Studentische Arbeiten

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Alan, Busra Oyku;
Implementation of an atomic force microscopy setup based on quartz tuning forks and evaluation of scanning probe configurations. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Quarz-Stimmgabeln (QTF) wurden ursprünglich als Quarzkristall-Oszillatoren in elektronischen Uhren entwickelt, sind aber inzwischen in einer Vielzahl von Anwendungen als Sensorelemente eingesetzt worden. Sie wurden als Kraftsensor in der Raster-Sonden-Mikroskopie eingesetzt, um die Wechselwirkungskräfte zwischen der Sonde und der Probenoberfläche zu messen, in der Gas Sensorik wie der quarzverstärkten photoakustischen Spektroskopie als akustischer Resonanzwandler zum Nachweis verschiedener Gasspezies und in der Flüssigkeitssensorik zur Messung der dynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten. Ihre signifikanten Eigenschaften machen sie zu vielversprechenden Kandidaten als Kraftsensorelement, wie z.B. hohe Empfindlichkeit, hoher Q-Faktor und Resonanzfrequenz, Selbstabtastung und Betätigung aufgrund ihrer Piezoelektrizität, Stabilität und Vielseitigkeit. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit (k=103-104 Nm-1) können sie beispielsweise kleine Schwingungsamplituden und kleine Entfernungen abtasten, ohne dass die Spitze in Kontakt springt, oder aufgrund ihres hohen Q-Faktors (>10.000) können sie kleine Frequenzverschiebungen erkennen. Diese bedeutenden Eigenschaften ergeben sich aus ihrer symmetrischen und ausgewogenen Geometrie. Um als Kraftsensor verwendet zu werden, muss eine scharfe Spitze an der Spitze eines der Zinken des QTF angebracht werden. Das Spitzenmaterial muss mit leitfähigem Epoxidharz befestigt werden, um den elektrischen Kontakt zwischen der Spitze und der Elektrodenstruktur auf dem QTF herzustellen. Das zusätzliche Gewicht des Klebers und des Spitzenmaterials, das durch das Verfahren zur Befestigung der Spitze verursacht wird, stört die ausgewogene Geometrie des QTF. Dies beeinträchtigt die Leistung des QTF, indem es den Q-Faktor und die Resonanzfrequenz senkt. Es ist von entscheidender Bedeutung, sein dynamisches Verhalten zu verstehen und die verschiedenen Spitzenkonfigurationen zu charakterisieren, um die ideale Spitzenkonfiguration für die beabsichtigte Anwendung zu entwickeln und auszuwählen. Ziel dieser Studie ist es, verschiedene QTF-Spitzendesigns herzustellen und sie mit Hilfe verschiedener Techniken zu charakterisieren, darunter elektrische Anregung, Laser-Doppler-Vibrometer und numerische Simulationen. Quarz-Stimmgabel-Sonden wurden durch Anbringen verschiedener Spitzenmaterialien hergestellt, um verschiedene Spitzenkonfigurationen zu charakterisieren. Als Spitzenmaterialien wurden Wolframdraht, Platin-Iridium-Draht und Diamantpartikel verwendet, und die Befestigung erfolgte mit Silberepoxid oder Silberlackkleber. Nach der Befestigung der Spitzen wurden diese mittels REM-Bildgebung charakterisiert und die Resonanzfrequenzen gemessen. Für eine genaue Charakterisierung sind die Position und die Menge des Spitzenmaterials und des Klebstoffs entscheidend, und der Prozess der Spitzenbefestigung muss optimiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Resonanzfrequenz und der Qualitätsfaktor von QTF mit der Entfernung der evakuierten Metallkappe sinken. Auf die gleiche Weise wird die Resonanzfrequenz durch das Hinzufügen von