Dissertationen an der Fakultät

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Bača, Martin;
Advanced 3D cell culturing and monitoring system. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (213 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die vorgelegte Doktorarbeit stellt ein 3D-Zellkultursystem mit einem vollautomatisierten analytischen, biochemischen Assay und vollautomatisierter Kultivierung mit Mediumwechsel vor. Dieses integrierte Kultivierungs- und Analysesystem wurde in dieser Arbeit mit 3D-Hepatozytenkulturen in Polycarbonat-MatriGrid®-Gerüsten für das 3D-Wachstum von Zellkulturen prototypisiert. Das System perfundiert MatriGrid- Kulturen kontinuierlich mit Wirkstoff-ergänztem Medium und führt bei Bedarf eine Bewertung der Wirkstofftoxizität durch Beobachtung und Messung der Konzentration eines Indikators, des Biomarkers Albumin, durch. Das System kann die MatriGrid-Kultur mit unterschiedlichen Flussraten perfundieren, automatisierte Medienwechsel durchführen und mit dem mitgelieferten ELISA-Modul Proben des zu analysierenden Kulturmediums nach Bedarf untersuchen. Das System unterstützt die parallele Kultivierung von Zellen in mehreren Bioreaktoren. Das Fluidnetzwerk wurde aus Materialien konstruiert, die wenig Proteine und kleine Moleküle binden, absorbieren oder adsorbieren, um seine Anwendung für niedrige Biomarkerkonzentrationen und Langzeitexperimente zu erweitern. Die Doktorarbeit beschreibt das Systemdesign, den Aufbau, das Testen und die Verifikation unter Verwendung von 3D-gewachsenen HepaRG-Zellkulturen. Die zeitabhängige Wirkung von APAP auf die Albuminsekretion wurde über 96 h untersucht, wobei sowohl mit dem neu entwickelten System als auch konventionell in Mikrotiterplatten, gemessen wurde. Es zeigte sich, dass die Ergebnisse vergleichbar sind. Dieses Resultat belegt die Verwendung des Systems als eigenständiges Gerät, das in Echtzeit arbeitet und in der Lage ist, gleichzeitig Zellkultur- und Mediumanalyse in mehreren Bioreaktoren durchzuführen, mit erhöhter Zuverlässigkeit der 3D-Kultivierung, in einfacher Handhabung und Messung. Auf diese Weise soll das neu entwickelte 3D-Zellkultivierungs- und Analysesystem 3D-Zellkultivierungstechniken und -experimente für weitere Forschungsgruppen bekannt machen.



https://doi.org/10.22032/dbt.59056
Warnow, Leo;
Solving multi-objective mixed-integer nonlinear optimization problems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (ii, 186, XXV Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Multikriterielle gemischt-ganzzahlige Optimierungsprobleme treten in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten auf. Beispiele dafür sind Portfoliomanagement, sowie Ablauf- und Anlagenplanung. Häufig haben diese Optimierungsprobleme eine hohe Anzahl an Variablen und eine relativ geringe Anzahl an Zielfunktionen. In dieser Arbeit werden drei neue, deterministische Ansätze zur Approximation der nichtdominierten Menge solcher Optimierungsprobleme vorgestellt. Zwei der Ansätze arbeiten fast vollständig im Bildbereich. Dies hat den Vorteil, dass ihre Performance nur geringfügig durch die hohe Anzahl an Variablen beeinflusst wird, die häufig in Anwendungsproblemen auftritt. Während es sich bei einem der Ansätze um ein allgemeines Framework handelt, das nicht immer praktisch und algorithmisch realisiert werden kann, ist der andere Ansatz in der Lage, nahezu jedes multikriterielle gemischt-ganzzahlige konvexe Optimierungsproblem theoretisch und auch praktisch zu lösen. Der dritte vorgestellte Ansatz erlaubt darüber hinaus auch die Lösung multikriterieller gemischt-ganzzahliger nichtkonvexer Optimierungsprobleme. Alle drei Ansätze gehören zu den ersten, die multikriterielle gemischt-ganzzahlige Optimierungsprobleme lösen können und Garantien für die Qualität der von ihnen berechneten Approximation geben. Numerische Tests und Auswertungen für alle drei Ansätze werden ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt. Alle drei Ansätze verwenden dasselbe Konzept einer Einhüllung (enclosure) zur Approximation der nichtdominierten Menge. Deren Berechnung kombiniert Techniken der ganzzahligen und der multikriteriellen kontinuierlichen Optimierung. Darüber hinaus nutzt der Ansatz für gemischt-ganzzahlige konvexe Optimierungsprobleme gezielt die gemischt-ganzzahlige Struktur des Optimierungsproblems aus. Es ist der erste Ansatz, der gleichzeitig mit einer gemischt-ganzzahligen linearen Relaxierung und einer Zerlegung in kontinuierliche konvexe Teilprobleme arbeitet.



https://doi.org/10.22032/dbt.58648
Sauerteig, Philipp;
Optimisation-based control in electrical grids and epidemiology. - [Berlin] : epubli, 2023. - xiv, 172 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

ISBN 978-3-7575-7548-9

Diese Arbeit ist im Rahmen des KONSENS Projektes, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), entstanden. Hauptziel des KONSENS Konsortiums war die Konsistente Optimierung uNd Stabilisierung Elektrischer NetzwerkSysteme. Im Verlaufe der COVID-19 Pandemie, hat das Konsortium jedoch seine Expertise in mathematischer Modellierung, (numerischer) Analyse sowie optimaler Regelung auch dafür genutzt, um den Einfluss von Gegenmaßnahmen zu evaluieren und geeignete Strategien zur Eindämmung der Ausbreitung der Krankheit zu entwickeln. Infolgedessen ist diese Arbeit in zwei Teile untergliedert: Teil I: Verteilte Optimierung und Regelung von Microgrids, Teil II: Koordination von Gegenmaßnahmen gegen die Ausbreitung von Infektionskrankheiten. Der Schlüssel, um diese augenscheinlich grundlegend unterschiedlichen Probleme mittels verwandter Methoden zu adressieren, liegt in der Allgemeingültigkeit optimierungsbasierter Ansätze. Wir formulieren mathematische Modelle, um die jeweilige Systemdynamik zu beschreiben – in Teil I handelt es sich dabei um Batteriedynamiken, in Teil II um die Ausbreitung infektiöser Krankheiten. Dynamische Modelle in Verbindung mit beispielsweise ökonomischen Zielstellungen führen auf Optimalsteuerungsprobleme (engl. optimal control problems (OCPs)). Mit allen OCPs in dieser Arbeit gehen inhärente Unsicherheiten einher wie zum Beispiel der unbekannte zukünftige Nettoverbrauch (Teil I) und die grundsätzliche Entwicklung der pandemischen Lage (Teil II). Diese OCPs werden numerisch gelöst, um optimale Strategien zu ermitteln. Eine naive Implementierung der ermittelten Steuerung über den gesamten Optimierungshorizont würde während des Prozesses neu gewonnene Informationen nicht berücksichtigen. Eine Methode, die diese stetig neu gewonnenen Informationen in den Regelungsentwurf mit einbezieht, stellt die so genannte modellprädiktive Regelung (engl. model predictive control (MPC)) dar. MPC ist eine bewährte Methode, um OCPs mit Zustands- und Eingangsbeschränkungen in Echtzeit zu lösen und wird in beiden Teilen dieser Arbeit eingesetzt. Deshalb wird die grundlegende Idee von MPC in einem vorbereitenden Abschnitt erläutert.



Sasse, Thomas;
Discrete velocity models for mixtures and non-mixtures. - [Berlin] : epubli, 2023. - xxiv, 193 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

ISBN 978-3-7575-3519-3

In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung diskreter Geschwindigkeitsmodelle (DVM) zur Simulation von Gasgemischen untersucht. Es werden bekannte theoretische Ergebnisse zur Boltzmanngleichung werden eingeführt und von uns auf Gemische ausgeweitet. Für diese werden später außerdem äquivalente diskrete Versionen für DVM eingeführt. Weiterhin leiten wir Abschlussrelationen für die Navier-Stokes-Gleichungen für Gasgemische aus der Boltzmanngleichung her. Wir entwickeln effiziente Algorithmen um DVM für Gasgemische zu generieren, welche deutlich performanter sind als unsere anfänglichen, naiven Implementierungen. Dies ist besonders relevant für Gasgemische, da hier, abhängig vom gewählten Masseverhältnis, oft neue Geschwindigkeitsgitter notwendig sind und somit ein neues DVM generiert werden muss. Weiterhin untersuchen wir wie groß die diskreten Geschwindigkeitsgitter tatsächlich gewählt werden müssen. In Gemischen muss neben der Supernormalität auch ein hinreichend großer Energieaustausch zwischen den Spezies erfolgen und in einem sinnvollen Verhältnis zum Impulsaustausch stehen. Dieser Energieaustausch erfolgt ausschließlich durch Energie-transferierende Kollisionen, welche, je nach Masseverhältnis, erst in größeren Gittern in hinreichender Anzahl auftreten können. Wir zeigen dabei, dass ein Mangel an Energie-transferierenden Kollisionen zu stark verzögerten Abklingprozessen führen und deren qualitatives Verhalten verzerren kann. Wir untersuchen außerdem für welche Verteilungen ein Geschwindigkeitsgitter geeignet ist. Dazu entwickeln wir eine momentenbasierte Metrik für den Gitterfehler mittels derer wir automatisch einen geeigneten Bereich für die Temperatur und mittlere Geschwindigkeit zu einem diskreten Geschwindigkeitsgitter bestimmen können. Außerdem entwickeln wir eine flexibel anwendbare und anpassbare Methodik zur automatischen Bestimmung der Kollisionsgewichte, welche für DVM jeder Größe geeignet ist. Diese basiert auf sql-ähnlichen Gruppierungsoperationen, mit denen wir Kollisionen anhand von nutzerdefinierbaren Eigenschaften clustern. Anhand dieser Cluster bestimmen wir anschließend die Kollisionsgewichte. In der vorliegenden Arbeit nutzen wir dies, zum Beispiel, um die Effekte der Intraspezies- und Interspezies-Kollisionen anzugleichen oder ein sinnvolles Gleichgewicht von Impuls- und Energie-Transfer zwischen den einzelnen Spezies einzustellen. Abschließend nutzen wir diese Methodik auch um automatisiert Diskretisierungseffekte bei der Viskosität und der Prandtl-Zahl auszugleichen.



Nandy, Manali;
Reduction of crystalline defects in III-V thin buffer layers grown on Si(100) and Ge(100) substrates by MOCVD for solar fuels. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XII, 145 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die Heteroepitaxie von III-V auf Si und Ge Substraten eignet sich für kostengünstige, qualitativ hochwertige Epitaxieschichten, die eine geeignete Bandlücke für Mehrfachsolarzellen aufweisen. Jedoch ist die III-V-Heteroepitaxie auf diesen Substraten aufgrund von Antiphasengrenzen, die durch polares III-V Wachstum auf den unpolaren Substraten entstehen, eine Herausforderung. Außerdem müssen Kristalldefekte, die sich an der Heterogrenzfläche III-V/Substrate bilden können und dann in den III-V-Schichten die solare Konversionseffizienz erheblich beeinträchtigen, unbedingt vermieden werden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation von Si- und Ge-Oberflächen mit wohldefinierten Heterogrenzflächen sowie das nachfolgende Wachstum von GaP- und III-P- Schichten mit geringen Defektdichten mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, die präzise kontrollierte, auf industriellen Maßstab skalierbare Epitaxie von III-V-Halbleitern mit hoher Reinheit ermöglicht. Für das Wachstum von GaP auf Si wurde die Ausbildung von Doppelstufen auf der Arsen-terminierten Si(100)-Oberfläche und die dazugehörige Dimerorientierung durch Variation der Prozessparameter (Temperatur, Druck, Arsenquelle) genau kontrolliert. Um die Kristallqualität der GaP-Pufferschicht zu verbessern, wurde die Pulsabfolge der Ga- und P-Präkursoren für die Nukleation modifiziert, indem die ersten fünf TEGa-Pulse durch TMAl ersetzt wurden. Die kristallinen Defekte wurden mittels “Electron channeling contrast imaging” (ECCI) untersucht. Die quantitative Analyse der Defekte zeigte, dass bei GaP, das auf einer GaP/AlP Nukleationsschicht gewachsen wurde, im Durchschnitt die Dichte von Durchstoß-versetzungen (engl. threading dislocations, TDs) und Stapelfehlern (engl. stacking faults, SFs) um eine bzw. zwei Größenordnungen reduziert werden konnte, verglichen mit Pufferschichten, die auf einer binären GaP Nukleationsschicht gewachsen wurden. Bei der Heteroepitaxie von III-P/Ge(100) ist ein erster Prozessschritt vor dem eigentlichen Wachstum entscheidend, bei dem die Ge(100):As-Oberfläche dem TBP-Precursor ausgesetzt wird, um die As-Atome durch P-Atome zu ersetzen. Unterschiedliche molare Flüsse des TBP-Precursors während dieses Prozessschritts beeinflussen die chemische Zusammensetzung sowie die Oberflächenrekonstruktion der Ge(100):As-Oberflächen; außerdem wirken sich die molaren Flüsse des TBP-Angebots auf die Bildung von Defekten in der III-P-Schicht aus. Diese Arbeit hat somit gezeigt, dass beim Wachstum von III-V-Verbindungshalbleitern auf Si und Ge eine genau kontrollierte Heterogrenzfläche erforderlich ist, um die hohe Kristallqualität der III-V-Schichten zu erreichen.



https://doi.org/10.22032/dbt.55641
Kellner, Maria;
Bifurcations from codimension-one D4m-equivariant homoclinic cycles. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (277 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Das Thema dieser Arbeit ist eine detaillierte Beschreibung der Dynamik in der Nähe von D4m-symmetrischen relativen homoklinen Zykeln mit Hilfe von Lins Methode. Die homoklinen Zykel haben die Kodimension-1, d.h. wir beobachten ihre generische Entfaltung innerhalb einer einparametrigen Familie. Sie bestehen aus mehreren Trajektorien, die sowohl für positive als auch negative Zeit derselben hyperbolischen Gleichgewichtslage zustreben (Homokline Trajektorien) und die alle durch die von einer endlichen Gruppe induzierten Symmetrie voneinander abhängig sind. Wir nehmen reelle führende Eigenwerte und homokline Trajektorien an, die sich der Gleichgewichtslage entlang führender Richtungen nähern. Die Homoklinen befinden sich in flussinvarianten Unterräumen. Insbesondere für solche homoklinen Zykel in Differentialgleichungen mit Dk-Symmetrie (Dk ist die Symmetriegruppe eines regelmäßigen k-Ecks in der Ebene), bei denen k ein Vielfaches von 4 ist, stehen einige dieser flussinvarianten Unterräume senkrecht zueinander. Dies impliziert das Verschwinden der typischerweise auftretenden Terme führender exponentieller Konvergenzordnung in einigen der aus Lins Methode gewonnenen Bestimmungsgleichungen. Um eine genaue Beschreibung der nichtwandernden Dynamik eines solchen homoklinen Zykels zu geben, d.h. eine Beschreibung der Lösungen, die in der Umgebung des Zykels sowohl im Phasen- als auch im Parameterraum verbleiben, sind weitere Informationen über die Restterme in den Bestimmungsgleichungen erforderlich. In dieser Arbeit stellen wir eine verfeinerte Darstellung der Restterme in den Bestimmungsgleichungen vor und identifizieren zwei weitere Terme mit nächsthöheren exponentiellen Konvergenzraten. Darauf aufbauend diskutieren wir die Lösbarkeit der resultierenden Bestimmungsgleichungen für homokline Zykel in R4. Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden, die vom Größenverhältnis der beiden neuen Terme abhängen. In einem Fall beobachten wir einen endlichen Subshift. Im anderen Fall erweist sich die Analysis als schwieriger, so dass wir die Untersuchung auf periodische Lösungen beschränken.



https://doi.org/10.22032/dbt.55480
Omidian, Maryam;
Atomically resolved studies of quantum excitations and interactions in low-dimensional materials. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (v, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Diese Arbeit verwendet ein kombiniertes STM-AFM, das bei extremniedrigen Temperaturen und unter UHV betrieben wird. Im ersten Teil dieser Arbeit habe ich die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Graphen auf SiC(0001) untersucht. Die Korrelation zwischen den gebundenen Grenzflächenzuständen und den STM-Bildern wurde untersucht. Im nächsten Teil wurden diese Grenzflächenzustände durch Li-Interkalation von Graphen auf SiC(0001) unterdrückt. Die Interkalation wird durch Quenchen der charakteristischen Überstruktur von Graphen und weiterer Elektronendotierung entdeckt. Dabei werden die Li-Atome meist an der unteren Grenzfläche platziert: Pufferschicht-SiC. Im nächsten Teil dieser Studie wird eine weitere Li-Interkalation des Graphens durchgeführt, um beide darunter liegende Grenzflächen zu sättigen. Obwohl die vorhergesagte supraleitende Phase fehlte, konnten in den inelastischen Tunnelspektren interessante Merkmale festgestellt werden. In weitergehenden Untersuchungen wurden einzelne chemische Bindungen und elektrostatische Effekte in den Verbindungsstellen der vorherigen Proben bewertet. Zu diesem Zweck wird ein AFM verwendet, um auf kontrollierbare Weise eine Bindung zwischen dem Au-Atom, das die AFM-Spitze abschließt, und einem C-Atom von Graphen auf SiC(0001) zu bilden und zu brechen. Im letzten Teil dieser Dissertation habe ich das System Fe-Pb(111) mittels STM untersucht. Über ihre elektronischen und strukturellen Eigenschaften wurden hauptsächlich zwei unterschiedliche Materialklassen entdeckt. Die breite asymmetrische Lücke um die Fermi-Energie wird der stark verspannten zuerst abgeschiedenen Fe-Schicht zugeschrieben, die pseudomorph auf dem Pb(111)-Substrat wächst. Diese Materialklasse unterdrückt die Supraleitfähigkeit des Substrats. Im Gegensatz dazu zeigt die andere Materialgruppe das Metallische Eigenschaften mit den YSR-Bändern im Inneren der Inselregion.



https://doi.org/10.22032/dbt.54584
Zhang, Chenglin;
Effective strategies to enhance electrochemical performance of carbon materials for non-aqueous potassium- and sodium-ion capacitors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (XIV, 130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022


https://doi.org/10.22032/dbt.51557
Mendl, Alexander;
Miniaturisierte und markierungsfreie Analyse einzelner Mikrofluidsegmente unter Einsatz der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (vii, 156 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Die Mikrofluidsegmenttechnik ermöglicht es, Reaktionen unter optimierten Strömungsverhältnissen und mit einer minimalen Substanzmenge durchzuführen. Besonders für mehrdimensionale Reaktionsscreenings, bei denen die Einflüsse mehrerer Effektoren gleichzeitig untersucht werden, eignet sich diese Technik, da die Segmente geordnet durch das System geführt werden, wodurch die Zusammensetzung jedes einzelnen Segments bekannt ist. Deshalb hat bei dieser meist sehr komplexen und technisch aufwendigen Verfahrensweise die Analyse der Segmente bzw. deren Inhaltsstoffe eine große Bedeutung. Neben der optischen Auswertung oder der Fluoreszenzmessung, bei der die Zielsubstanz mit einer fluoreszierenden Gruppe markiert werden muss, werden aktuell markierungsfreie Detektionsmethoden entwickelt. Diese Detektionsmethoden sind aber noch sehr aufwendig und sind ohne tiefgreifende Fachkenntnisse auf dem jeweiligen Gebiet nicht anzuwenden. Der Bedarf nach einer einfachen Analysemethode, mit der auch chemische Veränderungen in den Segmenten markierungsfrei detektiert werden können, ist die Grundlage für die Motivation der hier vorgestellten Arbeit. Diese beschreibt eine neue Methode für die markierungsfreie Analyse einzelner Fluidsegmente, die durch einen kompakten Aufbau und eine einfache Anbindung an beliebige Prozesse einen weitverbreiteten Einsatz der Analysetechnik ermöglicht. Die entwickelte Analysemethode beschreibt die erstmalige Kopplung der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (engl. surface enhanced Raman scattering/spectroscopy, SERS) mit einer Umsetzung der seriell erzeugten Segmente auf eine parallele Array-Struktur aus SERS-aktiven Messstellen (SERS-Array). Dieser Umsetzungsschritt entkoppelt die zeitlich kritische Messung von der schnellen Prozessierung der Segmente und ermöglicht zudem einen optimalen optischen Zugang zu den Messstellen, wodurch der Einsatz kompakter Spektrometersysteme ermöglicht wird. Zur Umsetzung des Konzepts wurde ein neuartiger SERS-aktiver Hydrogel-Film sowie ein Verfahren zum Auftragen des Films auf die Messstellen entwickelt. Bei der Entwicklung des Hydrogel-Films wurde eine Methode zur Herstellung quellbarer, SERS-aktiver Komposit-Sensorpartikel weiterentwickelt, indem die Haftung auf einem Glasträger, die Verdunstung des Lösungsmittels während der Applikation und die SERS-Verstärkung untersucht und angepasst wurden. Weiterhin wurde die Leistungsfähigkeit der entwickelten Analysemethode bestimmt, so zeigt das SERS-Array hervorragende Werte in Bezug auf die Langzeitstabilität. Das Gesamtsystem wurde im Vergleich mit anderen SERS-basierten Analysemethoden bewertet. Dabei zeigt sich, dass vergleichsweise hohe Frequenzen an Segmenten analysiert werden können und dass die Quantifizierung von Testsubstanzen in einem breiten Konzentrationsbereich, der etwas oberhalb derer der Vergleichssysteme liegt, möglich ist. Anhand einer Desaminierungsreaktion konnte gezeigt werden, dass in dieser Arbeit eine kompakte und einfach adaptierbare Methode für SERS-Messungen entwickelt wurde, die chemische Veränderungen innerhalb von Mikrofluidsegmenten detektieren kann.



https://doi.org/10.22032/dbt.51925
Borowiec, Justyna;
Fabrication and characterization of microstructured scaffolds for complex 3D cell cultures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (XII, 140 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In einem natürlichen Gewebe wird das zelluläre Verhalten durch Stimuli der Mikroumgebung reguliert. Verschiedene chemische, mechanische und physikalische Reize befinden sich in einem lokalen Milieu und versorgen die Zellen mit einem biologischen Kontext. Im Vergleich zur in vivo Situation, zeigen Standard 2D in vitro Zellkulturmodelle viele Unterschiede in der zellulären Mikroumgebung und können infolgedessen eine Veränderung der Zellantwort verursachen. Die Schaffung einer physiologisch realistischeren Umgebung auf künstlichem Substrat ist ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung zuverlässiger Plattformen, die es den kultivierten Zellen ermöglichen, sich natürlicher zu verhalten. Daher sind neuartige Substrate auf Biomaterialbasis mit maßgeschneiderten Eigenschaften sehr gefragt. Die Mikrotechnik ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das bei der Herstellung der Funktionsgerüste hilft, um verschiedene Eigenschaften der in vivo Umgebung zu reproduzieren und auf in vitro Bedingungen zu übertragen. Die Gerüstkonstruktionsparameter können manipuliert werden, um die für das jeweilige Gewebe spezifischen Anforderungen zu erfüllen. Eine der grundlegenden Einschränkungen bei aktuellen Herstellungsverfahren ist jedoch die Unfähigkeit, mehrere Gerüsteigenschaften auf vorgefertigte Weise in eine einzelne Gerüststruktur zu integrieren. Diese Dissertation befasst sich mit Gerüstmikrofabrikations- und Oberflächenmodifikations-techniken, welche die Mikrostrukturierungstechnologie verwenden und die gleichzeitige Kontrolle über verschiedene Gerüsteigenschaften ermöglichen. Diese Ansätze bei der Mikrofabrikation von Polymergerüsten werden verwendet, um physikalische und chemische Eigenschaften bereitzustellen, die für die Leberzellkultur optimiert sind. Die physikochemischen Aspekte, die die zelluläre Mikroumgebung von Lebergewebe in vivo ausmachen, werden diskutiert und anschließend werden relevante Technologien vorgestellt, mit denen einige dieser Aspekte in vitro reguliert werden können. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein neuartiges zweistufiges Verfahren zur Herstellung von Polymergerüsten mit mikroporöser Struktur und definierter Topographie gezeigt. Um 3D-Matrizen mit integrierter Porosität zu erhalten, wurde nach der Herstellung mikroporöser Folien ein Mikrostrukturierungsprozess unter Verwendung der Mehrschicht Polymer-Thermoformtechnologie durchgeführt. Diese Methoden wurden verwendet, um Substrate für die organotypische 3D-Hepatozytenkultivierung herzustellen. Poröse Gerüste mit Mikrokavitäten wurden aus lösungsmittelgegossenen und phasengetrennten Polymilchsäure (PLA) Folien gebildet. Die Proben wurden auf grundlegende mechanische und Oberflächenspezifische Eigenschaften sowie auf die Zellleistung untersucht. Um einen Bezugspunkt für die Bewertung der hergestellten Matrices bereitzustellen, wurden PLA-Gerüste mit zuvor beschriebenen Substraten auf Polycarbonat (PC)-Basis mit ähnlicher Geometrie verglichen. HepG2-Zellen, die in PLA-Gerüsten kultiviert wurden, zeigten eine gewebeartige 3D-Aggregation und eine erhöhte Sekretionsrate von Albumin im Vergleich zu PC-Gerüsten. Anschließend wurde dieses zweistufige Herstellungsverfahren verwendet, um schnell abbaubare Gerüste für die gerüstfreie Zellblatttechnik herzustellen. Gerüste mit kontrollierter Porosität und Topographie, die die Schlüsselmerkmale von Lebersinusoiden nachahmen, wurden aus Poly(milch-co-glykolsäure) (PLGA)-Copolymer hergestellt und für den in vitro Abbau in Zellkultur charakterisiert. Um die Beziehung zwischen dem Abbau des Gerüsts und der Organisation der Zellen in der PLGA-Matrix aufzudecken, wurde die Lebensfähigkeit und Morphologie der kultivierten Zellen zusammen mit der Morphologie des Gerüsts untersucht. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden verschiedene technische Lösungen für die gerichtete Strukturierung mikroporöser Polymergerüste bewertet und ihre Eignung zur Erzeugung einer benutzerdefinierten lebenswichtigen oligozellulären Morphologie auf künstlichem Substrat vorgestellt. Besonderes Augenmerk wurde auf das 3D-Mikrokontaktdruckverfahren (3DµCP) gelegt, das die Vorteile des Mikrothermoformens und des Mikrokontaktdrucks kombiniert und eine räumlich-zeitliche Kontrolle über morphologische und chemische Merkmale in einem einzigen Schritt ermöglicht. Um das Potenzial dieser Technik aufzuzeigen, wurden Gerüste mit bestimmten Mikrostrukturen wie Kanäle mit verschiedenen Tiefen und Breiten sowie komplexere Muster hergestellt und verschiedene ECM-Moleküle gleichzeitig in die vordefinierten Geometrien übertragen. Die Gültigkeit des 3DµCP-Prozesses wurde durch mikroskopische Messungen, Fluoreszenzfärbung und Testen der Substrate auf Zelladhäsionsantwort gezeigt. Schließlich wird in dieser Arbeit die Herstellungsmethode zur Erzeugung komplexer Gerüste für die 3D- und gesteuerte Co-Kultivierung von Leberzellen vorgestellt. Polymermatrizen, die die grundlegende Leberarchitektur replizieren und somit eine gut organisierte Leberzellzusammensetzung ermöglichen, wurden erfolgreich unter Verwendung der 3DµCP-Methode hergestellt. Auf der Polycarbonatoberfläche wurden gleichzeitig chemische und topografische Leitfäden in Form sinusförmiger Strukturen strukturiert. Um die 3D-Gewebemikrostruktur zu replizieren, wurden EA.hy926- und HepG2-Zellen auf beiden Seiten des strukturierten porösen Gerüsts Co-kultiviert und anschließend einander gegenüber gestapelt, wodurch zugehörige Kanäle zur Bildung einer Kapillare führen. Das Potenzial unseres 3DµCP-strukturierten Gerüsts für die gerichtete Co-Kultivierung von Zellen wurde unter statischen Zellkulturbedingungen demonstriert. Am Ende wurden Gerüste für die weiteren Anwendungen im perfundierten Bioreaktorsystem angepasst.



https://doi.org/10.22032/dbt.50717
Schmitz, Philipp;
The spectra of indefinite singular Sturm-Liouville operators. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (92 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In der vorliegenden Arbeit werden die spektralen Eigenschaften singulärer Sturm-Liouville-Differentialoperatoren der Form Af=1/r(-(pf')' + qf) mit reellwertigen Koeffizienten p, q und r untersucht. Hierbei betrachten wir indefinite Gewichtsfunktionen r. Basierend auf Erkenntnissen der relativen Oszillationstheorie sowie der Floquet-Theorie für periodische Sturm-Liouville-Operatoren werden Kriterien nachgewiesen, welche die Stabilität der essentiellen Spektren unter Störung der Koeffizienten sicherstellen. Außerdem wird die Häufung von Eigenwerten in den Lücken des essentiellen Spektrums untersucht. Wir formulieren Bedingungen, die eine Häufung der Eigenwerte innerhalb einer Lücke implizieren, bzw. eine Häufung ausschließen. Weiterhin werden die nichtreellen Spektren indefiniter Sturm-Liouville-Operatoren untersucht. Hierbei werden Schranken der nichtreellen Eigenwerte hinsichtlich ihres Absolutbetrages and Imaginärteils bestimmt. Der Nachweis der Schranken beruht auf einer gewissenhaften Analyse der zugehörigen Eigenfunktionen.



https://doi.org/10.22032/dbt.50260
Kreismann, Jakob;
Three-dimensional optical microcavities: from geometric phases to tailored far-field emission. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (iii, 204 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Diese Arbeit behandelt dreidimensionale optische Mikrokavitäten in Bezug auf ihre Resonanzmoden. Die optischen Mikrokavitäten reichen dabei von Möbiusband-Kavitäten über zylindrische und kegelförmige Ringkavitäten sowie kegelförmige Tube-Kavitäten bis hin zu Arrays von Lima¸con-Kavitäten. Im ersten Teil werden flüstergalerieartige Moden von dielektrischen Möbiusband-Kavitäten mit Hilfe von FDTD-Simulationen untersucht. Die Topologie des Möbiusbands erlaubt die Entstehung einer geometrischen Phase und zwar der Pancharatnam-Phase. Darauf aufbauend wird untersucht, wie die Pancharatnam-Phase durch Verkürzung der Länge des verdrehten Anteils oder durch Erhöhung der Dicke des Möbiusbands manipuliert werden kann. Dabei untersuchen wir, wie die Polarisation und die Fernfelder der flüstergalerieartigen Moden beeinflusst werden. Außerdem wird die Nonagon-Möbiusband-Kavität - eine Möbiusband-Kavität mit Querschnittsform dreifacher Rotationssymmetrie - eingeführt, die ebenfalls eine Manipulation der Pancharatnam-Phase ermöglicht. Im zweiten Teil werden propagierende flüstergalerieartige Moden in zylindrischen Ringkavitäten, konischen Ringkavitäten und konischen Tube-Kavitäten mittels FDTD-Simulationen und vektorieller Beugungstheorie untersucht. Der propagierende Charakter der Moden ermöglicht die sogenannte Spin-Richtungs-Wechselwirkung des Lichts. Darauf aufbauend wird untersucht, wie die Fernfeldpolarisation durch die axiale Morphologie der flüstergalerieartigen Moden und durch geometrische Eigenschaften der Kavitäten wie die Öffnungswinkel von konischen Ring- und Tube-Kavitäten beeinflusst wird. Mit Hilfe vektorieller Beugungstheorie wird ein qualitativer Zusammenhang zwischen den lokalen Eigenschaften der Moden im Inneren der Kavität und der Fernfeldpolarisation beschrieben. Dabei wird die Rolle von Beugung und Präzession des elektrischen Feldvektors um die Kavitätenachse diskutiert. Es wird gezeigt, dass elliptische und zirkulare Polarisationszustände im Fernfeld unmittelbar durch propagierende flüstergalerieartige Moden auftreten, auch ohne inhomogenes oder anisotropes Kavitätenmaterial. Im dritten Teil wird die Fernfeldabstrahlung von linearen Arrays bestehend aus Lima¸con-Kavitäten mithilfe von FDTD-Simulationen untersucht. Während das Fernfeld einer einzelnen Lima¸con-Kavität gerichtete Emission aufweist, wird untersucht, wie sich diese gerichtete Emission in Abhängigkeit der Arrayeigenschaften wie dem Abstand zwischen den Kavitäten und der Anzahl der Kavitäten ändert. Es wird gezeigt, dass die Abstrahlung des Arrays entweder weiter verstärkt (Superdirektionalität) oder sogar umgekehrt Kavitäten werden kann (Richtungsumkehr).



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000314
Wu, Yuhan;
Preparation and electrochemical properties of metal chalcogenide anode materials for potassium-ion batteries. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (XI, 120 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Unter den elektrochemischen Energiespeichersystemen der nächsten Generation werden Kalium-Ionen-Batterien (KIB) aufgrund des geeigneten Arbeitspotenzials, der hohen Sicherheit und der kostengünstigen Wettbewerbsfähigkeit für die bestmögliche Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien angesehen. Dennoch kann die aufstrebende Technologie noch nicht mit den Lithium-Ionen-Batterien mithalten, die umfangreiche Forschung und Kommerzialisierung besitzen. Eines der Haupthindernisse ist die unzureichende elektrochemische Leistung der KIB-Anode. Bisher wurden eine Vielzahl von Materialien als Kandidaten erforscht, darunter sind besonders Metall-Chalkogenide aufgrund ihrer einzigartigen Struktureigenschaften und hohen theoretischen Kapazitäten attraktiv. In dieser wurde das elektrochemische K+ Lagerungsverhalten von drei Metall-Chalkogenid als Anodenmaterialien untersucht. Zuerst wurde das kommerzielle Wolframdisulfidpulver zur Demonstration erprobt, um die Realisierbarkeit von WS2 als KIB-Anode zu erforschen. Als Ergebnis konnte ein ungewöhnlicher Reaktionsmechanismus zum ersten Mal beobachtet und verifiziert werden. Anschließend wurde eine Heterostruktur aus mehrlagigen KohlenstoffNanoröhren, die mit den hoch kristallisierten und ultradünnen MoSe2 Nanoblätter beschichtet sind, aufgebaut. Dabei wurde die synergetische Verstärkung des strukturierten Aufbaues, der Kohlenstoffmodifikation und der Kristallinitätsregelung für die K+ Speicherfähigkeit des zweidimensionalen Metall-Chalkogenid aufgedeckt. Schließlich wurde ein neuartiges kristallartiges Fe1-xS synthetisiert und als Anodenmaterial in KIBs angewendet. Dabei hat sich eine starke Wettbewerbsfähigkeit in Bezug auf Kosten und elektrochemischer Leistung herausgestellt. In dieser Arbeit wurden nicht nur drei vielversprechende KIB Anodenmaterialien hergestellt, sondern auch ein Einblick in die Entwicklung einer kostengünstigen elektrochemischen Energiespeichertechnologie gewährt.



https://doi.org/10.22032/dbt.50121
Gernandt, Hannes;
Spectral perturbation & optimization of matrix pencils. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In dieser Arbeit untersuchen wir lineare differentiell-algebraischen Gleichungen (DAEs). Die Lösungen solcher DAEs werden durch Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln beschrieben. Hierdurch kann insbesondere das qualitative Verhalten der Lösungen durch eine gezielte Veränderung (oder Störung), hinsichtlich gewisser Robustheits- oder Stabilitätsvorgaben, verbessert werden. Wir untersuchen zunächst das Verhalten der Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln unter Störungen niedrigen Ranges. Zur Beschreibung des Störverhaltens nutzen wir einen neuartigen Zugang mit linearen Relationen und einem Zusammenspiel der Segre und Weyr Charakteristiken. Von besonderem Interesse ist dabei das Problem der Eigenwertplatzierbarkeit durch Störungen niedrigen Ranges. Hierbei wird untersucht, ob eine vorgegebene Eigenwertlage durch eine gezielte Veränderung der DAE erreicht werden kann. Durch die Vorgabe der Eigenwertlage wird indirekt das Stabilitätsverhalten der DAE beeinflusst. Vereinfacht gesagt wird in dieser Arbeit gezeigt, dass jede vorgegebene Eigenwertlage durch eine Störung mit Rang eins realisierbar ist. Als Anwendung betrachten wir eine Designoptimierung von Operationsverstärkern, welche in den letzten Jahren in der Arbeitsgruppe um Ralf Sommer (TU Ilmenau & Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme) entwickelt wurde. Hierbei wurden gezielt Kapazitäten in die Verstärkerschaltung eingefügt, um ihr Übertragungsverhalten nach gewissen Vorgaben zu beeinflussen. Dabei entspricht jede neue Kapazität einer Störung der DAE vom Rang eins. In diesem Kontext sind die Platzierungsergebnisse jedoch nur bedingt geeignet. Hier treten zusätzliche Einschränkungen der erlaubten Modifikationen der DAE auf, da nur sehr wenige Störungen als Kapazitäten in der Schaltung realisiert werden können. Bei der Designoptimierung ist man zudem an kleinstmöglichen Veränderungen der DAE interessiert, um die Produktionskosten des Verstärkers zu minimieren. Daher untersuchen wir im zweiten Teil der Arbeit, wie platzierende Störungen mit kleinstmöglicher Norm sowie mit vorgegebener Struktur bestimmt werden können. Dieses Vorgehen bezeichnen wir als Spektrale Optimierung. Zur Bestimmung einer approximativen Lösung dieses Optimierungsproblems wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher dann bei der Designoptimierung von zwei industriellen Verstärkerschaltungen eingesetzt wird.



https://doi.org/10.22032/dbt.49285
Zhang, Huanming;
Cost-effective methods for anodic aluminum oxide templates transfer and replication. - Ilmenau, 2021. - XVI, 93 Blätter
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Zusammenfassung Geordnete Nanostruktur-Arrays zeigen immer eine überlegene Leistung gegenüber ihren ungeordneten Gegenstücken. Die templatgesteuerte Herstellung von AAO (anodisches Aluminiumoxidoxid) ist im Vergleich zu Lithographie und Selbstorganisation eine relativ kostengünstige Technik. Im Allgemeinen können AAO-Schablonen in normale Schablonen und ultradünne AAO-Membranen (UTAM) mit Durchgangsloch klassifiziert werden. Bei normalen AAO-Schablonen machen nicht wiederverwendbare AAO-Schablonen den gesamten Herstellungsprozess sehr ineffizient und haben Umwelt- und Energieprobleme, wenn man den aktuellen Prozess der Herstellung und Veredelung des für die Anodisierung verwendeten Aluminiums berücksichtigt. Bisher gibt es nur wenige Berichte über die zerstörungsfreie Replikation von AAO-Matrizen auf Metallbasis, da das Infiltrieren des Metalls in die Poren von AAO-Matrizen nur schwer möglich ist. Das UTAM wird häufig als Schablonenmaske verwendet. Die Übertragung von UTAMS auf Zielsubstrate ist schwierig. Obwohl die Übertragung von UTAM im Wafer-Maßstab auf hydrophile Substrate demonstriert wurde, stehen aktuelle Verfahren immer noch vor der großen Herausforderung, fehlerfrei auf beliebige Substrate zu übertragen. Bisher wurden fast keine Anstrengungen unternommen, um die Abhängigkeit von den hydrophilen Substraten zu überwinden, was die umfassendere Anwendung von UTAMS einschränkt. Daher ist es praktisch wichtig, eine universelle Übertragungsmethode zu entwickeln, um faltenfreies UTAM auf beliebigen Substraten zu erhalten. In dieser Dissertation konzentrieren wir uns auf die beiden Themen und schlagen entsprechende Lösungen vor. Zunächst wenden wir eine zweistufige Abscheidungsstrategie an, um die AAO-Poren mit Metallen zu filtrieren und anschließend mechanisch zu extrahieren. Wir haben diese Methode erfolgreich auf drei verschiedene Metallarten angewendet. Darüber hinaus wurden auch Kern-Schale-Metall-Nanostrukturen hergestellt. Überdies wird auch die Anwendung der Metallnanostruktur-Arrays bei der optischen Fälschungssicherheit demonstriert. Zweitens schlagen wir eine gasströmungsunterstützte Entnetzungsmethode vor, um faltenfreies UTAM im Zentimeterbereich auf beliebige Substrate zu übertragen. Dieses Verfahren kann leicht durchgeführt werden, indem Druckluft verwendet wird, um das eingeschlossene Tröpfchen zwischen dem UTAM und dem Zielsubstrat herauszudrücken, wodurch die Kontaktwinkelhysterese ausgenutzt wird, um das eingeschlossene Tröpfchen auszudehnen und gleichzeitig die Membran während einer schnellen Entnetzung zu dehnen, die durch den Gasstrom angetrieben wird. Darüber hinaus bleiben die ursprünglichen Oberflächeneigenschaften der Zielsubstrate nach dem Transfer im Vergleich zu anderen Verfahren unverändert. Überdies haben wir diese Methode auch erfolgreich auf gekrümmte Substrate angewendet.



