasistatische Strahlablenkung mit hoher Dynamik über einen großen Winkelbereich von mehr als ±10˚ ermöglichen und dabei eine Spiegelplattengröße >Ø1 mm aufweisen, die sich zur Ablenkung eines Messstrahls eignet. Diese Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von quasistatischen Mikrospiegeln für messtechnische Zwecke zu liefern. Die vorgesehene Anwendung besteht in der Strahlablenkung für Freistrahlinterferometrie in einem optischen Mikrotrackersystem. Es werden Dünnschichttorsionsfedern mit einer Dicke zwischen 400 bis 600 nm erprobt. Aluminiumnitrid (AlN) wird auf Grund seiner nanokristallinen Struktur, die zu hervorragenden mechanischen Eigenschaften führt, in dieser Arbeit erstmals als Torsionsfedermaterial eingesetzt. Lebensdauer- und Bruchfestigkeitsuntersuchungen bestätigen die Eignung von AlN als Torsionsfedermaterial. Es ist untersucht worden, ob durch eine dreidimensionale Formgebung das Torsions- zu Biegesteifigkeitsverhältnis erhöht werden kann. Die torsionsweichen Federn ermöglichen große quasistatische Auslenkungen bei Verwendung von einem elektrostatischen Plattenaktor. Bei kardanisch aufgehängten Spiegeln sind quasistatische Auslenkungen der Spiegelplatten in einem Bereich von -7,3˚ bis +9,3˚ und der Rahmen im Bereich von -10,9˚ bis +6,2˚ erreicht worden, bevor es zur Instabilität (Pull-In-Effekt) kommt. Das Auslenken von Rahmen und Spiegelplatte führt zu einer Querbeeinflussung, wodurch die mögliche Auslenkung reduziert wird. Die erreichten quasistatischen Spiegelauslenkungen von uniaxialen Mikrospiegeln betragen etwa ±12˚. Die verwendeten Plattenaktoren ermöglichen einen kompakten Aufbau, sind gut mit den Technologien der Mikrosystemtechnik herstellbar und haben eine hohe Dynamik. Die übliche hohe Nichtlinearität der Winkel-Antriebsspannungs-Kennlinie wird durch neuartige Ansteuerungsverfahren überwunden, die eine nahezu lineare Kennlinie bei den uniaxialen Mikrospiegeln ermöglichen. Die Spiegelplatten weisen mit einem Reflexionsgrad von ca. 90% (lambda = 632,8 nm) und einem Krümmungsradius R >0,8 m, für eine Plattendicke zwischen 55 bis 70 [my]m, eine hohe optische Qualität auf.
https://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26890
Electronic structure and electron dynamics in semiconductor materials for new photovoltaic applications. - Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 135 S., 9,81 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Für neuartige Photovoltaikkonzepte wie die "Zwischenbandsolarzelle" oder die "Heiße-Ladungsträger-Solarzelle" werden lange Lebensdauern für heiße photogenerierte Ladungsträgern benötigt. Dies würde es erlauben, die zusätzliche Energie bezüglich der Bandkanten zu sammeln. Unter diesem Blickwinkel wurden die elektronische Struktur und die Elektronenrelaxation in Halbleitern untersucht, mit Schwerpunkt auf Geometrie und Oberfläche der Materialien. Beides beeinflusst die elektronische Struktur und kann somit Auswirkungen auf die Elektron-Phonon-Wechselwirkung haben, welche die Hauptursache für das Abkühlen der Ladungsträger in den meisten Materialien ist. Die Rolle der Geometrie wurde mittels zeitaufgelöster Zweiphotonen-Photoemissionsspektroskopie (tr-2PPE) an Hand von CdSe Nanostrukturen analysiert; im Speziellen 0D-Quantenpunkte und 2D-Nanoplättchen. Für Quantenpunkte wird gezeigt, dass Streuung über Volumenzustände nicht der dominante Energieverlustmechanismus ist. Stattdessen wird die Abkühlrate wesentlich durch die umgebenden Liganden und die Umhüllung bestimmt und es finden sich Hinweise auf Streumechanismen über Oberflächenzustände. An Nanoplättchen hingegen wird eine schnelle Relaxation beobachtet, unabhängig von Dicke, Liganden oder einer CdS Hülle. Die Energieverlustrate wird mit einem Modell für LO-Phononstreuung in Quantentrögen beschrieben. Die Bedeutung der Oberflächen für die Relaxation von Elektronen wird exemplarisch an III-V Halbleitern untersucht, welche mit metallorganischer Gasphasenepitaxie präpariert