Spitzenmaterial und Epoxidkleber gesenkt. Dies lässt sich durch die unausgewogene Geometrie des QTF erklären, die durch die zusätzliche Masse des Spitzenmaterials entsteht. Das dynamische Verhalten verschiedener Spitzenkonfigurationen wurde ebenfalls entwickelt und mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen untersucht. Die Eigenfrequenzanalyse und die Frequenzbereichsanalyse wurden verwendet, um die Schwingungsmoden und das Frequenzverhalten von QTFs zu simulieren. Während der Simulationen wurden verschiedene Parameter untersucht, darunter die Menge und Position des Epoxidklebers, das Spitzenmaterial (Wolfram und Platin-Iridium), die Geometrie des Spitzenmaterials (z.B. die Länge) und ihre Auswirkungen auf die dynamischen Eigenschaften der QTF. Wie die Simulationen zeigen, nimmt die Resonanzfrequenz mit der Zugabe von Klebstoff und Spitzenmaterial ab, was mit experimentellen Beobachtungen übereinstimmt. Es wurde festgestellt, dass auch die Position des Klebstoffs und die Länge des Materials die QTF-Dynamik beeinflussen. Auf der Grundlage dieser Charakterisierungsergebnisse sollen geeignete QTF-Sonden für den Einsatz in der Feldemissionslithographie hergestellt und eingesetzt werden. Stichworte: Quarz-Stimmgabel, Rasterkraftmikroskopie, Rastersonde



Krech, Johannes;
Entwurf, Fertigung und Validierung eines makroskopischen Modells zur Visualisierung der Funktion einer EWOD-getriebenen Mikropumpe. - Ilmenau. - 152 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023

In dieser Diplomarbeit wird die Entwicklung und Untersuchung eines makroskopischen Modells für die Visualisierung des Funktionsprinzipes Mikropumpe beschrieben, die den EWOD-Effekt für die Fluidbewegung nutzt. EWOD steht für „electrowetting-on-dielectrics“. Ziel ist es, ein makroskopisches Modell zu entwickeln und zu fertigen, welches ein möglichst hohes Maß an Ähnlichkeit zur Mikropumpe aufweist. Idealerweise können durch die Beobachtung des makroskopischen Modells Rückschlüsse auf das Verhalten der Mikropumpe gezogen werden, um diese weiter zu entwickeln. Nach der Untersuchung der Skalierbarkeit des EWOD-Aktuierungsprinzipes sowie der Betrachtung weiterer makroskopischer Pumpprinzipe, wird das Kolbenpumpenprinzip für die konstruktive Umsetzung ausgewählt. Dieses System wird anschließend modelliert, simulativ untersucht und gefertigt. Neben der EWOD-Aktuierung sind Tesladioden als passive, nicht mechanische Ventile ein zentraler Bestandteil des Funktionsprinzipes der Mikropumpe. Aus diesem Grund werden makroskopische Tesladioden unter anderem mithilfe von Topologieoptimierung entworfen und aufgrund der angestrebten Ähnlichkeit zwischen den Systemen als Ventile für die makroskopische Pumpe vorgesehen und bezüglich dieser Anwendung auf ihre Tauglichkeit untersucht. Abschließend wird die Funktionstüchtigkeit des makroskopischen Demonstrators und die physikalische Ähnlichkeit zwischen Mikropumpe und makroskopischem Modell festgestellt. Die Konstruktion wurde fertiggestellt und ist funktionstüchtig. Sowohl der Einsatz von makroskopischen Tesladioden, als auch von mechanischen Ventilen ist möglich. Aus den Untersuchungen der Ähnlichkeit zwischen dem makroskopischen Demonstrator und der Mikropumpe ging hervor, dass diese nur sehr gering ist. Somit ist das Beurteilen des Systemverhaltens der Mikropumpe auf Basis von Beobachtungen am Demonstrator nur stark eingeschränkt möglich.



