Homogenität der elektrischen und optischen Eigenschaften von großflächig, mittels RF-Sputtern abgeschiedenen ITO-Schichten. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In der vorliegenden Arbeit konnte das RF-Sputtern als Beschichtungstechnologie für großflächige ITO-Schichten auf Glassubstraten am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP etabliert werden. Mit der dynamischen Abscheidung ist es möglich, ITO-Schichten bis zu einer Substrathöhe von circa 440 mm homogen herzustellen. Der spezifische elektrische Widerstand einer ungetemperten Probe liegt bei 4,5&hahog;10-4 [Omega]cm ±7% bei einer Schichtdicke von 135 nm ±3,5%. Die Beschichtung wurde bei einem Arbeitsdruck von 0,1 Pa, einer Wirkleistung von 1,5 kW und einem Sauerstoffgehalt von 0,58 % des Gesamtgasflusses durchgeführt. Die ungetemperten, RF-gesputterten Schichten zeigen eine höhere elektrische Leitfähigkeit und einen geringeren Extinktionskoeffizienten als ITO-Schichten der Standard-DC-Abscheidung des Fraunhofer FEP. Die Prozessdauer der RF-Abscheidung übersteigt die einer DC-Abscheidung deutlich, da die dynamische Abscheiderate, je nach Arbeitsdruck und Wirkleistung, für den RF-Prozess um den Faktor vier bis sieben niedriger ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das Verhältnis isolierender und leitfähiger Oberflächen in der Beschichtungskammer maßgeblich die Eigenschaften des RF-Plasmas beeinflusst. Weiterhin wurde festgestellt, dass bei der thermischen Nachbehandlung großflächiger RF-gesputterter ITO-Schichten im Vakuum andere Effekte auftreten als bei der Nachbehandlung großflächiger ITO-Schichten aus DC-Prozessen. Bei der Temperung RF-abgeschiedener Schichten sinkt die Homogenität der elektrischen Schichteigenschaften. Je nach untersuchtem Schichtbereich wurden höhere, niedrigere, aber auch nahezu unveränderte spezifische elektrische Widerstände als vor dem Temperprozess ermittelt. Es ist zu vermuten, dass die Inhomogenität bereits nach der Abscheidung vorliegt und durch die thermische Nachbehandlung verstärkt wird. Um diese Aussage zu bestätigen, müsste die Schicht hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften und ihrer chemischen Zusammensetzung weiter untersucht werden.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Im Plasmaschmelzverfahren können günstig hochqualitativ Hohlzylinderhalbzeuge ("Billets") aus Kieselglas hergestellt werden. Das Verfahren beruht auf einer rotierenden Form, in welcher das Gemenge durch Zentrifugalkraft fixiert und durch einen Lichtbogen von innen nach außen aufgeschmolzen wird. Die Hohlzylinderhalbzeuge können durch Umformung oder Rohrzug weiter verarbeitet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde in Bezug auf den Parameter "fiktive Temperatur" eine Prozesslandkarte für die unterschiedlichen thermischen Prozesse innerhalb des Herstellungsprozesses der QSIL AG erstellt. Darüber hinaus wurden Proben mit bekannten fiktiven Temperaturen hergestellt, welche auf Biegefestigkeit, Härte und ihre Viskositätsfixpunkte untersucht wurden. Die Methoden zur spektroskopischen Ermittlung der fiktiven Temperatur wurden durch Kalibrierung mit Proben bekannter fiktiver Temperatur miteinander verglichen. Dazu wurden zusätzlich zwei Proben unbekannter fiktiver Temperatur gemessen. Die Ergebnisse streuten um bis zu 129 K. Die fiktiven Temperaturen sind demnach nur relativ zueinander und nicht als absolute Werte zu interpretieren. Zum Vergleich der fiktiven Temperaturen innerhalb der Prozesse der QSIL AG wurde die FTIR-Spektroskopie mit dem Berechnungsansatz nach Agarwal genutzt. Ein Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die fiktiven Temperaturen sich innerhalb eines Billets aus der Plasmaschmelze die fiktiven Temperaturen nicht messbar ändern. Vergleicht man die Billets untereinander, so besitzt das Billet "Resizing" eine höhere fiktive Temperatur als die anderen Billets. Von Rohrbillet zu Rohr erhöht sich die fiktive Temperatur. Weiterhin sinken die Werte von Biefestigkeit, Härte und Viskosität mit zunehmender fiktiver Temperatur. Dies steht teilweise im Widerspruch zu gängiger Literatur. Gründe für diese Diskrepanzen ließen sich nicht eindeutig identifizieren, jedoch könnten die mit zunehmenden fiktiven Temperaturen zunehmenden Bindungswinkel eine Erklärung bieten, da in der Folge die Bindungskräfte zwischen den [SiO4] - Tetraedern abnehmen.