Mehler, Alexander;
Two-dimensional materials on metal surfaces: impact on molecular frontier orbitals, vibrons and the moiré effect. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 127 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum der zweidimensionalen Materialien Graphen und hexagonales Bornitrid (h-BN) auf den beiden metallischen Oberflächen Pt(lll) und Ru(000l), sowie die Interaktion eines organischen Moleküls mit diesen Probenoberflächen, mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Zuerst wird das Wachstum und die strukturellen Eigenschaften von Graphen und h-BN auf beiden metallischen Oberflächen beleuchtet. Dabei wird eine chemische Gasphasenabscheidungsmethode (CVD) mit dem Ausgangsstoff Ethen für das Graphenwachstum und eine alternative temperaturregulierte Wachstumsmethode (TPG) für das h-BN-Wachstum mit dem Ausgangsstoff Amminboran verwendet. Die beobachteten strukturellen Eigenschaften beider zweidimensionaler Materialen auf den jeweiligen Metalloberflächen werden diskutiert und verglichen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Verfahren zum Wachstum von Heterostrukturen bestehend aus Graphen und h-BN entwickelt. Die Heterostruktur wird analysiert und ein Modell mit festgelegter Rotation zwischen den einzelnen atomaren Lagen auf der Basis der experimentellen Beobachtungen erstellt. Während der Aufnahme von STM-Bildern mit verringertem Spitzen-ProbenAbstand kann eine zusätzliche hexagonale Struktur abgebildet werden. Zum Vergleich mit den experimentellen Daten wurden Dichtefunktionaltheorierechnungen (DFT) der Graphen/h-BN-Heterostruktur durchgeführt. Anschließend werden die spektroskopischen Signaturen der Molekülorbitale des organischen Moleküls Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP), welches auf Graphen bzw. h-BN auf Pt(lll) und Ru(00Ol) adsorbiert wird, miteinander verglichen. Veränderungen der Energie der Molekülorbitale von DBP werden genutzt, um Austrittarbeitsveränderungen auf verschiedenen Teilen des h-BNMoires zu beschreiben. Die Lücke der beiden Molekülorbitale bleibt auf verschiedenen Adsorptionsplätzen auf h-BN-bedecktem Pt(lll) unverändert, während sich die absolute Energie der Molekülorbitale gleichermaßen verschiebt. Im Gegensatz dazu ist die Energieveränderungen der Molekülorbitale auf h-BN-bedecktem Ru(000l) nicht gleichförmig, was mit einem möglichen Ladungstransfer zu begründen sein könnte. Die effiziente Reduzierung der Hybridisierung zwischen DBP und den Metalloberflächen mit Hilfe der zweidimensionalen Pufferschichten Graphen und h-BN wird weiter untersucht. Beide zweidimensionalen Materialen sorgen dafür, dass Franck-Condon-Anregungen in beiden Molekülorbitalen zu beobachten sind. Auf h-BN sind Schwingungsprogressionen mit zwei Vibrationsenergien mit verschiedenen Huang-Rhys-Faktoren und scharfen Vibrationsseitenbändern bis zur zweiten Vibrationsordnung zu sehen. Im Gegensatz dazu sind die Orbital- und Vibrationsspektrallinien auf Graphen breiter, wodurch die zweite Vibrationsprogression nicht mehr zu erkennen ist. In diesem Fall trägt also nur eine Vibrationsmode zum Franck-Condon-Spektrum bei.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000107
Liu, Long;
Constructing pseudocapacitive electrodes for supercapacitors based on rationally designed nanoarchitectured current collectors. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (XIV, 130 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Superkondensatoren sind als elektrochemische Energiespeicher von großer Bedeutung, was auf ihre hervorragende elektrische Leistung, ihre ausgezeichnete Reversibilität und ihre lange Lebensdauer zurückzuführen ist. Im Vergleich zu Batterien haben Superkondensatoren jedoch eine geringe Energiedichte, was ihre breite Anwendung einschränkt. Pseudokapazitive Materialien mit einer hohen theoretischen Kapazität sind sehr vielversprechend, um die Energiespeicherfähigkeit von Superkondensatoren zu erhöhen. Die Forschung an nanoarchitektonischen Stromspeichern zielt darauf ab, ihr volles Potenzial im Bereich der Ladungsspeicherung auszuschöpfen, indem man sich mit den herausfordernden Aspekten wie der inhärent niedrigen elektrischen Leitfähigkeit und dem trägen Lade- und Entladeverhalten der meisten pseudokapazitiven Materialien befasst. In diesem Zusammenhang wurden drei Arten von nanoarchitektonischen Stromkollektoren entworfen, um pseudokapazitive Elektroden zu konstruieren, die unter verschiedenen Aspekten untersucht werden sollten. Es handelt sich dabei um Nickel-Nanorod-Arrays (NN), geätzte poröse Aluminiumoxidmembranen (EPAM), die mit einer SnO2-Schicht beschichtet sind (EPAMSnO2), und in EPAM eingeschlossene Nickel-Nanodrähte (NiNWs-EPAM): Zunächst wird die Rolle von NN-Nanoarchitekten-Stromkollektoren in Superkondensator-Elektroden mit den pseudokapazitiven Materialien bei hoher Massenbelastung und dicker Schicht bewertet. Durch die elektrochemische Leistungs- und Impedanzanalyse der Elektroden mit und ohne die NN-nanoarchitektierten Stromkollektoren wird die Validierung des Designs von Dickschichtelektroden auf der Basis von nanoarchitektierten Stromkollektoren demonstriert. Zweitens werden EPAM@SnO2-Gerüste als nanoarchitektonische Stromkollektoren für Nanoelektroden entworfen und eingesetzt, um die Energiedichte des Mikro-Superkondensators (MSC) zu verbessern. Dank der orientierten und robusten Nanokanäle in EPAM@SnO2 können die daraus resultierenden Nanoelektroden sowohl die effektive Ionenmigration als auch die sehr große elektroaktive Oberfläche innerhalb des begrenzten Footprints synergetisch nutzen. Ein MSC wird schließlich konstruiert und weist eine rekordverdächtig hohe Leistung auf, was auf die Umsetzbarkeit des derzeitigen Designs für Energiespeichervorrichtungen hindeutet. Drittens wird der NiNWs-EPAM nanoarchitektierte Stromkollektor hergestellt, um nicht aggregierende und robuste eindimensionale (1D) Nanoelektroden-Arrays zu konstruieren. Das EPAM verhindert die Selbstaggregation von 1D-Nanoelektroden-Arrays und verleiht ihnen gleichzeitig eine hohe strukturelle Integrität und elektrochemische Stabilität während der Montage und des Betriebsprozesses der Geräte. MSCs, die mit diesen nicht aggregierenden und robusten 1D-Nanoelektroden bestückt sind, erreichen eine bemerkenswerte Energiespeicherleistung. Die im Rahmen dieser Arbeit zu nanoarchitektonischen Stromkollektoren für Superkondensatoren erzielten Ergebnisse geben einen Ausblick auf den Entwurf zukünftiger Energiespeicher und -wandler.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00047350
Schweser, Thomas;
Colorings of graphs, digraphs, and hypergraphs. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (viii, 185 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Brooks' Theorem ist eines der bekanntesten Resultate über Graphenfärbungen: Sei G ein zusammenhängender Graph mit Maximalgrad d. Ist G kein vollständiger Graph, so lassen sich die Ecken von G so mit d Farben färben, dass zwei benachbarte Ecken unterschiedlich gefärbt sind. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf Verallgemeinerungen von Brooks Theorem für Färbungen von Hypergraphen und gerichteten Graphen. Eine Färbung eines Hypergraphen ist eine Färbung der Ecken so, dass keine Kante monochromatisch ist. Auf Hypergraphen erweitert wurde der Satz von Brooks von R.P. Jones. Im ersten Teil der Dissertation werden Möglichkeiten aufgezeigt, das Resultat von Jones weiter zu verallgemeinern. Kernstück ist ein Zerlegungsresultat: Zu einem Hypergraphen H und einer Folge f=(f_1, ,f_p) von Funktionen, welche von V(H) in die natürlichen Zahlen abbilden, wird untersucht, ob es eine Zerlegung von H in induzierte Unterhypergraphen H_1, ,H_p derart gibt, dass jedes H_i strikt f_i-degeneriert ist. Dies bedeutet, dass jeder Unterhypergraph H_i' von H_i eine Ecke v enthält, deren Grad in H_i' kleiner als f_i(v) ist. Es wird bewiesen, dass die Bedingung f_1(v)+ +f_p(v) \geq d_H(v) für alle v fast immer ausreichend für die Existenz einer solchen Zerlegung ist und gezeigt, dass sich die Ausnahmefälle gut charakterisieren lassen. Durch geeignete Wahl der Funktion f lassen sich viele bekannte Resultate ableiten, was im dritten Kapitel erörtert wird. Danach werden zwei weitere Verallgemeinerungen des Satzes von Jones bewiesen: Ein Theorem zu DP-Färbungen von Hypergraphen und ein Resultat, welches die chromatische Zahl eines Hypergraphen mit dessen maximalem lokalen Kantenzusammenhang verbindet. Der zweite Teil untersucht Färbungen gerichteter Graphen. Eine azyklische Färbung eines gerichteten Graphen ist eine Färbung der Eckenmenge des gerichteten Graphen sodass es keine monochromatischen gerichteten Kreise gibt. Auf dieses Konzept lassen sich viele klassische Färbungsresultate übertragen. Dazu zählt auch Brooks Theorem, wie von Mohar bewiesen wurde. Im siebten Kapitel werden DP-Färbungen gerichteter Graphen untersucht. Insbesondere erfolgt der Transfer von Mohars Theorem auf DP-Färbungen. Das darauffolgende Kapitel befasst sich mit kritischen gerichteten Graphen. Insbesondere werden Konstruktionen für diese angegeben und die gerichtete Version des Satzes von Hajós bewiesen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000522
Gizatullin, Bulat;
Dynamic nuclear polarization NMR fast field cycling study complex systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (117 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die dynamische Kernpolarisation (DNP) ist eine Methode zur Erzielung eines außerordentlich hohen hyperpolarisierten Kernspinzustands, welche aufgrund der erhöhten Empfindlichkeit ein zusätzliches Potenzial für Kernspinresonanz (NMR) -Techniken bietet. Zudem ist die DNP- Methode sowohl für Anwendungen in niedrigen, als auch in hohen Magnetfeldern geeignet und ermöglicht dabei für eine Vielzahl von Messbedingungen und Messsystemen eine Verbesserung der Empfindlichkeit. In dieser Arbeit werden die bisherigen Ansätze zur Kombination der DNP-Methode mit der Fast-Field-Cycling (FFC) NMR-Relaxometrie weiterentwickelt, um die Molekulardynamik in komplexen Systemen zu untersuchen. Die zugehörigen Maßnahmen zur Verbesserung der Datenqualität und die ausführliche Datenanalyse werden ebenso vorgestellt, wie der theoretische Hintergrund der Methode. Anhand einer Vielzahl unterschiedlicher Systeme werden die verschiedenen Kombinationen von DNP-Effekten und Interaktionstypen, sowie verschiedene Dynamikmodelle vorgestellt. Die Verteilung der transversalen Relaxationszeit (T2) wird zum Kodieren entsprechender Messungen der longitudinalen Relaxationszeit (T1) und der T2- aufgelösten DNP-Verstärkungsmessungen verwendet. Außerdem wird das Hauptproblem von DNP-FFC-Messungen, welches mit der radikalinduzierter Relaxivität zusammenhängt, mithilfe eines neu entwickelten Differenzenansatzes (Extrapolation) gelöst. Als ein Modellsystem für komplexe Systeme wird ein Blockcopolymer bestehend aus Polystyrol und Polybutadien untersucht, welches sich durch unterschiedliche Dynamiken, Relaxationseigenschaften und Polymer-Lösungsmittel-Wechselwirkungen der verschiedenen Blöcke auszeichnet. Es wird gezeigt, dass für in organischen Lösungsmitteln mit stabilen organischen Radikalen wie TEMPO und BDPA gelöste Blockcopolymere eine Kombination aus Overhauser-Effekt und Festkörper-DNP-Effekt mit einem bemerkenswerten Verstärkungsfaktor vorliegt. In einem nächsten Schritt wird die DNP-FFC-Methode auf einen Satz verschiedener schwerer Rohöle angewendet, die sich in Viskosität, Zusammensetzung und der Menge an freien Radikalen und Vanadylkomplexen unterscheiden. Die Verwendung eines fortschrittlichen Festkörper-DNP-Effekt-Modells liefert Informationen über die Kopplungsstärke und das relative Verhältnis von gekoppelten Elektronen und Kernspins. Das neue Potenzial der Methode wird anhand der Untersuchung von X-Kernsystemen wie 7Li, 13C und 2H demonstriert. Durch die Verwendung der DNP-Methode ist es erstmals möglich, die Relaxationseigenschaften von 13C bei ihrer natürlichen Konzentration in Flüssigkeiten zu untersuchen. Zusammenfassend präsentiert diese Arbeit fortschrittliche Entwicklungen und Anwendungen einer neuartigen DNP-FFC-Methode zur Untersuchung der Molekulardynamik und der Merkmale der Elektron-Kern-Wechselwirkung in einer Vielzahl komplexer Systeme, die an Beispielen von Polymeren, Lösungen, porösen Medien und Mehrkomponentenflüssigkeiten vorgestellt werden. Die meisten der in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal untersuchten Systeme wurden zur Entwicklung der kombinierten Analyse verwendet, einschließlich konventioneller Relaxationsdispersions- und DNP-Ansätze, die es ermöglichen, einzigartige detaillierte Informationen über Dynamik und Elektron-Kern-Wechselwirkungen zu erhalten.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000344
Hähnlein, Bernd;
Graphen - epitaktisches Wachstum, Charakterisierung und nicht-klassische elektrische Bauelementekonzepte. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (163 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In der vorliegenden Dissertation wurden die Schwerpunkte des Wachstums auf semi-isolierendem 6H-SiC, der Schicht- als auch der Bauelementecharakterisierung auf Basis von epitaktischem Graphen behandelt. Die Schichten wurden mittels REM, AFM, LEED, XPS und ARPES untersucht. Anhand von REM Aufnahmen wurde durch einen neuartigen Ansatz die Qualität der Schichten über die Bildentropie mit den Wachstumsparametern korreliert. Für die Bestimmung der Schichtdicke mit Hilfe von XPS wurden (a-)symmetrische Fit-Funktionen und ihr Fehler bei der Dickenbestimmung betrachtet. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Charakterisierung der hergestellten Schichten durch Raman- und FTIR-Spektroskopie. Die Einflüsse von Verspannung, Fermi-Niveau und Lagenzahl auf das Raman-Spektrum des Graphen wurden klassifiziert und quantifiziert. Uniaxiale konnte von biaxialer Dehnung anhand des Unterschieds in der G/2D-Dispersion unterschieden werden, die Asymmetrie der G-Mode wird dabei maßgeblich von uniaxialer Dehnung, der Lage des Fermi-Niveaus als auch durch Transferdotierung bei Anwesenheit von Adsorbaten beeinflusst. Zunehmende Lagenzahl verursachte eine Blauverschiebung der 2D-Mode bei zunehmender Halbwertbreite. Mittels FTIR wurden Änderung des Reststrahlenbands des SiCs in Abhängigkeit des Wachstums durch Anregung eines Oberflächenplasmon-Polaritons im Graphen untersucht. Eine Auswertemethode wurde entwickelt, um die sich im Divisionsspektrum der Reflektivitäten ausbildende Fano-Resonanz zu beschreiben. Die Intensität der resultierenden Fano-Resonanz wird dabei maßgeblich von der Verschiebung der Modell-Oszillatoren zueinander beeinflusst. Der dritte Schwerpunkt befasst sich mit der Strukturierung und Charakterisierung von vollständig aus Graphen bestehenden, Three Terminal Junctions (TTJ) und Side-Gate-Transistoren (SG-FET). Für die Vermessung kleinster Strukturbreiten anhand von REM-Aufnahmen wurden Methoden zur Schwingungskorrektur und der Breitenbestimmung nahe/unterhalb der Auflösungsgrenze des REMs hergeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass TTJs einen Gleichrichtungseffekt mit hoher Gleichrichtungseffizienz aufweisen. Des Weiteren wurden die auftretenden Stromverstärkungseffekte untersucht. Die realisierten SG-FETs zeigen vergleichbar gute Eigenschaften wie konventionelle Top-Gate-Transistoren auf bei Minimierung parasitärer Einflüsse.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000335
Mohr, Samuel;
Rooted structures in graphs : a project on Hadwiger's conjecture, rooted minors, and Tutte cycles. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (viii, 131 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Hadwigers Vermutung ist eine der anspruchsvollsten Vermutungen für Graphentheoretiker und bietet eine weitreichende Verallgemeinerung des Vierfarbensatzes. Ausgehend von dieser offenen Frage der strukturellen Graphentheorie werden gewurzelte Strukturen in Graphen diskutiert. Eine Transversale einer Partition ist definiert als eine Menge, welche genau ein Element aus jeder Menge der Partition enthält und sonst nichts. Für einen Graphen G und eine Teilmenge T seiner Knotenmenge ist ein gewurzelter Minor von G ein Minor, der T als Transversale seiner Taschen enthält. Sei T eine Transversale einer Färbung eines Graphen, sodass es ein System von kanten-disjunkten Wegen zwischen allen Knoten aus T gibt; dann stellt sich die Frage, ob es möglich ist, die Existenz eines vollständigen, in T gewurzelten Minors zu gewährleisten. Diese Frage ist eng mit Hadwigers Vermutung verwoben: Eine positive Antwort würde Hadwigers Vermutung für eindeutig färbbare Graphen bestätigen. In dieser Arbeit wird ebendiese Fragestellung untersucht sowie weitere Konzepte vorgestellt, welche bekannte Ideen der strukturellen Graphentheorie um eine Verwurzelung erweitern. Beispielsweise wird diskutiert, inwiefern hoch zusammenhängende Teilmengen der Knotenmenge einen hoch zusammenhängenden, gewurzelten Minor erzwingen. Zudem werden verschiedene Ideen von Hamiltonizität in planaren und nicht-planaren Graphen behandelt.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000294
Nägelein, Andreas;
Ladungsträgertransport in Nanodrahtstrulturen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xii, 154 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die Integration von III-V-Halbleitern mit der etablierten Silizium-Technologie hat einen hohen Stellenwert bei der Weiterentwicklung vieler opto-elektronischen Bauelemente. Da hierbei Materialien mit unterschiedlichen Kristallstrukturen und Gitterparameter kombiniert werden müssen, entstehen Kristalldefekte, welche die Leistung und Effizienz dieser Bauteile beeinträchtigen. Unter Verwendung von Nanodrahtstrukturen, in denen mechanische Spannungen sehr effizient abgebaut werden können, ist es möglich, die Defektdichte zu reduzieren. Zudem kann von der Nanodrahtgeometrie, mit ihren einzigartigen Eigenschaften, profitiert werden. In dieser Arbeit wird ein ausgefeiltes Multi-Spitzen Rastertunnelmikroskop (MT-STM) eingesetzt, um den Ladungsträgertransport in freistehenden Nanodrahtstrukturen eingehend zu untersuchen. Das Ziel dieser Dissertation ist es, ein detailliertes Verständnis über den Dotierstoffeinbau, die Leitungskanäle bei verschieden starker Dotierung sowie die Funktion ladungstrennender Kontakte in Nanodrähten zu entwickeln. In einem ersten Schritt werden die Ergebnisse des MT-STMs mit denen konventioneller Transferlängenmessung verglichen und bewertet. Die gute Übereinstimmung der ermittelten spezifischen Leitfähigkeit und Dotierstoffkonzentration, die hohe Ortsauflösung und die wenigen Prozessschritte bestätigen die Überlegenheit des MT-STMs gegenüber konventionellen Methoden. Die Vermessung verschieden dotierter Nanodrähte ermöglicht es den Dotierstoffeinbau im Detail zu untersuchen. Der Vergleich der Leitfähigkeiten dieser Drähte unmittelbar nach dem UHV-Transfer mit denen nach Oxidation an Luft, ermöglicht zudem die Evaluation der Auswirkungen von Oberflächenterminierungen auf den Ladungsträgertransport. Die für opto-elektronische Anwendung notwendigen ladungstrennenden Kontakte werden in axialer sowie radialer Ausführung untersucht. Hierbei ist die Ermittlung der exakten Dotierstoffprofile mit höchster räumlicher Auflösung besonders wichtig, da abrupte Halbleiterkontakte beim sogenannten vapor-liquid-solid Wachstum kaum realisierbar sind. Die vorliegende Arbeit schafft die Voraussetzungen für ein detailliertes Verständnis des Ladungsträgertransports und zur präzisen Ermittlung von Dotierprofilen in Nanodrähten, wodurch die Grundlage für die Verbesserung von Nanodraht-Bauelemente geschaffen wird.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040691
Xu, Rui;
Boosting solar energy harvesting with ordered nanostructures fabricated by anodic aluminum oxide templates. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (X, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

In dieser Dissertation habe ich drei Arten von hochgeordneten Nanostrukturen realisiert, einschließlich 1D-PTP-Au-Core / CdS-Shell-Array, Au-NW / TiO2-NT-Janus-Hetero-Nanostruktur-Array und 2D-Metall-SPhCs. Diese fortschrittlichen Architekturen könnten als vielseitige Gerüste zum Aufbau energiebezogener Geräte eingesetzt werden und haben ein großes Potenzial, die Gesamtleistung drastisch zu verbessern und die durch die planare Konfiguration auferlegten Grenzen zu durchbrechen. Insbesondere die geordneten Nanostruktur-Arrays mit mehreren Komponenten sind von großer Bedeutung, und die entsprechenden Geräte können die Vorteile dieser nanostrukturierten Komponenten kombinieren, wodurch die relevante Leistung systematisch verbessert wird. Darüber hinaus ermöglichen die hohe Regelmäßigkeit der Nanostrukturverteilung, die Gleichmäßigkeit der Nanounits sowie die steuerbaren Größen und Profile der Nanostruktur die resultierenden Architekturen als leistungsfähige Plattform, um die spezifischen Energieumwandlungsreaktionen mikroskopisch zu untersuchen. Diese Ergebnisse könnten wiederum die weitere Entwicklung der relevanten Geräte leiten.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040679
Emelianov, Vitali;
Bandversetzte Heterostrukturen für die Nutzung der heißen Ladungsträger in Solarzellen der dritten Generation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (166 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die vorliegende Arbeit präsentiert Ergebnisse der experimentellen Prüfung des originalen Konzepts für eine Heißladungsträgersolarzelle. Die zu entwickelnde Solarzelle soll einen Energiegewinn durch fotogenerierte Heißladungsträger nachweisen und somit einen neuartigen Ansatz für die Weiterentwicklung effizienterer Solarzellenaufzeigen aufzeigen. Zwei Prototypstrukturen auf der Basis von Au:Zn/InP/PbSe/ZnO:Al und Ag/ZnTe/PbSe/ZnO:Al wurden mit kosteneffektiven Technologieprozessen hergestellt. Die Bandversätze und der Kristallaufbau in einer neuartigen heteroepitaktischen ZnTe/PbSe-Struktur wurden bestimmt und publiziert. Die gesamte Bänderanordnung der beiden Prototypzellen wurde rekonstruiert und analysiert. Beide Prototypzellen wurden sowohl mit klassischen als auch mit einer neuartigen Doppelstrahlmessmethode charakterisiert. In der zweiten Doppelheterostruktur wurde eine höhere Ausbeute an Heißladungsträgern festgestellt und diese begründet. An diesem zweiten Prototyp wurde unter natürlicher Sonnenbeleuchtung und bei Raumtemperatur eine Leerlaufspannung größer als die Bandlücke des Absorbers ermittelt. Dieses für Heißladungsträgersolarzellen charakteristische Verhalten wurde mit weiteren unabhängigen Messungen bestätigt. Die für den zweiten Solarzellenprototyp ungewöhnlichen Kennlinien erforderten eine neue Interpretation der Dynamik der Heißladungsträger auf Basis der Kinetischen Transporttheorie und der Thermoelektrizitätstheorie. Beide Modelle wurden anhand der bisher bekannten Phänomene betrachtet und in der vorliegenden Arbeit präsentiert.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000722
Niebling, Julia;
Nonconvex and mixed integer multiobjective optimization with an application to decision uncertainty. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (iii, 163, XXXV Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Multikriterielle Optimierungprobleme sind in diversen Anwendungsgebieten wie beispielsweise in den Wirtschafts- oder Ingenieurwissenschaften zu finden. Da hierbei mehrere konkurrierende Zielfunktionen auftreten, ist die Lösungsmenge eines derartigen Optimierungsproblems im Allgemeinen unendlich groß und kann meist nicht in analytischer Form berechnet werden. In dieser Dissertation werden neue Branch-and-Bound basierte Algorithmen zur Lösung verschiedener Klassen von multikriteriellen Optimierungsproblemen entwickelt und vorgestellt. Der Branch-and-Bound Ansatz ist eine typische Methode der globalen Optimierung. Einer der neuen Algorithmen löst glatte multikriterielle nichtkonvexe Optimierungsprobleme mit konvexen Nebenbedingungen, während ein zweiter zur Lösung multikriterieller gemischt-ganzzahliger konvexer Optimierungsprobleme dient. Beide Algorithmen garantieren eine gewisse Genauigkeit der berechneten Lösungen und gehören damit zu den ersten deterministischen Algorithmen ihrer Art. Zusätzlich wird ein Algorithmus zur Berechnung einer Überdeckung der Lösungsmenge multikriterieller Optimierungsprobleme mit Entscheidungsunsicherheit vorgestellt. Alle drei Algorithmen wurden numerisch getestet. Die Ergebnisse werden ebenfalls in dieser Arbeit ausgewertet. Die neuen Algorithmen arbeiten alle mit Boxunterteilungen und nutzen Auswahlregeln, sowie Verwerfungs- und Terminierungskriterien. Dabei spielen gute Verwerfungskriterien eine zentrale Rolle. Diese entscheiden, ob eine Box verworfen werden kann, da diese sicher keine Optimallösung enthält. Die neuen Verwerfungskriterien nutzen Methoden aus der globalen skalarwertigen Optimierung, Approximationstechniken aus der multikriteriellen konvexen Optimierung sowie ein Konzept aus der kombinatorischen Optimierung. Dabei werden stets untere Schranken der Bildmengen konstruiert, die mit bisher berechneten oberen Schranken numerisch verglichen werden können.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040364
Leben, Florian;
Operatortheorie für PT-symmetrische Quantenmechanik. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (88 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Eine Verallgemeinerung der klassischen Quantenmechanik stammt von C. M. Bender und S. Boettcher welche alle Axiome der Quantenmechanik übernahmen, außer der Bedingung, dass der Hamiltonoperator Hermitesch ist. Sie fordern stattdessen, dass der Hamiltonoperator PT-symmetrisch ist. Hier sind P beziehungsweise T die Parität und die Zeitumkehr. Besonderes Augenmerk liegt auf den speziellen Hamiltonoperatoren $$H = p^2 - (iz)^{N+2}, z \in \Gamma$$ auf einer Kontur \Gamma und mit einer natürlichen Zahl N. In der vorliegenden Arbeit behandeln wir die Operatoren H, sowie Hamiltonoperatoren mit einem allgemeineren PT-symmetrischen Potential q, erklärt auf einer keilförmigen Kontur \Gamma. Das dazugehörige Eigenwertproblem hat nach einer Parametrisierung der Kontur die Gestalt $$e^{\mp 2i\phi}w''(x) + q_{\pm}(x)w(x) = \lambda w(x), x \in R_{\pm}.$$ Für das zu H gehörige Problem gilt q_{\pm}(x) = -(ix)^{N+2}e^{\pm(N+2)i\phi}. Dies sind Sturm-Liouville Differentialgleichung auf (-\infty, 0] und [0,\infty), welche wir mit operatortheoretischen Methoden behandeln. Wir geben, mittels WKB-Analysis ein Grenzpunktfallkriterium an und für das spezielle Potential aus H eine vollständige Klassifikation bezüglich der Weylschen Grenzpunkt-/Grenzkreisfall Alternative. Wir definieren die zu den obigen Differentialgleichungen gehörenden minimalen und maximalen Operatoren, welche zueinander adjungiert bezüglich der komplexen Konjugation sind. Diese Operatoren sind auf den reellen Halbachsen definiert und wir fügen diese zu dem minimalen und maximalen Operator auf der ganzen Achse zusammen, die wiederum zueinander adjungiert bezüglich des neuen inneren Produktes [\cdot, \cdot] := (P\cdot, \cdot) sind. Mithilfe einer Kopplungsbedingung G \in C^{2×2} in Null erhalten wir den Operator A_G, eine Einschränkung des maximalen Operators. Diese Bedingung besitzt Freiheitsgrade und wir geben Bedingungen an G an, sodass A_G PT-symmetrisch oder [\cdot, \cdot]-selbstadjungiert ist. Dafür konstruieren wir ein Randtripel. Außerdem berechnen wir die Weyl-Funktion und erhalten somit eine Bedingung für die Existenz und Lage der Eigenwerte von A_G. Mithilfe der WKB-Analysis untersuchen wir diese Bedingung und können Bereiche der komplexen Ebene ausschließen, in denen sich kein Spektrum befindet. Ferner besitzt A_G strukturell dieselben Spektraleigenschaften wie die entsprechenden Operatoren auf den Halbachsen.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040253
Lo, On-Hei Solomon;
Subtrees search, cycle spectra and edge-connectivity structures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (ix, 40 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im ersten Teil dieser Dissertation untersuchen wir Teilbäume eines Baumes $T$ mit vorgegebenen Knotengewichten $c: V(T) \rightarrow \mathbb{N}$. Wir führen eine Overload-Discharge-Methode ein, und zeigen, dass es immer einen Teilbaum $S$ gibt, dessen Gewicht $c(S) := \sum_ {v \in V (S)} c(v)$ nahe $\frac{c(T)}{2}$ liegt. Je kleiner das Gewicht $c(T)$ von $T$ ist, desto geringer ist dabei die Differenz zwischen $c(S)$ und $\frac{c(T)}{2}$, die wir sicherstellen können. Wir zeigen auch, dass ein solcher Teilbaum effizient, nämlich in Linearzeit, berechnet werden kann. Unter Ausnutzung dieser Methode beweisen wir, dass jeder planare hamiltonsche Graph $G = (V(G), E(G))$ mit Mindestgrad $\delta \geq 4$ einen Kreis der Länge $k$ für jedes $k \in \{\lfloor \frac{|V(G)|}{2} \rfloor, \dots, \lceil \frac{|V(G)|}{2} \rceil + 3\}$ mit $3 \leq k \leq |V (G)|$ enthält. Dieser kann in Linearzeit berechnet werden, falls ein Hamilton-Kreis des Graphen bekannt ist. Im zweiten Teil der Dissertation stellen wir drei Schnittbäume eines Graphen vor, von denen jeder Einblick in die Kantenzusammenhangsstruktur des Graphen gibt. Allen drei Schnittbäumen ist gemeinsam, dass sie eine bestimmte binäre symmetrische irreflexive Relation auf der Knotenmenge des Graphen überdecken; die Bäume können als Verallgemeinerungen von Gomory-Hu-Bäumen aufgefasst werden. Die Schnittbäume implizieren folgende Aussagen: (i) Jeder schlichte Graph $G$, der $\delta \geq 5$ oder Kantenzusammenhang $\lambda \geq 4$ oder Knotenzusammenhang $\kappa \geq 3$ erfüllt, enthält mindestens $\frac{1}{24} \delta |V(G)|$ zusammengehörige Paare, wobei ein Paar von Knoten $\{v, w \}$ zusammengehörig ist, falls $\lambda_G (v, w) = \min \{d_G(v), d_G(w)\}$ ist. (ii) Jeder schlichte Graph $G$ mit $\delta > 0$ hat $O(|V (G)| / \delta)$ $\delta$-kantenzusammenhängende Komponenten, und es verbleiben lediglich $O(|V (G)|)$ Kanten, wenn diese Komponenten kontrahiert werden. (iii) Für jeden schlichten Graphen $G$ mit $\delta > 0$ sind Knotenmengen derart effizient berechenbar, dass alle nicht trivialen minimalen Schnitte erhalten bleiben, und $O(|V(G)| / \delta)$ Knoten und $O(|V(G)|)$ Kanten verbleiben, wenn diese Knotenmengen kontrahiert werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000307
Haj Othman, Shereen;
Neue Biosensoren aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren für die elektrochemische Analyse von Biomolekülen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (136 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Stickstoff-dotierte (N-MWCNT) und Stickstoff-Phosphor-dotierte (N-P-MWCNT) mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren wurden mittels chemischer Gasphasenabscheidungstechnik (CVD) erfolgreich hergestellt. Die synthetisierten MWCNTs sind auf Silizium/Siliziumoxid Wafer durch die Zersetzung von Acetonitril und Triphenylphosphin in Gegenwart vom Ferrocen als Katalysator gewachsen. Die Morphologie wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) in Kombination mit Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDXS), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), und Raman Spektroskopie untersucht. Die REM Aufnahmen zeigen, dass die N-MWCNTs einen Teppich aus vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhrchen bilden und die Oberfläche des Films weitgehend homogen ist. TEM Aufnahmen einzelner Röhren zeigen, dass die N-MWCNTs eine sogenannte Bambus-Struktur besitzen. REM-Aufnahmen der N-P-MWCNT Filme zeigen ebenfalls eine homogene Struktur der Filme, die ähnlich der der N-MWCNT ist, mit zusätzlichen Knoten in der Röhrenstruktur. Dabei ändert sich die Morphologie der hergestellten Filme mit zunehmendem TPP Gehalt (zwischen 0.7 und 1 Gew %) in der Kohlenstoffquelle (Acetonitril). Eine Schicht aus amorphem Kohlenstoff bedeckt die Kohlenstoffnanoröhrchen teilweise, sodass keine ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhrchen in den REM-Bildern erkannt werden können. Durch die Erhöhung des TPP Gehalts bis auf 1 Gew % im Lösungsmittel entstehen sehr dünne Filme aus N-P-MWCNTs. Die TEM-Bilder bestätigen, dass die N-P-MWCNTs noch eine Bambus-Struktur besitzen (erkennbar bis zu einem Zusatz von 0.6 Gew %. TPP). Darüber hinaus (mehr als 0.6 Gew %. TPP) konnten durch den abgeschiedenen amorphen Kohlenstoff keine TEM-Bilder mehr aufgenommen werden. Die quantitative Auswertung der Raman-Spektren zeigt, dass das Verhältnis der Intensitäten der Raman Banden D und G für N-MWCNT-Filme kleiner ist als das Verhältnis für N-P-MWCNT-Filme ist. Es wurde festgestellt, dass das Intensitätsverhältnis bei der Dotierung mit Phosphor zunimmt und folglich der Grad der Defekte abnimmt. Die elektrochemische Charakterisierung der gewachsenen Schichten mittels Zyklischer Voltammetrie und Elektrochemischer Impedanz Spektroskopie wurde gegenüber dem Redoxsystem [Fe(CN)6]3-/4- durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die hergestellten N-MWCNTs die höchste Sensitivität, die kleinste Nachweisgrenze, und die schnellere Kinetik der Elektronübertragung im Vergleich zu den N-P-MWCNTs zeigen. Die Dotierung von Kohlenstoffnanoröhren mit Stickstoff verbessert die elektrokatalytischen Eigenschaften, während die zusätzliche Dotierung der N-MWCNTs mit Phosphor die Sensitivität und die Kinetik der elektrochemische Prozess auf diesen Filmen deutlich verringert. Die nachträgliche Modifizierung von N-MWCNTs mit Metall-Nanopartikeln (MNP) wurde ebenfalls untersucht. Dabei wurden Rhodium- (RhNP), Palladium- (PdNP), Platin- (PtNP) und Silber- (AgNP) Nanopartikel für die Modifizierung der Oberflächen verwendet. Die hergestellten Filme aus N-MWCNTs/MNP wurden ebenfalls elektrochemisch mit dem Redoxsystem [Fe(CN)6]3-/4- als Modellsystem charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die modifizierten N-MWCNTs/MNP stärkere Signale (response) zeigen, da die Nanopartikel als Katalysator wirken. Die elektrokatalytische Aktivität der Elektroden verbessert sich in der folgenden Reihenfolge: N-MWCNTs < N-MWCNTs/RhNP < N-MWCNTs/PdNP < N-MWCNTs /PtNP < N-MWCNTs/AgNP. Die Anwendung von N-MWCNTs/MNP (M: Rh, Pd, Ir, Pt, und Au) Filmen als Arbeitselektroden für die gleichzeitige quantitative Analyse von einigen medizinisch relevanten Biomolekülen, wie zum Bespiel Ascorbinsäure, Dopamin, und Harnsäure in Phosphat-Puffer-Lösung PBS (pH 7.0) wurde ebenfalls erfolgreich demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nachweisgrenze von N-MWCNTs/MNP in der folgenden Rheinfolge abnimmt: N-MWCNTs > N-MWCNTs/RhNP > N-MWCNTs/PdNP > N-MWCNTs/IrNP > N-MWCNTs /PtNP > N-MWCNTs/AuNP. Die AuNP zeigen den größten Effekt auf die Empfindlichkeit und die elektrokatalytische Aktivität bei der gleichzeitigen Bestimmung der untersuchten Moleküle. Die hergestellten nanostrukturierten Schichten aus N-MWCNTs und AuNP konnten auch für die Analyse von Acetaminophen (AC) und N-Acetyl-Cystein (NAC) erfolgreich eingesetzt werden. Die Stabilität der synthetisierten Kohlenstoffnanofilme über längere Zeiträume und die Reproduzierbarkeit der Synthese der Filme wurden untersucht und zeigen, dass die hergestellten Elektrodenfilme eine sehr gute Stabilität und Reproduzierbarkeit in den elektrochemischen Messungen aufweisen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000279
Reiß, Stephanie;
Untersuchung von Glasdegradationsprozessen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (i, 143 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals mit Hilfe von XPS und AFM systematisch das Alterungsverhalten von Floatgläsern unter Berücksichtigung von drei kommerziell relevanten Aspekten untersucht: Vorspannprozesse, Korrosion bei Belegung mit Partikeln und Glasschutzmittel. Es konnten zwei spezifische Carbonatphasen nachgewiesen werden, die unter dem Einfluss von warmer, feuchter Umgebungsluft auf Floatglasoberflächen entstehen: Dendritisches Trona und Natriumhydrogencarbonat. Des Weiteren wurde im oberflächennahen Bereich Mg-Diffusion nachgewiesen. Ermöglicht wird sie durch die Akkumulation von Na und Ca und den damit verbundenen Änderungen der Glasstruktur und -zusammensetzung an der Oberfläche. Thermisches Vorspannen hat keinen signifikanten Einfluss auf diese Prozesse. Chemisches Vorspannen führt jedoch zu signifikanten Veränderungen: Es kommt zu einer erheblich inhomogeneren lateralen Ausbildung von Kristalliten, während chemische Veränderungen in der Glaszusammensetzung nur halb so tief in das Glas hineinreichen. Ursache ist das beim chemischen Vorspannen eingebaute K, welches die Zwischenräume des Glasnetzwerks verengt, so dass ein Eindringen von Wasserspezies erschwert wird. Untersucht wurde auch der Einfluss von Sandpartikeln der Sahara auf Glaskorrosion. Der anhaftende Sand verstärkt die Auslaugung der Netzwerkwandler drastisch und beeinflusst Kristallisationsprozesse sowie die Chemie der Glasoberfläche. Während er die Bildung von Carbonatphasen drastisch unterdrückt, führt er zur Entstehung von Ca-Anorthit und Na-Phillipsit. Diese können im weiteren Bewitterungsverlauf das Glas besonders stark schädigen, da sie unter dem Einfluss von Luftfeuchtigkeit eine hochbasische Umgebung bilden, die zur Auflösung des Glasnetzwerks führt. Erstmals wurde der Einfluss eines kommerziell erhältlichen Glasprotektors auf Flachglas untersucht, um seinen möglichen Nutzen für die Floatglasreinigung abzuschätzen und seine Wirkungsweise zu verstehen. Das saure Milieu des Protektors führt zu einer verstärkten Auslaugung von Na, was die Eindiffusion von im Protektor enthaltenem Zn in das Glas ermöglicht, welches das Netzwerk durch Stärkung geschwächter Glasverbindungen stabilisiert. Das dem Protektor beigemischte Bi diffundiert nicht in das Glas ein, sondern lagert sich an dessen Oberfläche ab und schützt diese dort. Unter Langzeiteinwirkung bildet sich eine Schutzschicht aus geringvernetztem hydratisierten Zinkphosphat aus. Deren Dicke ist mit unter 15 nm nach 19 Tagen äußerst gering und führt somit zu keinen störenden Interferenzerscheinungen. Die Ausbildung dieser Präzipitatschicht kann durch die Anwesenheit von Sn auf der Floatglasoberfläche erheblich beschleunigt werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000077
Detjens, Marc;
Untersuchung des Elektrolyseprinzips zur Bestimmung von geringen Feuchtegehalten und der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (1 Band, verschiedene Seitenzählungen)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Feuchte, sei es Material- oder Gasfeuchte, ist eine wichtige Messgröße bei der Qualitätsbeurteilung von Kunststoffen, landwirtschaftlichen Erzeugnissen, Energieträgern, Arzneimitteln, industriell und medizinisch verwendeten Gasen. Deswegen gibt es ein Interesse Feuchtemesserfahren hinsichtlich Präzision, Wiederholbarkeit, Rückführbarkeit und Stabilität kontinuierlich zu verbessern. Ein bewährtes Messprinzip für diese Aufgabe wurde bereits 1959 von Keidel entwickelt und basiert auf der Absorption und Elektrolyse von Wasserdampf. Der einfache Aufbau dieses Prinzips besteht aus einem Sensorelement, einer Gleichspannungsquelle, einem Digitalmultimeter und einen geregelten Gasstrom über den Sensor. Nach dem Faradayschen Gesetz der Elektrolyse korreliert bei dem Messprinzip die Ladungsmenge mit der elektrolysierten Wassermasse. Jedoch bedarf es in der heutigen Zeit einer Validierung der Sensoren, weil durch gezielte Miniaturisierung weniger aktive Fläche vorhanden ist und somit das Faraday'sche Gesetz nicht vollständig anwendbar ist. In dieser Arbeit wurden coulometrische Sensoren mit einer planaren Elektrodenstruktur hinsichtlich der Einflüsse von unterschiedlichen Gasen, der Gastemperatur und dem -druck untersucht. Zusätzlich wurde eine neuartige Sensorbeschichtung basierend auf einer ionischen Flüssigkeit getestet. Des Weiteren wurde ein Messgerät für die abgestufte Bestimmung der Materialfeuchte und Wasseraktivität entwickelt und dessen messtechnischer Einsatz untersucht.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000209
Fluhr, Daniel;
Evaluation und Charakterisierung lokaler Defekte in organischen optoelektronischen Bauelementen mittels bildgebender Verfahren und Simulationen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (III, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Defekten und deren Dynamik, die lokal in der Energiekonvertierungsfläche von Solarzellen auftreten. Ziel war es eineindeutige Erkennungsmerkmale für unterschiedliche Defekttypen aufzustellen und die Erscheinungsbilder der Defekte in Bildgebende Messmethoden besser zu verstehen. Die Defekte wurden dazu sowohl experimentell untersucht als auch durch Simulationen rekonstruiert. Besonderes Augenmerk lag auf der Untersuchung der zeitlichen Entwicklung des "dark spot" Defektes. Zum Einsatz kamen Bildgebende Elektrolumineszenz (ELI), Lichtinduzierte Strom Kartografierung (LBIC) und Loch-in Wärmebilder (DLIT). Diese Methoden lassen ortsaufgelöste Aussagen über die Proben zu. Elektrische Schaltkreissimulationen wurden eingesetzt, um den Signal-Verlauf der bildgebenden Messmethoden zu reproduzieren. Abschließend wurde betrachtet, inwieweit es möglich ist, durch eine Kombination von zwei bildgebenden Verfahren (ELI und LBIC), ortsaufgelöst Rückschlüsse auf quantitative Größen ziehen zu können. Dazu wurden diese beiden komplementären Messmethoden durch eine gemeinsame Auswertung kombiniert. Es zeigt sich, dass die dynamische Entwicklung des "dark spot" Defekts durch ein Diffusionsmodell beschrieben werden kann. Die weiterentwickelten elektrischen Schaltkreissimulationen bieten die Möglichkeit, die Signalverläufe von ELI, LBIC und DLIT im Umfeld der lokal auftretenden Defekte beschreiben zu können. In Verbindung mit den experimentellen Ergebnissen ist es möglich, Kombinationen verschiedener Messsignale aus mehreren bildgebenden Methoden mit unterschiedlichen Defekttypen zu verknüpfen. Die kombinierte Auswertung der Messsignale ermöglicht Aussagen über die lokalen Serien- und Parallelwiderstände der Zellen. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine Qualitätskontrolle basierenden auf bildgebenden Messverfahren. Die in der Arbeit entwickelten und modifizierten Methoden lassen sich sowohl auf organische als auch auf andere Solarzellentypen sowie flächige organische Leuchtdioden anwenden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000219
Schmidl, Gabriele;
Plasmonisch aktive Schichten und Nanostrukturen für die Material- und Sensorentwicklung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (120, vi Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Evaluierung neuer Materialkombinationen und kostengünstiger Herstellungstechnologien für die Realisierung definierter, spezieller optischer Eigenschaften von Oberflächen, Nanopartikeln (NP) und -strukturen auf Basis von Schichttechnologien, insbesondere in Hinblick auf die Integration in Sensorplattformen für die Bioanalytik. Plasmonisch aktive Oberflächen z.B. als LSPR-Oberflächen oder SERS-Substrate erfordern anwendungsbezogene Eigenschaften. Deshalb werden in der Arbeit unterschiedliche Herstellungsverfahren von NP und Strukturen, wie die Temperatur- und Matrix-induzierten Verfahren, ein Laser-induziertes Verfahren und das Template-Stripping untersucht und die experimentellen Ergebnisse diskutiert. Als Schichtmaterialien wird auf fcc-Edelmetalle wie Au und Ag eingegangen, die für die Bioanalytik besonders interessant sind. Bei der Sputter-Abscheidung wachsen diese substratunabhängig mit einer (111)-Vorzugsorientierung auf und bilden, insbesondere bei niedrigen Drücken, sehr glatte und dicht gepackte Oberflächen aus. Diese glatten Oberflächen verbessern die Güte der Schicht und verlängern damit die Propagationslänge der SPP. Die Plasmonik von NP, d.h. die Dichteoszillationen der freien Ladungsträger, werden nicht nur von der Größe, der Form und dem Material, sondern auch von dem Umgebungsmedium bestimmt. Das Aufbringen einer Schicht in fester Phase auf die NP - in dieser Arbeit SiO2, SiNx, ZnO, Al2O3, STO oder YBCO - beeinflusst nicht nur die LSPR-Bande durch einen anderen Brechungsindex der Umgebung, sondern wirkt sich auch auf den Partikelbildungsprozess bzw. Umformungsprozess selbst aus. Als besonders interessant stellten sich die Matrix-induzierte NP-Bildung unter Verwendung einer STO-Schicht und der UV-Laser-induzierte Prozess heraus. Weiterhin werden messtechnische Ansätze für hybride Bioanalytik-Plattformen realisiert, mit denen durch die Kombination von optisch sensitiven Nachweismethoden (Cavity-Ring-Down Verfahren und planare Ring-Wellenleiter-Strukturen) mit der Plasmonik eine Steigerung bezüglich Selektivität und Sensitivität in der Bioanalytik erreicht werden kann. So war es z.B. möglich mit der Sensorplattform basierend auf der Cavity-Ring-Down Methode kombiniert mit der NP-Plasmonik und mikrofluidischem System einen DNA-Nachweis mit einem LOD von ca. 3fM zu realisieren.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000020
Halle, Johannes;
Intercalation of graphene: inelastic excitations, bilayer growth, and superstructures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (IX, 101 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Die vorliegende Arbeit nutzt die Interkalation von Graphen mit verschiedenen Metallen zur Anpassung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Graphen und für die Entwicklung einer neuartigen Präparationsmethode für Graphen-Bilagen. Mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (STM) werden außerdem inelastische Anregungen im Graphen sowie die erzeugten Überstrukturen untersucht. Der erste Teil der Dissertation stellt eine Studie zum inelastischen Tunneln in Graphen auf Metalloberflächen vor. Die Interkalation von Graphen auf Ir(111) mit Cs und Li bewirkt deutliche Signaturen von Phononenanregungen in den Tunnelspektren. Im Gegensatz dazu werden nach Ni-Interkalation keine inelastischen Anregungen detektiert. Die Stärke der Phononensignale kann durch die Bedeckung der Alkalimetalle sowie durch die Veränderung des Spitze-Probe-Abstandes beeinflusst werden. Mithilfe von Transportrechnungen anhand eines innovativen Drei-Elektroden-Setups wird der Zusammenhang zwischen der Kopplung von Graphen zu den angrenzenden Elektroden und der spektralen Signaturen der Graphen-Phononen analysiert. Ähnliche Phononensignaturen auf Graphen-Mono- und Bilagen auf Ru(0001) zeigen eine räumliche Abhängigkeit der Intensität von der Messposition innerhalb der Moiréstruktur. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Präparationsmethode für Graphen-Bilagen auf Basis einer sequenziellen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Zunächst wird eine Monolage Graphen auf Pt(111) in einem CVD-Prozess aus Ethen erzeugt. Anschließend wird zusätzliches Pt auf die Probenoberfläche aufgedampft. Hierdurch wird diese für einen weiteren CVD-Schritt reaktiviert, in welchem die zweite Lage Graphen wächst. Die nachfolgende Interkalation der Pt-Schicht unter die vergrabene Graphenlage erzeugt schließlich die Graphen-Bilagen auf Pt(111). Eine Analyse der Moirémuster bestätigt die erfolgreiche Präparation von Graphen-Doppellagen. Den Abschluss dieser Dissertation bildet eine explorative Studie der Wirkung von Graphen auf die Überstrukturen der Interkalanten. Exemplarisch werden die Pt-Interkalation von Graphen auf Pt(111) sowie die Interkalation von Cs und Li unter Graphen auf Ru(0001) untersucht. Bei graphenbedecktem Pt(111) ruft das eingefügte Pt eine Rekonstruktion der Substratoberfläche hervor. Aufgrund des Einflusses von Graphen unterscheidet sich deren Struktur qualtitativ von der einer Klasse verwandter Rekonstruktionen. Darüber hinaus wird die erfolgreiche Kointerkalation von Graphen auf Ru(0001) mit Cs und Li präsentiert. Die Alkalimetalle bilden separate Phasen mit Übergittern, die sich jeweils am Graphengitter statt an dem des Ru-Substrates ausrichten.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000115
Niemeyer, Markus;
Entwicklung von metamorphen Mehrfachsolarzellen mit vier pn-Übergängen auf einem Germaniumsubstrat. - Ilmenau, 2019. - 143 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer metamorphen Vierfachsolarzelle auf einem Germaniumsubstrat mit einer Ga1-xInxAs Teilzelle. Der Fokus der Arbeit lag dabei auf der Materialcharakterisierung von metamorphem Ga1-xInxAs, das als Grundlage der 1.1 eV-Teilzelle dient. Mit den in dieser Arbeit etablierten Methoden können sowohl elektrische Eigenschaften als auch kristalline Eigenschaften an einer Vielzahl von III/V-Halbleitern bestimmt werden. Zur Materialcharakterisierung wurden verschiedenste Methoden eingesetzt, etabliert, weiterentwickelt und neu entwickelt. Das Besondere der Arbeit liegt in der umfassenden Materialanalyse, die durch die Vielfalt der eingesetzten Messmethoden und deren Verknüpfung ermöglicht wird. Die hier vorgestellte Kombination von leistungsabhängiger (PDR) und zeitaufgelöster (TR) Photolumineszenz (PL) ermöglicht es, die effektive Lebensdauer in ihre Bestandteile, die nur dotier-, design- und materialabhängige effektive strahlende Lebensdauer und die materialqualitätsabhängige Shockley-Read-Hall-Lebensdauer, aufzuteilen. Die Defektlebensdauer von Minoritätsladungsträgern wurde exemplarisch an Zn-dotierten GaAs und GaInAs-Doppelheterostrukturen bestimmt. Bei dem realisierten Konzept der GaInP/GaAs/GaInAs/Ge Vierfachzelle hat die GaInAs-Teilzelle eine größere Gitterkonstante als das Germanium-Substrat. Diese Differenz in der Gitterkonstante wurde innerhalb eines optisch inaktiven metamorphen GaInAs-Puffers überwunden. Die Defektdichte an der Oberfläche des Puffers wurde mittels plan-view Kathodolumineszenz bestimmt. Die Verbindung zwischen der GaInAs- und der AlGaAs-Teilzelle wurde durch einen direkten Wafer-Bond realisiert. Hierzu wurden unterschiedliche Materialkombinationen und Dotierkonzentrationen untersucht. In der GaInP/AlGaAs//GaInAs/Ge Vierfachsolarzelle wurden der metamorphe Puffer, die GaInAs-Teilzelle und der Waferbond zusammengeführt. Der Wirkungsgrad der Solarzelle unter einfachem Sonnenlicht beträgt 34.3% (AM1.5g). Die Vierfachzelle wurde zum Einsatz in Konzentratormodulen optimiert. Unter 403fach konzentriertem Sonnenlicht (AM1.5d) wurde ein Wirkungsgrad von 41.3% erzielt.