wurden. Studien mit 2PPE an GaP(100) offenbaren mehrere Oberflächenzustände an zwei verschiedenen Oberflächenrekonstruktionen. Anhand der zugehörigen Energien konnten markante Merkmale in Reflexions-Anisotropie-Spektren erklärt werden. Tr-2PPE Messungen an InP(100) wurden durchgeführt, um das Streuen von Elektronen zwischen 3D-Volumenzuständen und einem bestimmen Oberflächenzustand (C2) zu untersuchen. Die Streuraten wurden bestimmt und das Abkühlen von Volumenelektronen wurde für den Fall mit und ohne C2 untersucht und verglichen. All diese Resultate zeigen schnelle Ladungsträgerrelaxation. Ein photovoltaisches Konzept wird präsentiert, basierend auf Interssubbandübergängen, welche eine schnelle Trennung heißer Ladungsträger implementiert um die kurzen Lebenszeiten zu kompensieren. Dieses Design wurde in Form einer Tandemsolarzelle realisiert, in welcher ein InP pin-Übergang sowie ein photovoltaischer Intersubbandabsorber aus InGaAs/InAlAs/InAs Quantentrögen kombiniert sind. Das prinzipielle Funktionieren dieses Konzepts kann experimentell bestätigt und die grundsätzlichen Charakteristiken mit einem Ersatzschaltbild beschrieben werden.
https://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26757
Plasma-assisted synthesis of hydrogenated TiO 2 for energy storage and conversion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - 1 Online-Ressource. - (Werkstofftechnik aktuell ; 14)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Titandioxid (TiO 2) wird bereits häufig in den Bereichen Energiespeicherung und -umwandlung eingesetzt. Aufgrund der begrenzten Solarabsorption, Ladungsübertragungsgeschwindigkeit und elektrochemischer Aktivität ist die Leistung des TiO 2 allerdings wesentlich niedriger als es für die praktische Anwending erforderlich ist. In dieser Studie wird hydriertes TiO 2 (H-TiO 2) mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Wasserstoff (H 2)-Plasmabehandlung kontrolliert hergestellt, welches hervorragende Leistungen in der Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien, Fotokatalyse und fotothermischer Umwandlung aufweist. Darüber hinaus werden die Mikrostrukturen des H-TiO 2 und die Abhängigkeit der Anwendungsleistung des H-TiO 2 von den Vorliegenden Mikrostrukturen umfassend untersucht. Diese Studie bietet neue Erkenntnisse über Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von H-TiO 2, durch welche die Entwicklung leistungsfähiger und vielseitiger TiO 2-Materialien für die Energiespeicherung und -umwandlung ermöglicht werden kann. Erstens werden hydrierte Anatas TiO 2-Nanopartikel mit deutlich verbesserter Speicherleistung von Lithium-Ionen durch eine Hochtemperatur (390 ˚C) H 2-Plasmabehandlung in hergestellt. Die systematische elektrochemische Analyse zeigt, dass sich aus dem verbesserten Beitrag der pseudokapazitiven Lithium-Speicherung auf der Partikeloberfläche eine verbesserte Leistungsdichte von H-TiO 2 ergibt. Es wird gezeigt, dass die ungeordneten Oberflächenschichten und die vorliegenden Ti 3+ -Spezies von H-TiO 2 eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der pseudokapazitiven Lithiumspeicherung spielen. Zweitens erfolgt eine schnelle Synthese des H-TiO 2 mit unterschiedlichem Hydrierungsgrad durch Hochleistungs-H 2-Plasmabehandlung. Dessen fotokatalytische Aktivitäten werden mit Hilfe von Methylenblau (MB)-Degradation und CO 2-Reduktion in wässrigen und gasförmigen Medien ausgewertet. Im Vergleich zum ursprünglichen TiO 2 zeigt das leicht hydrierte TiO 2 (s-H-TiO 2) eine weiße Färbung und eine verbesserte Fotoaktivität, während das graue oder schwarze H-TiO 2 mit höherem Hydrierungsgrad (h-H-TiO 2) eine viel schlechtere katalytische Leistung aufweist. Wie weitere Untersuchungen gezeigt haben, stellen das höhere Verhältnis der gefangenen Löcher (O - -Zentren) und die niedrige Rekombinationsrate, welche durch die Erhöhung der Oberflächendefekte verursacht sind, die kritischen Faktoren für die hohe Aktivität von s-H-TiO 2 dar. Im