Machbarkeitsstudie für einen Glaskapillarsensor für disperse Dielektrika. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In dieser Arbeit wird hauptsächlich untersucht, ob Glaskapillarbündel als Grundmaterial für einen Zellsensor verwendet werden können. Ziel ist es, lebende Zellen als Forschungsobjekt durch eine Kapazitätsmessung zu zählen. Dazu wird ein Kondensator aus einem Glaskapillarbündel verwendet, der die Kapazitätsänderung misst. Zentrale Aufgaben dieser Arbeit sind der Herstellungsprozess von Glaskapillarbündeln sowie die Materialauswahl für die Elektrode und Vorschläge für das Schaltungsdesign. Sie umfasst Glasziehtechnologie, Metallschichtherstellung, Leitfähigkeitstest, Kapazitäts- und Impedanz Messung. Durch Messen des Impedanz Spektrums der Probe hat das Ergebnis zur Folge, dass der Kondensator gute Impedanz Charakteristiken des Kondensators im Bereich von 300 kHz bis 10 kHz aufweist. Aber der Kondensator funktioniert nicht bei niedriger Frequenz. Bei Hochfrequenz beträgt die Kapazität nur 8,7 pF. Diese Resultate stimmen mit den Haupteigenschaften des kapazitiven Sensors überein. Oxidation der Elektrode, elektromagnetische Felder und die Änderung der Temperatur sind die Mögliche Faktoren für die Abweichung.
Herstellung und Festigkeitsuntersuchung an gebogenen Glaskapillaren. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In dieser Arbeit wurde das Biegeverhalten von Kapillaren aus Borosilkatglas 3.3 untersucht. Hierfür wurden Kapillare mittels des Draw-Down-Prozesses aus einer Preform mit 3mm Außen- und 1,6 mm Innendurchmesser am Faserziehturm gezogen. Die Preform sollte auf die definierten Außendurchmesser 2 mm; 1 mm; 0,3 mm; 0,2 mm und 0,1 mm verzogen werden. Außerdem wurden industriell hergestellte Kapillare mit einem Außendurchmesser von 2 mm gekauft, welche eine dünnere Wandstärke als die Selbstverzogenen hatten. Die Dimensionen der größeren Kapillare wurden mittels eines Auflichtmikroskops untersucht. Es wurde ein eigener 3-Punkt-Biegeversuch entwickelt, mit der die Durchbiegung der Kapillare sowie die dafür benötigte Kraft gemessen wurde. Daraus wurden das E-Modul $E$, die Biegefestigkeit $\sigma_{b}$, der kleinstmögliche Biegeradius $R_b$ sowie die Biegedehnung $\epsilon_b$ berechnet. Für die kleineren Durchmesser wurde der Biegeradius direkt gemessen. Die Kapillare $\geq$ 1 mm wurden in einem Ofenprozess auf die Form von Kreisbögen mit dem Radius 5 cm umgeformt und ihre Fähigkeit zur Rückbiegung wurde untersucht. Die erreichten Biegedehnungen liegen für die Kapillare unterhalb von 1 \%. Die Biegespannungen liegen im Bereich von 400 MPa. Der E-Modul Literaturwert für Borosilikatglas von $\approx$ 60 GPa wurde erreicht. Schlüsselworte: Borosilikatglas 3.3, Glasfaser, lineare Biegetheorie, Biegeversuch, mechanische Eigenschaften, Temperaturbehandlung
Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Floatglas im Tropftester unter Einfluss eines Glasschutzmittels. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In dieser Arbeit wird eine Schutzschicht für Glas untersucht, um den Einfluss von Glaskorrosion zu reduzieren. Ein im Spülmaschinenbereich existierendes Glasschutzmittel wird dafür auf eine mögliche Nutzung zum Reinigen von Fensterscheiben untersucht. Das Schutzmittel basiert auf einem Zn-Bi-Phosphatglas das zur Erzeugung der Schutzschicht in DI Wasser aufgelöst und Floatglas in dieser Lösung gelagert wird. Durch die Verwendung eines Kratztesters wird das Verhalten beim Reinigungsprozess simuliert. Die behandelten