Das, Debatri;
Implementation of a stiffness reduction mechanism for microscale weighing scales inspired from their macroscopic counterparts. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In einer MEMS-basierenden Wägezelle mit flexiblen Gelenken und Balken kann für eine Kraftkompensationswaage verwendet werden. Die Auflösung der Wägezelle hängt linear mit der Steifigkeit der Wägezelle zusammen, somit kann die Auflösung erhöht werden, indem die Steifigkeit reduziert wird. Das Funktionsprinzip eines elektromagnetischen kraftkompensierten Makrosystems (EMFC) bietet einen monolithischen, nachgiebigen Mechanismus zur Steifigkeitskompensation, der die Präzision und Genauigkeit erhöht. Daher kann ein solches Arbeitsprinzip auch bei der Herstellung eines Mikrosystems von Bedeutung sein, um neben der Steifigkeitskompensation auch die Genauigkeit und Präzision zu erreichen. Ziel der Arbeit ist es, das Funktionsprinzip von EMFC-Makrosystemen in einem Mikrosystem zur Steifigkeitskompensation zu übertragen. Für den mikroskopischen Bereich gibt es bestehende Mechanismen wie T-förmige Biegezapfen oder TIVOT- oder Variable Static Aktor (VSA)-basierte Mikrosysteme, die sich für eine Steifigkeitskompensation im System eignen. Die Mängel solcher bestehenden Systeme bestehen darin, dass sie nicht in der Lage sind, eine Steifigkeit nahezu Null zu erreichen. Das monolithische Prinzip der Steifigkeitskompensation eines EMFC-Mikrosystems scheint jedoch am vielversprechendsten zu sein, da die Steifigkeit nahezu null erreichen werden kann. Einschließlich der Feineinstellung im Mechanismus kann die Steifigkeit nahezu Null erreichen, was das System zu einem neuartigen Design macht. Die Steifigkeit variiert in einer Skala, die dem 1,2- bis 0,8-fachen der Steifigkeit der reinen Wägezelle (28 N/m) entspricht. Bei einer weiteren parametrischen Analyse (l1, l2, l3) nach der Entwurfssimulation des Systems anhand der Steifigkeit des Systems wurde festgestellt, dass der Parameter l1 eine wichtige Rolle bei der Steifigkeitskompensation spielt, da er beim Mindestwert von nahezu die ideale Steifigkeit erreicht 50 mm. Darüber hinaus sorgt die Einführung eines elektrostatischen Aktuators für eine Kraft von 1,6E-06 N, was viel größer ist als die Balkensteifigkeit von etwa 5,4E-14 N/m. Dadurch kann der Aktor das System aus der ursprünglichen Position zurückziehen und das Gleichgewicht herstellen. Schlüsselwörter: MEMS, EMFC, Steifigkeitskompensation, Balance, TIVOT, VSA, Balkenlänge, Feinjustage, elektrostatischer Aktor.



Haider, Fahad;
Reactive Dry Coating of Cathode Active Materials (CAMs) with nanostructured metal oxides for Lithium-Ion Batteries (LIBs). - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Nickelhaltige Kathodenaktivmaterialien (CAMs) sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte eine geeignete Wahl für Positivkathoden, um die Anforderungen moderner Lithium Ionen Batterien Anwendungen zu erfüllen. Unter den verfügbaren Materialien zeichnen sich die hoch nickelhaltigen geschichteten Oxide: NMC (LiNixMnyCozO2 mit x + y + z = 1 und x > 0,5) durch ein hohes Elektrodenpotential und eine hohe spezifische Kapazität aus, und