Steidl, Matthias;
Integration von nanoskaligen III-V Halbleiterstrukturen auf Silizium für die solare Energiekonversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 169 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Tandem-Absorberstrukturen bestehend aus ternären III-V-Halbleiter-Nanodrähten (ND) als obere Teilzellen und Si als untere Teilzelle besitzen ein hohes Potential für kostengünstige, hocheffiziente Photovoltaik und solare Wasserspaltung. Ziel dieser Arbeit ist es den Weg zu einem solchem Tandem zu ebnen, wobei GaP als Pufferschicht zum Si(111)-Substrat und die metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) als Präparationsmethode dient. Dafür soll ein detailliertes Verständnis hierbei erforderlicher Prozessschritte auf möglichst atomarer Skala geschaffen werden, um somit die Kontrolle über jeden einzelnen dieser Präparationsschritte zu erlangen. Es zeigte sich, dass die Si(111)-Oberfläche sich in der H2-Atmosphäre des MOVPE-Reaktors wesentlich anders verhält als während der etablierten Präparation in Ultrahochvakuum: So ist diese nach thermischer Deoxidation (1×1)-rekonstruiert und Monohydrid-terminiert. Reflexionsanisotropie-Spektroskopie erweist sich als geeignet die thermische Deoxidation fehlorientierter Substrate in-situ zu beobachten. Senkrechtes, geradliniges Wachstum von ND erfordert B-polare GaP(111) Pufferschichten auf Si. Epitaxie von GaP auf H-terminiertem Si(111) resultierte jedoch in A-Typ Polarität. Mit Hilfe einer vorangehenden As-Terminierung der Si(111)-Oberfläche gelingt es, die Polarität zu GaP(111)B umzukehren. Die Verwendung geeigneter Si-Substrate und Nukleationsbedingungen erlaubte es die Dichte an Rotationszwillingengrenzen (RZGs) deutlich zu reduzieren und somit den Anteil senkrechter ND auf über 97% zu steigern. Denn wie sich zeigte, wirken sich RZGs nachteilig auf anschließendes ND-Wachstum aus, indem sie es entweder vollständig unterdrücken, diagonal zur Substratoberfläche oder horizontal entlang der RZG verlaufen lassen. Verlässt ein horizontaler ND die RZG, entscheidet die Gitterfehlanpassung über die weitere Wachstumsrichtung: homoepitaktische ND setzen ihre Wachstum in die Senkrechte fort, während heteroepitaktische ND horizontal bleiben. Zum Verständnis dieser Phänomenologie wird ein quantitatives, kinetisches Nukleationsmodell entwickelt. Unabhängig vom Auftreten von RZGs vermag dieses Modell, das horizontale ND-Wachstum in gitterfehlangepassten Systemen zu erklären. Außerdem gelingt es erstmals verdünnt-Stickstoff-haltige ND-Strukturen via MOVPE zu präparieren. Zwei Ansätze sind erfolgreich: N-Einbau während des vapor-liquid-solid-Wachstums; und N-Einbau in eine Hülle. Darüber hinaus wird die Dotierung von Nanodrähten mittels eines Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops untersucht. Hiermit werden Widerstandsprofile freistehender ND bestimmt, was eine anschließende Anpassung der Wachstumsparameter an gewünschte Dotierprofile erlaubt.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000184
Weber, Thomas;
Development and evaluation of a process to isolate picolitre compartments of a microfluidic bioassay to search for new microbial compounds. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Verglichen mit etablierten industriellen Hochdurchsatz-Anlagen entwickelten sich mikrofluidische, emulsionsbasierte Tropfensysteme in den letzten Jahren zu einer günstigen Alternative. Jedoch ist es derzeit nicht möglich, einzelne Tropfen im Pikoliter-Volumenbereich aus einer Vielzahl anderer Proben für anschließende Analysen zu isolieren. Diese Arbeit präsentiert ein Verfahren, um Tropfen mittels fluidischer Kanalstrukturen zu isolieren und über einen Brechungsindex-Sensor zu detektieren. Das erzeugte Signal ermöglicht eine automatisierte Einzelablage von Tropfen in adressierbare Kompartimente, wie beispielsweise in Petrischalen oder Mikrotiterplatten. Ergebnisse zeigen eine effektive Extraktion einzelner Tropfenfraktionen. Dennoch bedarf es einer kontinuierlichen Überwachung von Prozessparametern wie Flussrate und Tropfendurchsatz, um eine Trennung der einzelnen Tropfen zu gewährleisten. Gleichwohl bietet dieses online-Verfahren eine Möglichkeit, allgemeine Laborprotokolle und Analysetechniken mit Tropfenbasierter Mikrofluidik zu vereinen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000143
Thomann, Jana;
A trust region approach for multi-objective heterogeneous optimization. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (iii, 202, XLI Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

In dieser Arbeit wird ein "Trust-Region" Algorithmus für multikriterielle Optimierungsprobleme mit heterogenen Zielfunktionen vorgestellt. Eine der Zielfunktionen ist eine teure Black-Box-Funktion. Sie ist nicht analytisch gegeben, sondern beispielsweise durch eine Simulation. Für diese Funktion wird angenommen, dass die Berechnung von Funktionswerten zeitaufwändig ist und die Ableitungen nicht mit vertretbarem numerischen Aufwand berechnet werden können. Des Weiteren wird vorausgesetzt, dass die anderen Zielfunktionen analytisch gegeben sind und die Berechnung von Funktionswerten und Ableitungen mit geringem numerischen Aufwand verbunden ist. Es wird ein grundlegender Algorithmus für derartige Optimierungsprobleme vorgestellt. Der Ansatz ist iterativ und nutzt lokale Modellfunktionen und eine im Bildraum definierte Suchrichtung. Der Algorithmus erzeugt eine Folge von Iterationspunkten. Es wird bewiesen, dass der Häufungspunkt dieser Folge ein notwendiges lokales Optimalitätskriterium erfüllt. Darüber hinaus werden verschiedene Modifikationen dieses Algorithmus vorgestellt, welche die Heterogenität der Zielfunktionen weiter nutzen und teilweise mehr als einen Punkt als Ausgabe erzeugen. Des Weiteren werden Ergebnisse von numerischen Tests mit der Grundversion und einigen Modifikationen des Algorithmus präsentiert und diskutiert. Sie bestätigen die theoretischen Resultate und zeigen die Nützlichkeit der Verfahren. Der grundlegende Algorithmus wurde außerdem auf ein Anwendungsproblem der Fluiddynamik angewandt. Die zugehörigen Ergebnisse werden präsentiert und im Rahmen des Anwendungsproblems interpretiert.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000059
Brand, Jonathan;
Spectroscopy of currents and forces of single-atom and single-molecule junctions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (iv, 101 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In der vorliegenden Arbeit wird ein kombiniertes Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskop optimiert, um Ströme und Kräfte in aus einzelnen Atomen und Molekülen bestehenden Kontakten zu untersuchen. Eine wesentliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Mikroskops wird durch Reduzieren der Temperatur und mechanischer als auch elektromagnetischer Störungen erreicht. Zunächst werden Kontakte zu einzelnen C60-Molekülen auf einer supraleitenden Nb(110)-Oberfläche hergestellt, um den stabilen Betrieb des Mikroskops mit einer Energieauflösung zu verifizieren, welche der temperaturbedingten Grenze entspricht. Spektroskopische Messungen während der Bildung dieser Kontakte zeigen eine graduelle Zunahme des differentiellen Leitwerts innerhalb der supraleitenden Energielücke. Die experimentellen Beobachtungen verdeutlichen die Zunahme der Andreev-Reflexionswahrscheinlichkeit mit abnehmendem Abstand zwischen Probe und Spitze. Eine sorgfältige Auswertung der differentiellen und gesamten Leitwerte zeigt feine Unterschiede auf, welche auf die atomare Kontaktgeometrie zurückgeführt werden. Ein Vergleich der Resultate mit einer Erweiterung des Blonder-Tinkham-Klapwijk-Modells legt den Einfluss der Orientierungsabhängigkeit der Transmissionskoeffizienten einzelner C60-Moleküle nahe. Es wird eine neuartige Methode vorgestellt, um die Mindestanzahl von Transportkanälen zu bestimmen. Zusätzlich wird der fehlerfreie Betrieb des Rasterkraftmikroskops durch das Reproduzieren des Kraftverlaufs während der Bildung von C60-C60-Kontakten bestätigt. Der Einfluss der extern angelegten Spannung auf die während der Kontaktbildung herrschende vertikale Kraft wird zum ersten Mal berichtet. Die Berücksichtigung konventioneller Kräfte und starrer Elektroden weist auf das Auftreten bisher unerforschter Phänomene hin. Schließlich wird die Temperaturabhängigkeit der zur Manipulation einzelner Atome benötigten lateralen Kraft quantifiziert. Die Erfassung von Kräften mit einer Auflösung im Piconewton-Bereich hebt die Leistungsfähigkeit des optimierten Mikroskops hervor. Die Unempfindlichkeit der zur Manipulation einzelner Atome benötigten lateralen Kraft von der Zustandsdichte am Fermi-Niveau wird gezeigt, indem das Substrat mittels Variation von Temperatur und magnetischer Feldstärke vom supraleitenden in den nichtsupraleitenden Zustand gebracht wird.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000543
Xu, Shipu;
Template-assisted fabrications of nanostructure arrays for gas-sensing applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (XII, 91 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Hochempfindliche Gasdetektion stellt hohe Anforderungen an die zu verwendende Messplattform, für welche Nanostrukturarray-basierte Messfühler vielversprechende Kandidaten sind. Die Template gestützte Methode stellt eine effektive Grundlage zur Herstellung verschiedener Nanostrukturarrays dar. In dieser Arbeit werden mit Hilfe von ultradünnen Aluminiumoxid-Membranen oder kolloidalen Monolayern als Templat zwei verschiedene Arten von Nanostrukturarray-Gassensoren (Nanorod-Arrays und dünne Schichten mit angeordneten dreieckigen Wölbungen) hergestellt, welche aufgrund ihrer Morphologie eine erhöhte Leistungsfähigkeit aufweisen. Bei der Gasdetektion mit SnO2-Nanorod-Arrays wurde die optimierte Gasmessung durch Anpassung der Nanorod-Länge auf 20 bis 340 nm erreicht. Charakterisiert wird sie durch eine niedrige Detektionsschwelle von 3 ppm Ethanol-Gas bei Raumtemperatur und einer Nanorod-Länge von 40 nm. Bei den SnO2-Dünnschicht-Gassensoren erhöhen die dreieckigen konvexen Wölbungen die aktive Adsorptionsfläche für die Gasmessempfindlichkeit. Die Anordnung dieser adsorptionsaktiven Punkte mit unterschiedlicher Periodizität (289, 433, 577 und 1154 nm) zeigt eine Sensitivitätsabhängigkeit auf, wobei eine niedrige Detektionsschwelle von 6 ppm Ethanol-Gas erreicht wird. Die obigen Korrelationen zwischen Morphologie und Leistungsfähigkeit bestätigen, dass die Template gestützte Herstellung von Nanostrukturarrays zur Produktion von hochleistungsfähigen Gassensoren effizient genutzt werden kann.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00037471
Berthold, Theresa;
Gaswechselwirkungsreaktionen mit Indiumoxidschichten und deren Einfluss auf die elektronischen Oberflächeneigenschaften. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (IV, 135 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die durch die Anwendung von Indiumoxid (In2O3) als Gassensor motivierte Arbeit fokussiert sich auf die Untersuchung von Gaswechselwirkungen mit der In2O3 Oberfläche. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Erstellung eines Modells der Gaswechselwirkung solcher Sensoren. Daher wurde ein System reduzierter Komplexität von einkristallinen und texturierten Proben untersucht, im Gegensatz zu den sonst in der Sensorik üblichen polykristallinen Schichten. Die Charakterisierung der Gaswechselwirkung erfolgte durch in Echtzeit-Widerstandsmessungen sowie in situ Photoelektronenspektroskopie (XPS und UPS) nach der Gasadsorption bzw. -desorption. Die Kombination beider Messmethoden ermöglicht die Korrelation des Sensorkennwerts (Widerstandsänderung) mit der Änderung der elektronischen Oberflächeneigenschaften, wie Austrittsarbeit, Oberflächenbandverbiegung oder Oberflächenladungsträgerkonzentration. Über die Substratwahl (Y-stabilisiertes Zirkonoxid oder Aluminiumoxid) wurde die Kristallinität und Orientierung der Indiumoxidschichten, gewachsen mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE), eingestellt. Im Initialzustand weisen alle untersuchten Proben eine Oberflächenelektronenakkumulation auf. Diese kann durch das Dotieren des In2O3 mit Elektronenakzeptoren (Mg oder Ni) leicht gesenkt werden. Die Gaswechselwirkungsexperimente erfolgten an mittels PAMBE hergestellten nominell undotierten In2O3 Schichten. Untersucht wurde zunächst die Reaktion der Indiumoxidoberfläche mit reaktivem Sauerstoff in Form eines Sauerstoffplasmas. Das Sauerstoffplasma führt zu einer Bedeckung der Oberfläche mit Sauerstoffadsorbaten von 0,7 bis 1,0 Monolagen, bei gleichzeitiger Verarmung der Oberflächenelektronenakkumulation. Die Wechselwirkungen der oxidierend wirkenden, untersuchten Gase (Sauerstoff, Ozon, Stickstoffmonoxid) mit der Indiumoxidoberfläche zeigen tendenziell gleiche Effekte auf die chemischen und elektronischen Oberflächeneigenschaften, jedoch deutlich schwächer ausgeprägt. So wird eine deutlich geringere Bedeckung der Oberfläche mit sauerstoffhaltigen Adsorbaten erreicht und die Oberflächenelektronen werden nicht vollständig verarmt. Bei diesen Experimenten konnte eine qualitative Korrelation der Oberflächenelektronenkonzentration und der Schichtleitfähigkeit des In2O3 beobachtet werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000296
Nasori, Nasori;
Design of metal oxide-based electrodes for efficient photoelectrochemical water splitting. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xx, 147 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In Anbetracht der Nachteile konventioneller Photokathoden und Photoanodenmaterialien, fokussieren wir uns auf die Erschließung neuer Kandidaten für hocheffiziente photoelektrochemische Systeme (PEC). Diese Dissertation befasst sich mit der Erforschung von Oxidhalbleitern hergestellt durch Elektrodeposition und Spin-coating, unterteilt sich in folgende Teilbereiche: 1. Die Herstellung von CuBi2O4 (CBO) Filmen auf FTO und FTO/Au Substraten durch elektrochemische Abscheidung. Die Beobachtung deutet darauf hin, dass die Existenz eines dünnen Goldfilms zur Verbesserung der Kristallqualität des gewachsenen CBO-Films, einer besseren Trennung photogenerierte Ladungsträgerpaare im entsprechendem Material und zur Reduktion des Widerstands im System beiträgt. Im Vergleich zu FTO/CBO zeigt die FTO/Au/CBO Photocathode eine außergewöhnliche Verbesserung des Photostroms von -0,23 mA cm^-2 zu -0,50 mA cm^-2 bei 0,1 V vs. RHE. Das PEC System wurde weiter optimiert durch Abscheidung von Pt-Partikeln auf den CBO-Film, dadurch wurde der Photostromdichte weiter verstärkt zu -1,24 mA cm^-2. Diese Daten zeigen einen attraktives p-Typ Material in der Photoelektrochemie ohne betroffen zu sein von Korrosion in wässrigen Elektrolyten. - 2. P-Typ Cu2O wurde lange Zeit als vorteilhaftes Material in der Photoelektrochemie gehalten, durch seine geeignete Bandlückenstruktur und kostengünstige Herstellung. Jedoch zeigt dieses vielversprechende Material eine hohe Anfälligkeit für Korrosion in wässrigen Elektrolyten. Um dieses Problem zu adressieren und zu einer guten photoelektrochemischen Leistungsfähigkeit zu gelangen müssen schützende Oxidschichten und teure Katalysatoren eingesetzt werden. Die Komplexität solcher zusätzlicher Prozesse jedoch limitieren die weiteren Anwendungen. Anstelle die Oberfläche schützende Oxidschichten und teure Katalysatoren zu verwenden, kommt in dieser Arbeit eine Oberflächenbehandlung der Cu2O Photokathoden mit Trisodium Citrate (TSC) zum Einsatz, welche die photoelektrochemische Leistungsfähigkeit enorm steigern könnte. Im Vergleich der Elektrode ohne TSC Behandlung und mit, zeigt die Photokathode aus FTO/Au/Cu2O/TSC/TiO2/Pt eine deutliche Erhöhung der Photostromdichte um etwa den Faktor 2. - 3. Ferroelektrische BiFeO3 Photoelektroden durchbrechen die Limitierungen gewöhnlicher Halbleitermaterialien. Als ein Ergebnis ihrer typischen ferroelektrischen Eigenschaften wurden Photoelektroden eingestellt auf den Transfer lichtangeregter Ladungsträger, erzeugt im BiFeO3 oder den Oberflächen, durch Manipulation der Polungszustände der ferroelektrischen Bereiche. Bei 0 V gegen Ag/AgCl konnte der Photostrom geschaltet werden von 0 mA cm^-2 zu 10 mA cm^-2 und die offene Klemmspannung ändert sich von 33 mV zu 440 mV wenn die Biaspolung der Vorbehandlung von -8 V zu +8 V geändert wird. Zusätzlich konnte der Photostrom von Ladungsträgerinjektion der angeregten Oberflächenattribute getilgt werden durch Änderung der Biasspannung von +8 V auf -8 V. - 4. Strukturkonstruktion von Photoanoden aus n-Typ CuWO4 Nanograin-Arrays mittels elektrochemischer Abscheidung und vorgeprägten AAO Templaten, resultierend in unterschiedlichen Zwischenabständen, wurde erfolgreich ausgeführt. Die Effektivität und Effizienz des Ergebnisses auf die Kontrollparameterbestimmung sind erkennbar durch photoelektrochemische (PEC) mit einer Stromdichte von 1,02 mA cm^-2 (vs. Ag/AgCl) unter simulierter 1,5G Solarstrahlung, sowie einer Elektronen umgewandelten Strahlung 1,78% bei einem Bias von 0,7 V (vs Ag/AgCl). Die Länge der Zwischenabstände zeigen eine Optimierung der Elektrolytpenetration zum Interface (a) liefert Auswirkungen zur Erhöhung der Donatordichte 2,86 x 10^20 cm^-3 in der Flachbandspannung, (b) externe Quanteneffizienz für Wellenlänge 410 nm. Und (c) die Zwischenabstände der Nanograin-Arrays wirk als eine sichere Struktur zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit zur photoelektrochemischen Wasserspaltung. - Photoelektroden sind vielversprechender Kandidat für effiziente PEC Verbesserungen um die konventionellen erneuerbaren Energien in der Zukunft zu übertreffen. Strukturierte Halbleiteroberflächen sollen elektrokatalytische Verluste in Form des Überpotentials durch den geringeren Stromfluss per Oberflächeneinheit der Elektrode minimieren. Im Wesentlichen, durch niedrigere Aktivitäten könnte dieser Effekt es erlauben auf der Erde reichhaltig vorkommende Katalysatoren zu verwenden und eine ausgezeichnete Verteilung über die strukturierte Elektrode gewährleisten um die Nutzung der hochaktiven Edelmetallkatalysatoren zu ersetzen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000076
Wang, Wenxin;
Fabricating plasmonic metastructures by non-lithographic technique. - Ilmenau, 2018. - XXVI, 134 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Plasmonisches Material ist eine Art von nanooptischem Material, das Licht (Photonen) im Nanomaßstab beeinflussen kann, und ist dafür geeignet, die Beziehung zwischen Licht und Materie näher zu untersuchen. Oberflächenplasmonen (SPP) und Partikelplasmonenresonanz (LSPR) sind zwei wesentliche existierende Typen von Plasmonen an Materialien, wobei die darauf basierenden Nanostrukturen breite Anwendung im Messen, in der Energiegewinnung zwecks autarker Versorgung (Energy Harvesting), für die Datenspeicherung etc. finden. Der Gestaltung wünschenswerter plasmonischer Nanostrukturen mit veränderlichen und einstellbaren optischen Eigenschaften wie auch den Strukturparametern kommen die fortgeschrittenen Nanofabrikationsmethoden zugute. Normalerweise können plasmonische Nanopartikel mittels nasschemischer Verfahren in verschiedenen Formen gewonnen werden, allerdings liegen sie meist in aggregierter Form vor. Für die reale technische Anwendung ist jedoch eine einheitliche Basis erforderlich, um hohe Qualität und Reproduzierbarkeit sicherzustellen. Einerseits lassen sich mit den üblichen litographischen Verfahren beliebige Strukturen in jedweder Anordnung, insbesondere für Metastrukturen, darstellen. Andererseits sind diese nicht geeignet für den Aufbau von Nanostruktur im großen Maßstab aufgrund des teuren und zeitaufwändigen Herstellungsprozesses. In dieser Arbeit fasst der Autor zunächst die Aspekte von Plasmonen systematisch zusammen, beginnend mit grundlegenden Erfolgsaussichten, über die Herstellung bis hin zu den bestehenden Hürden. Weiterhin schlägt der Autor eine neue Herangehensweise für die Erzeugung einer periodischen Anordnung von kreuzförmiger Gold-Nanostruktur über eine große Fläche vor. Dies ist die erste Darstellung von periodisch kreuzförmigen Nanostrukturen mit nichtlithographischen Methoden. Die einzelne Nano-Kreuzstruktur kann an Wellenlängen zwischen 200 und 400 nm angepasst werden, die Strukturfläche kann bis in den Zentimetermaßstab reichen. Die verwendeten Materialien erstrecken sich von Metallen über Halbleiter bis zu Polymeren. Das periodische Muster lässt sich nicht nur auf einer planen, sondern auch einer kurvigen oder sogar sphärischen Oberfläche erzeugen. Im Wesentlichen entsteht die Struktur durch eine nichtlithographische Schablone, die auf einer preisgünstigen Standard-Aluminiumfolie aufbaut. Anhand der experimentellen und simulierten optischen Untersuchung beweist der Autor, dass diese neue Art von Feldern in hohem Maße die Lichtausbeute durch Erhöhung der Lebensdauer der Photonen in periodischer Anordnung verbessert. Drittens befasst sich der Autor mit einer Fabrikationsmethode für die periodische Anordnung von Metastrukturen in L- und U-Form sowie O-Form. Letzterer besteht aus einer ultradünnen Aluminiummaske (UTAM) in quadratischem Fachwerk mit schiefer Abscheidung mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Diese erfolgt durch Einstellung des Abscheidungswinkels der transversalen und vertikalen Achse des Probenträgers sowie der Abscheidungsrate der metallischen Quelle. Die L- und U-Form sowie der O-Form können durch ein-, zwei- und dreifache Rotation der Mittelachse des Probenträgers erzeugt werden. Die optischen Eigenschaften der erhaltenen periodischen Metastruktur in L- und U-Form sowie als O-Form werden durch lineare Extinktion und nichtlineare Frequenzverdopplung (SHG) erfasst. Der Autor erforscht die grundlegenden Erfolgsaussichten von plasmonischen Materialien, behandelt die Hürden in der Fabrikation und Verwertung von plasmonischen Strukturen und entwirft eine Serie von Strategien, um diese zu überwinden. Diese Thesis ist eine Zusammenfassung seiner wissenschaftlichen Arbeit über die letzten Jahre.



Lozovoi, Artur;
Theoretical and experimental study of polymer melt dynamics : role of intermolecular dipolar interactions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (111 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In dieser Arbeit wird die Dynamik verschränkter Polymerschmelzen mittels eines neuartigen vielseitigen NMR-Formalismus umfassend untersucht. Der theoretische Hintergrund für seine Anwendung wird vorgestellt und ausführlich diskutiert. Es wird gezeigt, dass das Regime der langsamen anomalen segmentalen Diffusion, die den verschränkten Polymerschmelzen in einem breiten Zeitraum innewohnt, durch Analyse der Beiträge der intermolekularen dipolaren Wechselwirkungen zu speziellen Varianten von Aufbaufunktionen untersucht werden kann. Einer von ihnen kombiniert die Signale von drei Doppelpuls-Spin-Echo-NMR-Impulsfolgen und wird als Solid-echo Build-up Funktion bezeichnet. Der andere korreliert die Hahn-Echosignale, die zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten werden, und wird als Dipolar-correlation Build-up Funktion eingeführt. Beide spiegeln im Wesentlichen die Eigenschaften dipolarer Wechselwirkungen zwischen Spins in einem System wider. Diese Wechselwirkung ist wiederum empfindlich gegenüber der lokalen segmentalen Translation und Reorientierung, was eine Möglichkeit bietet, diese Bewegungen zu untersuchen. Die beiden vorgestellten Methoden werden sowohl auf den konventionellen Niederfeld-NMR-Spektrometern als auch auf der im Rahmen dieser Arbeit aufgebauten Hochtemperatureinheit eingesetzt. Unter Verwendung dieser Ausrüstung wird der vorgeschlagene Ansatz auf die Untersuchung von Polybutadien, Poly(ethylen-alt-propylen) und Polyethylenoxidschmelzen angewendet. Die gefundene Zeitabhängigkeit der Segmentverschiebungen stimmt mit den Resultaten konventioneller Techniken bei kurzen Zeiten gut überein. Darüberhinaus sind die neuen Methoden geeignet, den untersuchten Dynamikbereich sowohl in der Zeit- als auch in der Verschiebungsdomäne signifikant zu erweitern und damit Informationen zu liefern, die für andere experimentelle Methoden kaum zugänglich sind. Daher wird der vorgestellte Ansatz als ein neues leistungsfähiges Werkzeug auf dem Gebiet der Polymerphysik angesehen. Die breite Palette von Informationen, die durch den Dipolar-correlation und den Solid-echo Formalismus geliefert werden, erlaubt einen umfassenden experimentellen Test der Gültigkeit des Tube-Reptation-Modells, das die am häufigsten verwendete und wohletablierte theoretische Beschreibung der verschränkten Polymerschmelzen ist. Die Zeitabhängigkeit der Segmentverschiebung, die in Poly(ethylen-alt-propylen) erhalten wurde, stimmt gut mit den entsprechenden Vorhersagen des Modells überein. Es werden drei verschiedene Potenzgesetze beobachtet, die im Rahmen des Tube-Reptationsmodells dem Rouse-, den inkohärenten und den kohärenten Reptationsregimen zugeschrieben werden. Wichtig ist, dass der Übergang von der inkohärenten zur kohärenten Reptation bei dieser Polymerspezies mit einem so hohen Molekulargewicht zum ersten Mal experimentell beschrieben wird. Auf der anderen Seite zeigen Segmentverschiebungen, die in den Polyethylenoxidschmelzen mit unterschiedlichen Molekulargewichten erhalten werden, keine Merkmale der extrem langsamen t^0.25 Dynamik, die für die inkohärente Reptation vorhergesagt wurde. Dieses Ergebnis ist konsistent und wird durch andere NMR-Techniken bei kürzeren und längeren Zeiten bestätigt. Dieser Befund stellt die universelle Anwendbarkeit des Konzepts der Röhre für alle weiteren Polymerspezies in Frage. Darüber hinaus zeigt die Abschätzung der relativen Beiträge der intra- und intermolekularen dipolaren Wechselwirkungen zur transversalen Relaxation ein ähnliches Verhalten für alle untersuchten Polymerschmelzen. Interessanterweise steht dieses Verhalten im Widerspruch zur Vorhersage des Tube-Repation-Modells und zeigt keine Merkmale, die für die hoch anisotrope Bewegung innerhalb der fiktiven Röhre erwartet werden. Die Übereinstimmung dieses Ergebnisses in allen Proben lässt eine noch allgemeinere Frage nach der Gültigkeit des gesamten Konzeptes des Tube-Reptationsmodells aufkommen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000046
Thaha, Yudi Nugraha;
Synthesis and electrochemical applications of boron- and phosphorus-doped carbon nanotubes. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (vii, 117 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Bor-dotierte (B-MWCNT) und Phosphor-dotierte (P-MWCNT) Kohlenstoffnanoröhren wurde mittels chemischer Gasphasenabscheidungstechnik erfolgreich hergestellt. Durch die Verwendung unterschiedlicher Kohlenstoffquellen und Dotierungsmitteln zeigen die Phosphor- und Bor-dotierten MWCNTs unterschiedliche Strukturen. Dabei treten neben vertikal ausgerichteten, hohlen vertikal ausgerichteten, Y-förmige auch horizontal orientierte Nanoröhren auf. Die dotierten MWCNTs wurden unter Verwendung von Raman-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie (in Kombination mit Elektronenenergieverlustspektroskopie) und Röntgen-Photoelektron Spektroskopie umfassend charakterisiert. Neben der physikalischen Charakterisierung wurden sowohl die B-MWCNTs als auch die P-MWCNTs elektrochemisch untersucht, indem als Modellredoxsystem [Fe(CN)6]^3-/4- in KCl Lösung angewendet wurde. Die hergestellten Elektroden wurden dann für das biologisch relevante Dopamin/Dopaminchinone Redox-System (in Phosphatpufferlösung, pH=7) angewendet. Hierfür wurden sowohl die Zyklische Voltametrie als auch die Elektrochemische Impedanz Spektroskopie verwendet. Im Folgenden wurden die Effekte der Oberflächen-funktionalisierung mit Goldnanopartikeln (AuNP), Oxidation mit Piranha Lösung und Säurebehandlung mit HCl auf die elektrochemischen Eigenschaften von B-MWCNTs und P-MWCNTs studiert. Auch hier wurde sowohl das Modellesystem [Fe(CN)6]^3-/4- als auch der Anwendungsfall mit dem Dopamin/Dopaminchinone Redoxsystem betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das elektrochemische Verhalten von B-MWCNTs und P-MWCNTs stark durch die Nanoröhrenstruktur und Konfiguration (einzelne Nanoröhren oder Cluster- Nanoröhren), sowie durch die Anwesenheit von amorphen Kohlenstoffstrukturen auf der Nanoröhrenoberfläche beeinflusst wird. Y-förmige B-MWCNTs zeigen einen schnelleren Elektronentransfer im Vergleich zu vertikal ausgerichteten dotierten B-MWCNTs und P-MWCNTs welche teilweise mit amorphen Kohlenstoffstrukturen bedeckt sind. Die Kinetik für den Elektronentransfer auf Y-förmige B-MWCNTs und P-MWCNTs mit Kohlenstoff auf der Oberfläche lässt sich durch den Einsatz von AuNP weiter verstärken.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000035
Paszuk, Agnieszka;
Controlling Si(111) and Si(100) surfaces for subsequent GaP heteroepitaxy in CVD ambient. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XV, 142 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Integration von III-V-Unterzellen auf einem kostengünstigen aktiven Si-Substrat hat das Potential, Mehrfach-Solarzellen mit einem hohen Konversionswirkungsgrad zu ermöglichen. Das Wachstum von III-V-Materialien mit niedriger Defektdichte auf Si ist schwierig aufgrund der unterschiedlichen Kristallstrukturen. Dank der geringen Gitterfehlanpassung kann eine GaP Nukleationsschicht, die auf dem Si Substrat aufgewachsen wird, den Übergang von Si zu anderen III-V Materialien erleichtern. Solche pseudomorphen GaP/Si-Quasisubstrate ermöglichen die anschließende Integration planarer oder Nanodraht (ND)-basierter III-V-Strukturen. Die planaren Strukturen werden für gewöhnlich in [100]-Orientierung gewachsen, wohingegen ND-Strukturen bevorzugt entlang der [111]-Richtung wachsen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation der Si Unterzelle und der pseudomorphen GaP/Si Quasisubstrate mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD). Auf der Si(100) Oberfläche verursachen Einfachstufen beim heteroepitaktischen Wachstum von III-V-Schichten die Entstehung von Antiphasendomänen, wohingegen bei Si(111)-Substraten die Kontrolle der Polarität der GaP-Schichten entscheidend ist, um das senkrechte Wachstum von ND zu erreichen. MOCVD-Wachstumsprozesse sind sehr komplex aufgrund der Anwesenheit von metallorganischen Ausgangsstoffen, des Prozessgases (H2), welches einen starken Einfluss auf die Stufenformation des Si hat, und wegen des allgegenwertigen Wechselspiels zwischen energetischen und kinetischen Prozessen. Um die präzise Präparation der Si-Oberfläche kontrollieren zu können verwenden wir in situ Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) und korrelieren Signale, welche an entscheidenden Prozessschritten auftreten, mit Ultrahochvakuum (UHV)-basierten Oberflächen-empfindlichen Methoden. Beide Si-Oberflächen wechselwirken stark mit dem H2-Prozessgas, was zu einer Terminierung der Oberflächen mit Monohydrid führt. Der Kollektor in Si(100) und Si(111) wird durch Tempern unter TBP oder TBAs Precursor gebildet, welches zu einer Diffusion von P oder As in Si führt. Nach der Kollektor-Bildung weiteres Tempern in H2 ist notwendig, um für die GaP Nukleation wieder eine glatte Oberfläche (epiready) zu generieren. Um GaP(111) mit B-Typ-Polarität zu erzielen, was für vertikales III-V ND-Wachstum notwendig ist, ist eine Modifizierung der H-terminierten Si-Oberfläche nötig. Durch eine gezielte Terminierung der Si-Oberfläche mit As oder H2 lässt sich die Polarität des GaP-Films kontrollieren. Im Falle von Si(100) 6&ring; kann mittels in situ RAS die Dimer-Ausrichtung der Majoritätsdomäne auf der Oberfläche in Abhängigkeit der As-Quelle (Asx oder TBAs) und der Abkühlprozedur kontrolliert werden. Dies erlaubt die gezielte Einstellung der Untergitterausrichtung der nachfolgend gewachsenen, eindomänigen GaP/Si(100)-Schicht. Somit können sowohl für planare als auch für ND-basierte photovoltaische Mehrfachabsorber-Strukturen geeignete GaP/Si Quasisubstrate mit wohldefinierten Grenzflächen und einem p-n-Übergang im Si kontrolliert in der MOCVD präpariert werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000743
Rößler, Erik;
Ortsaufgelöste Niederfeld-NMR-Untersuchungen der Wasser- und Proteindynamik an Knorpelgewebe sowie dessen Bestandteilen zur Charakterisierung von degenerativen Erkrankungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (109 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Hyaliner artikulärer Knorpel stellt aufgrund seiner möglichen Einteilung in drei verschiedene Zonen, welche anhand des Kollagenfaserverlaufs vorgenommen werden kann, ein Beispiel eines organisierten biologischen Gewebes dar. Diese tiefenabhängige Struktur wird von einem Gradienten zunehmender Glykosaminoglykan- (Protein-Disacharid-Makromoleküle) und abnehmender Wasserkonzentration zur Knochengrenzfläche hin begleitet. Bei niedrigen Magnetfeldstärken ist die longitudinale Relaxationszeitsvariation (T1) ein zuverlässiger Parameter zur Charakterisierung dieser Struktur. Überdies ist die T1-Zeit sensitiv zum enzymatischen Abbau, externer mechanische Belastung und Degeneration in Folge einer osteoarthritischen Erkrankung. Andererseits ermöglicht die feldabhängige Relaxometrie Zugang zu der quadrupolaren Wechselwirkung. Hierdurch wird der Gehalt und die Ordnung akromolekularer Bestandteile, im Knorpel sind dies die Glykosaminoglykane und Kollagenfasern, widergespiegelt. In diesem Projekt wurden sowohl Niedrigfeld- als auch feldabhängige Techniken kombiniert, um die Wasser- und Proteindynamik von artikulärem Knorpel als auch seinen Bestandteilen zu untersuchen. Erste Versuche fanden an Rinderknorpel und Glykosa-minoglykan / Kollagen - Wasser Modellsystemen statt. Im weiteren Verlauf wurden beide NMR-Techniken zum ersten Mal verwendet, um Korrelationen zwischen NMR-Parametern und dem Verhalten unter mechanischer Belastung bzw. dem Krankheitszustand einer Osteoarthritis bei humanem Knorpel zu identifizieren. Dabei konnte eine Abhängigkeit der Ausprägung der quadrupolaren Wechselwirkung und der Knorpeldicke mit dem Osteoarthritiszustand, welcher durch die Mankin-Grade abgebildet wurde, gefunden werden. Weiterhin ist eine signifikante Korrelation sowohl der Position als auch des maximalen T1-Wertes unter uniaxialer Belastung von 0,6 MPa, einem typischen Werte für eine Druckbelastung im menschlichen Knie, demonstriert wurden. Beide Ergebnisse sind unter Beachtung der räumlichen Auflösung des Tiefenscanners von 50 [my]m, welche eine Größenordnung besser als bei klinisch eingesetzten Geräten ist, von besonderer Wichtigkeit. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Niedrigfeld-NMR-Techniken zusätzliche Informationen zu den Hochfeldergebnissen liefern und damit einen entscheidenden Beitrag zum Gesamtbild des Knorpelgesundheitszustandes beitragen können.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000450
Liang, Liying;
Rational design of antimony nanostructures toward high-performance anode materials for sodium-ion batteries. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XVI, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Durch die hohe Verfügbarkeit von Natrium und die geringen Kosten haben wiederaufladbare Na-Ionen-Batterien viel Aufmerksamkeit als Alternative für Li-Ionen-Batterien für den Großeinsatz als Energiespeicher erhalten. Eine Herausforderung zur Kommerzialisierung von Na-Ionen-Batterien ist es, nutzbare Anodenmaterialien zu finden um Na-Ionen aufzunehmen, da Na-Ionen einen größeren Radius als Li-Ionen besitzen. Unter verschiedenen Kandidaten als Anodenmaterial ist metallisches Sb (Antimon) sehr attraktiv durch seine hohe theoretische Kapazität (660 mAh g-1) und ein relativ sicheres Betriebspotential von ca. 0.4V (vs. Na+/Na). Trotz dieser Vorteile ist der größte Engpass für die Verwendung von Sb-Anoden in der Praxis ihre hohe Volumenänderung (˜390%) während des Lade- bzw. Entladezyklus, was eine Pulverisierung der Sb-Materialien und somit zur elektrischen Isolation vom Stromkollektorinduziert und somit zu einer schnellen Degradation der Kapazität und damit schlechten Zyklenfestigkeit führt. Um dieses Problem der großen Volumenänderung von Sb anzugehen wurden im Zuge dieser Dissertation neue Wege entwickelt und darüber hinaus erfolgreich in einer Vollzelle implementiert. Es ist bekannt, dass um eine gute elektrische Performance zu erhalten drei wichtige Dinge unerlässlich sind, diese sind eine hohe Ionen-Diffusion, schneller Elektronentransport und stabile, haltbare Elektrodenstrukturen. Diese drei Aspekte können durch ein rationales Design der Elektrodenstruktur realisiert werden. In dieser Hinsicht wurden drei verschiedene effizienz-orientierte Elektroden hergestellt, diese sind eine hierarchische farnblatt-ähnliche Sb-Elektroden, groß-skalige sehr gleichmäßig angeordnete Sb-Nanorod-Arrays sowie hierarchische Sb-Ni-Nanoarrays. Zusätzlich können alle drei Strukturen als additiv-freie Anoden für Na-Ionen-Batterien verwendet werden, was nicht nur vorteilhaft ist um die Zyklenperformance zu verbessern, sondern auch die Kosten des Batterie-Systems reduzieren kann sowie komplizierte Prozesse der Elektrodenherstellung unnötig macht. Im Gegensatz zu diesen fortgeschrittenen Elektrodendesigns zeigen alle drei verschiedenen SB-Anoden eine hohe Kapazität, ein hohe Zyklenzahl sowie hohe Zyklenfestigkeit. Des Weiteren wurde die Umsetzbarkeit der drei Elektroden in der Praxis vollständig bewiesen indem diese erfolgreich in Na-Ionen-Batterien-Vollzellen implementiert wurden. Diese Designstrategien können eine wertvolle Orientierung für die Problematik der Volumenänderung auch anderer Elektrodenmaterialien für die Realisierung von schnellen und stabilen Na-Ionen-Energiespeichern darstellen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000445
Vellacheri, Ranjith;
Rational design of electrodes for solid-state cable-type supercapacitors with superior ultrahigh rate performance. - Ilmenau, 2017. - XI, 135 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die aktuellen Spitzentechnologien in Materialwissenschaft und Elektronik haben durch bedeutende Fortschritte bei Innovationen eine neue Generation von transportabler Elektronik angeregt. Es ist eine große Herausforderung diese Errungenschaften in einem nächsten Schritt für die Entwicklung von intelligenter, flexibler und tragbarer Elektronik anzuwenden. Zentral für die Realisierung dieser fortgeschrittenen Elektronik ist die Verfügbarkeit von effizienten, sicheren, kompakten, leichten, flexiblen und verwertbaren Energiespeichern. Im Gegensatz zu den heutigen Akkumulatoren besitzen Superkondensatoren hervorragende Eigenschaften wie schnelle Ladungs-/Entladungszyklen, hohe Zykluslebensdauer sowie ausgezeichnete Sicherheitsmerkmale, die sie vielversprechend für viele Anwendungen machen. Andererseits schränken Faktoren wie niedrige Ladungsspeicherkapazität, mangelnde Ultrahochgeschwindigkeitstauglichkeit und Schwierigkeiten bei der Integration bestehender Superkondensatoren den Nutzen in der intelligenten Elektronik der neuen Generation aufgrund ihrer schlechten strukturellen Kompatibilität und mechanischen Eigenschaften ein. Folglich erfordern diese Einschränkungen eine Verbesserung der Ladungsspeicher und der physikalischen Eigenschaften von Superkondensatoren. Ausgehend von den oben genannten Faktoren schlägt diese Arbeit ein neues Herstellungsverfahren für die Entwicklung von kabelbasierten Festkörper Superkondensatoren (solid-state cable-type supercapacitors (SSCTSs)) vor, seilartigen Strukturen basierend auf einem Festkörperelektrolyten, welche ausgezeichnete Ultrahochgeschwindigkeitseigenschaften ermöglichen, um den Herausforderungen von Energiespeichern in der intelligenten, flexiblen und tragbaren Elektronik gerecht zu werden. Die Hauptarbeit dieser Dissertation konzentriert sich auf die Herstellung von eigendotierten Titanoxid-Nanotubes (D-TiO2) auf Titan (D-TiO2/Ti) durch Anodisierung von Titandraht mit anschließender kathodischer Polarisation als Elektroden für die Entwicklung von SSCTSs. Die einzigartige Architektur von regelmäßig aufgewachsenen D-TiO2 auf Titandraht ermöglicht einen kurzen Ionendiffusionsweg sowie einen geringen Ladungsübertragungswiderstand, wodurch die hergestellten SSCTSs hervorragende Ladungsspeichereigenschaften sogar bei einer Ultrahoch-Scan-Rate von 200 V / s (Cyclovoltammetrie) zeigen, welche nahezu zwei bis drei Größenordnungen (100 1000-fach) über den veröffentlichten maximalen Scan-Raten der meisten bisher entwickelten SSCTSs liegt. Neben der überlegenen Ladungsspeicherung zeigen D-TiO2/ Ti basierte SSCTSs auch nach über 20.000 Ladungs-/Entladungszyklen eine ausgezeichnete zyklische Stabilität sowie eine zuverlässige Ladungsspeicherleistung auch unter mechanischer Beanspruchung (Verbiegung). Um die Fähigkeiten dieser Methode weiter zu belegen, werden in der Dissertation auch SSCTSs unter Verwendung von weiterentwickelten Elektroden, wie MoO3D-TiO2/Ti und PEDOT@D-TiO2/Ti durch kontrollierte galvanische Abscheidung von MoO3 und PEDOT auf D-TiO2/Ti, hergestellt. Die Verwendung so gestalteter Elektroden trägt dazu bei, die Kapazitäts- und Energiedichte von SSCTSs unter Beibehaltung aller grundlegenden Eigenschaften von D-TiO2-basierten SSCTSs zu verbessern. Die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen SSCTSs betont das Zukunftsträchtige der Methodik, welche in dieser Arbeit für die Herstellung von Hochleistungs-SSCTSs für verschiedene Anwendungen in einer neuen Generation von Elektronik vorgestellt wird. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit auch die Möglichkeiten von TiO2-basierten Elektroden, um Höchstgeschwindigkeiten bei SSCTSs zu erreichen, ein Thema, das bisher nur selten untersucht wurde. Schließlich ist es bei dem rasanten Wachstum von Technologien unschwer vorstellbar, dass die hier entwickelte Methode neue Möglichkeiten im Bereich der Höchstgeschwindigkeits-SSCTSs eröffnet, neue Wege für Innovationen neuer elektronischer Geräte ebnet und die wachsenden Bedürfnisse von Endnutzern erfüllt.