Glasproben werden in einem experimentellen Bewitterungsapparat für bis zu 24 Stunden mit synthetischem, saurem Regen betropft. Die Proben werden in mehreren Abschnitten des Versuchsablaufs auf ihre Oberflächenrauheit, Konaktwinkel zu Wasser und Streulichteigenschaften überprüft. In verschiedenen Testreihen werden behandelte Luft- und Badseiten der Floatglasproben verglichen. Es werden weiterhin variierende Beschichtungszeiten und Oberflächenrauheiten untersucht. Der Fortschritt der Degradation wird mit lichtmikroskopischen Untersuchungen anschaulich belegt. Die optischen Veränderungen der Glaskorrosion sind bei einer Bewitterungszeit von bis sieben Stunden noch einfach entfernbar. Bewitterungszeiten über sieben Stunden erzeugen schwer oder nicht entfernbare Veränderungen auf der Oberfläche. Floatglas kann nach nur 24 Stunden unter synthetischen, sauren Regen eine messbare Rauheit von bis zu 500 nm aufweisen\\ Das Augenmerk soll mit dieser Arbeit auf die möglichen Folgen von durch Regen verursachte Glaskorrosion gelegt werden. Ein Großteil von wissenschaftlicher Arbeiten zur Glaskorrosion beschäftigt sich ausschließlich mit der Problematik des Wassereinbruchs in Atommüllendlager. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Regen ebenfalls drastische Veränderungen an Glas erzeugen kann und einfach aufzubringende Schutzschichten besser untersucht werden sollten.
Charakterisierung von TCO-Schichten nach thermischer Nachbehandlung durch Blitzlampentemperung. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Im Text ist "2" hochgestellt,
Die nächste Generation von Flachbildschirmen oder auch Dünnschichtsolarzellen erfordern optoelektrische Schlüsselkomponenten, welche sowohl eine geringe Absorption des Lichtes im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) als auch eine hohe elektrischen Leitfähigkeit aufweisen. Die bekanntesten Materialien mit diesen optoelektrischen Eigenschaften sind transparente leitfähige Oxide (TCOs, Englisch: Transparent Conductive Oxides), die zur Herstellung dieser Produkte typischerweise in Form von Dünnschichten zum Einsatz kommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Zinn-dotierte Indiumoxidschichten (In2O3:Sn) bzw. ITO-Schichten der Dicke 150 nm durch Magnetronsputtern auf dicken Glasscheiben (Kalknatronglas, Dicke 3 mm, Fläche 400 x 450 mm2) an der ILA 750 aufgebracht. Anschließend wurden diese Schichten durch Blitzlampentemperung bzw. FLA (Englisch: Flash Lamp Annealing) thermisch nachbehandelt. Es handelt sich um eine kurzzeitige und energiereicher Lichtblitz von Xenon-Lampen, der ein thermischer Stress in der Schicht verursacht, ohne das Substrat während des Prozesses zu erwärmen. Schichtcharakterisierung wurde mit verschiedenen Messmethoden durchgeführt, um den Einfluss von gepulster Lichtenergie auf die optischen und elektrischen Eigenschaften der Dünnschichten im Vergleich zu den Ausgangswerten zu untersuchen. Die Schichtdicken-messung mit einem Profilometer gibt die Schichtdicke in nm an. Mit dem Spektrometer kann die Transmission Tvis im Bereich UV-VIS-NIR gemessen werden. Der Schichtwiderstand Rsqr wird mit der Vier-Punkt-Messmethode bestimmt. Mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurde der Einfluss vom FLA auf die Struktur der Schichtoberfläche untersucht. Das Aufheizen der Schicht durch FLA mit geeigneten Prozessparametern (Pulszeiten [ms], Energiedichten E [J/cm2], Frequenz des Blitzes f [Hz], Geschwindigkeit v [m/min] im dynamischen Fall) verändert die optoelektrischen