Gegensatz dazu besitzt das h-H-TiO 2 eine hohe Konzentration an Gitterdefekten, was zu einer signifikant verringerten Menge an O-Zentren und der vergrößerten strahlungslosen Rekombination führt. Dadurch sinkt die Fotokatalyseaktivität deutlich. Drittens wird das hydrierte schwarze TiO 2 mit großer Infrarotabsorption (aufgrund seiner erheblich vergrößerten, strahlungslosen Rekombination) für die fotothermische Tumortherapie untersucht. Um die Stabilität der Suspension zu verbessern, wurden die H-TiO 2-Nanopartikel (NP s) mit Polyethylenglycol (PEG) beschichtet. Nach PEG-Beschichtung zeigen die H-TiO 2 NP s einen erhöhten fotothermischen Umwandlungswirkungsgrad von 40,8% und eine gute Suspensionsstabilität im Serum. Der Therapieeffekt von H-TiO 2-PEG NP s zeigt, dass dieses Material eine geringe Toxizität besitzt und MCF07- sowie 4T1-Tumorzellen (transplantierbaren Tumorzellen des menschlichen Brustgewebes) unter Infrarotstrahlung effektiv abtöten kann. Zusätzlich werden Si (core) / N-dotiertes TiO 2 (shell) Nanopillar-Arrays mit einer nanoporösen Struktur durch ein einfaches, proteinvermittelndes TiO 2-Abscheidungsverfahren hergestellt. Dieses Ergebnis kann als ein fortschrittlicher Ansatz für die großtechnische Herstellung der H-TiO 2 basierten Nanokompositen angesehen werden.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00026346
Nanostrukturierte Ladungsträgergase für nicht-klassische Bauelementekonzepte. - Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVIII, 132 Bl., 9,47 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
In der Forschung rücken neben der etablierten Siliziumtechnologie immer mehr auch alternative Bauelemente und Materialien in den Mittelpunkt, die bestehenden Grenzen der Funktionalität überschreiten können. Die Arbeit beschäftigt sich mit diesen beiden Ansätzen. Zum einen wird AlGaN/GaN als Beispiel für Heterosysteme vorgestellt. Es wird gezeigt, wie ein zweidimensionales Ladungsträgergas an der AlGaN/GaN-Grenzfläche entsteht. Mit Hilfe von Simulationen wird der Einfluss von Parametern wie Aluminiumgehalt und Barrieredicke auf Ladungsträgerdichte und -beweglichkeit untersucht. Der praktische Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf und der Realisierung von AlGaN/GaN-basierten Nanostrukturen, die durch nicht-klassische Effekte eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten als Gleichrichter, Seitengate-Transistoren, logischer Gatter und selektiven Schaltern eröffnen. Eine solche universelle Struktur ist das Three-Terminal Junction (TTJ) Bauelement. Der von anderen Materialsystemen bekannte Aufbau wird auf AlGaN/GaN überführt. Es wird gezeigt, wie sich geometrische Anordnung (T- und Y-Aufbau) sowie strukturelle und externe Parameter (Kontaktbalkenbreite, -länge, Temperatur) auf seine Funktion auswirken. Durch eine Fortentwicklung des T-Aufbaus kann der Self-Gating-Effekt dieser Bauelementeart forciert werden. Darüber hinaus wurde in den hergestellten Strukturen erstmalig eine positive Gleichrichtung beobachtet. In der vorliegenden Arbeit wird auch dieser untersucht und die bestimmenden Effekte für sein Auftreten (physikalische Effekte sowie essentielle Strukturparameter) systematisch analysiert und erläutert. Aufgrund des Aufbaus und der Funktion kann man auch von T-Gleichrichtbauelementen und Y-Gleichrichtbauelementen sprechen. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf weitere Bauelemente gegeben, die sich in AlGaN/GaN- Heterosysteme überführen lassen und neue Anwendungsfelder eröffnen. Dabei werden Dioden vorgestellt, die auf geometrischer Grundlage ohne Dotierstoff- oder Materialübergang realisiert werden können und daher besonders für alle Arten von zweidimensionalen Materialien geeignet sind. Zudem lassen sich die TTJ-Bauelemente durch leichte Veränderungen in Transistoren mit Seitengate-Steuerung überführen. Diese Bauelemente wurden ebenfalls hergestellt und untersucht.
https://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26139