Kelma, Florian;
Projective shapes : topology and means. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (82 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die projektive Form eines Objektes ist die geometrische Information, die invariant unter projektiven Transformationen ist. Sie tritt natürlicherweise bei der Rekonstruktion von Objekten anhand Fotos unkalibrierter Kameras auf. Wenn ein Objekt als Punktmenge oder Konfiguration von Landmarken im d-dimensionalen reell-projektiven Raum RP(d) beschrieben wird, so ist die Menge der projektiven Formen der Quotientenraum RP(d)^k / PGL(d) und damit kanonisch mit der Quotiententopologie versehen. Auf diesem topologischen Raum der projektiven Formen lassen sich jedoch aus topologischen Gründen viele mathematische Werkzeuge nicht anwenden, ein Phänomen, welches in ähnlicher Form auch bei den Räumen der Ähnlichkeits- bzw. affinen Formen auftritt. In der vorliegenden Arbeit wird die Topologie des projektiven Formenraumes gründlich untersucht, in Hinblick auf die Suche nach einem vernünftigen topologischen Unterraum, der hinreichende Eigenschaften für die Anwendung statistischer Methoden besitzt. Ein Beispiel für einen dieser gutartigen Unterräume ist der Raum der Tyler regulären Formen, der bereits durch Kent und Mardia betrachtet wurde. Deren Ergebnisse werden in dieser Arbeit noch erweitert. Dieser Unterraum ist zwar für einige Dimensionen d und Anzahlen an Landmarken k nicht optimal gewählt, jedoch liefert die sogenannte Tyler-Standardisierung dieser Formen einem sowohl Einbettungen in metrische Räume als auch eine Riemannsche Metrik auf diesem Unterraum. Für eine dieser Einbettungen werden die dazugehörige Fréchet-Erwartungs- sowie Mittelwerte definiert. Während die Konsistenz dieses Mittelwertes leicht zu zeigen ist, ist die Berechnung des extrinsischen Mittelwertes numerisch anspruchsvoll. Als Ersatz wird ein weiterer Erwartungs- bzw. Mittelwert definiert, dessen Berechnung diese Probleme umgeht.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000404
Meierott, Stefan;
Spectroscopic line shapes of electronic and vibrational excitations of single-atom and single-molecule junctions. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (IV, 124 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Der Kondo-Effekt und inelastisches Elektronentunneln sind bedeutende Effekte in der Physik des Elektronentransports durch einzelne Atome und Moleküle. In den Ableitungen der Strom-Spannungs-Kennlinie treten charakteristische Fano-artige Linienformen auf. Um solche Signaturen zugänglich zu machen, wird in dieser Arbeit ein Ultrahochvakuum-Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop optimiert. Anschließend wird der Kondo-Effekt an Co-Atomen auf der Au(110)-Oberfläche behandelt. Im Spektrum des differentiellen Leitwerts einzelner Co-Atome tritt eine Peak-förmige Signatur der Abrikosov-Suhl-Resonanz auf. An Co-Atomen auf Facettenplätzen der Au(110)-(1x2) rekonstruierten Oberfläche breitet sich diese Resonanz anisotrop aus. Die Anisotropie wird auf Variationen im Spitze-Substrat-Abstand zurückgeführt. Weiterhin wird die Parameter-Schätzung verrauschter Fano-Linienformen anhand experimenteller und simulierter Daten diskutiert. Zur Linienanpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate wird die Verwendung einer günstigeren Parametrisierung der Fano-Funktion nahegelegt. Zusätzlich ermöglicht eine Winkeldarstellung des Asymmetrie-Para-meters die Schätzung der Unsicherheit nach Gauß'scher Fehlerfortpflanzung. Der darauf folgende Teil der Arbeit widmet sich Tunnelspektren von C60-Molekülen auf Pb-Oberflächen. Mittels gezielter Funktionalisierung der Tunnelspitze mit einzelnen C60-Molekülen wird die elektronische Struktur eingestellt. Gleichzeitig ändern sich die Linienformen von Vibrationssignaturen. Ähnlichen Einfluss auf die Linienformen hat die elektronische Struktur unterschiedlich adsorbierter Moleküle auf der Pb(111) Oberfläche. Ein quantitativer Zusammenhang zwischen elektronischer Struktur und Vibrationssignaturen wird ermittelt. Die Ergebnisse sind ein experimenteller Nachweis theoretischer Vorhersagen zu resonanten Tunnelprozessen in inelastischem Elektronentunneln. Im Anschluss wird der elektronische Transport abhängig vom Probe-Spitze-Abstand untersucht. Bei Annäherung der Tunnelspitze verschiebt die Signatur des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals zu niedrigeren Energien. Vibrationssignaturen werden vor allem durch die relative Position des Moleküls zwischen den Elektroden bestimmt. Diese Beobachtungen untermauern die Bedeutung der Kontaktsymmetrie bei den inelastischen Elektronentunneln.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000365
Müller, Martin;
Single-atom junctions and novel electron confinement mechanism on Pb(111). - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (viii, 86 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Punktkontakte wurden zwischen der bleibedeckten Spitze eines Rastertunnelmikroskops und der flachen Pb(111) Oberfläche oder einzelnen Pb-Adatomen hergestellt. Der Leitwert wurde während des Aufbaus und des sich anschließenden Abbruchs des Kontakts aufgenommen. Kontakte auf der flachen Oberfläche zeigen eine starke Leitwerthysterese, die bei Kontakten mit einem einzelnen Pb-Adatom geringer ausgeprägt ist. Die Auswertung der experimentell aufgenommen Kontaktleitwerte und Hysteresebreiten wird von Dichtefunktionalberechnungen unterstützt. Für eine vollständige Reproduktion war es notwendig, Spitzenapizes in Betracht zu ziehen, die von mehr als einem Atom terminiert werden. Dies ist ein wichtiges Ergebnis, wenn man den großen Einfluss der Spitze auf Ergebnisse der Rastertunnelmikroskopie- und Spektroskopie bedenkt. Der zweite Teil dieser Arbeit wird sich mit einer neuartigen Form des Quanteneinschlusses von Elektronen beschäftigen, der über vergrabenen Nanokavitäten unter einer Pb(111)-Oberfläche beobachtet werden kann. Die Kavitäten werden durch den Beschuss der Oberfläche mit hochenergetischen Argon-Ionen sowie einem sich anschließenden Heizzyklus erzeugt. Ein vertikaler Einschluss von Elektronen zwischen der Kavität und der Oberfläche des Kristalls führt zu Quantentrogsubbändern, die mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie untersucht wurden. Das Volumen oberhalb der Vakanz kann näherungsweise als dünner Film mit begrenzter lateraler Ausdehnung angesehen werden. Überraschenderweise sind die Elektronen zusätzlich lateral eingeschlossen von der Grenzfläche, an der der dünne Film in das ungestörte Kristallvolumen übergeht. Diese laterale Beschränkung führt zu einer Feinstruktur, die in Spektren des differentiellen Leitwerts beobachtet werden kann. Die experimentellen Befunde werden durch auf dem freien Elektronengas beruhenden Berechnungen unterstützt, die die Ergebnisse zu einem hohen Grad reproduzieren. Die laterale Beschränkung drückt sich weiterhin durch ein charakteristisches stehende Welle Muster aus, das genutzt wurde, um die Dispersionsrelation der Quantentrogzustände dünner Bleifilme in einem Bereich von bis zu 2 eV zu ermitteln. Eine Analyse der Linienbreite der spektroskopischen Charakteristika wird den Einfluss der Grenzfläche des dünnen Films auf die elastische Abklingrate zeigen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000352
Mahmoud, Muhanad;
Entwurf und Programmierung von numerischen Verfahren und Algorithmen zur Lösung der Boltzmann-Gleichung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (154 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Boltzmann-Gleichung ist eine mesoskopische Gleichung, welche Gas-Strömungen im Übergang zur Teilchendynamik beschreibt. Die Methoden zur Lösung der Boltzmann Gleichung sind ein wichtiges Forschungsthema. In dieser Arbeit interessieren wir uns für die sogenannten deterministischen Schemata, die mit diskreten Geschwindigkeitsmodellen (DVMs) verbunden ist. Zuerst wurden die Grundlagen für DVM zusammengetragen. Dann haben wir für Gase mit kleiner Knudsen-Zahl, in den allgemeinen Fällen, die Konvergenz zu der Maxwell-Verteilung bewiesen. Danach haben wir grundsätzlich eine Detailansicht über die Linearisierung des Stoßoperators und die Eigenschaften der linearisierten Matrix ermittelt. Weiterhin haben wir eine Diskretisierung des Geschwindigkeitsraums (Für 2- und 3-Dimensionen) definiert und einige DVMs untersucht. Außerdem wurden hier die Begriffe "vollständiges Modell" und "vollständige Stoßmenge" definiert und Methoden, um die minimale vollständige Stoßmodelle zu erstellen, entwickelt. Der logisch nachfolgende Schritt ist verschiedene vollständige Stoßmodelle zu entwickeln, sowie untereinander und mit einigen unvollständigen Modellen zu vergleichen, als auch einen genaueren Blick auf die rechnerische Komplexität zu werfen. Danach wurde die Lösung der Boltzmann-Gleichung in den komplexen Randbedingungen untersucht. Die Algorithmen wurden dargestellt, um beliebige Anfangswerte und Randbedingungen verwenden. Man kann durch diese Algorithmen jedes Gasmodell (Ortsraum-Geometrie) in einem Bild darstellen/speichern und in unserem Programm verwenden. Schließlich haben wir numerische Experimente für die Boltzmann-Gleichung durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit denen der physikalischen Experimente und/oder mit den Ergebnissen der anderen numerischen Methoden verglichen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000273
Zhao, Weihong;
Vierpunktmessungen an freistehenden Nanodrähten mit einem Multispitzen-Rastertunnelmikroskop. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (103 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

In dieser Arbeit wird die Schaffung der präparativen Voraussetzungen für das Nanodrahtwachstum, die Inbetriebnahme des komplexen MTSTMs für Nanodraht-Charakterisierung und erste Experimente mit anschließenden Analysen an ersten Proben vorgestellt. Zunächst wurden entsprechende Prozessparameter für Präparation von Si(111)- und GaP(111)-Substraten mittels metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) - Verfahren etabliert. Si(111)-Substrate wurden durch Annealingsprozess komplett von Oxidschicht sowie allen anderen Verunreinigungen befreit und mit Wasserstoff terminiert. Mittels AFM-Untersuchung wurde eine Verringerung der Rauheit durch nasschemische Vorbehandlung nachgewiesen. GaP(111)-Substrate wurden ebenfalls mittels MOCVD präpariert, um Oxide und Verunreinigungen zu entfernen. Mittels LEED-Untersuchung ließ sich die Oberflächenpolarität von GaP(111) in A-Typ mit (2x2)-Oberflächenrekonstruktion und B-Typ mit (1x1) unterscheiden. Mit sehr hohem V/III Verhältnis, niedriger Wachstumsrate und niedrigerer Temperatur konnte die Oberflächenrauheit von GaP(111)B, der für Wachstum vertikaler Nanodrähte notwendig ist, bei homoepitaktischem Wachstum stark gesenkt werden. Ein speziell angefertigtes Multispitzen-Rastertunnelmikroskop (MTSTM) mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde für diese Arbeit in Betrieb genommen. Mit MTSTM ist es möglich, bis zur vier STM-Spitzen in-situ kontrolliert und kollisionsfrei an Nanostrukturen anzunähern und eine Anordnung für eine Vierpunktmessung zur Bestimmung des Widerstands zu realisieren. Die freistehenden Nanodrähte wurden im Ultrahochvakuum zerstörungsfrei mit hoher Auflösung und geringem Aufwand untersucht, verglichen mit herkömmlicher lithografischer Methode. Erste Experimente an Proben mit freistehenden p-dotierten GaAs-Nanodrähten, die im vapor-liquid-solid (VLS) Prozess mit konstanter Temperatur bzw. zwei Temperaturstufen in MOCVD mit/ohne Push-Leitung präpariert wurden, wurden durchgeführt. Dabei wurden p-GaAs-Nanodrähte auf n-GaP(111)B-, n-GaAs(111)B- sowie p-GaAs(111)B-Substrat zur elektrischen Charakterisierung untersucht und ausgewertet. Es wurde experimentell herausgefunden und nachgewiesen, dass unzureichende Vorsättigung mit Dotierstoff eine ausgebreitete Verarmungszone im Sockelbereich des Nanodrahts verursachte, die man sonst mit lithografisch kontaktierten Einzeldrähten so nicht ermittelt hätte. Darüber hinaus ist es zum ersten Mal gelungen, die Leitfähigkeit freistehender porösen Si/c-Si-Nanodrähte durch MTSTM zu untersuchen. Die festgestellte Diodencharakteristik über den porösen Si/c-Si-Übergang stimmt mit dem Ergebnis an planarer Probe mit poröser Si-Schicht auf c-Si-Substrat sehr gut überein.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000187
Lenk, Claudia;
Role of coupling conditions for pattern formation in excitable media : study of atrial fibrillation mechanisms and oscillator arrays in the Belousov-Zhabotinsky reaction. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (xxii, 175 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Übergang zwischen regulären und irregulären Mustern in Reaktions-Diffusions (RD)-Systemen. Hierbei lag der Fokus der Untersuchung auf der Rolle der Kopplungsbedingungen zwischen mehreren Oszillatoren für das Auftreten des Übergangs und der Systemspezifität der zugrundeliegenden Mechanismen. Zwei RD-Systeme wurden hierfür gewählt: (i) das Herz im Vorhofflimmer(VF)-zustand und (ii) die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion (BZR). Numerische Simulationen dieser Systeme basierten auf einem Standard-RD-Modell, dem Fitzhugh-Nagumo-Modell, und verschiedenen systemspezifischen Modellen. Ergebnisse der Simulationen wurden mit selbstdurchgeführten Experimenten der BZR auf Silikatgelen sowie mit Literaturdaten zu medizinischen Studien des VF verglichen. Zwei Mechanismen für den Übergang zu irregulären Mustern wurden studiert. Der erste, von mir vorgeschlagene Mechanismus basiert auf der Wechselwirkung zweier aktiver Quellen, welche räumlich separiert sind. In Abhängigkeit des Frequenzverhältnisses der Quellen konnten verschiedene Typen von irregulären Mustern identifiziert werden: ein generischer Typ und drei weitere Typen, welche nur im allgemeinen oder den systemspezifischen Modellen auftraten. Der vorgeschlagene Mechanismus kann das episodische Auftreten von VF erklären, indem Änderungen einer Quellenfrequenz das System in den Zustand irregulärer Muster bringen. Dieser neue Mechanismus ist nicht nur für VF sondern auch für RD-Systeme (BZR, Nervenzellen) relevant. Der zweite untersuchte Mechanismus basiert auf der diffusiven Kopplung vieler Oszillatoren. In dieser Arbeit wurden irreguläre Muster im Bereich schwacher Kopplung gefunden, für welche als Ursache einerseits die reduzierte Kohärenz zwischen den gekoppelten Oszillatoren identifiziert wurde und andererseits die aufgrund der Kopplung veränderte Dynamik im Falle von anregbaren Einheiten. Ein weiterer Typ irregulärer Muster wird durch das Aufbrechen von Wellenfronten an den Oszillatoren verursacht. Der Einfluss der Größe, Form und Kopplungsstärke auf das Auftreten der irregulären Muster wurde untersucht sowie die Eigenschaften der Muster. Aufgrund der Generalität der identifizierten Mechanismen sind diese auch für andere chemische und biologische RD-Systeme wie PEM-Brennstoffzellen oder Herz-, Nerven- oder Bauchspeicheldrüsenzellen von Bedeutung.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000238
Abd Tarish, Samar;
Construction of ZnO/ZnS core/shell nanotube arrays on AAO templates and relevant applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XXI, 129 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Nanotechnologie ist eine multidisziplinäre Technologie, welche unterschiedliche Aspekte der Wissenschaft und Ingenieurwesen im Nanobereich umfasst. Es ist mehr als das Herstellen von sehr geordneten Nanostrukturen durch die gleichzeitige Verschmelzung von Nanomaterialien und es verlang nach gebrauchstauglichen Möglichkeiten einer präzisen Manipulation und Überwachung der entwickelten Nanostrukturen. Mit anderen Worten, die größte Herausforderung in der Nanotechnologie ist es, dass wir mehr über die Materialien und ihre Eigenschaften lernen und herausfinden müssen. Zinkoxid (ZnO) ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke (3.37 eV) mit ausgezeichneten elektrischen, optischen, katalytischen und sensorischen Eigenschaften und hat eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten. Andererseits hat Zinksulfid (ZnS) eine hohe chemische Stabilität im alkalischen sowie schwach sauren Milieu. Die einzigartigen Eigenschaften der Kombination beider Materialien, ZnO und ZnS, können den Weg ebnen zur Realisierung von zukünftigen Devices (z.B. optoelektronische Bauteile, Sensoren, Wandler, Biomedizintechnik, usw.). Der Hauptbestandteil der in dieser Dissertation gezeigten Studien hat den Schwerpunkt des Designs von sehr geordneten Nanostrukturen aus ZnO und ZnO/ZnS Nanotubes die mithilfe von anodischen Aluminiumoxid (AAO) als feste Template hergestellt wurden. Die Dissertation bezieht sich besonders auf nanostruktur-basierte elektrochemische Sensoren und photoelektrochemische (PEC) Anwendungen zur Wasserspaltung bzw. Wasserstofferzeugung. In dieser Arbeit wurden ZnO/ZnS Nanotubes erfolgreich synthetisiert durch die Kombination von 3 Methoden: (i) AAO Template (ii) Atomlagenabscheidung (ALD) und (iii) schnelles thermischen Abscheiden. Es wurde festgestellt, dass AAO Template ohne weitere zusätzliche Behandlungen durch schnelles thermisches Abscheiden komplett während des Wachstums der ZnS-Ummantelung entfernt werden konnte. Die gleichmäßig angeordneten ZnO/ZnS Nanotube-Arrays mit hoher Kristallqualität zeigten eine verbesserte optische und elektrische Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den ZnO Nanotubes. Somit erweist sich dies als kosteneffektive Möglichkeit für die Herstellung von röhrenartigen Core/Shell-Strukturen mit unterschiedlicher Zusammensetzung mittels AAO Template ohne weitere notwendige Prozesse zur Entfernung der Template. Im Gegensatz zu konventionellen Untersuchungen mit dem Fokus auf die Veränderung der optischen Absorptionsbandkante eines aus einen einzigen Material durch sog. Quantum Confinement Effects, wurden die optischen Absorptionseigenschaften von geordneten ZnO/ZnS Core/Shell Nanotubearrays, d.h. Quantum Confinement Effects über Materialgrenzen hinaus, untersucht. Die Daten zeigen, dass das Profil des Absorptionsspektrum der ZnO/ZnS Nanoarrays durch beide Komponenten und ihre geometrischen Parameter bestimmt wird. Beide Materialein zeigen eine Verringerung der optischen Bandlücke bei Erhöhung der ZnS Manteldicke und der Durchmesser der Nanotube-Arrays, was interessant ist bzgl. Der Erklärung in Bezug auf Aspekte des Materials. Nachfolgende Finite-Difference-Time-Domain (FDTD) Simulationen unterstützten die Beobachtungen und zeigten, dass die geometrischen und periodischen Parameter die optische Absorption der Core/Shell Nanostrukturarrays beeinflussen, sogar ohne Quanteneffekte. Diese Ergebnisse liefern eine neue Sichtweise auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von Bedeutung für die Forschung in der Photoelektronik ist. Des Weiteren wurde der in dieser Arbeit hergestellte und charakterisierte Sensor angewandt um Veränderungen von chemischen und biochemischen Stoffen zu erkennen. Messungen mit dem Devices als primärere Sensoren wurden erfolgreich durchgeführt und zur Erkennung als Glukose-Biosensoren verwendet. Die Untersuchungen zeigen, dass die heterogene Elektronentransferratenkonstante (ks) von ZnO/ZnS gegenüber Glukose (1.69 s^-1) höher ist als die von reinem ZnO (0.95 s^-1), was für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und die höhere Empfindlichkeit verantwortlich ist. Zusätzlich haben Experimente eine Verbesserung der PEC Wasserstofferzeugung mit den hergestellten Nanostrukturen gezeigt, mit höheren Sättigungsphotostromdichten (1,02 mA/cm^2) und höheren Wirkungsgraden bei der Photokonversion (62%) bei ZnO/ZnS als bei den ZnO-Strukturen ohne jegliche Ummantelung (entsprechend 0,23mA/cm^2 und 55%).



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000115
Stockschläder, Pia;
Interplay of geometry and dynamics in mesoscopic model systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (182 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit behandelt anhand verschiedenener mesoskopischer Modellsysteme das Zusammenspiel von Geometrie und Form eines Systems mit seinen Eigenschaften und seiner Dynamik. Im ersten Teil wird ein erweitertes strahlenoptisches Modell für dielektrische optische Mikrokavitäten untersucht. Strahlenoptik ist eine effiziente Methode, um die Fernfeldabstrahlung dieser Systeme vorherzusagen. Werden allerdings Systeme betrachtet, deren Abmessungen nur wenige Lichtwellenlängen betragen, können Korrekturen der geometrischen Optik notwendig werden, um Welleneffekte zu berücksichtigen. Diese Korrekturen sind die Goos-Hänchen-Verschiebung, eine seitliche Verschiebung des Strahls entlang der Grenzfläche, und der Effekt des Fresnel-Filterns, eine Korrektur des Winkels, die das Reflexions- und das Brechungsgesetz der Strahlenoptik und das Prinzip der Umkehrbarkeit des Strahlengangs bricht. Diese Strahlverschiebungen werden für ebene und gekrümmte Grenzflächen diskutiert, außerdem werden die Einflüsse verschiedener Parameter auf die Korrekturterme untersucht. Ein wichtiges Resultat ist, dass die Krümmung der Grenzfläche den Effekt des Fresnel-Filterns verstärkt, wohingegen sie die Goos-Hänchen-Verschiebung abschwächt. Anschließend wird das strahlenoptische Modell auf verschiedene Beispiele angewendet, nämlich Mikrokavitäten in der Form von deformierten Kreisscheiben, also Systeme mit gekrümmten Grenzflächen, und dreieckige Kavitäten, also Systeme mit ausschließlich ebenen Grenzflächen. Sowohl für Systeme mit gekrümmten als auch mit ebenen Grenzflächen kann es wichtig sein, die auf endlichen Wellenlängen beruhenden Korrekturen miteinzubeziehen, um eine gute Übereinstimmung zwischen der Strahlenbeschreibung und Ergebnissen aus Experimenten oder Wellensimulationen zu erhalten. Die Systeme können aber nicht nur durch ihre Grenzfläche charakterisiert werden, sondern auch dadurch, ob ihre klassische Dynamik chaotisch oder nicht-chaotisch ist. Für Systeme mit chaotischer Dynamik ist bekannt, dass die Fernfeldabstrahlung durch die instabile Mannigfaltigkeit des chaotischen Sattels bestimmt wird. Als Beispiele für nicht-chaotische Systeme werden deformierte Kreisscheiben mit kleinen Verformungen und Dreiecke betrachtet. Für diese Systeme wird erörtert, dass die Abstrahlung durch die Trajektorien mit den kleinsten, nichtverschwindenden Zerfallsraten bestimmt wird. Darüber hinaus kann es notwendig sein, Intensitätsverstärkung im Strahlenbild zu berücksichtigen, um verlässliche Ergebnisse für stark verlustbehaftete Lasersysteme zu erhalten. Im zweiten Teil werden graphenartige Systeme diskutiert. An diesen wird zuerst der Einfluss von einachsigen Verformungen in einem tight-binding-Modell des hexagonalen Gitters untersucht. Einachsige Stauchung des Gitters führt zu einem Phasenübergang und zur Ausbildung von Randzuständen senkrecht zur Verzerrungsrichtung. Diese Randzustände sind unabhängig von der genauen Terminierung des Gitters. Als zweites wird ein Strahlenmodell eingeführt, das eine Beschreibung von Graphen-Bauelementen ermöglichen könnte, die genauso effizient ist wie die Strahlenbeschreibung von optischen Systemen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000059
Fang, Yaoguo;
Structural parameters (size, defect and doping) of ZnO nanostructures and relations with their optical and electrical properties. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XII, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die Eigenschaften und Leistung von Gerätschaften, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren (vornehmlich drahtähnliche und blattähnliche) hängen im Wesentlichen von der Größe der Nanostrukturen, denen in ihnen auftretenden strukturellen Defekten sowie der Dotierung des ZnO ab. Daher ist es nötig diese Parameter in ZnO zu untersuchen um dessen Eigenschaften optimieren zu können, was somit auch die Motivation für diese Dissertationsschrift darstellt. In dieser Arbeit wurden Größen, Defekt- und Dotierungseffekte auf die Eigenschaften von ultralangen ZnO-Nanodrähten, In-dotierten blattähnlichen ZnO Strukturen sowie nadelförmigen ZnO-Nanostrukturen untersucht, welche mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und einer hydrothermalen Abscheidungsmethode hergestellt wurden. Zunächst wurde eine Vielzahl von Analysetechniken angewendet um die Korrelation zwischen den auftretenden Defekten und der Größe, respektive dem Durchmesser und der Länge, der ZnO-Nanodrähte zu ermitteln. Die entsprechenden Resultate zeigen, dass eine steigende Konzentration von Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit einer steigenden Konzentration von Zn Zwischengitterdefekten (Zni) für eine ansteigende Größe der Nanodrähte verantwortlich ist. Besonders erwähnenswert ist, dass die Variation des Feldverstärkungsfaktors (β) der ZnO-Nanodrähte bei Feldemission erheblich von der Konzentration der Sauerstoffleerstellen (Vo) in Kombination mit der Länge der Nanodrähte zusammenhängt. Im Vergleich mit den ultralangen und nadelförmigen ZnO-Nanodrähten, weisen die In-dotierten Nanostrukturen das niedrigste Anschalt- und Grenzfeld sowie den relativ höchsten Feldverstärkungsfaktor β auf. Der Grund hierfür wird der blattähnlichen Morphologie sowie der Dotierung zugesprochen. Daher ist das Wissen um die Korrelation zwischen der Menge und der Art von natürlichen intrinsischen Defektstrukturen sowie der Dotierung in den Nanodrähten mit sich ändernder Größe der Strukturen ein wichtiger Schritt in Richtung einer Optimierung und eines allgemeinen Tuningprozesses von Geräten, welche auf ZnO-Nanostrukturen basieren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000012
Simon, Adrian;
Schichten aus Kohlenstoff-Nanomaterialien auf asymmetrisch porösen, keramischen Trägern und deren Erprobung für Anwendungen in Membrantechnik und Katalyse. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xx, 192 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die vorliegende Arbeit behandelt die maßgeschneiderte Synthese von Kohlenstoff-Nanofilamenten auf asymmetrisch porösen, keramischen Trägern für potentielle Anwendungen in der Membrantechnik und Katalyse und deren Charakterisierung. Die für die Synthese erforderlichen Katalysatorpartikel (Palladium und Eisen) werden anhand nasschemischer Präparationsmethoden überwiegend auf der Innenseite der rohrförmigen Träger aufgebracht. Dem sich anschließenden Trocknungsschritt folgt die Synthese von Kohlenstoff-Nanofilamenten anhand des Verfahrens der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren). Eine gezielte Variation von Prozessgrößen (bspw. Synthesetemperatur, Kohlenstoffquelle, Katalysatormaterial, Haltezeit und Katalysatorkonzentration) führt zu einer Strukturvarianz der Röhren mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die erhaltenen Kohlenstoffprodukte werden anhand elektronenmikroskopischer, spektroskopischer und thermischer Analysemethoden charakterisiert. Ergänzend wurde in dem apparativen Aufbau der CVD-Anlage eine inline-Analytik implementiert, die die Charakterisierung des Katalysatorverhaltens während der Wachstumsphase erlaubt. Die auf dem Träger abgeschiedenen Schichten aus Kohlenstoff-Nanomaterialien wurden einerseits in Hinblick auf ihre gastrennenden Eigenschaften und andererseits hinsichtlich ihrer katalytischen Eigenschaften anhand einer Modellreaktion untersucht. Insbesondere mit Stickstoff dotierte Röhren zeigen adsorptionsselektive Eigenschaften für Kohlenwasserstoffe (Propan, Propen). Die katalytische Reaktion der oxidativen Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol (ODEB) konnte erfolgreich anhand der sich auf dem Träger befindlichen Kohlenstoff-Nanofilamenten nachgewiesen werden. Sowohl die elementaren Untersuchungen zu gastrennenden Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanofilamente als auch deren Erprobung für katalytische Reaktionen bilden die Grundlage für weitere Entwicklungsmöglichkeiten in Bezug auf katalytisch arbeitende Membranreaktoren.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000634
Al-Haddad, Ahmed;
Large area of ultrathin alumina membranes toward innovative heterogeneous nanostructure arrays for solar energy conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XX, 148 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Geordnete Nanostruktur-Arrays haben viel Aufmerksamkeit erfahren durch ihre vielfältigen Anwendungen. Jedoch ist es noch immer eine große Herausforderung geordnete Nanostrukturen über eine große Fläche (wie z.B. Wafer-Größe) durch Methoden die einen hohen Durchsatz bei großen Flächen und geringen Gerätekosten ermöglichen herzustellen. Hier, durch ein einzigartiges Design für den Herstellungs- und Transferprozess, konnten wir einen einfachen Transfer von wafer-großen gebundenen ultradünnen Aluminium-Membranen (UTAMs) auf Substrate ohne Verdrehen, Faltung, Einreißen oder Verunreinigungen erreichen. Das wichtigste unserer Methode ist das Anheften der 4 Inch großen UTAMs auf wafer-große Substrate vor dem Entfernen des Rückseitenaluminiums und der Aluminiumoxidschicht (sog. Barrier Layer). Es wird auch gezeigt, dass die Dicke und das Glätten der Oberflächen der UTAMs eine wichtige Rolle in dem Prozess spielen. Durch perfekt transferierte UTAMs als Masken werden viele unterschiedliche Nanostruktur-Anordnungen wie Nanopartikel, Nanomeshs, und Nanowire-Arrays auf wafer-großen Substraten hergestellt mit einstellbaren und einheitlichen Abmessungen. Weil es für UTAMs keine Limitierungen was Substrate und abzuscheidende Materialien gibt repräsentiert die Methode eine kostengünstige und effiziente Möglichkeit zur Herstellung von geordneten Nanostrukturen auf großflächigen Substraten für viele Anwendungen der Nanotechnologie. Zusätzlich wurden hexagonale TiO2 Nanotube-Arrays mit exzellenter Kristallqualität durch die Kombination von anodischen Aluminiumoxid (AAO)-Templaten und Atomlagenabscheidung (ALD) hergestellt. Durch spektroskopische Absorptionsmessungen haben wir beobachtet, dass die optische Absorptionsbandkante der TiO2 Nanotube-Arrays eine Rotverschiebung erfährt mit steigendem Durchmesser der Nanotubes und entsprechend kleineren Abstand zwischen den einzelnen Nanotubes, während die Wandstärke konstant gehalten wurde. Nachfolgende FDTD-Simulationen unterstützten diese Beobachtung im Blick auf den theoretischen Hintergrund und machten eine große Nahfeldverstärkung im Außenbereich der Nanotubes deutlich für Arrays mit dicht angeordneten Nanotubes wenn diese beleuchtet wurden. Demnach liefern diese Ergebnisse eine neue Perspektive auf die Verschiebung der optischen Bandlücke, was von großer Bedeutung für die Forschung im Bereich Photoelektronik ist. Andererseits zeigten die hergestellten CdTe/TiO2 Core-Shell-Nanowire-Arrays mit unterschiedlichen Durchmessern eine Verbesserung der photoelektrischen Wasserspaltung und der photovoltaischen Eigenschaften. Durch Modulation der Durchmesser konnte ein optimierter Photostrom von 1,1 mA/cm^2 erreicht werden. Im Gegensatz zu vielen vorherigen heterogenen Photoelektroden die Core/Shell Konfigurationen anwenden, basierend auf verbundenen UTAMs, TNTs Si und TNWs Si Heterostrukturen mit einer Konfiguration aus TiO2 Nanotubes oder Nanowires wurden vertical verwurzelt im Si-Substrat für PEC Wasserspaltung. Die einzigartige Struktur der TNTs Si Heterostrukturen ermöglicht eine PEC Performance, die unter den Besten der heterogenen Photoelektroden basierend auf TiO2 und Si ist, während eine exzellente strukturelle Stabilität während der Wasser-Oxidations-Reaktion gegeben ist. Zusätzlich kann die TNWs Si Heterostruktur die photovoltaischen Eigenschaften stärker als andere Heterostrukturen verbessern. Die Herstellungsmethode erlaubt es diese Heterostruktur-Arrays einfach und in Massenfertigung zu produzieren und ebenfalls wichtig, die Methode ist universell einsetzbar und lässt genug Spielraum für strukturelle Optimierungen sowie weitere Materialien für Heterostruktur-Arrays für Verbesserungen in Richtung solarer Energieanwendungen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000479
Leben, Leslie;
Non-negative operators in Krein spaces and rank one perturbations. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - Online-Ressource (116 Seiten, 6.65 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