Eigenschaften der Schichten. Eine hohe thermische Belastung gekoppelt mit einem hohen Temperaturgradienten führte zur möglichen Degradation bzw. Verschlechterung der Schicht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine gute Kombination der FLA-Prozessparameter letztendlich eine Verbesserung der optoelektrischen Eigenschaften der Schichten ermöglicht. Beispielweise wurde im statischen Prozess mit E = 7,5 J/cm2, = 2,1 ms der Schichtwiderstandes von 172,32 [Ohm pro Quadrat] zu 38 [Ohm pro Quadrat] reduziert, was zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von ca. 78 % entspricht. Dabei wurde auch ein Anstieg von Tvis bis ca. 15 % gemessen. Für den dynamischen Prozess mit den Parametern E = 7,5 J/cm2 , = 2,1 ms , f = 0,8 Hz und v = 0,48 m/min ergibt sich eine Verbesserung der Leitfähigkeit um 35% und der Transmission um 3,1%. Weitere Experimente zur Optimierung der unterschiedlichen Prozesse wurden angedacht, welche wegen der nicht genügenden Verfügbarkeit der Stromversorgung nicht realisiert werden konnten. Es handelt sich um den Einsatz von Borosilicatglas mit geringem Anteil von Alkalien (weniger als 0,3 %) als Substrat zur Beschichtung. Außerdem könnte beim FLA-Modul ein Rück-Reflektor auf der Rückseite der Probe auf dem Träger angeordnet werden, um der Lichtstrahl mehrmals zu reflektieren und somit eine vielfache gezielte Belichtung der Probe zu ermöglichen.
Entwicklung einer Prüfeinrichtung zur eindeutigen Erkennung keramischer Liniensensoren. - Ilmenau. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer speziellen Prüfeinrichtung für keramische Liniensensoren zu Temperaturüberwachung. Die SAVELINE® Sensoren der Firma Saveway GmbH & Co. KG sollen je nach ihren unterschiedlichen keramischen Füllungen sicher detektiert werden können. Hierbei ist die Differenz der Impedanz der verschiedenen Keramiken im Hochtemperaturbereich entscheidend. Des Weiteren wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Temperaturveränderung einen großen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit sowie elektrische Kapazität der SAVELINE® Sensoren hat. Dafür sind die unterschiedlichen keramischen Gefüge und die Zusammensetzung der Sensoren verantwortlich. Außerdem werden in dieser Arbeit Bewertungskriterien zur Konzeptauswahl dargestellt, damit diese Ergebnisse quantitativ analysiert und für die Entscheidung des Prüfstands herangezogen werden können. Schlussendlich wird ein neues Konzept für einen Messplatz erstellt, welches sowohl eine eindeutige Erkennung von drei Sensorarten zeigt als auch in eine praktische Qualitätssicherung umgesetzt werden kann.
Conducting polypyrrole decorated by nanosilver for biosensing hydrogen peroxide. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Polypyrrole (PPy) -Nanofasern wurden durch anodische Oxidation an einer Elektrode aus Stahl unter Verwendung eines elektrochemischen template-freien Verfahrens hergestellt. Die Wirkung der PPy-Vorstufe (PPy Primer Layer) und ihre Auswirkung auf die Bildung von PPy-Nanofasern wurde untersucht. In der Masterarbeit werden elektrochemische Methoden zur Herstellung von Silber-Nanopartikeln in wässrigen Lösungen dargestellt und die Abhängigkeit der Größe von der Konzentration von Polyvinylpyrrolidon (PVP). Es wurden Silber-Nanopartikel in wässrigen Lösungen mit PPy-Nanofasern als Träger erhalten, um die Detektionsgrenze für H2O2 zu untersuchen. Die Bildung von Nano-Silber auf der PPy-Nanofaser-Elektrode wurde auch durch Pulver-XRD und FE-SEM Analyse bestätigt.