erfüllen so die erforderlichen Kriterien. Diese Materialien sind jedoch anfällig für Oberflächendegradationen, die die Kapazität bei umfangreichen Zyklen und die thermische Stabilität der Batterie ernsthaft beeinträchtigen können. Die Degradation ist auf die empfindliche Oberfläche der CAMs zurückzuführen, die leicht mit dem Elektrolyten reagieren kann, was zu irreversiblen Strukturveränderungen, Änderungen der Zusammensetzung und der Bildung von Oberflächenpassivierungsschichten führt. Darüber hinaus wird die mechanische Stabilität des Materials durch die beim Zyklieren entstehenden Risse beeinträchtigt, was zu einer schlechten elektronischen Leitfähigkeit führt und eine größere Oberfläche dem Elektrolyten aussetzt. Darüber hinaus erhöhen die erhöhten Oberflächenverunreinigungen, wie z. B. Restlithium auf der Oberfläche des Ni-Materials, die Zellpolarisation und werfen Sicherheitsbedenken auf. Um die nachteiligen Auswirkungen der hochnickelhaltigen NMC-Materialien zu kontrollieren, ist die Oberflächenbeschichtung eine praktikable Technik zur Verbesserung der Oberflächenstabilität, zur Abschwächung nachteiliger Oberflächenreaktionen und zur Verbesserung der elektrochemischen Leistung der CAMs. Diese Arbeit zeigt die Anwendung der Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche von NMC-Material durch eine recht einfache und schnelle Technik der reaktiven Trockenbeschichtung. Mit dieser Technik werden nanostrukturierte TiO2, WO3, ZrO2, ZrP2O7 und Fe3(PO4)2, die sich durch ihre große Oberfläche für eine homogene Ablagerung auszeichnen, mit 1 Gew.-% auf die Oberfläche der CAMs aufgetragen. Anschließend werden die beschichteten CAMs 8 Stunden lang bei 600 ˚C in einer Sauerstoffumgebung (O2) gesintert, wodurch die chemische Umwandlung in der Oberflächenschicht erleichtert und die elektrochemischen Eigenschaften beeinflusst werden. Es wird ein direkter Vergleich der abgeschiedenen Oberflächenschicht, des Restlithiumgehalts und des Einflusses der Beschichtungsschicht auf die elektrochemische Leistung vorgestellt. Die REM-Untersuchung in Kombination mit EDX zeigte die erfolgreiche Abscheidung aller Beschichtungsmittel, wobei die Oberflächenbedeckung direkt mit der BET-Oberfläche und der Molmasse der Beschichtungsmaterialien korrelierte. Der Restlithiumgehalt in der Oberfläche wird durch Titration und C 1s-Entfaltung in XPS ermittelt. Um die chemische Zusammensetzung der Oberfläche und ihre Umwandlung bei der Wärmebehandlung zu untersuchen, wird die Oberfläche der beschichteten Materialien mit Hilfe von XPS-Peaks weiter untersucht, wobei der Schwerpunkt auf den Li 1s, O1s und charakteristischen Peaks der Beschichtungsmaterialien liegt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Beschichtung in einen lithiumhaltigen chemischen Zustand verwandelt, was zu einer verbesserten Lithiumionendiffusion auf den beschichteten Kathodenoberflächen führt. Alle beschichteten Proben wiesen im Vergleich zu den unbeschichteten NMC eine verbesserte Ratenleistung und Zyklenlebensdauer auf. Die Hinzufügung eines Sinterschritts nach der Modifikation verbesserte die Ratenleistung und die Kapazitätserhaltung über längere Zyklen hinweg weiter.