In der vorliegenden Arbeit werden eindimensionale Störungen von nichtnegativen Operatoren in Kreinräumen betrachtet. Dabei wird untersucht wie sich die Anzahl der Eigenwerte und deren Vielfachheit in einer Lücke des essentiellen Spektrums unter einer Störung ändern können. Zudem wird beschrieben wie sich an einem Eigenwert die Anzahl und die Länge der linear unabhängigen Jordanketten ändern können.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00029981
Ordikhani-Seyedlar, Amin;
Nuclear magnetic resonance relaxometry and diffusometry study of bulk and confined complex liquids. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xii, 117 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Mittels Kernspinresonanz (NMR) als grundlegender Messmethode wurden molekulardynamische Fragestellungen für zwei komplexe, flüssige Systeme untersucht: Ionische Flüssigkeiten und Rohölproben. Ein Schwerpunk lag hierbei auf der Untersuchung von Kernspin-Relaxationsprozessen über einen breiten Bereich magnetischer Feldstärken, welcher Kernspin-Larmorfrequenzen von etwa \SI{10}{kHz} bis \SI{300}{MHz} abdeckt. Dies ermöglicht Aussagen über molekulardynamische Prozesse über eine große Spanne verschiedener Zeitskalen. Für fünf ionische Flüssigkeiten wurden außerdem NMR- mit kalorimetrischen Messungen kombiniert: Emim Tf2N und Bmim Tf2N, Emim Br, Bmim Br und Hmim Br. Hierbei lag das Hauptaugenmerk auf einem Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand mit deutlich verringerter Ionenmobilität vorliegt. Darüber hinaus wurden für Bmim Tf2N Effekte nanoskaliger, geometrischer Begrenzungen in porösem Glas mit \SI{4}{nm} Porengröße untersucht. Weiterhin wurden auf Grundlage einer vergleichenden Studie mit mehreren Rohölproben Malten-Asphalten-Wechselwirkungen untersucht.Für jede ionische Flüssigkeit wurde der Temperaturbereich, bei dem ein unterkühlter Zustand vorliegt, mittels dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmt. In diesem Temperaturbereich wurde daraufhin die Frequenzabhängigkeit der Tone-Relaxationszeiten für alle ionische Flüssigkeiten ohne Begrenzungen (Bulk-Proben) gemessen. Ein Relaxationsmodell, welches Beiträge von Rotations- und Translationsdynamik beinhaltet, wurde an die Daten angepasst und daraus entsp-rechende Korrelationszeiten bestimmt. Hierbei wurden verschiedene Regressionsmethoden getestet und bewertet. Während die Temperaturabhängigkeit der Translationsdynamik kein Arrhenius-Verhalten zeigte, konnte die Temperaturabhängigkeit der Rotationsdynamik im untersuchten Bereich mit einem Arrhenius-Modell beschrieben werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000207
Mi, Yan;
Atomic layer deposition functionalization and modification of three dimensional nanostructures for energy storage and conversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XVI, 162 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Um der steigende Nachfrage nach nachhaltigen und erneuerbaren Energiequellen in der Zukunft gerecht zu werden, wurden viele Anstrengen unternommen um hoch effiziente Energiespeicher und Bauelemente zur Energieumwandlung zu entwickeln. Insbesondere bieten Nanomaterialien neue Möglichkeiten um energiebezogene Bauelemente noch effizienter zu machen. Hier verspricht man sich von der Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen weitere Effizienzsteigerungen im Vergleich zu planaren Strukturen. In dieser Arbeit werden hocheffiziente Energiespeicher und -umwandler durch die effektive Kombination von dreidimensionaler Mikro- und Nanotechnologie mit Atomlagenabscheidung hergestellt und systematisch charakterisiert. Im Folgenden die wichtigsten Ergebnisse: 1. Dreidimensionale nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden wurden kostengünstig und kontrolliert mit Hilfe von Atomlagenabscheidung hergestellt. Die wichtigsten Parameter, Transparenz und elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, wurde systematisch charakterisiert und der Einfluss der Dopingkonzentration und der Wachstumsbedingungen wurde analysiert. Es hat sich herausgestellt, dass die dreidimensionalen nanoporöse Aluminiumdotierte Zinkoxid Elektroden sich insbesondere als gute transparente Elektroden in der Photovoltaik und in optoelektronischen Bauelementen eignen. 2. Kern/Mantelnanostrukturen mit optimierter Struktur und Zusammensetzung können die Ausbäute von Sonnenlicht deutlich erhöhen. Eine vielversprechende Route mit starkem Fokus auf die skalierbare Herstellung von gut modulierten Kern/Mantel-Nanostrukturen wurde entwickelt, welche leicht an andere Metall und Halbleiter für photoelektrochemische Elektroden angepasst werden kann. Als Substrat dient ein regelmäßig angeordnetes Aluminium nano-Kegel-Array, welches mit einer Aluminium-dotiertem Zinkoxid / Titandioxid Kern/Mantel Struktur und regelmäßig verteilten Goldnanopartikeln überzogen ist. Die Herstellung wurde mit Hilfe von Atomlagenabscheidung, physikalischer Dampfabscheidung und einem Glühprozess realisiert. Durch gezielte Abstimmung der Struktur und Zusammensetzung konnte der Lichteinfang verbessert und die Ladungsträgerdiffusion optimiert werden. Plasmonenresonanz und katalytische Effekte konnten durch Goldnanopartikel kontrolliert werden. Dementsprechend konnte eine bemerkenswerte photoelektrochemische Leistungsfähigkeit erzielt werden. 3. Ein kostengünstiger Prozess für die Synthese von dreidimensionalen Platin Nanoröhren-Arrays, basierend auf der Atomlagenabscheidung und nanoporösen Templaten, wurde entwickelt. Dies gelang durch die Einführung eines low-nitrogen-filling Schritts. Kontinuierliche Platin Nanoröhren mit glatter Oberfläche wurden erzielt. Dabei wurde die Anzahl der Zyklen halbiert und die Pulszeit des Platinprecursors um 10 % reduziert im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren. Die hergestellten Platinnanoröhren-Arrays wurden als Stromkollektoren für dreidimensionale Pt/MnO2 Kern/Mantel Strukturen in Superkondensatoren eingesetzt. Die synthetisierte Struktur zeigte eine hohe spezifische Kapazität, gute Performance unter schneller Entladung und eine gute Zyklenbeständigkeit. 4. Eine ultra-niedrige Lademenge von sehr kleinen Platin Nanopartikeln auf Kohlenstoffnanofasern, welche mittels bakterieller Zellulose hergestellt wurde, wurde mit Hilfe der Atomlagenabscheidung erzielt. Die mit Platinpartikeln oberflächenmodifizierte Kohlenstoffnanofasern zeigten gute elektrokatalytische Aktivität und Stabilität gegenüber der Wasserstoffentwicklungsreaktion. Das Syntheseverfahren stellt eine allgemeine Strategie dar, um den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren unter Beibehaltung ihrer hohen katalytischen Effizienz zu minimieren. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse in Bezug auf die Herstellung von dreidimensionalen Nanostrukturen, ihre Funktionalisierung und die Implementierung in Bauelemente zur Energiespeicherung und -umwandlung, sollte eine starke Basis für zukünftige Bauelemente mit verbesserter Leistung liefern.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000217
Endlich, Michael;
Phonons of epitaxially grown graphene on Ir(111) and molecular vibrational exitations studied by angle-resolved electron energy loss spectroscopy. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (IV, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die vorliegende Arbeit erforscht die dynamischen Eigenschaften von Molekülen und zweidimensionalen Materialien und deren Änderung, sobald diese auf Oberflächen adsorbiert werden. Im Fokus des ersten Teils der Untersuchungen stehen die Eigenschaften der Phononen von Graphen. Eine Monolage Graphen wurde epitaktisch auf Ir(111) mit hoher struktureller Homogenität und einer einzelnen Rotationsdomäne erzeugt. Mithilfe der winkelaufgelösten inelastischen Elektronenstreuung konnte die Phononendispersionsrelation über die gesamte Oberflächen-Brillouin-Zone bestimmt werden. Die am K-Punkt erwartete Kohn-Anomalie ist dabei schwächer ausgeprägt als es bisher für reines Graphen oder Graphit bekannt war. Dichtefunktionalrechnungen zeigen, dass dieses Phänomen durch eine geschwächte Elektron-Phonon-Kopplung zustande kommt, da Elektronenkorrelationen im Graphen durch die Anwesenheit des Metallsubstrates abgeschirmt werden. Zudem weist Graphen auf Ir(111) eine Moiré-Überstruktur auf, die durch die unterschiedlichen Gitterkonstanten der Materialien zustande kommt. Erstmalig konnte gezeigt werden, dass die Überstruktur zu Kopien der Phononenzweige führt, über die bisher nicht berichtet wurde. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Schwingungsanregungen von auf Ir(111) und auf Graphen adsorbierten Phthalocyaninen verglichen. Durch die Kombination von Schwingungsspektroskopie und Dichtefunktionalrechnungen konnte nachgewiesen werden, dass Phthalocyanine auf Ir(111) chemisorbieren und dabei beträchtlich deformiert werden. Demgegenüber physisorbieren Phthalocyanine auf Graphen und behalten im adsorbierten Zustand ihre ursprünglichen Vakuumeigenschaften bei. Demzufolge stellt Graphen auf Ir(111) eine Pufferschicht dar, die die Phthalocyanin-Ir-Hybridisierung merklich reduziert. Der dritte Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der Detektion von elektrostatischen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mithilfe von auf Oberflächen adsorbierten Molekülen. Im Experiment wurde Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Ir(111) deponiert und diente als Sondenmolekül. Durch die Koadsorption von Phthalocyaninen sank die C-O Streckfrequenz und das spektroskopische Linienprofil von CO wurde asymmetrisch. Rechnungen zeigen auf, dass die experimentellen Befunde durch elektrostatische Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen den CO- und Phthalocyanin-Dipolen erklärt werden können.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000287
Donahue, Mary;
Nitric oxide an pH measurement with AlGaN/GaN based ISFETs. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (VI, 127 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Diese Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Aluminium-Gallium-Nitrid/Gallium-Nitrid (AlGaN/GaN) -Ionen-sensitiven-Feldeffekttransistoren (ISFETs), einschließlich der zur Prozessierung notwendigen Materialparameter, so wie die Implementierung dieser optimierten Sensoren zur Detektion von Stichstoffmonoxid (NO), im Speziellen für biologische Anwendungen. Durch den angestrebten Einsatz der Transistoren in Flüssigkeiten werden an die chemische und mechanische Stabilität der Passivierung hohe Anforderungen gestellt. Im Vergleich mit den bekannten 'harten' Passivierungsmaterialien wie Si3N4 oder SiO2 konnte gezeigt werden, dass Polyimid die besten Isolationseigenschaften aufweist. Um Polyimid als Passivierung einzusetzen, musste aber ein neuartiger ECR (Electron Cyclotron Resonance) Plasmaprozess entwickelt werden, der einerseits die AlGaN/GaN-Elemente strukturiert und gleichzeitig den aktiven Sensorbereich schützt. Dabei handelt es sich um das sogenannte zweidimensionale Elektronengas (2DEG), das sich spontan zwischen der AlGaN- und GaN-Schicht ausbildet. Der ECR Plasmaschritt ermöglicht das notwendige anisotrope Ätzen zur Isolierung der ISFETs gegeneinander ohne eine messbare Degeneration des 2DEG. Dieser Prozess hinterlässt eine kontaminationsfreie Oberfläche und somit sofort messbare ISFETs, was vorher benötigte Reinigungsschritte überflüssig macht. Um die Detektion von NO zu erlauben, wurde eine Reihe neuer technologischer Prozesse entwickelt, wie etwa die entsprechende Gate-Funktionalisierung der AlGaN/GaN-ISFETs. Wolframtrioxid und Graphen stellten sich bei der vollständigen Analyse des Sensorverhaltens als die Besten der untersuchten Funktionalisierungen heraus. Beim Nachweis der NO-Sensitivität gegenüber bekannten störenden Substanzen, konnte über die Verringerung der pH-Sensitivität des funktionalisierten Transistors, eine gleichzeitige Messung des pH-Wertes und NO durchgeführt werden. Mit Hilfe von L929-Zellen (Maus-Fibroblasten) wurden darüber hinaus die ersten Tests zur Biokompatibilität des Systems durchgeführt. Um die Genauigkeit für in vitro Zellkulturen oder Gewebe-basierte Experimente zu erhöhen, wurde ein miniaturisiertes AlGaN/GaN-ISFET-Array entwickelt, mit einer Miniaturisierung und einem Pitch von 10 mm x 10 mm bzw. 100 mm x 100 mm. Mit einzelnen Sensoren wie auch den miniaturisierten Arrays kann eine Sensitivität von bis zu 57.0 mV/pH (nahe am theoretischen Nernst'schen Verhalten mit 58.2 mV/pH bei 20 &ring;C) erreicht werden. Die Kombination von miniaturisierten Arrays und der Verringerung der pH-Sensitivität könnte in zukünftigen Arbeiten eine simultane NO- sowie pH-Messung auf einem Chip über einen lokalen Gradienten physiologischer Anwendungen ermöglichen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000368
Reinmöller, Markus;
Theoretical reconstruction of photoelectron spectra and its application to ionic liquids. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (198 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ionische Flüssigkeiten sind eine besondere Gruppe von Salzen, welche für Temperaturen unterhalb von 100 &ring;C in flüssigem Aggregatzustand vorliegen und deren herausragende, einstellbare Eigenschaften zu einem breiten Anwendungsfeld führen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine geeignete Rekonstruktionsmethode für die Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) von molekularen Systemen, zu welchen auch diese Flüssigkeiten zählen, entwickelt. Hierfür werden Atomorbital-spezifische Streuquerschnitte mit einer Intensitätsnäherung nach Gelius kombiniert. Diese Rekonstruktionsmethode baut auf quantenchemischen Berechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) unter Verwendung des Basissatzes 6-31G** und Hybrid-Funktion als B3-LYP auf. Zu diesem Zweck erfolgte die Berechnung von jeweils kleinsten bzw. kleinen ladungs- und spinkompensierten, molekularen Systemen für die anschließende Rekonstruktion. Die berechneten Bindungsenergien für die reinen ionischen Flüssigkeiten werden durch eine Reskalierung mit drei Parametern an die der experimentellen Spektren angepasst. Für jene Flüssigkeiten mit zusätzlichen Atomen oder Molekülen wird ein vierter Parameter eingeführt. Diese Methode findet für die Rekonstruktion von Rumpfniveau- und Valenzbandspektren von ionischen Flüssigkeiten Anwendung. Hierbei werden sowohl reine Imidazolium- und Pyrrolidinium-basierte ionische Flüssigkeiten als auch solche mit eingebauten Metallatomen oder aufgedampften Metall- bzw. Alkalimetallatomen untersucht. Die rekonstruierten Rumpfniveauspektren haben neuartige Einblicke in die chemische Umgebung, Wechselwirkungen zwischen den Ionen und Partialladungseffekte offenbart. Für die strahlungsinduzierte Degradation von ionischen Flüssigkeiten konnten deutliche Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen gewonnen werden. Der Vergleich zwischen experimentellen und rekonstruierten Spektren liefert erstmalig eine quantitative Bestimmung der ineinander verflochtenen Beiträge der einzelnen Ionen und der Elemente im Valenzband. Weiterhin lassen sich die Anordnung und Orientierung der Ionen und ihrer ausgewählten Bestandteile an der Oberfläche sowie deren bevorzugte Wechselwirkungen mittels der rekonstruierten Valenzbandspektren identifizieren.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27395
Wen, Liaoyong;
Binary nano-structuring : concept, strategies, features and devices. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (XV, 131 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Nanostrukturarrays, bestehend aus den zwei Unterteilungen "Nanostruktur" und "Array", sind elementar für viele moderne und zukünftige technologische Anwendungen oder Systeme. Binäre Nanostrukturarrays, in denen beide, die "Nanostruktur" und die "Array", unabhängig voneinander eingestellt und genutzt werden können, könnten einen neuen Horizont durch Interaktionen zwischen den Sub-Arrays, welche unter Einfach-Arrays unzugänglich sind, eröffnen. Eine allgemeine Methode wird entwickelt um verschiedene Nanostrukturarrays (z.B. Nanowire/Nanowire, Nanotube/Nanowire, Nanotube/Nanotube, Nanodot/Nanodot) mit struktureller Flexibilität und hoher Steuerbarkeit für jedes der Sub-Arrays individuell herzustellen. Der Schlüssel zu dieser Methode basiert auf den charakteristischen binären Poren von anodischen Aluminium Templaten, welche beidseitig entgegengesetzte Barriere-Oxid-Schichten besitzen. Mittels desselben Mechanismus kann das Templat zu einem Viel-Array-Templat (z.B. dreifach oder vierfach) in einer Matrix mit noch höheren Porendichten und weiteren morphologischen Möglichkeiten erweitert werden. Die Vielseitigkeit der binären Nanostrukturierung wird untersucht für die Realisierung innovativer Anwendungen, wie zum Beispiel makroskopische Titandioxid/Kupfer(I)-oxid Z-Schema Photosyntheseeinheiten und nanoskopisch große adressierbare Zinkoxid/Aluminiumzinkoxid vertikale Nanodraht-Transistoren. Des Weiteren wird Nanoengineering von Einfacharrays durchgeführt, dazu werden leistungsstarke Superkondensatoren basierend auf Platin/Manganoxid-Core/Shell-Nanotubearrays und photoelektrochemische Zellen basierend auf Nano-Gold/Pb(Zr,Ti)O3 Hybriden nachgegangen durch welche die optimale Struktur und Zusammensetzung der Einfacharrays wichtige Informationen für multifunktionale Anwendungen basierend auf binären Nanostrukturarrays liefern.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=27263
Seeland, Marco;
Ortsaufgelöste Charakterisierung organischer Solarzellen mittels Lumineszenzstrahlung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2015. - 1 Online-Ressource (V, 121 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Durch detaillierte Untersuchung der physikalischen Prozesse, die der Wirkungsweise von Polymer-Solarzellen zu Grunde liegen, und der daran gekoppelten Entwicklung neuer Materialien konnte der Energiekonversionswirkungsgrad von organischen Solarzellen bereits deutlich gesteigert werden. Die für diese Technologie hohen Wirkungsgrade von > 10% lassen sich bisher jedoch nur im Labormaßstab mit Zellflächen weniger mm realisieren. Durch die Skalierung auf größere Zellflächen treten material- und prozessbedingt lokale Defekte auf, die den Wirkungsgrad beträchtlich mindern können. Darüber hinaus treten aufgrund der notwendigen Verwendung mindestens einer transparenten Elektrode inhärente Leistungsverluste auf, die mit der Solarzelllänge skalieren. Schließlich stellt die beschränkte Lebensdauer aufgrund einer Vielzahl von vorwiegend lokal auftretenden Alterungseffekten einen für die kommerzielle Verbreitung limitierenden Faktor dar. Bezogen auf die Fläche der Solarzelle treten alle diese Effekte räumlich ungleichmäßig auf. Für deren Untersuchung werden daher experimentelle und theoretische Methoden benötigt, die die Solarzelle nicht einfach zusammengefasst, sondern in ihrer Gesamtheit als flächig verteiltes System charakterisieren und beschreiben können. In dieser Arbeit wurde die "Bildgebende Lumineszenzdetektion" für die ortsaufgelöste elektrooptische Charakterisierung von Polymer-Solarzellen genutzt. Die Methode basiert auf der Detektion der vom organischen Halbleiter unter stationärer Anregung emittierten Elektrolumineszenzstrahlung mit einer hochempfindlichen CCD-Kamera. Der bisherige Einsatz dieser Messmethode an organischen Solarzellen war auf begleitende Untersuchungen im Rahmen von Alterungsexperimenten beschränkt. Unter Kenntnis des exakten Schichtaufbaus und durch den Vergleich mit anderen Charakterisierungsmethoden konnten dabei bereits durch rein qualitative Analysen wertvolle Informationen über Degradationsmechanismen und degradationsfördernde Schwachstellen gewonnen werden. Die vorliegende Arbeit geht über derartige qualitative Analysen hinaus. Die Zielstellung dieser Arbeit liegt in der quantitativen Interpretation von Elektrolumineszenzaufnahmen von Dünnschichtsolarzellen. Dazu wurden Modelle und Algorithmen entwickelt, die nicht nur das Verständnis der der Bildgebung zu Grunde liegenden Kontrastmechanismen fördern, sondern auch die Extraktion relevanter Materialparameter ermöglichen. Die entwickelten Methoden wurden exemplarisch an Polymer-Solarzellen auf Basis verschiedener Materialsysteme getestet, lassen sich jedoch prinzipiell auf andere Dünnschichttechnologien übertragen. Für die flächige Beschreibung von Dünnschichtsolarzellen wurde ein Modell entwickelt, welches eine umfassende elektrooptische Charakterisierung ermöglicht. Innerhalb dieses Modells wird die Solarzelle in miteinander gekoppelte Einheitszellen zerlegt, welche durch ein beliebiges Ersatzschaltbild modelliert werden können. Da die Modellierung im Rahmen dieser Arbeit anhand eines serienwiderstandslimitierten Eindioden-Ersatzschaltbildes erfolgte, wurde das Modell als "Mikrodioden-Modell" bezeichnet. Die Anwendung des Mikrodioden-Modells auf Elektrolumineszenzaufnahmen verschiedener aktueller Materialsysteme zeigte, dass der zusammengefasste Serienwiderstand der Solarzellen effektiv in den Flächenwiderstand der transparenten leitfähigen Elektrode sowie in einen zusammengefassten Widerstand, der den Volumenwiderstand der Aktivschicht und die Kontaktwiderstände der im Schichtaufbau vorhandenen Grenzflächen repräsentiert, zerlegt werden kann. Die gleichzeitige Bestimmung des lokalen Potentials sowie der lokal fließenden Stromdichte ermöglichte die Extraktion der widerstandsbefreiten Kennlinien. Durch den Vergleich des optisch detektierten Rekombinationsstroms mit dem gesamtheitlich fließenden elektrischen Strom wurde zudem der Diodenidealitätsfaktor der verwendeten Materialsysteme ermittelt. Aufgrund der für die Nutzung des Mikrodioden-Modells nicht zwangsweise erfüllten Voraussetzung der flächigen Homogenität der Probe wurde eine ergänzende Beschreibung durch ein Modell lokal unabhängiger Dioden eingeführt. Dieses Modell wurde genutzt, um die Elektrolumineszenzemission flächig stark inhomogener Solarzellen zu untersuchen. Dabei wurde gezeigt, dass das Elektrolumineszenzsignal lokal in eine serienwiderstands- und eine materialspezifische Komponente zerlegt werden kann, die im Einklang mit dem Entmischungsverhalten der untersuchten Materialkombination steht. Anhand von Netzwerksimulationen auf Basis der extrahierten Materialparameter wurde schließlich gezeigt, dass das Verhältnis von Photostromdichte zu Flächenwiderstand eine Ortsabhängigkeit der Solarzellenfunktionalität induziert. Neben einer Geometrieoptimierung wurde daraus eine allgemeine Skalierungsrelation abgeleitet und die Ortsabhängigkeit durch rasternde Photostrommessungen experimentell bestätigt. Für die Untersuchung der Stabilität der elektrischen Kontakte von organischen Solarzellen innerhalb von Langzeitstudien wurde zudem das Verfahren zur Quantifizierung der nicht degradierten Fläche verbessert. Durch Implementierung eines lokal adaptiven Binarisierungsverfahrens konnte so auch die Bestimmung der effektiven Fläche von stark inhomogen bzw. schwach emittierenden Solarzellen erreicht werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2015000695
Visaveliya, Nikunjkumar;
Microfluidic synthesis and assembly of multi-scale polymer composite particles towards sensoric and labeling applications, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 151 S., 79,17 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Polymer Nano- und Mikropartikel unterschiedlicher Größe, Form und Zusammensetzung sind in verschiedenen Bereichen wie Biomedizin und Nanotechnologie von großem Interesse. Eine der größten Herausforderungen bei der Synthese von Mehrkomponentenpartikeln sind die Reproduzierbarkeit und Monodispersität der Partikel mit gut definierten Oberflächen- und physikochemischen Eigenschaften in einer minimalen Anzahl von Prozeßschritten. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Kriterien für Mehrskalenpolymerpartikel für sensorische und markierende Anwendungen wird in dieser Arbeit vorgestellt. Zur Erzeugung von Polymerpartikeln im Nanometerbereich wurde eine mikrofluidische T-Struktur aus Polyetheretherketon (PEEK) mit verschieden strukturierten Siliziumelementen eingesetzt. Mit diesem Aufbau wurden sphärische, elliptische, hantelförmige, kettenförmige, blumenartige und verzweigte Polymerpartikel sowie verschiedene Fluoreszenzpartikel definierter Größen hergestellt. Weiterhin wurden homogene und heterogene Nanoassemblies durch Einstellung entgegengesetzter Oberflächenladungen generiert. Für Polymerpartikel im Mikrometerbereich wurden die Siliziumelemente im mikrofluidischen Aufbau oberflächenmodifiziert, um größenkontrolliert hydrophobe und hydrophile Mikrogelpartikel für Fluoreszenzmarkierungen und SERS-Anwendungen herzustellen. Die erzeugten SERS-Sensorpartikel konnten erfolgreich in einem Mikrodurchfluss-Ramanmesssystem eingesetzt werden. Eine Mehrfachverwendung der Sensorpartikel wurde durch Waschschritte ermöglicht.Die erhaltenen Polymerpartikel wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM), dynamischer Lichtstreuung (DLS), Zetapotenzialbestimmung, Fluoreszenzmikroskopie, Fluoreszenz-Spektroskopie, oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) sowie UV/VIS-Spektroskopie charakterisiert.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26992
Grote, Fabian;
Three-dimensional nanostructures, pseudocapacitive materials and asymmetric device configuration - realizing high performance supercapacitors, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: X, 131 S., 7,89 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckschrift erschienen

Superkondensatoren sind vielversprechende elektrochemische Energiespeicher, die sich insbesondere durch hohe spezifische Leistung und exzellente Zyklenstabilität auszeichnen. Allerdings muss die spezifische Energie von Superkondensatoren deutlich erhöht werden, damit die Anforderungen moderner Technologien erfüllt werden. Um diese Herausforderung gezielt anzugehen werden im Rahmen dieser Arbeit neue Ansätze entwickelt und in ein vollständiges Bauelement implementiert. Hierzu werden pseudokapazitive Materialien mit hoher spezifischer Kapazität verwendet, die Elektrodenkinetik und Materialausnutzung mit Hilfe von dreidimensionalen Nanostrukturen optimiert und eine neuartige asymmetrische Elektrodenkonfiguration realisiert. Ein innovativer und vielseitiger Herstellungsprozess, welcher die Synthese von dicht angeordneten dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays mit Strukturkontrolle im Nanometerbereich (z.B.Länge, Abstand, Durchmesser, Wandstärke, Beschichtung und die Auswahl von offenen und geschlossenen Nanoröhren) erlaubt, wird vorgestellt und dreidimensionale Nanoröhren-Arrays aus unterschiedlichen pseudokapazitiven Materialien werden hergestellt (SnO2/MnO2, SnO2/PPy und C-TiN Kern / Mantel Nanoröhren-Arrays). Nanoporöses anodisches Aluminiumoxid dient als Templat während des Herstellungsprozesses. Die aktiven Elektrodenmaterialien werden mittels Atomlagenabscheidung und elektrochemischer Abscheidung prozessiert. Es wird gezeigt, dass die Realisierung eines dreidimensionalen nanoskaligen Elektrodendesigns in Kombination mit pseudokapazitiven Materialien und einer asymmetrischen Elektrodenkonfiguration (PPy//MnO2) zu einem Superkondensator mit hoher spezifischer Energie führt. Es hat sich herausgestellt, dass die Optimierung der Ausnutzung des aktiven Elektrodenmaterials ein wesentlicher Parameter ist um Hochleistungselektroden für Superkondensatoren zu entwerfen. Dabei ist insbesondere die Herstellung von dünnen aktiven Schichten auf einer dreidimensionalen nanostrukturierten und elektrisch leitfähigen Matrix vorteilhaft. Darüber hinaus wird eine innovative Kohlenstoffbeschichtungstechnik entwickelt, die es erlaubt, dünne funktionale Kohlenstoffschichten auf dreidimensionalen Nanoröhren-Arrays abzuscheiden. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnisse, in Bezug auf dreidimensionale Nanostrukturierung und die Integration in Superkondensatoren, sollten eine starke Basis darstellen um das Design und den Aufbau der nächsten Generation von elektrochemischen Energiespeichern zu optimieren.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26750
Sippel, Philipp;
Electronic structure and electron dynamics in semiconductor materials for new photovoltaic applications, 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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26757
Selig, Tilman;
On output feedback control of infinite-dimensional systems, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 218 S., 1,06 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Diese Dissertation behandelt zeitinvariante, unendlichdimensionale, lineare Systeme, die ein Eingangssignal u in ein Ausgangssignal y umwandeln. In der Theorie der kompatiblen, wohlgestellten, linearen Systeme, werden solche Umwandlungen durch Differenzialgleichungen der Formx'(t)=Ax(t)+ Bu(t), y(t)=Cx(t)+Du(t) beschrieben, wobei A, B, C und D lineare Operatoren zwischen Hilbert-Räumen sind, die auch unstetig sein können. Um die Struktur solcher Systeme zu verstehen, werden verschiedene Arten von Zustandsraumtransformationen, die aus der endlichdimensionalen Theorie bekannt sind verallgemeintert: Für Systeme mit kompaktem Hankel-Operator werden ausgangsnormalisierende sowie balancierende Transformationen konstruiert und für die Modellreduktion eingesetzt. Für Systeme mit natürlichzahligem Relativgrad werden Transformationen entwickelt um die Byrnes-Isidori-Form und eine verwandte, sogenannte Nulldynamikform zu verallgemeinern. Darüberhinaus wird die Nulldynamik für unendlichdimensionaly Systeme erstmals rigoros definitiert und gezeigt, dass sie bei Systemen mit natürlichzahligem Relativgrad durch eine einzige stark stetige Operatorhalbgruppe charakterisiert werden kann. Dazu wird die Nulldynamikform verwendet. Ein analoges Resultat wird für ein spezielles Randsteuerungsproblem bewiesen, dass durch eine Wärmeleitungsgleichung beschrieben wird. Im Anschluss an diese theoretischen Überlegungen wird bewiesen, dass zwei praktische einsetzbare Ausgangsrückführungsmethode funktionieren: Die erste Methode ist die sogenannte Funnelregelung, ein sehr einfaches Regelgesetz, welches der Trajektorienverfolgung dient. Es wird gezeigt, dass diese Methode efolgreich einsetzbar ist sowohl bei Systemen mit Relativgrad eins und exponenziell stabiler Nulldynamik, als auch bei dem erwähnten speziellen Randsteuerungsproblem.Die zweite Ausgangsrückführung, die untersucht wird dient der Störgrößenunterdrückung. Es ist eine spezielle Form der H-unendlich-Regelung und eng verknüpft oft mit linear-quadratischer Optimalsteuerung. Während die klassische Lösung dieses wohlbekannten Problems stets einen unendlichdimensionalen Beobachter benötigt, der nicht praktisch implementiert werden kann, wird hier ein endlichdimensionaler Regler konstruiert durch balanciertes Abschneiden. Darüberhinaus wird bewiesen, dass dieser praktisch einsetzbare Regler das Regelziel mit einer Regelgüte erreicht, die vom Approxmationsfehler der Modellreduktion abhängt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26328
Brechtken, Stefan;
Classification of lattice group models, high order discretizations of Boltzmann's collision operator and parallelization, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: V, 155 S., 1,20 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

In dieser Arbeit geht es um Gittergruppenmodelle (LGpMs). Hierbei handelt es sich um eine Klasse von deterministischen Diskretisierungsmodellen, welche offenbar mit diskreten Geschwindigkeitsmodellen (DVMs) in Verbindung stehen. Unglücklicherweise existieren für die Diskretisierung des Kollisionsoperators mittels der LGpM keine Konvergenzergebnisse. Darüber hinaus ist unklar ob die für DVMs bekannten Konvergenzergebnisse auf LGpM übertragbar sind, da es keine exakte Klassifikation der LGpM innerhalb der DVM - Theorie gibt. Diese Arbeit behebt diese Probleme indem ein Schema für die Konstruktion von Diskretisierungen mit beliebig hoher Konvergenzordnung bewiesen wird und die LGpM im theoretischen Rahmen der DVM klassifiziert werden. Der logisch folgende Schritt ist ein Blick auf eine praktische Implementierung und numerische Tests der resultierenden Diskretisierungen um die theoretischen Resultate numerisch verifizieren zu können sowie ein genauer Blick auf die Zeitkomplexität. Schließlich untersuchen wir die Parallelisierung von allgemeinen LGpM - lösern. Hier legen wir ein besonderes Augenmerk auf die Frage ob es möglich ist ein signifikant höheres Preis-Leistungs-Verhältnis durch den Einsatz von Graphikprozessoren (GPUs) zu erreichen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26199
Leipold, David;
Interaction of light and matter in metal-semiconductor hybrid nanostructures, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: 98 S. S., 7,71 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Ultraschnelle Nanooptik erforscht das Verhalten von Licht in nanostrukturierten Materialien auf Femtosekunden-Zeitskalen und könnte damit den nächste großen Durchbruch in der Datenverarbeitung bringen. Das Wissen aus diesem Forschungsbereich ist die Grundlage für zukünftige rein optische Schaltungstechnik, die Daten viel schneller als herkömmliche Elektronik verarbeiten kann. An nanostrukturierten Metalloberflächen können Oberflächenplasmonen (SPPs) angeregt werden. Dabei handelt es sich um kollektive Schwingungen des Elektronengases im Metall und des elektromagnetischen Feldes. SPPs können Licht auf einen räumlichen Bereich fokussieren der kleiner als das Abbe-Limit ist und propagieren immer entlang der Metalloberfläche. Damit sind sie als Informationsträger in nanooptischen Geräten besonders geeignet. Organische und anorganische Halbleiter sind eine weitere wichtige Komponente in nanooptischen Bauteilen. Sie ermöglichen die Licht-Licht und Licht-Materie Wechselwirkung, die notwendig ist, um Licht zu verstärken und zu schalten. Die vorliegende Arbeit beschreibt theoretische Berechnungen, die in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Kollegen entstanden. Der Modellierungsprozeß, der eng mit der Wahl der numerischen Methoden in Zusammenhang steht, wird erörtert. Desweiteren werden Auswertungsmethoden beschrieben, die die numerischen Ergebnisse mit experimentell zugänglichen Größen verknüpfen. Die Ergebnisse der Berechnungen werden zuletzt experimentellen Ergebnissen vergleichend gegenübergestellt. In ihrem ersten Teil diskutiert die vorliegende Arbeit subtile Aspekte der Anregung von SPPs auf Metallgittern, bei denen die Symmetrie des Gitters von den einzelnen Streuern gebrochen wird. Thema des zweiten Teils der Arbeit ist ein Metallgitter, welches mit einem Farbstoff beschichtet wurde. In einem solchen System bilden SPPs und Exzitonen im Farbstoff kollektive, gekoppelte Moden, die auch Excimon oder Plexciton genannt werden. Dies kann an der vermiedenen Kreuzung der durch SPPs beziehungsweise Excitonen entstehenden Dips im winkelaufgelösten Reflektivitätsspektrum nachgewiesen werden. Im letzten Teil wird die Lokalisierung von Licht in Anordnungen von Zinkoxid Nanonaadeln diskutiert. Die Nanonaadeln sind dabei zufällig auf einem Substrat verteilt, stehen aber alle vertikal. Wegen ihres waldähnlichen Aussehens werden solche Anordnungen auch Nanowälder genannt. Einfallendes Licht erfährt in diesem System Vielfachstreuung an den Nanonaadeln. Es stellt sich heraus, dass ein Teil des Lichtes lokalisiert wird - es wird im Nanowald gefangen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26069
Cao-Riehmer, Jialan;
Mikrofluidisches System mit integrierter Multisensorik für mehrdimensionale Screenings in der miniatorisierten Umwelttoxikologie, 2015. - Online-Ressource : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Die globale Belastung der Umwelt mit Schadstoffen stellt ein Problem sowohl für Mensch als auch für Ökosysteme dar. Schadstoffe kommen in der Umwelt selten einzeln, sondern meist in komplexen Gemischen vor. Deshalb nimmt die Diskussion über die Kombinationswirkung von Schadstoffen einen immer größeren Stellenwert ein. Die Größe des mehrdimensionalen Parameterfeldes erschwert die Anwendung toxikologischer Standardmethoden und macht die Einführungen neuer Screeningmethoden notwendig. Der Einsatz der Mikrosystemtechnik im Bereich der Biotechnologie bietet erhebliche Vorteile bezüglich Miniaturisierung und Automatisierung verglichen mit herkömmlichen Verfahren. Das Ziel des Promotionsvorhabens bestand in der Entwicklung eines kompakten, automatisierten Fluidhandling- und Messsystems mit integrierter Multisensorik unter Anwendung des Prinzips mikrosegmentierter Flüsse zur Charakterisierung hochaufgelöster Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Einzel- sowie Kombinationswirkung von Umweltschadstoffen.Mit den entwickelten Labor- und Kompaktsystemen konnten zwei-, drei- und fünfdimensionale Konzentrationsfelder in Mikrofluidsegmenten erzeugt werden. Die Wirkungen verschiedener Schadstoffkombinationen auf Darmbakterium Escherichia coli, Grünalge Chlorella vulgaris, Bodenbakterien Streptomyces tendae F4, Streptomyces acidiscabies E13, Psychrobacillus psychrodurans UrPLO1 und Vertebraten-Zelllinien IPC-81 wurden erfolgreich untersucht. Durch die Integration von pO2-sensitiven Nanobeads in die Mikrofluidsegmente gelang die interaktionsfreie Auslese des segmentinternen pO2-Wertes während der Zeit- sowie konzentrationsabhängigen Kultivierung der schwermetalltoleranten Bakterienstämmen Streptomyces acidiscabies E13 und Psychrobacillus psychrodurans UrPLO1 in Mikrofluidsegmenten.Mit den entwickelten Systemen konnten zahlreiche binäre- und ternäre Gemische aus verschiedenen Organismen modellhaft untersucht werden. Es konnten Datensätze zu hochaufgelösten Einzelwirkungs- und Kombinationsscreenings der Verbindungsklassen Phenole, ionische Flüssigkeiten, Schwermetalle, Antibiotika, Herbizide, Fungizide, Medikamente (ACE Hemmer und CSE Hemmer), Ernährungsbestandteile und Metallnanopartikel anhand der Endpunkte Wachstum, Autofluoreszenz sowie der Änderung der Lumineszenzintensität von pO2 sensitiven Nanobeads mittels eines 2 Kanal Mikrodurchflussfluorimeters und eines 4 Kanal Mikrodurchflussphotometers gewonnen werden. Sowohl aus hochaufgelösten Einzelwirkungsscreenings als auch aus mehrdimensionalen Screenings der Mikrofluidsegmente konnten neue Erkenntnisse gewonnen werden. Die Versuchsergebnisse demonstrieren bereits die Einsatzfähigkeit der Kompaktanordnung und das große Potential der tropfenbasierten Mikrofluidik für toxikologische Multiparameter-Screenings. Das entwickelte System bildet eine wichtige Grundlage für ein marktfähiges Kompaktgerät in der miniaturisierten Ökotoxikologie.



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Möller, Christian;
Licht - induzierte Defektkinetik in solar grade Silizium, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 106 S., 3,25 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

In der vorliegenden Arbeit wird die durch Beleuchtung induzierte Defektkinetik der Eisen-Akzeptor-Paare und der Licht-induzierten Degradation untersucht. Mittels zeitabhängiger Ladungsträgerlebensdauermessungen kodotierter Siliziumproben, konnte die Eisen-Akzeptor-Paar-Reaktion auch in n-Typ Silizium nachgewiesen werden. Zur Erklärung des experimentell beobachteten Prozesses wird ein Modell, das auf der ständigen Rekombination über die Eisen-Störstelle beruht, vorgeschlagen und diskutiert. Außerdem werden temperatur- und beleuchtungsabhängige Ladungsträgerlebensdauermessungen zur Bestimmung der Aktivierungsenergie der Dissoziations- und Assoziationsreaktion verwendet. Die Licht-induzierte Degradation wird in Indium-dotiertem Silizium nachgewiesen. Als Ursache der Licht-induzierten Degradation wird der ASi - Sii-Defekt (A steht dabei für Akzeptor) vorgeschlagen und hinsichtlich der in der Literatur vorhandenen experimentellen Daten diskutiert. Außerdem wird im Rahmen des Modells gezeigt, dass die P-Linie im Tieftemperatur-Photolumineszenzspektrum Indium-dotierter Siliziumproben dem neutralen Ladungszustand des InSi - Sii-Defekts zugeordnet werden kann.



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Kästner, Christian;
Systematische Untersuchung zur Steuerung der Morphologie in Polymer-Fulleren-Heteroübergangssolarzellen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 117 S., 6,44 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Die organische Photovoltaik zeigt mehr und mehr ihr Potential zur marktwirtschaftlichen Konkurrenzfähigkeit gegenüber etablierten anorganischen Dünnschichtsolarzellen. Die Vorteile der Polymersolarzellen sprechen hierbei für sich: die Kombination aus Flexibilität, geringem Gewicht, potentieller Halbtransparenz und sehr hohem Produktionsdurchsatz kann momentan in seiner Gesamtheit von keiner anderen Technologie erreicht werden. Auch die bislang niedrige Energiekonversionseffizienz organischer Solarzellen kann durch die fortschreitende Materialentwicklung und Optimierung der Prozessierungsmethoden mit der Effizienz etablierter anorganischer Dünnschichtphotovoltaik konkurrieren. Die Selbstorganisation, d.h. Phasenseparation und Aggregation/Kristallisation der eingesetzten photoaktiven Materialien, vor, während und nach der Abscheidung zu photovoltaisch aktiven dünnen Schichten aus der gemeinsamen Lösung, spielt bei der Leistungsoptimierung eine wesentliche Rolle. Die somit ausgebildete Morphologie der photoaktiven Schicht ist von fundamentaler Bedeutung für die Generation von freien Ladungsträgern und deren Transport und folglich auch für Leistungsverluste durch Rekombination, sofern Ladungsträgertrennung und Transport nicht effektiv stattfinden können. Es ist bekannt, dass die Phasenseparation in reine Polymerphasen für den Transport der Löcher sowie reine Fullerenphasen für den Transport der Elektronen ebenso von Bedeutung ist wie die Ausbildung einer homogenen Mischphase für die Erzeugung der freien Ladungsträger. Idealerweise liegen die Transportphasen aggregiert/kristallin und die Mischphase amorph vor. Dann ergibt sich eine energetisch sinnvolle Organisation der Materialphasen, sodass die Generation freier Ladungsträger maximiert und deren Rekombination minimiert wird. In der vorliegenden Arbeit werden genau diese morphologischen Einflüsse, Phasenseparation und Aggregation der Materialien, untersucht. Insbesondere der Einfluss der strukturellen Ordnung der reinen Polymerphase auf die photovoltaischen Eigenschaften der Solarzelle steht hier im Vordergrund. Durch die gezielte Ausnutzung der Materialeigenschaften der eingesetzten Polymere konnten gezielt und kontrolliert Phasenseparation und Aggregation gesteuert und deren Einfluss auf die Solarzellparameter untersucht werden. Es wird gezeigt, wie die Morphologie von Polymer-Fulleren-Heteroübergangssolarzellen im Detail durch die Fullerenderivatisierung, die Lösungskonzentration und das Polymer:Fulleren-Mischungsverhältnis ebenso wie das Polymer:Polymer-Mischungsverhältnis in einer ternären Mischung mit dem Fulleren gezielt manipuliert werden kann. Mittels feinskalierter Parametervariationen konnten sehr systematische Variationen in der Morphologie induziert werden. Dies ermöglichte eine gezielte, optimierte Proportionierung eines Dreiphasensystems aus getrennt aggregierten Polymer- und Fullerenphasen für den Ladungstransport sowie einer homogenen Polymer:Fulleren-Mischphase zur freien Ladungsträgergeneration. Die vorgestellten Methoden zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der polymeren Ordnung sowie der Phasenseparation des Polymers vom Fullerenderivat ermöglichen tiefere Einblicke in die Volumenmorphologie. Die quantitative Analyse von Absorptions-, Photo- und Elektrolumineszenzspektren hat sich hier als besonders einfach zu handhabende Methode erwiesen. Mit der Unterstützung von Röntgenbeugung (GiWAXS) und AFM-Messungen ist es möglich, eine sehr genaue Vorstellung von der dreidimensionalen Schichtmorphologie zu erhalten. Insbesondere die Elektrolumineszenzspektroskopie ermöglichte erstmalig einen tieferen Einblick in die Nanomorphologie an den Grenzflächen zwischen geordneten Polymer- und Fullerendomänen sowie ungeordneten Polymer:Fulleren-Mischphasen. Die Einflüsse der Morphologie auf die Solarzelleigenschaften konnten letztendlich in Verbindung mit der Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V) und der externen Quanteneffizienz (EQE) abgeleitet werden. Damit konnte das vorgestellte Bild der hypothetisch optimalen Morphologie bestehend aus wohldimensionierten reinen geordneten Ladungstransportphasen sowie ungeordneten homogenen Mischphasen als Rekombinationsbarriere und Generationsschicht für freie Ladungsträger nachgewiesen werden. Der vorgestellte kombinierte Ansatz zur Morphologiebeschreibung ist bislang einzigartig und ermöglicht, abgesehen von den GiWAXS-Messungen, in Zukunft eine einfache und schnelle Analyse der Aktivschichtmorphologie. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein tieferes Verständnis der Beziehung zwischen den Struktureigenschaften der photoaktiven Schicht und der Solarzellfunktion entwickelt.



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Ulbrich, Angela;
Oberflächenanalytische Untersuchungen der elektronischen und chemischen Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten sowie deren Wechselwirkung mit Kupferspezies, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 179 S., 10,24 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Ionische Flüssigkeiten (Ionic Liquids; ILs) zeichnen sich durch zum Teil ungewöhnliche Eigenschaften, wie z.B. geringer Dampfdruck, aus. Verwendet werden ILs beispielsweise als Lösungsmittel bei der elektrochemischen Abscheidung von Metallen, als Elektrolyte in Solarzellen oder als Schmierstoffe. Um das Potential dieser Substanzklasse auszuschöpfen, ist die genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit untersucht die Oberflächeneigenschaften ausgewählter ILs, deren Wechselwirkung mit Kupferspezies sowie den Einfluss von Röntgenstrahlung und Plasmabehandlung. Die Methoden Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und die Spektroskopie mit metastabilem Helium (MIES) werden angewandt. Zunächst wird die elektronische Struktur verschiedener ILs charakterisiert. Der Fokus liegt auf Flüssigkeiten mit substituierten Imidazolium-Ionen und Chlorionen bzw. [Tf2N]- Ionen. Die Ausweitung der Untersuchungen auf weitere Anionen belegt die Präsenz von Kationen und Anionen im oberflächennahen Bereich. Winkelabhängige XPS Untersuchungen weisen auf eine bevorzugte Ausrichtung der Alkylkette in Richtung Vakuum hin und die Abschirmung bestimmter Anionen wird ersichtlich. Flüssigkeiten mit [Tf2N]- Ionen zeigen einen dominanten Anionenbeitrag zum Valenzband. Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene Kupfer-IL-Systeme betrachtet, wobei Kupfer in unterschiedlichen Oxidationszuständen auftritt. Diese werden durch den Kontakt mit atmosphärischen Bedingungen teilweise beeinflusst. Die inhomogene Kupferverteilung an der Oberfläche deutet auf eine Aggregation hin. Die Anreicherung elektrochemisch gelöster Kupferspezies an der Oberfläche führt zu Verdrängungseffekten. Abschließend wird der Einfluss von Röntgenstrahlung auf [EMIm]Tf2N betrachtet. Monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung führt nach intensiven Strahlungseintrag zu vernachlässigbarer Degradation. Hingegen zeigt nicht monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung starke Degradationseffekte. Weitere Untersuchungen an Flüssigkeiten mit Imidazolium-Ionen attestieren den Anionen einen starken Einfluss auf die Stabilität der IL gegenüber Röntgenstrahlung. Die betrachtete Plasmabehandlung zeigt keine eindeutigen Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung der untersuchten ILs.



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Knauer, Andrea;
Einstellung der physikalischen Eigenschaften von zusammengesetzten oder formanisotropen Edelmetallnanopartikeln während der Synthese in Mikrofluidsegmentsequenzen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 207 S., 12,16 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Gegenstand dieser Arbeit war die Entwicklung eines mikrofluidischen Mehrstufenverfahrens zur Synthese verschiedener Edelmetallnanopartikelsysteme. Die, den experimentellen Untersuchungen zugrundeliegende, Fragestellung forderte eine Aussage über die Vorteilhaftigkeit der gewählten mikrofluidischen Syntheseführung auf die Ensembleeigenschaften der untersuchten Edelmetallnanopartikelsysteme. Ein hohes Potential zur kontrollierten Erzeugung homogener Nanopartikelsysteme weist die, bereits aus früheren Arbeiten als vorteilhaft bekannte, kontinuierliche Prozessführung unter Mikrodurchflussbedingungen auf. Es soll nun festgestellt werden, ob unter Anwendung der Mikrofluidsegmenttechnik eine weitere, signifikante Verbesserung Qualität der verschiedenen Produktpartikel - sowohl bei homogener Keimbildung als auch durch gezielt einstellbare Metallabscheidung bei heterogener Keimbildung - hinsichtlich der Teilchengrößenverteilung, der Formausbeute und, daraus resultierend, der optischen Eigenschaften, erreicht werden kann. Zum Nachweis der Eignung des tropfenbasierten Mikrodurchflussverfahrens für die Synthese sowie zur Einstellung der physikalischen Eigenschaften von Nanomaterialien wurden drei nanopartikuläre Stoffsysteme ausgewählt, die neben interessanten optischen, elektronischen und chemischen Eigenschaften deutliche Unterschiede bezüglich der Zusammensetzung, der Form oder der Kristallstruktur aufweisen. Bei der Wahl der Nanopartikelsysteme wurde berücksichtigt, dass aus den Synthesen potentiell interessante Materialien für weitere Grundlagenforschung, beispielsweise in Bereichen der heterogenen Katalyse, der Sensorik oder der Bioanalytik resultieren. Vor diesem Hintergrund wurden Silbernanodreiecksprismen, Gold/Silber-Kern/Doppelhüllen-Nanopartikel sowie einkristalline Goldnanokuben als Modellsysteme ausgewählt. Mit diesen Experimenten gelang es, zu zeigen, dass die physikalischen Eigenschaften verschiedener Nanopartikelsysteme mithilfe der Mikrofluidsegmenttechnik exakt adressiert werden können. Weiterhin konnten die Teilchengrößenverteilungen der untersuchten Nanopartikelsysteme reduziert und darauf basierend schmalere Absorptionsbanden in optischer Spektroskopie gemessen werden. Als Ergebnis der Arbeit resultieren optimierte, reproduzierbare Syntheseprotokolle für segmentbasierte Mikrodurchflussverfahren, welche für Silbernanodreiecksprismen, Gold/Silber-Kern/Doppelhüllen-Nanopartikel und Goldnanokuben mit regelmäßiger Kristallstruktur die präzise Einstellung der physikalischen Eigenschaften ermöglichen.