Synthese und Eigenschaften von substituierten Strontiumhexaferriten. - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Für die elektromechanische Zerkleinerung (EMZ) sind Mahlkörper notwendig, die über hartmagnetische Eigenschaften mit einer hohen Energiedichte verfügen und das Mahlgut nicht verunreinigen. Auf Grund dessen wird der Einsatz von Hexaferriten, die durch ein Wirbelsinterverfahren mit Kunststoff beschichtet wurden, angestrebt. Um diese Mahlkörper und deren Herstellungsprozess weiterzuentwickeln, wurden in der Bachelorarbeit Möglichkeiten untersucht, das maximale Energieprodukt (BH) und die Mikrowellenabsorption von Strontiumhexaferriten durch partielle Substitution von Sr- und Fe-Ionen zu verbessern. Zur Evaluierung des Potenzials der Ionensubstitutionen wurden an Proben, die zuvor über Mischoxidsynthese hergestellten wurden, die Phasen röntgenografisch analysiert, die statischen magnetischen Kennwerte mittels Vibrating Sample Magnetometer (VSM) sowie die Erwärmung in einem speziell präparierten Mikrowellenherd ermittelt. Zur Probenherstellung wurden die Ausgangsstoffe Strontiumcarbonat und Eisen(III)-oxid partiell durch Lanthan(III)-oxid-1-hydrat und Kobalt(II)-oxid bzw. Lanthan(III)-oxid-1-hydrat, Kobalt(III)-oxid und Titan(IV)-oxid ersetzt und vermischt. Anschließend wurde der jeweilige Versatz ohne Sinteradditive uniaxial gepresst und in einem Bottom-Up Loading Superkanthalofen mehrstufig gesintert. Die Ergebnisse zeigen bei einer Substitution der Strontiumionen durch trivalenten Lanthankationen in Verbindung mit einer Substitution von Eisenionen durch divalente Kobaltkationen neben der erwarteten Erhöhung des maximalen Energieproduktes auch eine Verbesserung der Mikrowellenabsorption. Um darauf aufbauend die Mikrowellenabsorption weiter zu steigern, wurde in einer weiteren Versuchsreihe durch das Einbringen von tetravalenten Titanionen in Form von Titandioxid in den Versatz und durch eine Stickstoffspülung während der Sinterung zusätzlich eine Reduktion trivalenter zu divalenten Eisenkationen angestrebt. Dabei wurde jedoch eine Verringerung des Energieproduktes und der Mikrowellenabsorption festgestellt. Entscheidenden Einfluss auf die Mikrowellenabsorption und die magnetische Energiedichte hat die Qualität des Ausgangsstoffes Eisen(III)-oxid.
Aufbau einer Apparatur zur Messung der druckabhängigen Wärmeleitfähigkeit zur Charakterisierung von Kernmaterialien im VIP. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Ziel dieser Bachelorarbeit ist der Aufbau einer Apparatur zur Messung der druckabhängigen Wärmeleitfähigkeit von Vakuumisolationspaneelen. Diese soll in existierenden Messaufbauten zur Bestimmung von Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt werden. Dafür wurden verschiedene Probenaufbauten zur schnellen Messung der druckabhängigen Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Kernmaterialien entwickelt und getestet. Mit der neuen Messapparatur wurden verschiedene Kernmaterialien charakterisiert und mit existierenden Apparaturen hinsichtlich Messzeit, Handhabbarkeit und Qualität der Ergebnisse verglichen. Die getesteten Materialien waren zwei Glasfasermaterialien, zwei Polyurethanhartschäume und ein Pressling aus pyrogener Kieselsäure. Mit dem neuen Probenaufbau konnten Drücke von unter 0,002 mbar realisiert werden, die zuvor nicht erreichbar waren. Auch konnten nun beliebige Drücke von 0,002 bis 1000 mbar eingestellt und gehalten werden. Durch die gleichmäßige Verteilung der Messwerte im zu messenden Druckspektrum wurden genauere Ergebnisse bei gleichzeitig bis zu um die Hälfte reduzierter Gesamtmessdauer erreicht. Außerdem wurde mit Hilfe der neuen Messapparatur der Einfluss von Wasserdampf auf die Wärmeleitfähigkeit gemessen. Dieser wurde für einen Pressling aus pyrogener Kieselsäure bestimmt und mit vorherigen Messungen des ZAE Bayern und der Fa. Avery Dennison Hanita verglichen. Der anfängliche lineare Anstieg der Wärmeleitfähigkeit betrug 0,57 mW/mK pro Massenprozent(1 m%)-Wasser und war damit den zuvor bekannten Messergebnissen ähnlich. Die Messkurve knickte nach 1,5 m%-Wasser ab und hatte im weiteren Verlauf einen linearen Wärmeleitfähigkeitsanstieg von 0,05 mW/mK pro 1 m%-Wasser. Dies entsprach einem Abfall um den Faktor 11,4 und bestätigte die von Avery Dennison Hanita gemachten Erkenntnisse.