Miniaturisierte Raman-Spektroskopie-Sonden auf Basis von Hämatit zur lokalen pH-Wertbestimmung. - Ilmenau. - 44 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Ziel dieser Arbeit ist es, die pH-Sensitivität von Hämatit in Bezug auf die zugehörigen Ramanspektren zu diskutieren. So könnte zukünftig eine neue Methode der optischen pH-Wert Messung entstehen. Dafür wird mittels Ramanspektroskopie innerhalb der Ramanspektren nach Veränderungen gesucht, welche durch eine pH-Wert Änderung induziert werden. Zuerst wurden vollflächige Hämatitproben in pH-Pufferlösungen vermessen, um zu bestimmen, ob eine pH-Sensitivität vorliegt. Im Anschluss daran wurden zwei strukturierte Hämatitsonden hinsichtlich ihrer Raman-Aktivität sowie verwendbarer Strukturgrößen charakterisiert. Die vollflächigen Hämatitproben wurden in einem pH-Bereich von pH 5 bis pH 8 anhand ihrer Spektren untersucht. Dabei konnten keine relativen Intensitätsänderungen, die einen Rückschluss auf eine pH-Sensitivität zulassen, gefunden werden. Auch die Entstehung neuer Intensitätsmaxima innerhalb des Spektrums, die eine Verbindung zu den verwendeten pH-Werten aufweisen, konnte nicht festgestellt werden. Aus diesem Grund wurden die vollflächigen Hämatitproben als nicht pH-sensitiv eingestuft. Darauf hin wurden die strukturierten Hämatitsonden spektroskopiert, um die Signalintensität verschiedener Strukurgrößen zu charakterisieren. Diese Untersuchung ergab, dass eine ähnliche Ramanaktivität wie bei den vollflächigen Proben vorliegt, welche jedoch von den gemessenen Strukturgrößen abhängig ist. Abschließend lässt sich keine pH-Sensitivität der Hämatitproben erkennen, was eine Nutzung dieses Materials für die Entwicklung zukünftiger Methoden zur optischen pH-Wert Messung unattraktiv macht.



Murase, Yuya;
Fully inkjet printed organic photodiodes for lab-on-a-chip systems. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Photodioden auf Basis hybrider Perovskite (HPPDs) stehen aufgrund ihrer mechanischen Flexibilität, den potenziell geringen Herstellungskosten sowie der Möglichkeit zur Beschichtung großer Flächen zunehmend im Fokus der Wissenschaft und Industrie. Hauptuntersuchungspunkt war und ist die Optimierung der Effizienz der HPPDs zum Einsatz als interessante Alternative im Bereich der Photovoltaik. In dieser Arbeit wurde die Herstellung von HPPDs unter Nutzung der Tintenstrahldruck-Technologie untersucht. Diese neuartige Herstellungstechnologie organischer Elektronik ist sehr kosteneffizient, nachhaltig und zudem skalierbar. Innerhalb dieser Arbeit wurden vollständig Tintenstrahl-gedruckte HPPDs hergestellt und charakterisiert. Es konnte eine maximale Leerlaufspannung von 512 mV bei einer Schichtdicke der Elektronen-Transport-Schicht von 63 nm sowie bei einer Schichtdicke der Perovskit-Schicht von 7,435 μm erzielt werden. Die maximal erzielte Effizienz lag aufgrund des hohen internen Serienwiderstands bei 1,32x10-4 %. Während der Arbeit wurde unter anderem die Luftfeuchte als potenzielle Ursache für eine Degradation der gedruckten Dioden beobachtet. Dies legt die Notwendigkeit der Herstellung solcher Dioden in einer Stickstoffumgebung nahe.



Sagar, Neha;