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Algara Siller, Gerardo;
Chemistry on graphene, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: I, 105 S., 53,61 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Das hohe Auflösungsvermögen moderner Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM) unter einem Angstrom ermöglicht die Untersuchung von Materialien auf atomarer Ebene. Mit dem TEM können sowohl die atomare Struktur als auch dynamische Prozesse direkt beobachtet und damit Rückschlüsse auf physikalische und chemische Eigenschaften gezogen werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Charakterisierung von Graphen - einer einlagigen Kohlenstoffschicht mit herausragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften - mit Hilfe unterschiedlicher TEM Verfahren. Einerseits konnte die Qualität von unterschiedlich hergestellten Graphen-Proben an Hand von Strukturuntersuchungen verglichen werden. Andererseits wurden die Einsatzmöglichkeiten von Graphen als Träger- und Schutzschicht, Ausgangsmaterial, Substrat, sowie als Nano-Behälter untersucht. Als Trägermaterial wurde Graphen für Nanoteilchen verwendet, welche für biologische Anwendungen konzipiert wurden. Um geeignete Proben für TEM Untersuchungen herzustellen, waren Oberflächenpräparation und Optimierung der Transfermethode entscheidend. Die TEM Untersuchungen an Nanoteilchen (Au NCs, QDs und Nano-Diamanten mit atomaren Fehlstellen) auf Graphen ermöglichten eine direkte Beschreibung ihrer atomaren Struktur, Größe und Größenverteilung. Untersuchungen von DNA auf Graphen zeigten, dass die Abbildung von biologischen Proben auf Graphen-Trägermaterialen mittels TEM möglich ist. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass Graphen auch als Schutzschicht für strahlempfindliche Materialien, wie z.B. C3N4 oder MoS2, geeignet ist und damit die Abbildung dieser Proben in ihrem ursprünglichen Zustand erlaubt. In Bestrahlungexperimenten konnten einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus einer Graphen-Doppellage geformt werden. In einem weiteren Experiment gelang es aus den Adsorbaten auf Graphen eine weitere Graphen-Lage (in-situ) unter Elektronenbeschuss zu wachsen. Weitere Experimente an Wasser, das zwischen zwei Graphen-Lagen eingeschlossen wurde (nano-confinement), erlaubten erstmals die direkte Beobachtung und Charakterisierung einer neuen Modifikation von Eis bei Zimmertemperatur: dem "square ice". Nicht zuletzt wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Methode zur Säuberung von Graphen-Oberflächen von Adsorbaten mit Hilfe von Adsorptionsmitteln entwickelt, dem sogenannten "dry-cleaning".



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Vielitz, Martin;
Nonreversible homoclinic snaking scenarios, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 139 S., 2,63 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Homoclinic Snaking ist ein spezielles Phänomen bei der Fortsetzung homokliner Orbits in der Nähe eines heteroklinen Zykels, welcher eine Gleichgewichtslage und einen periodischen Orbit verbindet. Der Begriff "Snaking" bezieht sich dabei auf die Sinusform der Fortsetzungskurven. Typischer Weise tritt dieses Phänomen in reversiblen Hamilton-Systemen auf. Dabei entsprechen die zwei Snaking-Kurven symmetrischen Homoklinen, wohingegen asymmetrische Homoklinen auf Kurvenstücken liegen, welche die beiden Snaking-Kurven verbinden. Zusammengenommen bilden die Fortsetzungskurven die Snakes-and-ladders Struktur. In dieser Arbeit wird Homoclinic Snaking in nichtreversiblen DGLs betrachtet, deren reversible Struktur (allein oder zusammen mit der Hamilton Struktur) gestört wird. Ausgangspunkt dafür ist die Arbeit von Beck et. al. (Snakes, ladders, and isolas of localised patterns). Es wird gezeigt, dass die Störung der Reversibilität geschlossene Fortsetzungskurven (Isolas) oder zwei Fortsetzungskurven, hervorrufen kann, welche alternierend den ursprünglichen sinusförmigen Fortsetzungskurven (Criss-Cross Snaking) folgen. Darüber hinaus wird Homoclinic Snaking in gewöhnlichen DGLs betrachtet, welche von Beginn an keine ausgezeichnete Struktur besitzen. Es wird untersucht, wie das Verhalten des ursprünglichen heteroklinen Zykels das Fortsetzungsverhalten bestimmt. Dabei werden die beiden Fälle unterschieden, dass der periodische Orbit positive oder negative Floquet Multiplikatoren besitzt. Des Weiteren wird ein Fortsetzungsszenario bestehend aus Isolas beschrieben. Weiterhin werden Fenichelkoordinaten in der Nähe einer 1-parametrigen Familie von periodischen Orbits, in welcher in sich die Dimension der stabilen Mannigfaltigkeit ändert, konstruiert. Dazu wird eine Foliation einer erweiterten stabilen Mannigfaltigkeit konstruiert. Es wird gezeigt, dass wenn der schwach stabile Floquet Exponent gegen Null strebt, die Foliation auch im Grenzwert glatt ist. Darüber hinaus wird ein Shilnikov Problem in der Nähe der 1-parametrigen Familie von periodischen Orbits gelöst, wenn der schwach stabile Floquet Exponent gegen Null strebt. Die Analysis basiert auf der Arbeit von Krupa et al. (Fast and slow waves in the FitzHugh-Nagumo equation).



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Synooka, Olesia;
Approaching highly efficient organic solar cells via interface engineering, 2014. - VIII, 117 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Organische Solarzellen sind sehr viel versprechende erneuerbare Energiequellen. Während der ca. letzten 2 Jahrzehnte konnte eine bedeutende Verbesserung im Verständnis der Grundlagen von Solarzellen gewonnen werden. Dies hat zu einer Verbesserung der Effizienz auf mehr als 9% Ausbeute geführt. Die Leistungsfähigkeit von bulk-heterojunction organischen Solarzellen basiert im Wesentlichen auf folgenden Effekten: Ladungstrennung, Ladungstransport und Ladungsextraktion. Diese Effekte können durch Modifikation der fotoaktiven Materialien und/oder der Grenzflächen kontrolliert werden. Die Grenzflächenprobleme von organischen Solarzellen sind seit vielen Jahren unbeachtet geblieben, stattdessen wurde der Fokus auf die Entwicklung und Optimierung von neuen Aktivschichtmaterialien gesetzt. In dieser Doktorarbeit sind alle Grenzflächen von organischen Solarzellen im Detailuntersucht worden, wie: - 1 die Donator-Akzeptor Grenzfläche, - 2 der Lochtransport/Aktivschicht-Grenzfläche und - 3 die Aktivschicht-/Metallelektroden-Grenzfläche. Weiter wurden explizite Methoden zur Verbesserung der Grenzflächen vorgeschlagen. 1. - Im Besonderen wurde die Donator-Akzeptor Grenzflächenmodifikation bei thermischer Behandlung im Umfang der vertikalen Phasensegregation untersucht. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Messtechniken an Filmschichten und hergestellten Proben vom Gemisch des "State-of-the-Art" Polymers poly[N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benothiadiazole)] (PCDTBT) mit [6,6]-phenyl-C 71-butyric acid methyl ester (PC 70 BM) angewendet, um die Modifikationen der Morphologie zu untersuchen. Die Performance von PCDTBT:PC 70 BM basierend Solarzellen wird durch thermische Behandlung mit hohen Temperaturen dramatisch verringert. Untersuchungen im Detail zeigen, dass Änderungen der Polymer:Fulleren Wechselwirkungen bei bereits 140&ring;C auftreten, welche in einer Polymerbenetzung nahe der Metallelektrode resultiert. Dies führt zu einem Anstieg von Rekombinationen und zur Verringerung der Ladungsträgerextraktion. Dadurch kommt es zu einer Reduktion des Füllfaktors und zu einer reduzierten Effizienz der Leistungsumwandlung. Die Untersuchung der PCDTBT basierenden invertierten Solarzellenzeigen einen genau umgekehrten Trend bei thermischer Behandlung. Die gesamte Solarzellenperformance steigt mit der Temperaturerhöhung linear an. In diesem Fall ist die Polymerbenetzung vorteilhaft. Zusätzlich wurde die thermische Stabilität von Solarzellen basierend auf amorphem PCDTBT oder dem neuartigen semikristallinen Polymer poly[2,6[4,8-bis(2-ethyl-hexyl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-co-2,5-thiophene-co-4,7[5,6-bis-octyloxy-benzo[1,2,5]thiadiazole]-co-2,5-thiophene] (PBDTTBTZT) untersucht. Die polymere haben eine ähnliche chemische Struktur und Bandlücke. Es konnte eine Effizienz von mehr als 7% bei PBDTTBTZT basierenden Solarzellen erreicht werden. Bei thermischer Behandlung sind nur geringste Verluste der photovoltaischen Parameter ohne eine vertikale Phasensegregation herausgefunden worden. Die außergewöhnliche thermische Stabilität des PBDTTBTZT von bis zu 170&ring;C könnte durch die semikristalline Natur zu erklären sein. PBDTTBTZT ist ein vielversprechendes Material für zukünftige Anwendungen von organischen Solarzellen. 2. - Weiterhin wurde die Lochtransportschicht/Aktivschicht-Grenzfläche untersucht, welche anhand durch Zugabe zusätzlicher polarer Lösemittel zur Aktivschicht modifiziert wurde. Generell kann die Morphologie der bulk-heterojunction durch Verwendung von Additiven mit höherem Siedepunkt als das Lösemittel der Aktivschicht beeinflusst werden. Im Gegensatz zu dieser Eigenschaft wurden in dieser Arbeit polare Lösemittel-Additive mit unterschiedlichen Dipol-Momenten und unabhängigen Siedepunkten verwendet. Die Performance der PCDTBT:PC 70 BM Solarzellen kann durch Zugabe einer bestimmten Menge dieser Additive verbessert werden. Dieser vorteilhafte Effekt kann größtenteils durch die Modifikation der PEDOT:PPS/Aktivschicht-Grenzfläche der Solarzelle erzielt werden. Die Lösemitteladditive dringen durch die gesamte Aktivschicht und entfernen teilweise den PSS-Anteil der PEDOT:PSS Oberflächenschicht, dass zu einer Reduktion der Energiebarriere und zu einer verbesserten Loch-Extraktion führt. 3. - Zuletzt wurde die Modifikation der Aktivschicht/Metallkathoden-Grenzfläche der Solarzelle mit einer zusätzlichen Zwischenschicht untersucht. Das konjugierte Polyelektrolyt:poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) und das nichtkonjugierte poly(allylaminehydrochloride) (PAH), wurden als Zwischenschichtmaterialien in dieser Arbeit untersucht. Solche Zwischenschichten, basierend auf konjugierten Polyelektrolyten (KPE), verbessern den elektrischen Kontakt und verringern den potentiell möglichen Widerstand, was zu einer verbesserten Performance der Solarzelle führt. Im Gegensatz zu den bekannten und weit verbreiteten KPE wurden die nicht konjugierten Polyelektrolyte (nKPE) bis zum jetzigen Zeitpunkt für organische Solarzellen nicht verwendet, laut der für diese Arbeit angefertigten ausführlichen Literaturrecherche. Verschiedene Messtechniken sind bei entsprechend angefertigten Solarzellen angewendet worden, um die unterschiedlichen Effekte von KPE und nKPE voneinander zu unterscheiden. Eine Verbesserung der Performance der Solarzellen ist das Ergebnis einer optimierten Anpassung des Energieniveaus an den Grenzflächen und verminderte Oberflächenkombinationen konnten für beide Polyelektrolyttypen herausgefunden werden. Die KPE verursachen geringfügige Veränderungen der Oberflächenstöchiometrie, was aber nicht bei nKPE beobachtet worden ist. Die Verwendung von KPE oder nKPE resultierte in vergleichbar guten Performance Verbesserungen. Daraus lässt sich ableiten, dass die nKPE ein guter und preiswerter Ersatz für KPE sind. Diese Arbeit zeigt die Wechselwirkung zwischen allen Grenzflächen innerhalb der Solarzellen und empfiehlt Leitlinien für die Herstellung zukünftiger "next generation" organischer Solarzellen.



Turkovic, Vida;
Long-term stabilization of organic solar cells using additives, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 137 S., 4,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Organische Solarzellen (OPV) bestechen durch hohes wirtschaftliches Potenzial. Große Anstrengungen wurden bereits in Hinblick auf die Effizienz unternommen. Aktuelle Spitzenwirkungsgrade liegen bei 12%, vergleichbar mit anorganischen Dünnschichtsolarzellen. Allerdings bleibt die Stabilität eine Schwachstelle auf dem Weg zur Marktreife. Aufgrund ihrer organischen Natur, ist OPV sehr empfindlich gegenüber Licht, Wärme, Sauerstoff und Feuchtigkeit, wobei alle unter Standard-Arbeitsbedingungen gleichzeitig vorliegen. In meiner Arbeit untersuche ich die Stabilisierung gegen photooxidative Degradation, unter Verwendung zusätzlicher stabilisierender Verbindungen, welche direkt in die Aktivschicht eingebracht werden. Hierzu wurde eine Vielzahl an Verbindungen mit unterschiedlichen Stabilisierungsmechanismen im Modell-System Poly(3-Hexylthiophen-2,5-diyl):Phenyl-C61-Buttersäure Methylester (P3HT:[60]PCBM) getestet. Die hergestellten Solarzellen wurden unter Beleuchtung, bei mäßiger Temperatur und in Gegenwart von Luft gealtert und ihre Langzeitstabilität evaluiert. Eine enorme Zunahme der akkumulierten Leistungserzeugung um einen Faktor größer 3, unter Verwendung von Wasserstoffdonatoren und UV-Absorbern, konnte mittels spektroskopischer und mikroskopischer Untersuchungen auf eine verringerte Bildung freier Radikale zurückgeführt werden. Meine Arbeit unterstreicht das Potenzial von Additiven zur Stabilisierung von OPV. Es muss allerdings beachtet werden, dass das Additiv die Schichtmorphologie und photophysikalischen Prozesse innerhalb der photoaktiven Schicht nicht negativ beeinflussen. Anhand des Modellsystems P3HT:[60]PCBM, konnte gezeigt werden, dass die photoaktive Schichten bestehend aus einer ternären Mischung von Polymer, Fulleren und Stabilisator angewendet werden können, um die Lebensdauer von OPV wesentlich zu verlängern. Dieser Ansatz kann prinzipiell auf andere OPV Systeme übertragen werden, sofern das Additiv die geschilderten Anforderungen erfüllt. Durch Zugabe kleinster Mengen kostengünstiger Stabilisatoren kann, unabhängig von der intrinsischen photochemischen Stabilität der eingesetzten Materialien, eine signifikante Verbesserung der Lebensdauer und somit gesteigertem Wert des Gesamtsystems organische Solarzelle erreicht werden. Daher haben diese Erkenntnisse eine große Bedeutung für die Vermarktung von OPV.



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Lilienthal, Katharina;
Nanostrukturierte SiO 2 -Gläser für die Mikrotechnik und Biosensorik. - Ilmenau : ISLE, 2014. - XV, 269 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
ISBN 978-3-938843-81-9

Die in dieser Arbeit untersuchte Einflußnahme auf die Eigenschaften additiver Sol-Gel-Membranen im TEOS-H2O-HCl-System sowie subtraktiv erzeugter Oberflächen auf Synthetic Fused Silica über die Synthese- bzw. Prozeßbedingungen, zielen auf eine innovative Funktionalisierung in der Sensorik zellanalytischer Systeme, sowie Material-hybrider MEMS. Die Charakterisierung erfolgt über Ellipsometrie, bildgebende Verfahren, stoffliche Analytik und impedometrische Methoden. Daneben wird die besondere Bedeutung einer gezielten Substratreinigung herausgestellt. Die angestrebte selbstorganisierte Porosität über die Si-O-Netzwerkbildung zum einen, und der selektive plasmachemische Abtrag zum anderen werden auf ihre Mechanismen untersucht. Erstere dient als siebend ionenselektive, langzeitstabile Membran auf dem open gate von pH-sensitiven, transparenten AlGaN/GaN-FETs in wässrigen Medien. Letztere begünstigt durch die Oberflächenvergrößerung in Kieselglas u.a. innovative Aufbau- und Verbindungstechnik. Zum einen werden an reproduzierbar erzeugten Sol-Gel-Schichten mit Dicken von 30 bis 380 nm, Brechungsindizes von 1,3 bis 1,9 als Indikator der Porosität und Rauheiten von 0,3 bis 30 nm Einflüsse auf die Schichtbildung untersucht und Rückschlüsse auf Porosität gezogen. Ausgewählte Sole wurden hinsichtlich ihrer Anwendung als ionenselektive Membran in MOS- und EIS-Strukturen untersucht, bevor sie auf AlGaN/GaN-Sensoren eingesetzt wurden. Auf Fused Silica erfolgte zum weiteren eine forcierte selbstorganisierte Nadelbildung über die gezielte Wahl der Prozeßparameter von DRIE-ICP- und RIE-Plasmaanlagen. Dabei können homogen stochastisch gras-, nadel-, säulen- oder röhrenartige Glas-Strukturen bis 1 nm Breite und 6 nm Länge bei einer Prozeßdauer von 90 min erzielt werden. Die Dichtevariation derselbigen reicht von 0,15 bis 90 106 mm-2. Kohlenstoffe sind zur Glas Gras-Bildung nicht notwendig, auch die Übertragbarkeit auf andere Siliziumoxide wird gezeigt. Rückschlüsse auf die Entstehungsmechanismen des Glas Grases werden gezogen, wobei Mikromaskierung durch Metalle, Verunreinigungen oder Polymerpassivierung eindeutig ausgeschlossen werden können. Innovative Anwendungen des Glas Grases sind die einfache, spannungsarme Verbindung mit Polymeren, Keramiken, sich selbst und Silizium über Black Silicon, sowie als Oberflächenvergrößerung in der Optik, elektronischen oder katalytischen Systemen.



Heinrich, Gerrit;
Direkte Laserablation von dünnen, auf Silizium abgeschiedenen Siliziumnitridschichten durch nichtlineare Absorption, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 98 S., 5,56 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

In dem Produktionsprozess von hocheffizienten kristallinen Silizium-Solarzellen werden lokale Öffnungen in dünnen dielektrischen Schichten benötigt. An Stelle von teuren und aufwändigen Photolithographieschritten scheint die direkte Laserablation geeignet zu sein, diese dielektrischen Schichten kostengünstig und schnell zu öffnen. In der vorliegenden Arbeit wird die ltra-Kurzpulslaserablation von dielektrischen Schichten am Beispiel von dünnen Siliziumnitrideinzelschichten sowie von Aluminiumoxid/Siliziumnitrid-Mehrfachschichten auf Siliziumproben untersucht. Dafür werden zuerst die optischen und strukturellen Eigenschaften der verwendeten dielektrischen Schichten analysiert. Anschließend wird der Einfluss verschiedener Schichteigenschaften (Brechungsindex, Wasserstoffgehalt), Lasereinstellungen (Fluenz, Pulsdauer, Wellenlänge) und Siliziumeigenschaften (Dotierung, Topographie) auf das Ablationsverhalten sowie auf die laserinduzierten Siliziumkristallschäden beschrieben und diskutiert. Aus diesen Ergebnissen wird ein neuartiges Absorptionsmodell erarbeitet, das die Ursache für die mit dieser Arbeit zum ersten Mal beschriebene direkte Ablation von dünnen dielektrischen Schichten auf Silizium erklärt. Die Erkenntnisse aus den Ablationsuntersuchungen werden in zwei verschiedenen Zelldemonstratoren angewendet und diskutiert. Hierfür werden Solarzellen zum einen nach dem PERC-Konzept und zum anderen nach einem Metallisierungsverfahren, basierend auf der nasschemischen Abscheidung von Nickel, Kupfer und Zinn, hergestellt. Zusätzlich wird in dieser Arbeit ein Programm entwickelt, mit dem das Reflexionsverhalten des ablatierten Bereiches simuliert werden kann.



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Muhsin, Burhan;
Reproduzierbar effiziente Prozessierung von flexiblen Polymersolarmodulen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 137 S., 4,95 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war die reproduzierbare Prozessierung und Aufskalierung von ITO-freien, flexiblen Polymersolarmodulen unter den Randbedingungen hoher Effizienz, niedriger Kosten und hoher Stabilität. Um das Ziel reproduzierbarer effizienter Polymersolarzellen erreichen zu können, wurden drei unterschiedliche Materialsysteme (P3HT:PCBM, P3HT:ICBA und PCDTBT:PC70BM) mittels zweier Beschichtungsmethoden (spin-coating und Rakeln) untersucht und optimiert, wobei relative hohe Effizienzen erreicht wurden. Um die Defekte und die hohen Kosten von ITO zu vermeiden, wurden in dieser Arbeit erfolgreich eine hochleitfähige PEDOT:PSS-Formulierung (PH1000) und eine Kombination aus mit Silbergitter beschichteten Folien (Hersteller PolyIC) und PH1000-Beschichtung als ITO-Ersatz verwendet. Hiermit konnten vergleichbare Effizienzen zu ITO-PET-Substraten erzielt und somit das Ziel der Realisierung eines ITO-Ersatzes erreicht werden. Die Stabilität ITO-freier versiegelter Polymersolarzellen konnte in einem Beobachtungszeitraum von 400 h unter kontinuierlicher Beleuchtung von ca. 1 Sonne Intensität im Vergleich zu versiegelten Polymersolarzellen basierend auf ITO-PET-Substraten verbessert werden. Als optimaler Aufbau flexibler Solarzellen wurde ein Schichtsystem von Barriere/PET/PH1000/PCDTBT:PC70BM/TiOX/Aluminium/UV-Kleber/Barriere/PET identifiziert; dieser Aufbau erreichte noch circa 60% der gemessenen Starteffizienz nach einer Lebensdauermessung von 400 Stunden. Alle Schichten (PEDOT:PSS, PH1000, PCDTBT:PC70BM, TiOX), außer Aluminium, wurden an Luft in Anlehnung an die produktionsnahe Rolle-zu-Rolle-Prozessierung prozessiert. Schließlich konnten Solarmodule mithilfe mechanischer Strukturierung bis zu einer Modulfläche von 150 cm 2 realisiert werden. Mit P3HT:PCBM konnten 2,2%Effizienz, mit PCDTBT:PC70BM, 3,2% auf ITO-PET und 2,2% auf PH1000-PET, jeweils auf einer Modulfläche von 25 cm 2 erreicht werden. Auf Basis von gerakelten Aktivschichten wurde die Modulstrukturierung mittels Laserablation in Zusammenarbeit mit dem Laser-Zentrum Hannover (LZH) durchgeführt. Hierbei konnten zuerst nur 1,5% Solarmoduleffizienz auf ITO-Glas erreicht werden. Auf flexibler ITO-Folie wurden schließlich in einem kombinierten Prozess aus Laserstrukturierung und Bedampfung der Metalrückelektrode über einer Schattenmaske circa 3% Solarmoduleffizienz erreicht.



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Klöppel-Gersdorf, Michael;
Efficient numerical solution of chance constrained optimization problems with engineering applications, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 106 S., 4,30 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
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In der Praxis werden viele Prozesse durch Unsicherheiten beeinflusst. Die Auswirkungen dieser Unsicherheiten können dabei beträchtlich sein. Es ist daher sinnvoll diese Einflüsse bei der Prozessoptimierung zu betrachten. Ein Ansatz dazu ist die Nutzung der wahrscheinlichkeitsrestringierten Optimierung. Diese erfordert die Einhaltung der Nebenbedingungen nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit und erlaubt damit einen Kompromiss zwischen Profit und Zuverlässigkeit. In Abhängigkeit des unterliegenden Prozesses sind mehrere Ansätze zur Umwandlung der Wahrscheinlichkeitsrestriktionen in deterministische Restriktionen möglich. Die meisten dieser Ansätze basieren auf der Berechnung hochdimensionaler Integrale. In dieser Arbeit werden entsprechende Methoden zur Berechnung solcher Integrale vorgestellt. Hauptaugenmerk liegt dabei immer auf einer möglichst effizienten numerischen Implementation. Hauptbestandteil der Arbeit ist dabei die Beschreibung von so genannten analytischen Approximationen, welche effizient für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können. Für diese Verfahren werden Methoden zur Berechnung der Gradienten entwickelt. Eine weitere Verringerung der Rechenzeit wird durch die effiziente Approximierung der unterliegenden Modellgleichungen erreicht. In Fallstudien aus dem Ingenieurbereich werden die analytischen Approximationen mit anderen Ansätzen verglichen. Dabei stellt sich heraus, dass diese Methoden als genereller Ansatz benutzt werden können, auch wenn andere Methoden zu leicht besseren Ergebnissen führen. Als größere Fallstudie wird eine Problem aus dem Bereich des optimalen Lastflusses gelöst. Hier zeigt sich, dass die vorgeschlagenen Ansätze bessere Ergebnisse liefern als die weithin benutzte Approximation mit normalverteilten Zufallsgrößen. Außerdem kann durch den Einsatz effizienter Methoden selbst dieses größere Beispiel in vernünftiger Rechenzeit gelöst werden.



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Engmann, Sebastian;
Spectroscopic ellipsometry study on the morphology of polymer fullerne solar cells, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 142 S., 3, 04 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Die Untersuchung organischer Solarzellen stellt ein vielversprechendes interdisziplinäres Forschungsgebiet dar, versprechen sie doch eine günstige Alternative zu anorganischen Solarzellen. Ihr geringes Gewicht und hohe Flexibilität ermöglichen es der organischen Photovoltaik (OPV) in neue Bereiche, wie der Integration in architektonischen Design-Elementen und intelligenter Kleidung, Verwendung zu finden. Dennoch fehlt es noch an kommerzielle Anwendungen, da die OPV fundamentale Probleme überwinden muss. Zu nennen sei hier die geringe Stabilität der organischen Materialien gegenüber Wasser und Sauerstoff bei gleichzeitiger Beleuchtung, als auch morphologische Degradation. Die photoaktive Schicht ist typischerweise eine selbstorganisierte Mischung aus zwei oder mehreren organischen Verbindungen und erfordert daher sehr anspruchsvolle Strukturmanipulation, da die Mischungsmorphologie in äußerstem Maße die Solarzellleistung bestimmt. Es ist von inhärenter Bedeutung die Morphologie aktiv zu steuern, um organische Solarzellen mit höchstmöglicher Effizienz zu produzieren. Das Verständnis zwischen morphologischer Struktur und Solarzelleneigenschaften ist hierzu unentbehrlich. Diese Arbeit hatte zum Ziel, die morphologische Struktur von Polymer/Fulleren-Mischschichten durch ein optisches und daher zerstörungsfreies Verfahren zu untersuchen: winkelvariierende spektroskopische Ellipsometrie (Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE)). Obwohl die dargestellten neu entwickelten Messroutinen und optischen Modelle für beliebige Systeme Anwendung finden können, wurde als zu untersuchendes Materialsystem auf Mischungen des weitverbreiteten Polymers Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) und dem Fullerenderivat Phenyl-C$61$-Buttersäure-methylester (PCBM) zurückgegriffen. Dies ist dem Gedanken geschuldet die gewonnen Ergebnisse der optischen Modellierung, entsprechend einer indirekten Messung, mit möglichst vielen bereits etablierten Messverfahren zur Morphologieuntersuchung zu vergleichen. Zudem zeigen Polythiophen/Fulleren-Mischungen viele physikalisch höchst interessante Eigenschaften, wie die Kristallisation einer oder beider Komponenten, und die Entmischung der photoaktiven Schicht. Aufgrund dieser Effekte und der zu erreichenden hohen Solarzelleffizienzen, stellt P3HT/PCBM das Standardmaterialsystem der OPV Forschergemeinschaft dar. In dieser Arbeit wurde die Kristallisation und räumliche Ordnung der Polymerkomponente in P3HT/PCBM-Mischschichten für verschiedene Fulleren-Konzentrationen innerhalb der photoaktiven Schicht untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Fulleren-Phase stark die Anordnung der Polymer-Komponente beeinflusst. In diesem Zusammenhang wurde ein neues optisches Modell entwickelt, welches die quantitative Unterscheidung zwischen höher und weniger geordneten Polymer-Domänen ermöglicht. Mit diesem Modell ist es erstmals gelungen zu zeigen, dass spinodale Entmischung und das resultierende Fulleren-Konzentrationsprofil über der Schichtdicke die Keimbildung und das Wachstum von geordneten Polymer-Domänen, sowie den Volumenanteil von geordneten Polymerdomänen innerhalb des Filmprofils maßgeblich kontrollieren. Ein Highlight dieser Arbeit ist die Tiefenprofilierung der Fullerene- Konzentration und der Verteilung geordeneter Polymer-Domänen in vollständigen Solarzellstrukturen, im Gegensatz zu der allgemein üblichen Praxis die Morphologie in separat präparierten Schichten auf Silizium oder Glas-Substraten zu untersuchen. Dies ist speziell zur Untersuchung der Grenzflächeninteraktion des Polymer/Fulleren-Gemisches mit der Elektrode während eventueller Temperschritte höchst interessant. Durch die gezeigte zerstörungsfreie Tiefenprofilierung vollständiger Solarzellen wird erstmals die Möglichkeit eröffnet in situ Studien über die Langzeitstabilität der Morphologie und der Elektrodengrenzflächen durchzuführen, da die Möglichkeit besteht dasselbe Bauelement sowohl elektrisch als auch optisch zu Untersuchen. Hierdurch können kleinste morphologische Änderungen direkt mit der Solarzellenleistung korreliert werden.



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Malsch, Daniéll;
Strömungsphänomene der tropfenbasierten Mikrofluidik, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIII, 137 S., 17,98 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
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Die Nutzung von Flüssig-Flüssig-Zweiphasenströmungen für die Realisierung tropfenbasierter hochintegrierter Lab-on-a-Chip-Systeme eröffnet faszinierende Perspektiven für die Implementierung von Hochdurchsatzanwendungen bezüglich Sensitivität, Durchsatz und Kostenersparnis. Tropfenbasierte Assays, bei denen jeder Probentropfen individuell erzeugt, prozessiert, analysiert und sortiert wird, stellen hohe Anforderungen an die zugrundeliegende mikrofluidische Plattform. So unterliegt das Transportverhalten von Tropfenströmungen komplexen physikalischen Einflüssen, welche beim Design einzelner Funktionsstrukturen bis hin zum gesamten mikrofluidischen Kanalnetzwerk berücksichtigt werden müssen. Dazu ist ein umfassendes Verständnis der in der tropfenbasierten Mikrofluidik auftretenden Strömungsphänomene erforderlich, welches insbesondere für isotrop geätzte Vollkanäle bisher nur lückenhaft existiert. Ziel dieser Arbeit ist es, die theoretischen und messtechnischen Grundlagen zu legen, welche die Vorhersage des Transportverhaltens ermöglichen. Als Basis dient zunächst ein ausführliches Literaturstudium, welches fachgebietsübergreifend eine Einordnung der einzelnen fluiddynamischen Aspekte vornimmt und die relevanten Einflussfaktoren identifiziert. Verfahren der Mikroströmungsdiagnostik werden an die besonderen Aspekte der Tropfenströmung angepasst und die messtechnischen Voraussetzungen für deren Anwendung geschaffen. Auf diese Weise entsteht durch die Nutzung verschiedener sich komplementierender Messverfahren eine in sich schlüssige multidimensionale Datenbasis, die sich mit den theoretischen Vorhersagen deckt. Neuartige Aussagen über das tropfeninterne Strömungsfeld werden zudem durch CFD-Simulationen untermauert. Vor diesem Hintergrund gelingt abschließend die Erstellung eines analytischen Transportmodells für Zweiphasenströmungen in isotrop geätzten Mikrokanälen, das sich auf alle Messergebnisse erfolgreich anwenden lässt. Die entwickelten Verfahren und die Folgerungen aus den Ergebnissen lassen sich ohne Weiteres auf ähnliche Problemstellungen übertragen.



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Berger, Thomas;
On differential-algebraic control systems. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 329 S., 1,84 MB) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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In der vorliegenden Dissertation werden differential-algebraische Gleichungen (differential-algebraic equations, DAEs) der Form d dt Ex = Ax + f betrachtet, wobei E und A beliebige Matrizen sind. Falls E nichtverschwindende Einträge haben, dann kommen in der Gleichung Ableitungen der entsprechenden Komponenten von x vor. Falls E eine Nullzeile hat, dann kommen in der entsprechenden Gleichung keine Ableitungen vor und sie ist rein algebraisch. Daher werden Gleichungen vom Typ d dt Ex = Ax + f differential-algebraische Gleichungen genannt. Ein Ziel dieser Dissertation ist es, eine strukturelle Zerlegung einer DAE in vier Teile herzuleiten: einen ODE-Anteil, einen nilpotenten Anteil, einen unterbestimmten Anteil und einen überbestimmten Anteil. Jeder Anteil beschreibt ein anderes Lösungsverhalten in Hinblick auf Existenz und Eindeutigkeit von Lösungen für eine vorgegebene Inhomogenität f und Konsistenzbedingungen an f. Die Zerlegung, namentlich die quasi-Kronecker Form (QKF), verallgemeinert die wohlbekannte Kronecker-Normalform und behebt einige ihrer Nachteile. Die QKF wird ausgenutzt, um verschiedene Konzepte der Kontrollierbarkeit und Stabilisierbarkeit für DAEs mit f = Bu zu studieren. Hier bezeichnet u den Eingang des differential-algebraischen Systems. Es werden Zerlegungen unter System- und Feedback-Äquivalenz, sowie die Folgen einer Behavioral-Steuerung K_x x + K_u u = 0 für die Stabilisierung des Systems untersucht. Falls für das DAE-System zusätzlich eine Ausgangs-Gleichung y =Cx gegeben ist, dann lässt sich das Konzept der Nulldynamik wie folgt definieren: die Nulldynamik ist, grob gesagt, die Dynamik, die am Ausgang nicht sichtbar ist, d.h. die Menge aller Lösungs-Trajektorien (x,u,y) mit y = 0. Für rechts-invertierbare Systeme mit autonomer Nulldynamik wird eine Zerlegung hergeleitet, welche die Nulldynamik entkoppelt. Diese versetzt uns in die Lage, eine Behavior-Steuerung zu entwickeln, die das System stabilisiert, vorausgesetzt die Nulldynamik selbst ist stabil. Wir betrachten auch zwei Regelungs-Strategien, die von den Eigenschaften der oben genannten System-Klasse profitieren: Hochverstärkungs- und Funnel-Regelung. Ein System d dt Ex = Ax + Bu, y =Cx, hat die Hochverstärkungseigenschaft, wenn es durch die Anwendung der proportionalen Ausgangsrückführung u = -ky, mit k > 0 hinreichend groß, stabilisiert werden kann. Wir beweisen, dass rechts-invertierbare Systeme mit asymptotisch stabiler Nulldynamik, die eine bestimmte Relativgrad-Annahme erfüllen, die Hochverstärkungseigenschaft haben. Während der Hochverstärkungs-Regler recht einfach ist, ist es jedoch a priori nicht bekannt, wie groß die Verstärkungskonstante k gewählt werden muss. Dieses Problem wird durch den Funnel-Regler gelöst: durch die adaptive Justierung der Verstärkung über eine zeitabhängige Funktion k(.) und die Ausnutzung der Hochverstärkungseigenschaft wird erreicht, dass große Werte k(t) nur dann angenommen werden, wenn sie nötig sind. Eine weitere wesentliche Eigenschaft ist, dass der Funnel-Regler das transiente Verhalten des Fehlers e = y - y ref der Bahnverfolgung, wobei y ref die Referenztrajektorie ist, beachtet. Für einen vordefinierten Performanz-Trichter (funnel) [Psi] wird erreicht, dass e(t) < [Psi](t). Schließlich wird der Funnel-Regler auf die Klasse von MNA-Modellen von passiven elektrischen Schaltkreisen mit asymptotisch stabilen invarianten Nullstellen angewendet. Dies erfordert die Einschränkung der Menge der zulässigen Referenztrajektorien auf solche die, in gewisser Weise, die Kirchhoffschen Gesetze punktweise erfüllen.



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Rzesanke, Daniel;
Laborexperimente zum Einfluss elektrischer Ladungen auf Wolkenprozesse, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 168 S., 11,02 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Vielfältigste Studien zeigen eine Korrelation der solaren Aktivität mit terrestrischen Klimaanzeigern. Dabei ist der verbindende Mechanismus, welcher die solare Variabilität mit dem Wettergeschehen in den untersten Atmosphärenschichten der Erde koppelt, bisher unidentifiziert. Aus diesem Grund wurde das DFG-Schwerpunktprogramm CAWSES initiiert, zu welchem die vorliegende Arbeit einen experimentellen Beitrag liefert. Eine der vorgeschlagenen Hypothesen [1] folgt dabei dem Ansatz, dass solare Ereignisse den globalen, terrestrischen Stromkreis modulieren. Der dadurch veränderbare Ladungszustand atmosphärischer Wolken, beziehungsweise Wolkentropfen, kann sich wetter- und somit klimarelevant auswirken. Zur Untersuchung wurde eine Anlage aufgebaut, welche dominante wolkenmikrophysikalische Effekte an geladenen Mikrotropfen nachbildet und quantifiziert. Dazu werden einzelne Tropfen von bis zu 90mym Größe automatisiert in einer elektrodynamischen Falle berührungslos gespeichert, unterkühlt und manipuliert. Untersucht wurden unter anderem die homogene Eisnukleation unterkühlter Wolkentropfen sowie deren Verdunstungsverhalten. Mit dem Ergebnis, dass keine erhöhte Gefrierwahrscheinlichkeit, aber eine deutliche Verzögerung der Verdunstung (bis hin zum Erliegen) in Anwesenheit von Nettoladungen festgestellt wurde. In einer zweiten Serie von Experimenten wurde die Wechselwirkung geladener Wolkentropfen mit den allgegenwärtigen Aerosolen, welche ebenfalls geladen vorkommen, untersucht. Dabei wird eine Möglichkeit entwickelt und validiert, die Sammeleffizienz aus den experimentellen Bedingungen quantitativ zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass der Ladungsinfluenz hierbei eine maßgebliche Rolle zukommt. Zur Demonstration einer klimarelevanten Wirkungskette wurde anhand zweier atmosphärisch relevanter Mineralstaubspezis (Illit- und Kaolinitaerosol) die vermehrte Eispartikelbildung durch unterkühlte Wolkentropfen im Kontaktgefriermodus nachgebildet. Hierbei wird die Gefrierwahrscheinlichkeit durch das elektrostatisch erhöhte Eiskeimangebot erheblich gesteigert. Das dafür geschaffene System, welches Einzeltropfenuntersuchung und Aerosolerzeugung vereint, eröffnet eine neue und weiterhin genutzte Möglichkeit wolkenphysikalischer Experimente im Labormaßstab.



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Fiedler, Jan;
Elektrische und strukturelle Eigenschaften von supraleitenden Schichten in Gallium-implantiertem Silizium und Germanium, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 110 S., 3,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Zielstellung der Dissertation ist die detaillierte Analyse der Auswirkungen von supraleitenden Galliumausscheidungen auf das elektrische Transportverhalten hochdotierter Silizium- und Germaniumschichten. Dafür wird ein neues Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Schichten in kommerziellen Silizium- und Germanium-Wafern mit Hilfe von Ionenimplantation und Kurzzeitausheilung entwickelt. Mittels Ionenimplantation durch eine dünne dielektrische Deckschicht wurden Galliumkonzentrationen weit über der Gleichgewichtslöslichkeit in die Silizium- und Germaniumsubstrate eingebracht. Kurzzeitausheilverfahren wurden verwendet, um die die Umverteilung des Galliums anzuregen. Die resultierende Galliumverteilung wurde analysiert und es konnte ein Modell entwickelt werden, welches die Ursache für die Ausbildung einer 10 nm dünnen Gallium-reichen Schichten an der Deckschicht/Halbleiter-Grenzfläche beschreibt. Übersteigt die Galliumkonzentration an der Grenzfläche den kritischen Wert von 15 at.%, können die Schichten bei Temperaturen unterhalb von 6 - 7 K supraleitend werden und zeigen damit eine ähnlich kritische Temperatur wie bereits untersuchte dünne amorphe Galliumfilme. Es wird somit erstmalig gezeigt, dass Gallium-reiche Ausscheidungen eine mit reinem Gallium vergleichbare kritische Temperatur haben. Der bisher häufig als Funktion der Schichtdicke erforschte Supraleiter-Isolator-Übergang konnte in den Schichten durch die Variation der Ausheilzeit hervorgerufen werden. Der normalleitende Schichtwiderstand ist als entscheidender Parameter für den Phasenübergang anzusehen. Da sich Gallium-reiche Ausscheidungen in Germanium wegen der geringen Differenz in Masse und Elektronenstruktur nur schwer nachweisen lassen, erfolgten die Strukturuntersuchungen hauptsächlich an Siliziumschichten. Die Ergebnisse dieses Modellsystems lassen sich zum großen Teil auf das Verhalten von Gallium in Germanium übertragen. Dieser Vergleich zeigt, dass außer der kritischen Temperatur alle elektrischen Eigenschaften der Gallium-reichen Schichten vom Substratmaterial abhängen. Supraleitung in Gallium-dotiertem Germanium wurde bisher nur bei Temperaturen unterhalb von 1 K beobachtet. Deshalb ist die kritische Temperatur ein geeigneter Parameter, um durch Dotierung hervorgerufene Supraleitung in Germanium von supraleitenden Ausscheidungen zu unterscheiden.



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Eisenhardt, Anja;
Charakterisierung der elektronischen und chemischen Eigenschaften reiner polarer InN-Oberflächen und deren Beeinflussung durch Adsorbate, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 165 S., 16,83 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Indiumnitrid (InN) gehört zu den III-V Halbleitern und ist durch seine geringe Bandlücke sowie seine guten Elektronentransporteigenschaften ein vielversprechender Kandidat für den Einsatz in ultraschnellen Transistoren und optoelektronischen Bauelementen. Dabei spielen neben den Volumeneigenschaften des Materials vor allem auch die Oberflächeneigenschaften eine entscheidende Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von reinem sowie adsorbatbedecktem, polarem InN. Die InN-Schichten wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden und in-situ anhand der Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED) sowie mittels Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) untersucht. Hierbei zeigten sich deutliche Unterschiede in den elektronischen Eigenschaften der polaren Oberflächen, die vor allem auf die unterschiedlichen atomaren Strukturen zurückgeführt werden konnten. So kommt es an der In-polaren InN-Oberfläche zur Ausbildung einer 2×2 Oberflächenrekonstruktion, die zu Oberflächenzuständen nahe des Ferminiveaus führen, welche zur Ausbildung einer starken Elektronenakkumulationsschicht an den InN(0001)-2×2 Oberflächen beitragen. Beim reinen N-polaren InN beobachtet man im Gegensatz dazu eine 1×1-Oberfläche mit besetzten Oberflächenzuständen nahe des Valenzbandminimums (bei ˜ 1,6 eV), verbunden mit einer deutlich reduzierten Oberflächenabwärtsbandverbiegung. Weiterhin wurden Veränderungen der InN-Oberflächen durch Adsorbatwechselwirkungen systematisch mittels UPS und XPS untersucht und dabei der Einfluss des Sauerstoffs und des Wassers als wichtige Bestandteile der Luft detailliert betrachtet. Die experimentellen Ergebnisse werden im Hinblick auf Informationen zur Anbindung der Adsorbatspezies, zur Dipolbildung sowie zur Beeinflussung der Oberflächenelektronen und damit der Oberflächenbandverbiegung der InN-Proben diskutiert. Dabei zeigt sich, dass Sauerstoff in atomarer Form an die InN-Oberflächen bindet und als Elektronenakzeptor zur Reduzierung der Abwärtsbandverbiegung an den In-polaren InN-Proben beiträgt bzw. kaum einen Einfluss auf die bereits reduzierte Bandverbiegung des N-polaren InN hat. Die Wechselwirkung mit Wasser führt dagegen bei beiden Polaritäten zu einer deutlich ausgeprägten Elektronenakkumulation.