System modelling and validation of MEMS accelerometer. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Systemmodellierung ist der übliche erste Ansatz in jedem Produktentwicklungszyklus. Er beginnt mit der Auswahl des Konzepts und der Überprüfung des Konzepts durch Simulationen. Das eigentliche Produkt wird auf der Grundlage des Konzepts entworfen. Das Produkt, in diesem Fall der Sensor, wird dann anhand von Simulationen validiert. Theoretisch muss sich das Produkt genauso verhalten wie das Modell. Mit der zunehmenden Komplexität und Leistung von Sensoren werden jedoch selbst nach der Verifizierung und Validierung des Sensorsystemmodells anhand aller möglichen Anwendungsfälle und Eingaben einige Messergebnisse mit dem tatsächlichen Produkt fragwürdig. Der Grund dafür könnte eine unzureichende Systemvalidierung oder ein Mangel an Simulationsdaten sein, mit denen die Messungen verglichen werden können, oder der Sensor könnte problematisch sein. Außerdem sind die meisten Labormessungen teuer und zeitaufwändig, da sie wiederholt werden müssen. Die Handhabung der Sensoren ist mit zunehmender Miniaturisierung der Sensoren extrem mühsam. Darüber hinaus wird ein erheblicher Teil der Zeit für die Charakterisierung und Auswertung der Testergebnisse aufgewendet, um die Leistungsparameter des Sensors zu ermitteln. Daher ist es hilfreich, Informationen darüber zu haben, ob das Ergebnis eines Tests eine Analyse wert ist. Diese Arbeit befasst sich erstens mit der Validierung des Systemmodells und zweitens mit der Verbesserung der Arbeitsmethodik durch den Vergleich der Simulations- und Messdaten, die beide Zeitreihen sind. Es wird eine Einführung in die Modellierung von MEMS (mikroelektromechanische Struktur) und Sensorausleseschaltungen gegeben. Zunächst wurde das Modell des Sensorsystems untersucht und modifiziert, um verschiedene Rauschquellen zu berücksichtigen. Anschließend wurden die Änderungen anhand von Messungen validiert. Zweitens wurde ein MATLAB-Skript zum Vergleich von Messung und Simulation durch Merkmalsextraktion implementiert. Ein Vergleich konnte für verschiedene Leistungsparameter durchgeführt werden. Als Beispiel wurde für den Nachweis des Konzepts der Diplomarbeit das Rauschverhalten des Sensors gewählt. Das Validierungsergebnis zeigte, dass das Modell im Hinblick auf das Rauschen noch verbessert werden kann. Einige der aus beiden Daten extrahierten Merkmale wiesen Ähnlichkeiten auf.



Brouwers, Jan Nikolas;
Entwicklung einer Montagestrategie für optomechanische Mikrosysteme mittels Kleben und ggf. bonden. - Ilmenau. - 216 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Am Fraunhofer Institut für angewandte Optik und Feinmechanik entstehen im Institutsalltag häufig Verbindungsaufgaben. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es eine Montagestrategie zu entwickeln, mit welcher man unterschiedliche Materialien verschiedener Geometrien miteinander verbinden kann. Dazu wurde mit Hilfe des Vorgehensmodell Kanban ein Montageprogramm an der Maschine AL 2000 der Firma ficonTEC Service GmbH entwickelt. Als Beispiel für eine Verbindung wurde das Fügeverfahren „Kleben” verwendet. Am Ende der Entwicklungsphase wurde ein Scherversuch durchgeführt. Mit Hilfe von Testklebungen während der Entwicklungsphase konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Materialien verschiedener Geometrien gefügt werden können. Darüber hinaus gab der Scherversuch erste Indizien dafür, dass die Montagestrategie Klebverbindungen mit gewünschten Scherfestigkeiten erreichen kann. Das Montageprogramm wurde im modularen Design erstellt, wobei jedes einzelne Modul einen bestimmten Arbeitsschritt der Montage repräsentiert. Auf dieser Grundlage können nun neue Verbindungsaufgaben gelöst und das Montageprogramm weiterentwickelt werden.



Development of a micro quartz-MEMS resonator for space applications. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Piezoelektrizität ist ein physikalisches Phänomen, das das elektrische und mechanische Verhalten bestimmter Materialien wie Quarz oder Langasit miteinander verbindet. Dieses Phänomen wird genutzt, um ein passives elektrisches Bauteil, einen so genannten Resonator, zu konstruieren, der bei elektrischer Anregung mit einer sehr genauen Frequenz schwingt. Diese Resonanzfrequenz wird für die Zeitmessung in elektronischen Geräten verwendet. Quarz ist dank seiner sehr guten piezoelektrischen Eigenschaften eines der am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung von Resonatoren. Sein intrinsischer Qualitätsfaktor ist hoch, seine Empfindlichkeit gegenüber externen Parametern wie der Temperatur ist gering und er lässt sich leicht synthetisieren, was ihn für die Herstellung interessant macht.Die Konzeption eines hochfrequenten Quarzresonators, der sowohl leistungsfähig als auch von geringer Größe ist, stellt ein wichtiges Thema in der Mikroelektronik dar. Gegenwärtige MEMS-Oszillatoren (mikroelektromechanische Systeme) verwenden häufig Siliziumresonatoren, die leichter zu miniaturisieren, aber weniger leistungsfähig sind als Quarzresonatoren. Die Miniaturisierung von Quarzresonatoren würde es ermöglichen, die Leistung von MEMS-Oszillatoren zu verbessern und sie gleichzeitig zu verkleinern. Der Ausgangspunkt für die Konzeption unseres Quarz-MEMS-Resonators ist ein kreisförmiger Resonator mit einem Schermodus bei 100 MHz. Sein derzeitiges Volumen beträgt etwa 30 mm3 und soll durch etwa 10 geteilt werden. Eine Modellierung dieses Resonators wurde mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt, um sein Verhalten zu beschreiben. Gleichzeitig wurde eine Forschungsarbeit über den Herstellungsprozess durchgeführt, da die in der Entwurfsphase erreichten Dicken sehr gering sind. Da es unmöglich ist Standardwafer zu verwenden, wurden "hybride" Wafer eingesetzt. Schließlich konnte eine Charakterisierungsarbeit durchgeführt werden, die erste Ergebnisse zeigte, die Grundschwingung, aber auch die fünfte Harmonische konnten gemessen werden.



Sasi Kumar, Sreejith;
Calculation of mutual inductance between circular and arbitrary-shaped filaments. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die analytische Formel für die gegenseitige Induktivität zwischen Filamenten ist ein wichtiger Bestandteil der analytischen Modellierung und der Modellierung mit quasi-finiten Elementen von elektromagnetischen Systemen. Frühere Techniken zur Bestimmung der gegenseitigen Induktivität zwischen Filamenten waren hinsichtlich der Form der Filamente zu starr. Je nach Geometrie und Ausrichtung der Filamente war oft ein eigener Satz analytischer Gleichungen zur Bestimmung der gegenseitigen Induktivität erforderlich. In dieser Studie wurde eine direktere und allgemeinere analytische Methode entwickelt, die die Berechnung der gegenseitigen Induktivität zwischen einem primären kreisförmigen Filament und einem sekundären Filament ermöglicht, das eine beliebige Form hat und in Bezug auf das primäre Filament zufällig im Raum ausgerichtet ist. Die entwickelte Methode basiert auf der Annäherung des sekundären Filaments an Punkte, die durch Liniensegmente im Raum verbunden sind, und wird im Weiteren als Segmentierungsmethode (SM) bezeichnet. Die Validierung der SM-Gegeninduktivität wurde anhand des in FastHenry verwendeten Standardalgorithmus durchgeführt, bei dem es sich um ein numerisches technik und Gleichungen durch Grover, Babic, und Poletkin handelt. Der Algorithmus wurde in MATLAB implementiert und zeigt die Vielseitigkeit der Methode für die Simulation von Fällen, in denen das sekundäre Filament eine n-seitlige form und komplexere Formen wie ein Ellipsenbogen, eine konische Helix und eine Spirale ist. Die SM-Genauigkeit wird anhand der Variation der Segmentanzahl geschätzt. Simulationen, die zur Untersuchung der Genauigkeit von SM für kreisförmige Filamente durchgeführt wurden, ergaben, dass ein prozentualer Fehler bis auf 0,1 % im Vergleich zu früheren Methoden erreicht werden kann, wenn das kreisförmige Filament in 75 Segmente unterteilt wird. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass der prozentuale Fehler des Umfangs eines n-seitigen eingeschriebenen Polygons in Bezug auf den Umkreis des umschriebenen Kreises 0,1 % beträgt, wenn n 40 ist. Bei dem Versuch, die Rechenzeit zu verkürzen, kann diese Zahl als konservative Schätzung der Anzahl der Segmente angesehen werden. Aufgrund des analytischen Charakters dieses Ansatzes eignet er sich neben der Berechnung der gegenseitigen Induktivität auch für die Anwendung bei der Modellierung von elektromagnetischen Geräten.