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Singh, Chetan Raj;
Correlation of charge transport with structural properties in poly3-hexylthiophene-polyperyleneacrylate block copolymers and its ilmplication on solar cell performance, 2013. - IX, 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013

Der Einsatz von Block-Copolymeren als einlagige Aktivschicht, bietet die Möglichkeit zur Konstruktion von hocheffizienten und thermodynamisch stabilen Polymersolarzellen. Die in Block-Copolymeren charakteristische Unmischbarkeit der zwei kovalent gebundenen Donor- und Akzeptor-Blöcke, ist verantwortlich für die Phasentrennung der beiden Komponenten und führt zu einer sich selbst organisierenden Morphologie im Nanometerbereich. Für einen effizienten Ladungstransport zu den Elektroden der Solarzelle, ist eine senkrechte Orientierung der Donor-und Akzeptor-Phasen grundsätzlich erwünscht. Demzufolge ist die Bewertung des morphologisch und im nanoskaligen Bereich liegenden Effekts der Phasenseparation in Block-Copolymeren auf den Ladungstransport und damit auf die Leistung der Solarzelle von entscheidender Bedeutung. In dieser Arbeit wurde ein Modell-Blockcopolymer, bestehend aus dem Donor-Block Poly (3-hexylthiophen) P3HT und dem Akzeptor-Block Poly (Perylenbisimid Acrylat) PPerAcr verwendet. Die Ladungstransporteigenschaften von reinem P3HT und PPerAcr, sowie die des Block-Copolymere (P3HT-b-PPerAcr) wurden in Abhängigkeit der Molekulargewichte, der Zusammensetzung und der Temperbedingungen untersucht. Die Ladungsträgerbeweglichkeit wurde unter Verwendung der Raumladungs begrenzten Stromstärkemessung (SCLC) und der Messung der Ladungs Extraktion bei linearem Ansteigen der Spannung (CELIV) gemessen. Intermolekulare Eigenschaften bezüglich Struktur und Morphologie wurden mittels Absorptionsspektroskopie, Photolumineszenzspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Photoelektronenspektroskopie und Röntgenstreuung gemessen. Die gefertigten Solarzellen wurden mittels Strom-Spannungs- und spektraler Photostrommessungen charakterisiert. In der Studie über reine P3HT Filme, wird eine eindeutige Korrelation zwischen einem durch das Molekulargewicht bestimmten strukturellen Parameter, der langen Periodizität und einer elektronischen Eigenschaft, der Ladungsträgermobilität zum ersten Mal aufgezeigt. Das Verhalten der Ladungsmobilität auf einer logarithmischen Skala, war in hervorragender Übereinstimmung mit der experimentell ermittelten langen Periodizität der P3HT-Kristallite. In reinen Blockcopolymerfilmen wurde hinsichtlich der Ladungsträgerbeweglichkeit eine Größenordnung Unterschied für Löchern und Elektronen beobachtet. Um das Donor-Akzeptor-Verhältnis und die Domänen-Größen im Block-Copolymer zu optimieren, wurde ein reines Akzeptor-Polymer (PPerAcr) in unterschiedlichen Mengen mit dem Block-Copolymer gemischt. Als Effekt der Erhöhung des Akzeptorgehalts im Blockcopolymer /Homopolymergemisch, wurde ein kontinuierlicher Anstieg des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung beobachtet, was zu einer insgesamt verbesserten Photovoltaikleistung führte. Schließlich wurden typische lamellenartige oder zylindrische Strukturen der Mikrophasenseparation, die von herkömmlichen amorphen Blockcopolymersystemen bereits bekannt sind, in Filmen realisiert. Es wird gezeigt, dass die realisierte Ausrichtung der Phasenkomponenten in den untersuchten Filmen nicht für vertikalen Ladungstransport geeignet ist und somit zu einer schlechten Leistung der Solarzelle führt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, die Zusammenhänge zwischen den Ladungstransporteigenschaften und den Strukturen in einem Modell P3HT-b-PPerAcr Blockcopolymerfilmen auf und bieten eine Arbeitsgrundlage für die Herstellung der nächsten Generation an effizienten Blockcopolymer Solarzellen.



Plentz, Jonathan;
Laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 136 Bl., 2,39 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Im Rahmen dieser Arbeit werden laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas weiterentwickelt. Die Laserkristallisation ermöglicht eine weltweit einzigartige Kristallqualität. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind, das physikalische Verständnis dieses Solarzellentyps zu erweitern und die photovoltaischen Eigenschaften zu verbessern. Dafür werden die Schicht- und Prozessparameter untersucht und optimiert. Präsentiert werden Ergebnisse zur (1) schichtweisen Laserkristallisation des Absorbers, (2) Verringerung der Keimschichtdicke, (3) Einführung einer Barriereschicht, (4) laserbasierten Herstellung der Emitter, (5) Strukturierung der Substratoberfläche, (6) Kontaktierung der Solarzellen, (7) schnelle thermische Ausheilung und Wasserstoff-Passivierung. Die I-V-Parameter von nur 2 mym dünnen Solarzellen erreichen Leerlaufspannungen bis 517 mV, Kurzschlussstromdichten bis 20,3 mA/cm2, Füllfaktoren bis 72% und Wirkungsgrade bis 4,2%.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000305
Möws, Roland;
Spektrallücken von indefiniten Sturm-Liouville-Operatoren, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 67 S., 820,4 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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In der Dissertationsschrift "Spektrallücken von indefiniten Sturm-Liouville-Operatoren" werden verschiedene Klassen von selbstadjungierten Operatoren und Relationen in indefiniten Innenprodukträumen betrachtet. Die Arbeit enthält zwei Hauptergebnisse: (A) Für lokal definisierbare Relationen wird gezeigt, dass die Endlichkeit der Anzahl der Eigenwerte in einer reellen Spektrallücke des essentiellen Spektrums unter endlichdimensionalen Störungen erhalten bleibt. (B) Für eine Unterklasse der lokal definisierbare Relationen, nämlich für Relationen mit endlich vielen negativen Quadraten, werden die Anzahl der Eigenwerte der gestörten Relation in einer reellen Spektrallücke des essentiellen Spektrums nach oben/unten durch die Anzahl der Eigenwerte derungestörten Relation und weiteren Korrekturgrößen abgeschätzt. Dabei werden hier nur eindimensionale Störungen betrachtet. Zudem gelingt der Nachweis, dass die in dieser Promotionsschrift vorgestellten Abschätzungen scharf sind.Diese abstrakten Ergebnisse aus dem ersten Teil der Arbeit werden im zweiten Teil auf Sturm-Liouville-Differentialoperatoren mit einer indefinitenGewichtsfunktion angewandt. In vielen Fällen werden die Abschätzungen leicht verbessert.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22550
Schütze, Christina;
Synthese und Funktionalisierung von Fulleren C 60 und seinen Derivaten für die Anwendung in biologischen Systemen, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: V, 138 Bl., 1,87 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Die Modifizierung von C60 und seinen Derivaten mit polaren Seitenketten zur Verbesserung der Löslichkeit in polarem und vor allem wässrigem Medium ist für biologische und medizinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Obwohl Fullerenderivate bereits in zahlreichen biologischen Systemen Anwendung gefunden haben, sind ihre Wechselwirkungsmechanismen mit biologischen Strukturen nahezu unbekannt. Die Funktionalisierung von Fullerenverbindungen mit Fluoreszenzfarbstoffen sollte daher einen Beitrag zur Aufklärung dieser Mechanismen leisten können. Zur Funktionalisierung wurden verschiedene Farbstoffe ausgewählt, die sich entweder von einer Fluorescein- oder einer Anilingrundstruktur ableiten. Die mit Amino- oder Isothiocyanatgruppen funktionalisierten Farbstoffe wurden mit Fullerencarbonsäuren und -Carbonsäurechloriden sowie Fulleropyrrolidinen unter Bildung der Farbstoff-funktionalisierten C60- und C70-Verbindungen umgesetzt. In ersten Untersuchungen mit einer Modellmembran zeigten die verschiedenen Farbstofffullerene sehr unterschiedliches Verhalten und interessante Fluoreszenzeigenschaften. Um die Anbindung von Farbstoffen zu ermöglichen, die nicht über Aminofunktionen verfügen, wurden verschiedene Synthesewege zur Einführung von Aminogruppen an der Fullerenoberfläche untersucht. Diese reichen von der Umsetzung mit aminofunktionalisierten Diazomethanen bis zur Anbindung von Diaminoglykolen. Mit der Funktionalisierung mit Diaminoglykolen wird die Hoffnung verbunden, Fullerenderivate synthetisieren zu können, die eine deutlich verbesserte Löslichkeit in polaren Medien oder sogar Wasser zeigen und zusätzlich durch Farbstoffe funktionalisiert werden können. Über diese Synthesemethode ließe sich eine Verbindungsklasse synthetisieren, die für biologische und medizinische Anwendungen enormes Potential besitzt.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000263
Rösch, Roland;
Einfluss der Elektroden auf die Stabilität von Polymersolarzellen, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 120 S., 4,63 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Die organische Photovoltaik ist im Begriff zu einer marktwirtschaftlichen Konkurrenz zur etablierten anorganischen Dünnschichtphotovoltaik zu werden. Die Vorteile liegen auf der Hand: das Zusammenspiel aus Flexibilität, geringem Gewicht, potentieller Semitransparenz und sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit kann in seiner Gesamtheit im Moment keine andere Technologie vorweisen. Auch die geringe Energieeffizienz, welche lange Zeit der größte Schwachpunkt der organischen Photovoltaik war, ist im Begriff an die etablierte anorganische Dünnschichtphotovoltaik heran zu reichen. Im Moment ist die Lebensdauer der Bauelemente der limitierende Faktor. Bei den Ursachen der limitierten Bauelementlebensdauer sind Parallelen zu den organischen Leuchtdioden zu erkennen. In beiden Fällen wurden die instabilen Elektroden als der Hauptgrund der Degradation identifiziert. Der experimentelle Ansatz dieser Arbeit zur eingehenden Untersuchung von Degradationsmechanismen von organischen Solarzellen ist der Einsatz von verschiedenen bildgebenden Methoden in Kombination und mit zeitlicher Auflösung, welcher in dieser Arbeit so das erste mal demonstriert wurde. Im Zusammenspiel mit den dazugehörigen I-V-Kennlinien und dem Wissen über den Zellaufbau kann so nicht nur eine laterale Informationen über die Probe generiert werden, sondern auch eine gewisse Tiefeninformation. Zusammen mit den zeitlich aufgelösten Informationen sind so Aussagen über materialbezogene Degradationsprozesse innerhalb der Solarzellstruktur möglich. Die Vorteile dieser bildgebenden Methoden gegenüber direkten Methoden zur Materialuntersuchung sind die im Vergleich geringen Kosten, der geringe Zeitaufwand und die Zerstörungsfreiheit. Die Alterung von organischen Solarzellen wurde in dieser Arbeit durch künstliche Beleuchtung simuliert und durch Bestimmung ihrer I-V-Kennlinien in-situ ihre Lebensdauer bestimmt. Als Ergebnis konnten durch die oben genannten Methoden neue Erkenntnisse über die Oxidation von Elektroden verschiedenen Materials, den stabilisierenden Einfluss von Titanoxidzwischenschichten auf die Grenzfläche Aktivschicht - Kathode, die Wirkung von Substraten und Versiegelungen auf die Degradation von Polymersolarzellen, aber auch den Anteil der intrinsischen Degradation gewonnen werden. Eine normale Solarzellarchitektur mit potentiell mehreren Jahren Lebensdauer unter realen Bedingungen wurde vorgestellt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22381
Weidauer, Thomas;
Numerical investigations of shallow moist convection, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: V, 128 S., 5,30 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Atmosphärische Konvektion ist ein sehr aktives Forschungsfeld mit vielen Richtungen, etwa Messtechnik, Laborexperimente und numerische Simulationen. Ein Großteil dieser Simulationen sind sogennante Large-Eddy-Simulationen, bei denen nur die großskaligen Strömungsstrukturen aufgelöst werden und kleinere Strukturen der Turbulenz modelliert sind. Jedoch spielen genau diese kleineren Strukturen eine wichtige Rolle für das Verständnis physikalischer Prozesse innerhalb von Wolken. Deshalb werden in dieser Arbeit bevorzugt direkte numerische Simulationen durchgeführt, die alle turbulenten Längenskalen auflösen. Die höhere Auflösung geht aber auf Kosten der physikalischen Komplexität und der erreichbaren Turbulenzstärke. Die Arbeit beginnt mit einer kurzen Einführung in die Gebiete thermische und atmosphärische Konvektion. Besondere Beachtung erhält dabei das komplexe Zusammenspiel zwischen turbulenter Strömung und physikalischer Prozesse auf sehr kleinen Größenskalen. Auch wie Wolken auf das Klima der Erde einwirken wird diskutiert. Anschließend wird das Modell für feuchte Rayleigh-Benard Konvektion vorgestellt. Im Hauptteil der Dissertation werden Resultate der numerischen und analytischen Untersuchungen präsentiert. Zu Beginn liegt der Fokus auf dem Übergang zur Turbulenz. Einige Eigenschaften dieses Übergangs sind ähnlich derer einfacher Scherströmungen. Folglich können Methoden, die für die Untersuchung des Turbulenzübergangs solcher Strömungen entwickelt wurden, in abgwandelter Form hier genutzt werden. Im weiteren werden Ergebnisse direkter numerischer Simulationen diskutiert. Geometrische Eigenschaften der simulierten Wolken sowie der Einfluss der thermischen Randbedingungen sind Inhalt der folgenden Abschnitte. über die ganze Arbeit hinweg werden die Resultate mit Erkenntnissen aus trockener Rayleigh-Benard und atmosphärischer Konvektion verglichen. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Erforschung des Effekts latenter Wärmefreisetzung auf atmosphärische konvektive Prozesse, ohne Berücksichtigung anderer relevanter Prozesse, wie zum Beispiel Niederschlag.



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Sakalauskas, Egidijus;
Optical properties of wurtzite InN and related alloys, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: IX, 126 S., MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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In dieser Arbeit werden die optischen Eigenschaften von Wurtzitstruktur InN und verwandten ternären InGaN und AlInN, sowie quaternären AlInGaN Legierungen untersucht. Der Schwerpunkt wird auf die Charakterisierung mittels spektroskopischer Ellipsometrie gelegt. Die auf Si(111) Substraten gewachsenen InN-Proben und die Kohlstoff dotierten InN-Proben sind im Spektralbereich vom mittleren Infrarot bis hin zum Vakuum-Ultraviolett untersucht worden. Die Elektronenkonzentration für die InN-Proben wird durch selbstkonsistentes Lösen (der Ellipsometriedaten Analyse im Infrarotbereich und der Anpassung des Absorption Ansatz) bestimmt. Die intrinsische spannungsfreie Bandlücke für InN Proben wird unter Berücksichtigung von Vielteilcheneffekten wie der Bandlückenrenormierung und der Burstein-Moss-Verschiebung, sowie dem Einfluss der Verzerrung für die Bandlücke bestimmt. Die k*p-Methode wird verwendet, um die Verschiebung der Bandlücke (beeinflusst durch Verzerrung) zu berechnen. Es wird demonstriert, dass eine Erhöhung des Kohlenstofftetrabromid (CBr4) Drucks während des Wachstumsprozess, die Elektronenkonzentration in den InN-Proben erhöht. Die Indium-verwandten Legierungen wurden im Spektralbereich des nahen Infrarot bis zum Vakuum-Ultraviolett untersucht. Das analytische Modell, der dielektrichen Funktion im Spektralbereich 1-10 eV, für die Indium-verwandte Legierungen wird präsentiert. Durch die Anpassung des analytischen Modells an die experimentellen dielektrischen Funktionen, werden die Bandlücke und die Übergangsenergien im Hochenergie-Bereich evaluiert. Die Bowing-Parameter der spannungsfreien Bandlücke für die ternären Systeme InGaN und AlInN werden bestimmt. Es wird demonstriert, dass der Bowing-Parameter für AlInN von der Komposition der Legierung abhängig ist. Die Kenntnis von Bowing-Parametern für die ternären Legierungen ermöglicht die Entwicklung einer empirischen Gleichung, zur Berechnung der Bandlücke in quaternären Legierungen. Alle experimentell durch Ellipsometrie bestimten Bandlücken der untersuchten Legierungen werden durch ab-initio Daten unterstützt.



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Li, Shuning;
Monodisperse ZnO micro and nanoparticles obtained by micro segmented flow synthesis, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 136 Bl., 7,22 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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Mikro- und Nanopartikel aus Zinkoxyd (ZnO) besitzen bemerkenswerte Eigenschaften für Applikationen im Bereich der Elektronik, Optik und Photonic. Als ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke ist ZnO ebenfalls für die Entwicklung von Sensoren, Light Emitting Diodes (LEDs) und Solarzellen von hohem Interesse. Die Herstellung definierter Materialien mit einheitlicher Morphologie und enger Partikel-Größenverteilung ist hierzu eine wichtige Voraussetzung. Verschiedene Verfahren zur Herstellung entsprechender Partikel sind in der Vergangenheit untersucht worden. Die tropfenbasierte Mikrofluidik bietet die Möglichkeit einer exzellenten Reaktionskontrolle durch die Verwendung eines Tropfens als Reaktionsgefäß. Kurze Mischzeiten, hohe Heiz-/Kühlraten sowie eine definierte Verweilzeit ermöglichen so neben stöchiometrischen Parametern eine exakte Reaktionsführung. Ziel der hier vorliegenden Dissertationsschrift ist die Untersuchung der ZnO-Präzipitation in entsprechenden mikrofluidischen Systemen sowie die Charakterisierung der hergestellten Materialien.



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Nie, Yaru;
Surface silanization of carbon nanofibers and nanotubes for altering the properties of epoxy composites, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 124 Bl. , 3,41 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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Diese Arbeit beschreibt die Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoffnanofasern (CNFs) und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) sowie die Eigenschaften von damit hergestellten Epoxid-Kompositen. Es wurden Korrelationen zwischen chemischen Oberflächenmodifizierungen und Kompositeigenschaften untersucht.Im ersten Teil wurden nach einer Oxidation zur Erzeugung von Carboxygruppen daran anknüpfend drei unterschiedliche Reaktionswege zur Silanisierung der oxidierten Oberflächen der nanoskaligen Kohlenstoffmaterialien untersucht:direkte Silanisierung mit 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan Reduktion der Carboxygruppen zu den alkoholischen Hydroxygruppen und Silanisierung mit 3-Aminopropyltrimethoxysilan Silanisierung mit 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan und weitere Silanisierung mit 3-AminopropyltrimethoxysilanDie Oxidation sowie die Silanisierung der CNFs und MWCNTs wurden systematisch und detailliert anhand verschiedener analytisch-chemischer Methoden charakterisiert.Im zweiten Teil wurden CNFs oder MWCNTs in Epoxidharzen dispergiert und die physikalischen Eigenschaften der daraus hergestellten Nanokomposite beschrieben. So zeigten Epoxid-Komposite, die mit silanisierten CNFs versetzt wurden, verbesserte mechanische Eigenschaften. Auch die elektrische Leitfähigkeit der Epoxid-Komposite stieg mit zunehmendem Gehalt der Nanofüllstoffe, wobei die elektrische Leitfähigkeit von Epoxid-Kompositen mit silanisierten CNFs aufgrund der isolierenden Silanschicht niedriger war als die der Epoxid-Komposite mit unmodifizierten CNFs. Bei MWCNTs-Epoxid-Kompositen bewirkte die Silanisierung eine größere Änderung der elektrischen Leitfähigkeit im Vergleich zu den CNFs-Epoxid-Kompositen. Das Einbringen von CNFs in das Epoxidharz erhöhte die thermische Leitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit der Epoxid-Komposite konnte in Abhängigkeit von der Silanmenge auf den CNFs höher oder niedriger sein als die der Epoxid-Komposite mit unmodifizierten CNFs. Die MWCNTs in den Epoxid-Kompositen konnten durch Anlegen eines elektrischen Wechselstromfeldes parallel zu den Feldlinien ausgerichtet werden, was Messungen einer anisotropen elektrischen Leitfähigkeit an den Kompositen belegten.Die nasschemische Silanisierung der nanoskaligen Kohlenstoffmaterialien stellt eine vielseitige und einfache Methode dar, die Eigenschaften von Polymerkompositen gezielt zu modifizieren. Diese Änderungen der Materialeigenschaften wurden dann vor allem durch stärkere Wechselwirkungen an den Grenzflächen zwischen Füllstoffen und Polymer sowie durch eine bessere Verteilung der Füllstoffe in der Polymermatrix erreicht.



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Ghoshal, Sushanta;
Study of polymer film formation and their characterization using NMR, XRD and DSC, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: 143 S., 3992 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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Die Bildung dünner Polymerschichten aus den umweltfreundlichen Polymeren Gelatine, Stärke und Poly(vinylalkohol) (PVOH) wurde mit Hilfe von Kernspinresonanz (NMR), Weitwinkel-Röntgendiffraktometrie (XRD) und Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) untersucht. Die Proben wurden durch Abguss wässriger Polymerlösungen hergestellt und ihr Trocknungsprozess bei Raumtemperatur mit Hilfe eines unilateralen NMR-Scanners bis zur vollständigen Erstarrung untersucht. Eindimensionale Tiefenprofile mit mikroskopischer Auflösung wurden zu verschiedenen Stadien des Prozesses aufgenommen. Jeder Profilpunkt wurde dabei aus der Summe mehrerer Spin-Echos gebildet. Weiterhin wurden aus der Abnahme der Echointensitäten für jeden Punkt Spin-Spin-Relaxationszeiten (T2) bestimmt und in Bezug auf den Trocknungsprozess interpretiert. Darüber hinaus wurden Spin-Gitter-Relaxationszeiten (T1) gemessen. Abhängig vom Typ und der ursprünglichen Konzentration des untersuchten Polymers wurden während der Verdunstung des Lösungsmittels unterschiedliche molekulardynamische Prozesse in verschiedenen Tiefen der Schicht beobachtet. Die Ergebnisse zeigen eine räumliche Inhomogenität der molekulardynamischen Prozesse während der Trocknung. Im fortgeschrittenen Stadium des Trocknungsprozesses beeinflusst diese Inhomogenität die mikroskopische Anordnung der Polymerketten während der Erstarrung und bestimmt somit die endgültige Struktur der Polymerschicht. XRD-Messungen der vollständig erstarrten Schichten bestätigen die von den NMR-Messungen aufgezeigte strukturelle Inhomogenität.



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Trott, Christian;
LAMMPSCuda - a new GPU accelerated molecular dynamics simulations package and its application to ion-conduting glasses, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 107 S., 1328 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
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Computersimulationen sind heute ein fundamentaler Bestandteil von Forschung und Entwicklung. In den letzten Dekaden wurden die Grenzen dessen, was modelliert werden kann, durch die kontinuierliche Steigerung der verfügbaren Rechenleistung dramatisch erweitert. Aufgrund der stagnierenden seriellen Rechenleistung heutiger Prozessoren müssen zukünftige Leistungsgewinne mittels Parallelisierung erreicht werden. Insbesondere heterogene Hardware-Architekturen werden immer wichtiger, da sie inhärente Vorteile im Bereich der Energieeffizienz aufweisen. Zur Zeit wird dieser Bereich durch von Grafikkarten beschleunigte Systeme dominiert. Aufgrund ihres fünf- bis zehnfachen Energie- und Kosteneffizienz haben auf Grafikkarten basierte Supercomputer seit ihrer Einführung im Jahr 2008 schnelle Verbreitung gefunden. Mittlerweile beziehen drei der fünf schnellsten Computer der Welt einen Großteil ihrer Rechenleistung aus Grafikkarten. Um derartige Systeme effizient zu nutzen sind jedoch neue Programmierungsansätze notwendig. In dieser Arbeit wird ein neuer Molekular-Dynamik-Code namens LAMMPScuda vorgestellt. LAMMPScuda verwendet Grafikkarten um Simulationen verschiedenster Materialklassen zu beschleunigen. Dazu gehören biologische Systeme, Halbleiter, Metalle, inorganische Gläser und Polymersysteme. Es werden sowohl Details der Implementierung vorgestellt als auch umfangreiche Leistungsuntersuchungen präsentiert. Diese zeigen, dass LAMMPScuda sowohl auf einzelnen PCs als auch auf Großrechnern mit hunderten Grafikkarten effizient laufen kann. Im zweiten Teil der Arbeit wird LAMMPScuda verwendet, um ein neues Potential für ionenleitende Gläser der Zusammensetzung xLi2O-yB2O3-zSi2O4-wP2O5 zu entwickeln. Wie sich zeigt, kann das neue Potential - das mit BC-U bezeichnet wird - nicht nur strukturelle sondern auch dynamische experimentelle Daten verschiedener binärer Gläser über den gesamten Kompositionsbereich besser reproduzieren als zum Vergleich herangezogene etablierte Potentiale. Zudem tritt in Simulationen von Borophosphaten der sogenannte Mischnetzwerkformer-Effekt auf. Damit ist das BC-U Potential prädestiniert dafür, zur Verifizierung von Theorien der mikroskopischen Ursachen dieses Effektes eingesetzt zu werden.



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Finsterbusch, Martin;
Degradation mechanisms of solid oxide fuel cell cathodes, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: X, 100 S., 7,10 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
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Oxidkeramische Brennstoffzellen (SOFCs) sind eine Schlüsseltechnologie, um den Übergang von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien voranzutreiben. Die hohen Betriebstemperaturen und katalytischen Eigenschaften ermöglichen die Verwendung einer Vielzahl von Brennstoffen, und die Kommerzialisierung der SOFCs wird durch verschiedene Förderprogramme weltweit vorangetrieben, wobei die Langzeitstabilität der verwendeten Materialien einen Forschungsschwerpunkt darstellt. In dieser Dissertation werden Degradationsmechanismen auf der Kathodenseite sauerstoffleitender SOFCs beleuchtet. Der Einfluss von Chromoxid auf die Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Elektrolytmaterials YSZ und des Kathodenmaterials LSCF wurde mittels Sauerstoff 18 Isotopendiffusion untersucht. Die Auswertung der mittels Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessenen Diffusionsprofile zeigte dabei die Abhängigkeit des Oberflächenaustauschkoeffizienten keff von der Cr2O3 Schichtdicke und dem Substratmaterial. Weiterhin wurde die Segregation von Sr aus dem Kathodenmaterial LSCF untersucht. Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) wurde eingesetzt, um Sr an der Oberfläche von Sr im Bulk LSCF zu unterschieden. Zuerst wurde die Säure-Base Reaktion des SrO an der Oberfläche mit gasförmigem Chromoxid genutzt, um die Segregation von Sr in Abhängigkeit der angelegten Zellspannung zu messen. Ein fundamentaler Unterschied zwischen Kathoden und Anoden-Seite lässt dabei Schlussfolgerungen über den Sr Segregationsmechanismus zu. Danach wurde im Rahmen eines neu entwickelten Verfahrens, dem Röntgenabsorptionsmappings (XAM) bzw. der Röntgenabsorptionsmikroskopie, die Sr Segregation in Dünnschichtzellen mit LSCF Kathoden von 10 nm Dicke untersucht. Dabei wurden die Ortsinformationen mit den morphologischen Änderungen der Kathode verknüpft und der Zusammenhang der Sr Segregation mit den lokalen Sauerstoffaustauschvermögen der Versuchsapparatur nachgewiesen. Diese drei Themen zeigen die verschiedenen Arten der Degradation und die Vielfältigen Möglichkeiten auf diese zu untersuchen. Eine Vielzahl Oberflächenanalytischen Untersuchungsmethoden werden dabei kombiniert um ein möglichst komplettes Bild der Kathodendegradation Sauerstoffleitender SOFCs zu erhalten.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2011000392
Abahmane, Lahbib;
Untersuchung Nanopartikel-katalysierter organischer Synthesen im Mikrodurchflussprozess, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 306 S., 5149 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

In der letzten Zeit ist die Entwicklung heterogener Katalysatoren für die Feinchemikaliensynthese ein Hauptgebiet der Forschung geworden. Potenzielle Vorteile dieser Materialien sind ihre vereinfachte Rückgewinnung, Wiederverwendbarkeit und ihr möglicher Einsatz in Mikrodurchflussreaktoren im Vergleich zu homogenen Systemen. Diese Vorteile können drastische Auswirkungen auf eine organische Synthese haben[a2]. In diesem Kontext war das Hauptziel dieser Dissertation die Entwicklung einer Strategie zur Immobilisierung kolloidaler Gold Nanopartikel ohne Kalzinierung auf Aluminiumoxid sowie deren möglicher Einsatz als heterogener Katalysator in mehrstufigen Synthesen von Propargylamin-, Pyridin- und Polypyridin Derivaten.Ein modularer kontinuierlicher Mikrodurchflussaufbau, welcher aus zwei hintereinander geschalteten Festbettkapillarreaktoren (PBCR) bestand und durch den die Eduktlösungen gefördert worden sind, wurde entwickelt, um folgende Mehrkomponentenreaktionen untersuchen zu können (Abbildung A1). Zunächst wurde die als A3-Reaktion[a3] bekannte Zweistufenreaktion zur Synthese von Propargylamin-Derivaten (3d) untersucht. Die Reaktionsreihenfolge besteht im ersten Teilschritt aus einer Kondensationsreaktion eines Aldehyds (3a) mit sekundären Aminen (3b), welche zu Enamin Intermediaten führt. Eine nachgeschaltete Addition des Phenylacetylens (3c) führt unter geeigneter katalytischer Aktivierung zu den gewünschten Propargylamin-Derivaten (3d). Verschiedene heterogene Katalysatoren wurden bei der Prozessoptimierung untersucht. Über 50 Propargylamin-Derivate vom Typ 3d wurden durch den Einsatz des Montmorillonit K10 im PBCR1 und von auf Aluminiumoxid immobilisierten Gold-Nanopartikel im PBCR2 synthetisiert. Die gleiche Katalysatorenkombination wurde auch benutzt, um die Bildung von Pyridinen (1c) im Mikrodurchflussprozess optimieren zu können. Die Pyridinreaktion wurde mit verschiedenen Methylketonen 1a unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen untersucht. Im Fall der bis-Methylketone, wie beispielsweise Verbindung 2c, konnte das Verhältnis zwischen der Acetylpyridin- und Bipyridinproduktbildung durch eine gezielte Änderung des stöchiometrischen Verhältnisses der eingesetzten Materialien 2a und 2b eingestellt werden. Über 85 % Reaktionsumsatz wurden im Fall der Terpyridinliganden erreicht. Außerdem ermöglichte diese Reaktion, durch eine leichte Optimierung der Reaktionsbedingungen für verschiedene bis-Ketone, die Bildung verschiedener Pyridinliganden[a4].Auf Aluminiumoxid immobilisierte Gold-Nanopartikel waren in der Lage, alle untersuchten Reaktionen zu katalysieren. Zudem wurde eine signifikante Prozessintensivierung erreicht. So konnten die Reaktionszeiten von 24 Stunden auf etwa 30 min verringert werden. Dieses demonstrierte den Erfolg eines kombinierten Einsatzes von Mikrodurchflussprozessen mit der heterogenen Katalyse für die Feinchemikaliensynthese, der auch durch eine Optimierung von Multikomponenten-Reaktionen erfolgte, in dem diese in elementare, gekoppelte Reaktionsschritte zerlegt wurden.



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Duft, Denis;
Laborexperimente zur Mikrophysik der Wolken, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 107 S., 4893 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss. 2011

Die vorliegende Dissertation stellt den schriftlichen Abschluss der wissenschaftlichen Arbeiten im Rahmen meiner Promotion an der Technischen Universität Ilmenau dar. Die Arbeit beschäftigte sich vorrangig mit der Konstruktion und dem Aufbau eines Experimentes zur Untersuchung atmosphärisch relevanter geladener Partikel mittels der Technik der elektrodynamischen Levitation und anschließender Durchführung verschiedener Versuche. Die konstruierten Levitatoren und Vakuumkammern wurde dabei derart gestaltet, dass sich Temperatur und Druck, sowie die Zusammensetzung der Gasatmosphäre in dem die Probe umgebenden Volumen zur Simulation atmosphärischer Bedingungen leicht verändern lassen können. Durch die geringe Höhe des Gerätes werden dabei auch Untersuchungen der Partikel im Fokus konventioneller Mikroskope ermöglicht, wie sie zum Beispiel für die Raman- und Infrarotspektroskopie verwendet werden. Mit dem gewählten Aufbau gelang es erstmals, den Brechungsindex stark unterkühlter Wassertropfen im Temperaturbereich von -16&ring;C bis -36&ring;C zu messen. Desweiteren konnte nachgewiesen werden, dass die homogene Nukleationsrate von unterkühlten Wassertropfen mit einem Radius größer 4mym Volumen-dominiert ist. In einem dritten Experiment wurde gezeigt, dass das Stabilitäts-Limit deformierter flüssiger Tropfen gegenüber dem klassischen Rayleigh-Limit mit der Amplitude der Deformation modifiziert werden muss.



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Erismis, Harun;
Sol-Gel induzierte Leitfähigkeitsmodulation von Netzwerken aus Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und deren Ursachen, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 142 S., 5541 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Diese Arbeit behandelt eine neue Methode zur Herstellung einer hochleitfähigen Schichtaus einem CNT/Sol-Gel Verbund. Dazu werden zunächst dünne CNT Netzwerke auf ein elektrisch nicht leitfähiges Substrat aufgebracht und anschließend mit dem Sol-Gel imTauchbeschichtungsverfahren penetriert. Neben dispergentbehafteten CNT Netzwerken wird diese Methode ebenso für dispergentfreie angewendet. Anschließende thermische Prozessierungen der Beschichtungen erlauben dabei die Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Komposits aufgrund thermisch induzierter Verdichtungsmechanismen des Sol-Gels. Aufgrund der Möglichkeit der äquivalenten Prozessierung von Sol-Gel freien CNT Netzwerken ist es darüber hinaus möglich, den Einfluss des Sol-Gels auf die CNT Netzwerke zu studieren. Im Zuge dessen wird die unerwartet erhöhte elektrische Leitfähigkeit thermisch speziell behandelter CNT/Sol-Gel Komposite (im Vergleich zum Sol-Gel freienÄquivalent) betrachtet und anhand morphologischer Untersuchungen und temperaturabhängigen elektrischen Eigenschaften die Auswirkungen des Sol-Gels auf das CNTNetzwerk beurteilt. Durch die Anpassung von theoretischen Modellen an die gefundenen experimentellen Daten konnten hierzu spezifische Kennwerte der Beschichtungen ermittelt und miteinander verglichen werden. Es stellte sich heraus, dass ein optimierter elektrischer CNT-CNT Übergang der Komposite maßgeblich verantwortlich für die verbesserten elektrischen Eigenschaften gegenüber der Sol-Gel freien Referenz ist.



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Hänsel, Thomas;
Oberflächenanalytische Untersuchungen an kohlenstoffbasierten Materialien, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 115 S., 6238 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Kohlenstoffbasierte Materialien sind von hoher technischer Relevanz in der Energietechnik, Sensorik, Bioelektronik, Mikro- und Nanosystemtechnik sowie in der Verschleißschutztechnik. Beispielsweise kann ein holzbasiertes Polymergemisch als kostengünstige Alternative für elektrisch leitfähige Bauelemente genutzt werden und somit als Bipolarplatte in einer Direktmethanolbrennstoffzelle zum Einsatz kommen. Untersuchungen mit Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) und Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) wurden durchgeführt, um die Pyrolyseprozesse an Cellulose, Lignin und holzbasierten Polymergemischen zu verstehen und die Methanolbeständigkeit der Pyrolyseprodukte zu testen. Es hat sich gezeigt, dass Cellulose und Lignin geeignete Kandidaten für die Erstellung solcher Bipolarplatten sind. Ein Einbau von Kohlenstofffasern kann Formstabilität und Leitfähigkeit des Grundmaterials zusätzlich erhöhen. Auftretende Verunreinigungen konnten identifiziert und weitere Prozessschritte konkretisiert werden. Beschichtungen aus nanokristallinem Diamant sind im Fokus aktueller Forschungsarbeiten im Bereich der elektronischen Bauelemente. Durch zusätzliche Funktionalisierungen werden Anwendungen wie biokompatible DNA-Sensoren angestrebt. Damit solche Funktionalisierungen erfolgreich umgesetzt werden können, sind Untersuchungen der Oberflächeneigenschaften unabdingbar. Durch Heiz- und Oxidationsprozesse werden die NCD-Schichten oftmals für weitere Prozessschritte vorbehandelt. Untersuchungen der funktionellen Gruppen an der Oberfläche nach verschiedenen Heiz- und Oxidationsprozessen wurden in dieser Arbeit mit hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) und XPS durchgeführt. Bei einer Temperatur von 1050&ring;C desorbiert der zuvor gebundene Wasserstoff vollständig. Die Zusammensetzungen der funktionellen Gruppen sowie der Sauerstoffanteil an der Oberfläche variieren je nach Oxidationsprozess. Im Vergleich zu den NCD-Schichten werden amorphe und wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten (DLC) als Verschleißschutzschichten verwendet. Die Untersuchungen mit HREELS und XPS ergaben, dass an der Oberfläche von DLC eine Anreicherung der diamantartigen Phase vorliegt.



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Regen, Friedrich;
On cycles and independence in graphs, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 84 S., 1166 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Das erste Fachkapitel ist der Berechnung von Kreispackungszahlen, d.h. der maximalen Größe kanten- bzw. eckendisjunkter Kreispackungen, gewidmet. Da diese Probleme bekanntermaßen sogar für subkubische Graphen schwer sind, behandelt der erste Abschnitt die Komplexität des Packens von Kreisen einer festen Länge l in Graphen mit Maximalgrad Delta. Dieses für l=3 von Caprara und Rizzi gelöste Problem wird hier auf alle größeren Kreislängen l verallgemeinert. Der zweite Abschnitt beschreibt die Struktur von Graphen, für die die Kreispackungszahlen einen vorgegebenen Abstand zur zyklomatischen Zahl haben. Die 2-zusammenhängenden Graphen mit dieser Eigenschaft können jeweils durch Anwendung einer einfachen Erweiterungsregel auf eine endliche Menge von Graphen erzeugt werden. Aus diesem Strukturergebnis wird ein fpt-Algorithmus abgeleitet. Das zweite Fachkapitel handelt von der Größenordnung der minimalen Anzahl von Kreislängen in einem Hamiltongraph mit q Sehnen. Eine Familie von Beispielen zeigt, dass diese Unterschranke höchstens die Wurzel von q+1 ist. Dem Hauptsatz dieses Kapitels zufolge ist die Zahl der Kreislängen eines beliebigen Hamiltongraphen mit q Sehnen mindestens die Wurzel von 4/7*q. Der Beweis beruht auf einem Lemma von Faudree et al., demzufolge der Graph, der aus einem Weg mit Endecken x und y und q gleichlangen Sehnen besteht, x-y-Wege von mindestens q/3 verschiedenen Längen enthält. Der erste Abschnitt enthält eine Korrektur des ursprünglich fehlerhaften Beweises und zusätzliche Schranken. Der zweite Abschnitt leitet daraus die Unterschranke für die Anzahl der Kreislängen ab. Das letzte Fachkapitel behandelt Unterschranken für den Unabhängigkeitsquotienten, d.h. den Quotienten aus Unabhängigkeitszahl und Ordnung eines Graphen, für Graphen gegebener Dichte. In der Einleitung werden bestmögliche Schranken für die Klasse aller Graphen sowie für große zusammenhängende Graphen aus bekannten Ergebnissen abgeleitet. Danach wird die Untersuchung auf durch das Verbot kleiner ungerader Kreise eingeschränkte Graphenklassen ausgeweitet. Das Hauptergebnis des ersten Abschnitts ist eine Verallgemeinerung eines Ergebnisses von Heckman und Thomas, das die bestmögliche Schranke für zusammenhängende dreiecksfreie Graphen mit Durchschnittsgrad bis zu 10/3 impliziert und die extremalen Graphen charakterisiert. Der Rest der ersten beiden Abschnitte enthält Vermutungen ähnlichen Typs für zusammenhängende dreiecksfreie Graphen mit Durchschnittsgrad im Intervall [10/3, 54/13] und für zusammenhängende Graphen mit ungerader Taillenweite 7 mit Durchschnittsgrad bis zu 14/5. Der letzte Abschnitt enthält analoge Beobachtungen zum Bipartitionsquotienten. Die Arbeit schließt mit Vermutungen zu Unterschranken und die zugehörigen Klassen extremaler Graphen für den Bipartitionsquotienten.



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Lorenz, Pierre;
Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften von polaren Galliumnitrid-Schichten, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 169 S., 179,42 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Die Gruppe III-Nitride erlauben auf Grund ihrer Materialeigenschaften vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere für die GaN-basierte Gas- und Biosensorik ist ein Verständnis der Oberflächen sowie deren Wechselwirkung mit Molekülen entscheidend. Zur Analyse solcher Systeme wurden polare GaN Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Die Oberflächenrekonstruktion sowie die Terminierung konnten gezielt durch Variation der Wachstumsparameter bzw. weiteren Präparationsschritten eingestellt werden. Es wurden nichtrekonstruierte GaN(0001) und GaN(000-1) Oberflächen sowie Gallium- und Stickstoff-induzierte 2x2 rekonstruierte GaN(0001) Oberflächen hergestellt. Die unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen unterscheiden sich in der Ausbildung von Oberflächenzuständen. Bei den Ga-induzierte und N-induzierte 2x2 rekonstruierte Oberflächen lassen sich 2 Oberflächenzustände (SS) bei einer Bindungsenergie von 1,4 eV und 3eV bzw. 2eV und 3 eV finden. Bei der nichtrekonstruierten GaN(0001) wurden dagegen drei SS (1,5eV, 2,5eV und 3,4 eV) und bei der GaN(000-1) nur ein SS (2,5 eV) detektiert. Diese Ergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit der mittels Dichtefunktionaltheorie berechneten Oberflächenzuständen auf. Nach der erfolgreichen Charakterisierung wurde die Wechselwirkung mit Sauerstoff und Wasser untersucht. Dabei wurde eine Abhängigkeit der Reaktion der Oberflächen von der Orientierung, Rekonstruktion sowie Terminierung gefunden. GaN(000-1) Oberflächen sind gegenüber Sauerstoff und Wasser deutlich reaktiver als GaN(0001) orientierte Oberflächen, wobei beide GaN Oberflächenmodifikationen gegenüber Wasser deutlich reaktiver als gegenüber Sauerstoff sind. Weiterhin führt die Wechselwirkung zu einer Veränderung der Austrittsarbeit und der Oberflächenbandverbiegung. Die chemische Anbindung der Moleküle weist eine Abhängig von der Terminierung auf. Es ließen sich abhängig von der Oberflächenmodifikation sowohl Stickstoffoxid- als auch Galliumoxidbindungen nachweisen. Neben der grundlagenforschungsorientierten in-situ Untersuchung von GaN Oberflächen wurden ebenfalls GaN-basierte Bauelemente untersucht. Es wurden die Oberflächeneigenschaften von GaN-basierten "lateral polarity" (LPH GaN), InAlN/GaN und biofunktionalisierte AlGaN/GaN Heterostrukturen ermittelt.



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Boškoviâc, Dušan;
Experimentelle Bestimmung und Modellierung des Verweilzeitverhaltens mikrofluidischer Strukturen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 175 S., 2016 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010
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Mikrofluidische Bauelemente gewinnen in weiten Bereichen der Chemie, chemischen Verfahrenstechnik und biochemischen Labortechnik immer mehr an Bedeutung. Um die besonderen Vorteile, die sich durch die Miniaturisierung und die kontinuierliche Prozessführung ergeben optimal nutzen zu können, ist die Kenntnis der optimalen Betriebsbedingungen notwendig. Eine der wichtigsten Charakteristiken von kontinuierlichen Strömungssystemen und damit auch von den meisten mikrofluidischen Bauteilen ist die Verweilzeitverteilung, die in dieser Arbeit betrachtet wird. Zur Charakterisierung und Modellierung des Verweilzeitverhaltens von mikrofluidischen Bauteilen für Flüssigphasen-Anwendungen wurde eine neue spektroskopische Messmethode entwickelt. Diese umfasst die messtechnische Erfassung und Auswertung der spektroskopischen Daten eines Tracer-Farbstoffes, die anschließend als Basis für eine Modellierung dienen. Da die isolierte Betrachtung des mikrofluidischen Bauteils unter Ausschluss der notwendigen Peripherie mit dem angewendeten Messprinzip experimentell nicht möglich ist, wurden verschiedene numerische Algorithmen zur Entfaltung der Messsignale umgesetzt und in sämtliche in der Praxis notwendige Auswerteroutinen implementiert. Die Modellierung wurde auf Basis algebraischer Verweilzeitmodelle durchgeführt. Damit kann das integrale Strömungsverhalten von Mikroreaktoren bzw. Mikromischern abgebildet werden, ohne die genauen strömungstechnischen Vorgänge beschreiben zu müssen. Es wurden unterschiedliche Modelle eingesetzt und im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für mikrofluidische Bauteile getestet. Für die Auswahl des Modells welches die fluiddynamischen Vorgänge am besten beschreibt wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die auf einer Abschätzung durch eine direkte Entfaltung, der Einführung von Informationskriterien und der Analyse der Residuen einer Kurvenanpassung basiert. Mit Hilfe der modellierten Verweilzeitverteilungen sind genaue Analysen der Strömungsvorgänge und der Vergleich unterschiedlicher mikrofluidischer Bauteile möglich. Dazu werden ermittelte Verteilungsparameter herangezogen, die ebenso zur Bestimmung gängiger verfahrenstechnischer Kennzahlen wie z.B. der Peclet-Zahl oder des axialen Dispersionskoeffizienten verwendet werden. Wie in dieser Arbeit anhand von drei verschiedenen mikrofluidischen Bauteilen gezeigt wird, trägt dies zu einem besseren Verständnis fluiddynamischer Vorgänge in Mikrostrukturen bei und ermöglicht einen anwendungsoptimierten Einsatz der Bauteile für spezifische reaktions- und verfahrenstechnische Aufgaben.



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Schley, Pascal;
Optische Eigenschaften von InN und InN-basierten Halbleitern, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 190 S., 13,4 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
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In dieser Arbeit wurden neue Wege zur experimentellen Bestimmung der optischen Eigenschaften von InN und seinen In-reichen Mischkristallen mit GaN und AlN sowie zur Interpretation der Daten vorgestellt. Spektroskopische Ellipsometrie im Spektralbereich vom mittleren Infrarot (MIR) über nahes Infrarot (NIR) bis hin zu Vakuumultraviolett (VUV) hat sich als ein sehr leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der absorptionsbezogenen Eigenschaften dieser Materialien herausgestellt.Auf der Basis eines Vielschicht-Modells und unter Einbezug von Oberflächenrauhigkeit und Grenzflächenschichten in die Datenanalyse erhält man im ersten Schritt eine verlässliche dielektrische Funktion (DF), welche die grundlegenden optischen Eigenschaften des Materials widerspiegelt. Die Interpretation des spektralen Verlaufes repräsentiert den zweiten Schritt der Studien, von denen man probenabhängige Parameter wie zum Beispiel die Frequenzen der gekoppelten Phononen-Plasmonen-Moden, die Aufspaltung zwischen Valenz- und Leitungsband am Fermi-Wellenvektor oder die Übergangsenergien an Van-Hove-Singularitäten der Bandstruktur bestimmen kann. Durch Korrektur dieser Daten in Hinblick auf durch Ladungsträger induzierte Bandlückenrenormierung und Burstein-Moss-Verschiebung sowie Verzerrung erlangt man abschließend erstmalig die intrinsischen Eigenschaften der Verbindungen. Aufgrund einer Akkumulationsschicht von Elektronen an der Oberfläche ist es erforderlich, die Elektronenkonzentration im Volumen mittels Infrarot-Ellipsometrie zu bestimmen. Die aus den MIR-Daten extrahierte Plasmafrequenz wird für eine sorgfältige Bestimmung dieser Elektronendichte genutzt. Weiterhin ist bei InN der Bereich der Absorptionskante stark geprägt von der Gegenwart hoher Elektronenkonzentrationen und der Nichtparabolizität des Leitungsbandes. Die NIR-Daten müssen deshalb selbstkonsistent analysiert werden (gekoppelt mit den MIR-Resultaten), indem der Imaginärteil der DF über Fermi's Goldene Regel berechnet wird. Die Methode erzielt 0,675 eV für die fundamentale Bandlücke von hexagonalem InN bei Raumtemperatur. Der Wert für kubisches InN liegt 80 meV niedriger und beträgt 0,595 eV. Durch die Analyse der DFs von hexagonalen InGaN- und InAlN-Mischkristallen auf die gleiche Art und Weise erhält man die Bowing-Parameter der fundamentalen Bandlücken E_A. Sie betragen b_A = 1,71 eV (InGaN) und b_A = 4,0 eV (InAlN). Ein weiteres wichtiges Resultat ist die Bestimmung der DF im UV-VUV--Spektralbereich und ihr Vergleich mit theoretischen Berechnungen. Die theoretischen Resultate in Bezug auf den Imaginärteil der DF von InN sind nur dann in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten, wenn Elektron-Loch-Wechselwirkung (exzitonische Effekte) berücksichtigt werden. Die Coulomb-Korrelation führt zu einer Rotverschiebung der Absorptionspeaks und einer Umverteilung der dazugehörigen Oszillatorstärken in Kontrast zur Einteilchen-DF.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000415
Hopfe, Norman;
Feedback control : systems with higher unknown relative degree, input constraints and positivity. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 270 S., 5,98 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Dissertation behandelt die Regelung von linearen Systemen mit m Eingängen und m Ausgängen und unbekanntem, aber beschränktem, Relativgrad und lineare Volterra-Stieltjes Systeme. Die folgenden Regler werden betrachtet: adaptive Rückführung des Ausgangssignals und dessen Ableitung und Funnel Regelung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Reglers, der ohne Systemidentifikation auskommt. Die Systeme erfüllen die klassischen Annahmen der adaptiven Regelung. Insbesondere werden Systeme mit höherem Relativgrad betrachtet. Zunächst wird ein adaptiver Regler entwickelt, der vom Systemverhalten lernt und ein vorab festgelegtes Regelungsziel gewährleistet. Der bekannteste Regler ist der lambda Regler. Dieser Regler folgt jedem System, dessen Relativgrad bekannt ist. Dieser Regler wird auf Systeme mit unbekanntem Relativgrad erweitert für die eine obere Schranke bekannt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Rückführung des Ausgangssignals und dessen Ableitungen benutzt werden. Ein Vorteil des vorgestellten Reglers ist seine Einfachheit. Hauptnachteil ist, dass die Regelgüte nicht direkt in den Entwurf eingeht und die Verstärkung groß werden kann. Das bekannte Konzept der Funnel Regelung für Systeme mit Relativgrad eins wird eingeführt. Es wird gezeigt, dass der klassische Funnel Regler, angewendet auf Eingangsbeschränkungen, die Regelungsziele des Funnel Reglers gewährleistet. Eingangsbeschränkungen sind ein wichtiges Merkmal dieser Arbeit. Ein zweites Ziel ist es, die Ergebnisse des Funnel Reglers auf Systeme mit Relativgrad zwei zu verallgemeinern. Die Einfachheit der Kontrollstrategie kann erhalten werden, wenn die Rückführung der Ableitungen erlaubt ist. Dieser neue Funnel Regler ist robust gegenüber Systemen mit unbekanntem Relativgrad eins oder zwei und Eingangsbeschränkungen können auf Systeme mit Relativgrad zwei verallgemeinert werden. Letztlich werden Volterra-Stieltjes Systeme hinsichtlich Positivität, verschiedenen Stabilitätskonzepten, Nulldynamik und Funnel Regler betrachtet. Explizite Kriterien für die Stabilitätskonzepte werden abgeleitet. Diese Ergebnisse werden genutzt, um den Funnel Regler auf Volterra-Stieltjes Systeme zu verallgemeinern. Positivität der Lösung des geschlossenen Systems ist sicher gestellt, Eingangsbeschränkungen sind möglich und Nicht- Negativität des Einganges kann unter weiteren Annahmen gewährleistet werden.



http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000306
Tiebe, Carlo;
Detektion leicht flüchtiger organischer Verbindungen mikrobiellen Ursprungs (MVOC) mittels Ionenmobilitätsspektroskopie (IMS), 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 171 S., 2560 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Spuren leicht flüchtiger organischer Verbindungen mikrobiellen Ursprungs (MVOC) in der Luft von Innenräumen können das Vorhandensein von Schimmelpilzen indizieren. Die Anwendung der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) zur Detektion von leicht flüchtigen schimmelpilzspezifischen Verbindungen ist wegen ihrer hohen Empfindlichkeit vielversprechend. Um dieses analytisch-chemische Verfahren für eine Innenraumdiagnostik zu nutzen, wurde ein mobil einsetzbares Gerät zur vor-Ort-Detektion getestet.Im ersten Teil der Arbeit wurden MVOC-Prüfgase im Labor generiert. Die Prüfgase wurden durch permeative Beimengungen in einen definierten Gasstrom hergestellt. Anhand dieser Prüfgase wurden die typischen IMS-Parameter, wie reduzierte Mobilität (K0), relative Driftzeit (trd), Konzentrationsabhängigkeit der Signale und daraus resultierend die Nachweisgrenze des Ionenmobilitätsspektrometer ermittelt. Die bestimmten Nachweisgrenzen der 14 untersuchten MVOC liegen im Bereich zwischen 2 und 192 myg m 3 (1 bis 51 ppbV).Im zweiten Teil wurden sieben oft im Innenraum nachgewiesene Schimmelpilzarten auf Nährmedien kultiviert und ihre produzierten MVOC detektiert. Dabei wurde festgestellt, dass Schimmelpilze art- und altersabhängige MVOC-Emissionen aufweisen. Eine statistische Auswertung und Bestätigung zeigte die Anwendung der Hauptkomponentenanalyse (PCA). Versuchsbegleitend erfolgte eine Identifizierung der MVOC durch gaschromatographische Analysen und bestätigte die IMS-Ergebnisse.Beim Schimmelpilzwachstum einer Mischsporenkultur auf drei verschiedenen Baumaterialien wurden die produzierten MVOC detektiert. Die IMS-Spektren wurden chemometrisch durch eine PCA ausgewertet. Es können die Spektren von unbeimpften und mit Schimmelpilzkulturen beimpften Baumaterialien damit unterscheiden werden ohne die stoffliche Zusammensetzung der Emissionskammerluft zu kennen.Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das IMS in 27 Feldversuchen eingesetzt, um MVOC und damit ein Schimmelpilzwachstum in Innenräumen zu detektieren. In 59 % der Fälle wurde eine positive Korrelation zwischen einem sichtbaren Schimmelpilzbefall und den mittels IMS detektierten MVOC ermittelt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16400
Löwenstein, Christian;
In the complement of a dominating set, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 101 S.,793 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Eine Menge von Ecken D eines Graphen G=(V,E) ist eine Dominanzmenge, falls jede Ecke aus V\D mindestens einen Nachbarn in D hat. Die disjunkte Dominazzahl eines Graphen G ist die minimale Kardinalität zweier disjunkter Dominanzmengen von G. Wir beweisen untere Schranken für die disjunkte Dominanzzahl für Graphen mit Minimalgrad 2, für Graphen mit großem Minimalgrad und für kubische Graphen.Eine Menge von Ecken T eines Graphen G=(V,E) ist eine totale Dominanzmenge, falls jede Ecke aus V mindestens einen Nachbarn in T hat. Wir charakterisieren Graphen mit Minimalgrad 2 ohne induzierten 5-Kreisen und Graphen mit Minimalgrad mindestens 3, die eine Dominanzmenge, eine totale Dominanzmenge und eine nichtleere Eckenmenge, die paarweise disjunkt sind, haben.Eine Menge von Ecken I eines Graphen G=(V,E) ist eine unabhängige Menge, falls alle Ecken aus I paarweise in G nicht benachbart sind. Wir geben eine konstruktive Charakterisierung für Bäume an, die eine maximale unabhänige Menge und eine dazu disjunkte minimale Dominanzmenge haben und wir zeigen, dass das zugehörige Entscheidungsproblem für allgemene Graphen NP-schwer ist. Zusätzlich zeigen wir mehrere strukturelle Ergebnisse und Komplexitätsergebnisse betreffend Paare disjunkter Mengen, die dominierend, unabhängig oder beides sind. Weiter beweisen wir untere Schranken für die maximale Kardinalität einer unabhängigen Menge von Graphen, die einen kleinen Durchschnittsgrad und keine kurzen Kreise ungerader Länge haben.Ein zusammenhängender Graph G hat spanning tree congestion höchstens s, falls G einen aufspannenden Baum T hat, so dass für jede Kante e von T der Kantenschnitt, der in G definiert ist durch die zwei Komponenten von T-e, höchstens s Kanten enthält. Wir beweisen, dass jeder zusammenhängneder Graph der Ordnung n spanning tree congestion höchstens n^(3/2) hat und wir zeigen, dass das zugehörige Entscheidungsproblem NP-schwer ist.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16280
Funfak, Anette;
Erschließung der Mikrofluidsegmenttechnik für die umwelttoxikologische Untersuchung der synergistischen Wirkung potentieller Schadstoffkombinationen auf Mikro- und Kleinstorganismen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 201 S., 21,6 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Die weltweite Belastung der Umwelt mit Schadstoffen stellt ein Problem sowohl für Menschen als auch für Ökosysteme dar. Die Bewertung der Toxizität und die Risikoabschätzung von Umweltchemikalien beziehen sich in den meisten Studien nur auf die Wirkung einzelner Substanzen. Die Frage nach der Kombinationswirkung rückt aber verstärkt ins Blickfeld der Öffentlichkeit und erste Forderungen zur Berücksichtigung von Kombinationswirkungen bei der Risikobewertung werden laut. Die Komplexität des Problems macht wissenschaftliche Untersuchungen im Rahmen der konventionellen Laborpraxis kompliziert und stellt hohe Anforderungen an die bereits existierenden Standardmethoden. Gegenstand der Dissertation ist die Anwendung der segment-basierten Mikrofluidik zur Untersuchung der Einzelwirkung und der Mischungstoxizität von potentiellen Umweltschadstoffen auf ausgewählte Modellorganismen. Dafür wurde die Einbringung und Kultivierbarkeit von Mehrzellern (Zebrafisch Danio rerio, Fadenwurm Caenorhabditis elegans), prokaryotischen (Darmbakterium Escherichia coli) und eukaryotischen Zellen (Hefe Saccharomyces cerevisiae), Humanzellen (HeLa-Zellen) sowie Grünalgen (Chlorella vulgaris) in den Mikro- bis Nanoliter großen Fluidsegmenten untersucht. Die Entwicklung semiautomatischer Screeningabläufe ermöglichte die Erzeugung und Adressierung von ein- und mehrdimensionalen Konzentrationsfeldern. Mit der Integration von optischen Mikro-Durchflusssensoren, polymerbasierten Mikrobeads sowie Bildanalyse konnte eine segmentinterne, simultane Analyse ausgewählter toxikologischer Endpunkte wie embryonale Entwicklung, Wachstum, Stoffwechselaktivität über Autofluoreszenz und den Stoffwechselparameter pH ermöglicht werden. Damit konnten Schlussfolgerungen über die Einzelwirkung und Kombinationswirkung von Modellsubstanzen der Verbindungsklassen Vinylpyrrolidon, Sulfoxide, Phenole, Schwermetalle, Tenside, Metallnanopartikel und einem antibakteriellen Decapeptid getroffen werden. Die Vorteile der Mikrofluidtechnik und der Methode des segmentierten Flusses bieten nicht nur gute Möglichkeiten für die Miniaturisierung von Ökotests und der Durchführung von hoch aufgelösten Hochdurchsatz-Screenings zur Untersuchung der Kombinationswirkung von Umweltschadstoffen, sondern sie liefern auch neue Einblicke in das Antwortverhalten von biologischen Systemen in stark volumenbeschränkten Umgebungen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16279
Weber, Lars;
Preparations, characteristics, and applications of carbon-based nanomaterials, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 138 S., 2721 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Es wird über Herstellungen, Eigenschaften und Anwendungen von dimeren Fullerenoxiden und von Anordnungen senkrecht ausgerichteter, mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren - beides nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien - berichtet. Direkte und spezifische Synthesen sowie Isolationen von dimeren Fullerenoxiden in präperativen Mengen werden beschrieben. Oxidative und thermische Stabilität, elektronische Absorptionseigenschaften und Elektronenakzeptorstärke von dimeren Fullerenoxiden werden erörtert. Die Verwendung von dimeren Fullerenoxiden in Plastiksolarzellen wird beschrieben. Die Herstellung und elektrochemische Reinigung von Anordnungen senkrecht ausgerichteter, mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren werden erläutert. Kapazitive Eigenschaften und Elektronenübertragungseigenschaften von Elektroden basierend auf solchen Anordnungen werden erörtert. Die nicht-enzymatische Glukosedetektion mittels solcher Kohlenstoffnanoröhren-Elektroden wird beschrieben



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15686
Müller, René;
Stabilität und Zerfallsdynamik hochgeladener Flüssigkeitströpfchen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 179 S., 5551 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Geladene Mikrotropfen sind wichtige Bestandteile von Gewitterwolken und spielen in einer Vielzahl von technischen Prozessen und in der Forschung eine bedeutende Rolle. Lord Rayleigh untersuchte das Verhalten geladener Flüssigkeitsvolumen schon 1882. In einer theoretischen Arbeit stellte er dar, dass die Form eines geladenen Tropfens einer elektrisch leitfähigen, inkompressiblen Flüssigkeit von der Oberflächenspannung und der Coulombkraft bestimmt wird. Mit der Definition eines Stabilitätsparameters, der Fissilität X, welche das Verhältnis von Coulombenergie und zweifacher Oberflächenenergie darstellt, konnte er zeigen, dass ein Tropfen mit X < 1 von der Oberflächenspannung dominiert wird. Dieser befindet sich im stabilen Zustand und seine Form ist die einer Kugel. Erreicht die Fissilität eines Tropfens den Wert Eins, so verschwindet die Dominanz der Oberflächenspannung und die Tropfenform wird instabil. Dabei verformt er sich und nimmt eine spindelförmige Gestalt an. Aus den kegelförmigen Enden erfolgt der Auswurf von Ladung und Masse, woraufhin der Tropfen in die Gleichgewichtsform zurückkehrt. Diese Arbeit legt die Untersuchungen von Tropfen aus reinem Wasser sowie Tropfen aus Natriumchlorid- und Schwefelsäurelösungen hinsichtlich ihrer Stabilität und ihres ladungsbedingten Zerfalls dar. Der Einfluss der Ladungsträgerart, der Temperatur und der Tropfengröße wird aufgezeigt. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf dem Ladungs- und Masseverlust sowie der Fissilität der Tropfen während der instabilen Phase und auf dem zeitlichen Verlauf der Tropfendeformation. Die genannten Größen lassen Aussagen über die Wirkung der Leitfähigkeit unterschiedlicher Ladungsträger und der intrinsischen Substanzeigenschaften auf die Stabilität sowie den ladungsbedingten Zerfall der Tropfen zu.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15683
Artmann, Sarah;
Über die Dominanzzahl in Graphen unter Nutzung verschiedener Konzepte, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 81 S., 707 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Dominanzzahl in Graphen ist die minimale Mächtigkeit einer Knotenpunktmenge D, für die jeder Knoten entweder in D enthalten ist oder einen Nachbarn in D besitzt. Da das zugehörige Entscheidungsproblem NP-vollständig ist, versucht man obere Schranken für die Dominanzzahl in verschiedenen Graphenklassen zu finden und diese zu realisieren. Ein Ansatz, zu solchen Schranken zu kommen, ist die probabilistische Methode nach Alon und Spencer. Hierbei werden Knoten mit einer Wahrscheinlichkeit zwischen Null und Eins zu der Menge hinzugenommen und diese dann zu einer dominierenden Menge ergänzt. Mit Hilfe sogenannter Abstiegsverfahren kann man dann für die einzelnen Knoten zu den "realisierenden" Wahrscheinlichkeiten Null und Eins übergehen. Die dabei erzielten Verbesserungen werden bestimmt und so neue Schranken für reguläre und allgemeine Graphen gewonnen. Diese hängen jedoch von der Mächtigkeit einer Menge von Knoten (oder Schranken für diese) ab, die paarweise einen gewissen Abstand voneinander haben. Weiter wird ein verallgemeinerter Ansatz für die Bestimmung der Verbesserung von Schranken für die Dominanzzahl durch Abstiegsverfahren entwickelt. Der in diesem Zusammenhang beschriebene Algorithmus für allgemeine bzw. bipartite Graphen kann für viele multilineare Funktionen, die eine obere Schranke für die Dominanzzahl bilden, angewandt werden und liefert in jedem Fall neue, verbesserte Ergebnisse gegenüber der Ausgangsschranke. Durch die Verallgemeinerung der Methode von Alon und Spencer können zudem direkt bessere Schranken für die Dominanzzahl allgemeiner Graphen erreicht werden. Auf bipartiten Graphen, für die bisher nur wenige eigenständige Schranken bekannt sind, werden weitere Verbesserungen erzielt. Die Resultate werden numerisch ausgewertet und bekannten Schranken gegenüber gestellt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15940
Buchheim, Carsten;
Dielektrische Funktion und elektrooptische Eigenschaften von (Al,Ga)N/GaN-Heterostrukturen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 159 S., 4339 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

In der vorliegenden Arbeit werden umfangreiche Untersuchungen an Nitridhalbleitern mittels optischer Spektroskopie vorgestellt. Es werden erstmalig sowohl die ordentliche als auch die außerordentliche Komponente der dielektrischen Funktion von GaN über einen ausgedehnten Spektralbereich von 1,2 bis 9,8˜eV gezeigt. Es wird demonstriert, daß auch der transparente Spektralbereich deutlich durch hochenergetische kritische Punkte der Bandstruktur beeinflußt wird. Unter Berücksichtigung der Verspannung werden die optischen Auswahlregeln für GaN und AlN verifziert. Die Umkehr der Valenzbandreihenfolge bei AlN im Gegensatz zu GaN wird nachgewiesen sowie die Kristallfeldenergie für AlN abgeschätzt. Für AlGaN gelingt es, die ordentliche dielektrische Funktion für verschiedene Al-Gehalte zu bestimmen und daraus ein analytisches Modell für deren Berechnung bei beliebiger Mischkristallzusammensetzung abzuleiten. Hierbei werden exzitonische Effekte sowie Nichtlinearitäten in den Abhängigkeiten berücksichtigt. (GaN/)AlGaN/GaN-Heterostrukturen werden mit Spektralellipsometrie und anschließend mittels Photo- bzw. Elektroreflexion untersucht. Aus den optischen Daten werden die elektrischen Feldstärken der einzelnen Schichten ermittelt, um daraus die Dichten der an den Heterogrenzflächen auftretenden zweidimensionalen Ladungsträgergase mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Durch die Kombination der Experimente mit selbstkonsistenten Schrödinger-Poisson-Rechnungen können die Oberflächenpotentiale berechnet werden. Die Abhängigkeit vom Al-Gehalt wird quantifiziert. Für den Spezialfall dicker Deckschichten wird erstmals der experimentelle Nachweis für die Koexistenz von zweidimensionalen Elektronen- und Löchergasen innerhalb einer Probe erbracht. Bei AlN/GaN-Supergittern werden verschiedene Interbandübergänge zwischen quantisierten Zuständen mittels Elektroreflexion beobachtet. Durch den Vergleich mit quantenmechanischen Rechnungen wird der Einfluß der Verspannung und der ihrerseits verspannungsabhängigen elektrischen Feldstärken (Quantenstarkeffekt) deutlich. Für beide Parameter hat das Schichtdickenverhältnis von Quantengräben und Barrieren eine wichtige Bedeutung. Aus der Bestimmung der dielektrischen Funktion der Supergitter wird ersichtlich, daß in derartigen Strukturen auch höherenergetische kritische Punkte der Bandstruktur von Quanteneffekten geprägt sind.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15932
Lauer, Kevin;
Untersuchungen zur Ladungsträgerlebensdauer in kristallinem Silizium für Solarzellen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 122 S., 4,69 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Lebensdauer von Lichtgenerierten Ladungsträgern in Silizium ist ein wichtiges Qualitätskriterium des Siliziums. Sie hat einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad einer kristallinen Silizium-Solarzelle. In der vorliegenden Arbeit werden die Einflussfaktoren auf die Ladungsträgerlebensdauer in kristallinem Silizium, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird, und die Messmethodik zur Bestimmung der Ladungsträgerlebensdauer eingehend untersucht. Insbesondere das Mikrowellendetektierte Photoleitfähigkeitsabklingen (MWPCD) wird detailliert analysiert und mit quasi-stationären Photoleitfähigkeits (QSSPC)-Lebensdauermessungen verglichen. Es wird ein neues, zeitaufgelöstes Auswerteverfahren des MWPCD Signals entwickelt und zur Charakterisierung von Silizium angewendet. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird der interstitielle Eisengehalt ortsaufgelöst bestimmt und der Einfluss von Minoritätsladungsträgerhaftstellen untersucht.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung und Charakterisierung des Siliziums, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird. Es wird die Wirkung einer Eisenverunreinigung in Silizium auf die Solarzellparameter mittels Simulationsrechnungen veranschaulicht. Die Blockhöhenabhängigkeit der Siliziumqualität in multikristallinem Silizium wird empirisch analysiert und mit dem Wirkungsgrad der Solarzellen korreliert. In stark verunreinigtem nach dem Czochralski-Verfahren gezogenem Silizium wird der Einfluss des industriellen Solarzellprozesses auf die Siliziumqualität untersucht.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15316
Osswald, Sebastian;
In situ Raman spectroscopy study of oxidation of nanostructured carbons. - Philadelphia, Pa : Drexel University, 2009. - 1 Online-Ressource (xxii, 283 Blätter)
Drexel University, Ph. D. 2009

Includes abstract and vita

The ability to synthesize carbon nanostructures, such as fullerenes, carbon nanotubes, nanodiamond, and mesoporous carbon; functionalize their surface; or assemble them into three-dimensional networks has opened new avenues for material design. Carbon nanostructures possess tunable optical, electrical or mechanical properties, making them ideal candidates for numerous applications ranging from composite structures and chemical sensors to electronic devices and medical implants.Unfortunately, current synthesis techniques typically lead to a mixture of different types of carbon rather than a particular nanostructure with defined size and properties. In order to fully exploit the great potential of carbon nanostructures, one needs to provide purification procedures that allow a selective separation of carbon nanostructures, and methods which enable a control of size and surface functionalization. Oxidation is a frequently used method for purification of carbon materials, but it can also damage or destroy the sample.In situ Raman spectroscopy during heating in a controlled environment allows a time-resolved investigation of the oxidation kinetics and can identify the changes in material structure and composition, thus helping to accurately determine optimal purification conditions. However, while carbon allotropes such as graphite and diamond show unique Raman signals and allow a fast and straightforward identification, the interpretation of Raman spectra recorded from nanostructures containing mixtures of sp, sp2 and sp3 bonded carbon is more complex and the origin of some peaks in Raman spectra of nanocarbons is not yet fully understood.In this study we applied in situ Raman spectroscopy to determine conditions for selective oxidation of carbon nanostructures, such as nanodiamond, nanotubes, carbidederived carbon and carbon onions; accurately measure and control the crystal size; and improve the fundamental understanding of effects of temperature, quantum confinement and surface chemistry on Raman spectra of nanocrystalline materials. Thermogravimetric analysis, X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy were used to complement Raman spectroscopy in order to facilitate the analysis and the interpretation of the results.This work has improved our understanding of oxidation of carbon materials, especially selectivity of the oxidation process to different carbon structures in a broad temperature range. The results of this study have been used to develop simple and environmentally friendly procedures for purification and surface functionalization of carbon nanoparticles and nanoporous materials.



http://hdl.handle.net/1860/2972
Hennig, Thomas;
Time series analysis and modeling of the statistical properties of heart beat dynamics during atrial fibrillation, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 148 S., 2162 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit diskutiert die Frage, ob und inwieweit es möglich ist, die Rate des Vorhofflimmerns allein auf Basis der statistischen Eigenschaften ventrikulärer Interbeatintervalle zu bestimmen. Sie konzentriert sich zunächst auf die statistische Analyse von EKG-Signalen im Allgemeinen und ventrikulären Tachogrammen im Besondern. Dabei wird ein neues Verfahren - die statistische Analyse so genannter Morphogramme - vorgestellt, mit dessen Hilfe sich die gesamte in einem EKG enthaltene Information, ohne aufwendige Mustererkennungsverfahren auswerten lässt. Es wird gezeigt, dass dieses Verfahren geeignet ist verschiedene Gesundheitszustände zu identifizieren. Anschließend konzentriert sich die Arbeit auf die statistische Analyse von ventrikulären Interbeatintervallen die in Gegenwart von Vorhofflimmern beobachtet werden. Dabei wird eine neue, bisher nicht beschriebene charakteristische, statistische Eigenschaft dieser Intervalle - ein exponentieller Abfall der Verteilungsfunktion im Bereich langer Intervalle - präsentiert. Im Weiteren wird gezeigt, dass verschiedene charakteristische Eigenschaften dieser Intervalle nicht unabhängig voneinander beobachtet werden, sondern zueinander in Beziehung stehen. Im Folgenden konzentriert sich die Arbeit auf die mathematische Beschreibung der physikalischen Prozesse bei der Überleitung atrialer Impulse über den AV-Knoten. Im Besonderen konzentriert sie sich dabei auf das Überleitungsmodell von Jorgensen et al.. Es wird gezeigt, dass sich dieses Modell vollständig analytisch beschreiben lässt. Auf Basis der allgemeinen Diskussion dieses Modells und den, unter gegebenen Randbedingungen abgeleiteten speziellen Lösungen des Überleitungsmodells, werden zwei Verfahren zur Bestimmung der Vorhofflimmerrate präsentiert. Auf Basis klinischen Daten werden beide Verfahren validiert und hinsichtlich ihrer Performance diskutiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine Bestimmung der Vorhofflimmerrate allein auf Basis der statistischen Eigenschaften der ventrikulären Interbeatintervalle möglich ist.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15677
Scheide, Diego;
Edge colourings of multigraphs, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 112 S., 2666 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Das Kantenfärbungsproblem besteht darin, den chromatischen Index eines (Multi-)Graphen G zu ermitteln, d.h. die minimale Anzahl an Farben, mit denen man die Kanten von G so färben kann, dass keine zwei benachbarten Kanten die gleiche Farbe erhalten. Kantenfärbungsprobleme treten in verschiedenen Scheduling-Anwendungen auf, typischerweise in Verbindung mit Task-Processing oder Netzwerk-Kommunikation. Da das Kantenfärbungsproblem NP-schwer ist, sind gute Approximationsalgorithmen gefordert. In dieser Dissertation werden verschiedene Färbungstechniken erweitert und neue Färbungsalgorithmen entworfen. Ausgehend von einem klassischen Resultat von Vizing, wird ein neuer Graphenparameter - die Fächerzahl - vorgestellt. Dies führt zu einem Färbungsalgorithmus, der durch eine spezielle Kantensortierung Vizings Fächer in bestmöglicher Weise nutzen kann. Eines der größten bisher ungelösten Probleme auf dem Gebiet der Kantenfärbungen ist Goldbergs Vermutung. Goldberg (und unabhängig davon auch Andersen und Seymour) vermutete eine obere Schranke für den chromatischen Index chi', die vom Maximalgrad Delta und einer maximalen Dichte w abhängt, und zwar chi'<=max{Delta+1,w}. Da Delta und w beides untere Schranken für chi' sind, hat Goldbergs Schranke somit eine absolute Abweichung von höchstens 1 vom Optimum. In dieser Dissertation werden einige neue obere Schranken für chi' entwickelt, die die Lücke zwischen den bereits bekannten Schranken und Goldbergs vermuteter Schranke verkleinert. Die beiden wichtigsten neuen Schranken sind max{Delta+1+(Delta-2)/14,w} und max{Delta+sqrt((Delta-1)/2),w}. Die Laufzeiten der zugehörigen Färbungsalgorithmen sind polynomiell beschränkt bzgl. der Eckenzahl und der Kantenzahl des zu färbenden Graphen. Da aber ein Graph einfach durch Angabe der Ecken und Kantenvielfachheiten beschrieben werden kann, sind die genannten Algorithmen somit keine echten Polynomialzeitalgorithmen. Im letzten Kapitel der Dissertation wird allerdings gezeigt, wie sich durch alternative Datenstrukturen und ein ivide-and-Conquer-Verfahren diese Algorithmen auch als Polynomialzeitalgorithmen implementieren lassen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13785
Mueller, Markus;
Output feedback control and robustness in the gap metric. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 254 S., 1,82 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorgelegte Arbeit behandelt den Entwurf und die Robustheit von drei verschiedenen Regelstrategien für lineare Differentialgleichungssysteme mit mehrdimensionalen Ein- und Ausgangssignalen (MIMO): Stabilisierung durch Ausgangs-Ableitungs-Rückführung, Lambda-tracking und Funnel-Regelung. Damit diese Regler bei der Anwendung auf ein lineares System die gewünschten Stabilisierung/Regelung erbringen, ist eine explizite Kenntnis der Systemmatrizen nicht notwendig. Es müssen nur strukturelle Eigenschaften des Systems bekannt sein: der Relativgrad, dass das System minimalphasig ist, und dass die sogenannte "high-frequency gain" Matrix positiv definit ist. Diese stukturellen Eigenschaften werden für MIMO-Systeme in den ersten Kapiteln der Arbeit ausführlich behandelt. Für MIMO-Systeme mit nicht striktem Relativgrad wird eine Normalform hergeleitet, die die gleichen Eigenschaften wie die bekannte Normalform für SISO-Systeme oder MIMO-Systeme mit striktem Relativgrad aufweist. Die Normalform sowie Minimalphasigkeit und Positivität der "high-frequency gain" Matrix bilden die Grundlage dafür, dass die oben genannten Regelstrategien Systeme mit diesen Eigenschaften im jeweiligen Sinn stabilisieren. Robustheit bzw. robuste Stabilisierung beschreibt folgendes Prinzip: falls ein geschlossener Kreis aus einem linearen System und einem Regler in gewissem Sinne stabil ist und die Gap-Metrik (der Abstand) zwischen dem im geschlossenen Kreis betrachteten System und einem anderen "neuen" System hinreichend klein ist, so ist der geschlossene Kreis aus dem "neuen" System und dem gleichen Regler wieder stabil. Die gleiche Aussage stimmt auch für den Fall, dass man den Regler und nicht das System austauscht. Für Ausgangs-Ableitungs-Rückführung wird gezeigt, dass, falls diese ein System stabilisiert, die auftretenden Ableitungen des Ausgangs durch Euler-Approximationen der Ableitungen ersetzt werden können, falls diese hinreichend genau sind. Für Lambda-tracking und Funnel-Regelung wird gezeigt, dass beide Regler auch für die Stabilisierung linearer Systeme verwendet werden können, die einen geringen Abstand zu einem System haben, dass die o.g. Voraussetzungen erfüllt, selbst diese Voraussetzungen aber nicht erfüllen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13790
Trenn, Stephan;
Distributional differential algebraic equations. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 189 S., 1,15 MB) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Lineare implizite Differentialgleichungen der Form Ex'=Ax+f werden untersucht. Da die Matrix E nicht als invertierbar angenommen wird, enthält das Gleichungssystem neben den Differentialgleichungen auch algebraische Gleichungen. Deshalb werden diese Gleichungen differential-algebraische Gleichungen (differential algebraic equations, DAEs) genannt. Ein wesentliches Ziel der Dissertation ist es, Distributionen (oder verallgemeinerte Funktionen) als Lösungen zuzulassen und gleichzeitig soll es möglich sein, zeitvariante DAEs zu untersuchen, deren Koeffizientenmatrizen Sprünge haben können. Dazu wird zunächst ein geeigneter Lösungsraum hergeleitet. Insbesondere ist es mit diesem Lösungsraum möglich, die wichtige Klasse der geschalteten DAEs (switched DAEs) zu untersuchen. Als Lösungsraum wird der Raum der stückweise glatten Distributionen (piecewise-smooth distributions) eingeführt. Für diesen Raum ist es möglich, eine Multiplikation zu definieren, so dass auch DAEs betrachtet werden können, deren Koeffizienten ebenfalls distributionelle Einträge haben. Eine distributionelle DAE ist eine Gleichung der Form Ex'=Ax+f, bei der die Matrizen E und A stückweise glatte Distributionen als Einträge enthalten und die Lösungen x sowie die Inhomogenitäten f ebenfalls stückweise glatte Distributionen sind. Für distributionelle DAEs wird die Existenz und Eindeutigkeit von Lösungen untersucht, dazu wird das Konzept der Regularität für distributionelle DAEs eingeführt. Es werden notwendige und hinreichende Bedingungen für die Existenz und Eindeutigkeit von Lösungen hergeleitet. Als Spezialfälle werden die beiden Gleichungen x'=Ax+f (so genannte distributionelle ODEs) und Nx'=x+f (so genannte reine distributionelle DAEs) untersucht, für die explizite Lösungsformeln angegeben werden können. Geschaltete DAEs sind distributionelle DAEs mit stückweise konstanten Koeffizientenmatrizen. Es werden hinreichende Bedingung hergeleitet, die sicherstellen, dass die Lösungen von geschalteten DAEs keine Impulse enthalten. Weiterhin wird untersucht, unter welchen Bedingungen das beliebige Schalten zwischen stabilen Teilsystemen zu einem stabilen Gesamtsystem führt. Schließlich werden Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit für distributionelle DAEs untersucht. Hierbei wird berücksichtigt, dass das Eingangssignal Impulse enthalten kann und damit theoretisch eine "instantane" Steuerung möglich ist. Für eine DAE der Form N'=x+bu, y=cx, mit Konstanten, nilpotenten N sowie konstanten Vektoren b und c wird eine Normalform angegeben, die eine einfache Charakterisierung der Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit ermöglicht.



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Thete, Aniket;
Chemochips : development and application of analytical micro spot arrays, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 113 Bl., 194, 58 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Die im Vergleich zu DNA-Chips weniger entwickelte Proteinchiptechnologie zeigt das Problem einer nicht vorhandenen universellen Erkennungsfunktion oder Strategie für universell einsetzbare Chips für die Vielzahl von Proteinproben. Der Grund dafür ist die chemische Komplexität, die Proteine als Translationsprodukt eines Basisgens (DNA) tragen. Es existiert hierbei der grundsätzliche Widerspruch zwischen einer chemischen Spezifität der Erkennung und einer universellen Einsatzmöglichkeit solch einer Mikroarray-basierten Erkennung, die mit der höheren chemischen Komplexität umgehen muß. Die Kernfrage ist dabei, können unterschiedliche Analyse- und Auslesemethoden in einer Plattform kombiniert werden, indem eine Integration spezifischer und weniger spezifischer analytischer Erkennungsmethoden erfolgt. Die Adressierung des Problems zur universellen Anwendung von Chips für die spezifische Analyterkennung erfolgte bei dieser Integration. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Integration verschiedenster Charakterisierungs- und Auslesemethoden zu einer Chiptechnologie für die chemische Erkennung von Flüssigkeiten. Um multifunktionale Chemochips zu entwickeln, wurden moderne Analysen- und Auslesetechniken wie berührungsfreies Mikrospotting, digitale Fluoreszenzaufnahmen und AFM-Techniken verwendet. Die Mikrospot-Technik wurde zur Erzeugung vom Mikroarrays, die reine Indikatoren und Indikatormischungen als Funktionselement enthielten, sowie zur örtlich begrenzten chemischen Matrixmodifikation genutzt. Ein Fluoreszenz-Imagingverfahren mittels schneller CCD-Kamera ermöglichte die Echtzeitaufnahme einer Bildserie der Analyt-Indikator-Wechselwirkung bei mehreren Anregungs- und Emissionswellenlängen. Für eine bessere Analytklassifikation wurde eine multivariate Datenanalyse auf den erhaltenen Datenpool, der sich aus Fluoreszenzintensitätsänderungen der Spots mittels Bildanalyse ergab, angewandt. Neben diesen etablierten Auswertemethoden kam eine speziell entwickelte hochauflösende Nanopositionier- und Nanomeßmaschine mit eingebautem AFM-Modus (SPM-NPMM) zum Einsatz, um die Mikrospotarrays auf einer Strecke von einigen Millimetern mit der Auflösung und der Präzision eines AFMs zu untersuchen.Die SPM-NPMM besitzt einen großen dynamischen Meßbereich von 25 × 25 × 5 mm3 mit einer lateralen Auflösung von 0.1 nm. Messungen mit der SPM-NPMM zeigten, daß die Verdampfung des Lösemittels nach dem Spotting zu der Ausbildung eines konzentrischen Doppelkranzes innerhalb der Mikrospots führt. Dieses charakteristische Doppelkranz-Merkmal der Mikrospots konnte nur bei Verwendung binärer Lösemittelmischungen mit unterschiedlichen Polaritäten der Komponenten, wie bei Wasser und DMF, gefunden werden. Die Ursache dafür ist der unterschiedliche Transport des gelösten Materials in zwei verschiedenen Lösemitteln während der Ausbildung der Spots.Hochaufgelöste SPM-NPMM-Messungen zeigten, daß die inhomogene Verteilung von Farbstoff-Nanokristallen, deren Höhe 2 5 nm betrug, auf den inneren Kranz eines Doppelkranz-Spots begrenzt war. Ursächlich ist die verminderte Löslichkeit des Farbstoffes in DMF.Die qualitative und quantitative Differenzierung von binären Lösemittelmischungen wurde durch die Verwendungen eines einlagigen Chemochips mit pH- und polaritätsempfindlichen Farbstoffen möglich. Mittels Mikroarray-Muster konnten die Analyten mit einem vergleichbaren Alkoholgehalt von 5 Vol.-%, wie in einer Wasser-Ethanol-Mischung, verschiedenen Bieren oder anderen alkoholischen Getränken, qualitativ von einander unterschieden werden. Die Variation im Muster der Fluoreszenzspots agierte als Fingerprint komplex zusammengesetzter Flüssigkeiten wie Mischungen und Getränke. Die multivariate Datenanalyse des erhaltenen Datenpools aus den Chemochip-Experimenten ermöglichte die Unterscheidung bestimmter Klassen binärer Gemische. Ebenso lassen sich einige andere Mikroarray-Komponenten,wie Spots binärer Farbstoffgemische, auf ihr Antwortverhalten bezüglich einer Vielzahl von flüssigen Analyten durch Verwendung der PCA-Analyse klassifizieren. Analytische Doppellagen-Chemochips wurden durch die Aufteilung der Funktionen Differenzierung in der oberen Schicht und Indikation in der unteren Schicht desselben Chips hergestellt. Die Realisierung erfolgte durch Stapelung von Hydrogel-Polymerlagen mit Matrixmodifizierern durch Einsatz der Lösemittel-Guß-Methode. Die mobilitätsabhängige Differenzierung der oberen Schicht wurde durch physikalische Umwandlung der Polymermatrix durch quervernetzende Stoffe erreicht. Die Indikatorfunktion der unteren Schicht konnte durch eingelagerte fluoreszierende Farbstoffe realisiert werden. Es war damit möglich, verschiedene Analyten durch die Diffusionszeit während des Durchtritts durch die Differenzierungsschicht mittels Echtzeitaufnahme von Bildserien und deren Auswertung zu unterscheiden. Die Moleküle der Analyten zeigten Variationen in den Übertrittszeiten ihres Transports durch die obere Schicht in Abhängigkeit des Vernetzungsgrades der Polymermatrix. Dieser Transport von Einzel- und Mischungsanalyten durch die Differenzierungsschicht konnte auch detektiert werden, wenn das Fluoreszenzschema der Singlelayer-Chips verwendet wurde. Der Doppellagen-Chemochip zeigte auch das Analyt-Separationssignal für eine Mischung zweier verschiedener Analytmoleküle währender derer Diffusion durch die Differenzierungsschicht. Dieses Verhalten kann den bevorzugten Wechselwirkungen zwischen Analyt und der modifizierten Polymerumgebung als Transportmedium zugeordnet werden.Die offene Problemstellung von Spezifität gegenüber Universalität, belegt durch weniger entwickelte Biochips wie den Proteinchips, wurde in der vorgelegten Arbeit durch Verwendung verschiedenen Typen von Chemochips adressiert. Es konnte gezeigt werden, daß mittels Einzel- und Doppellagenchips mit fluoreszierenden Mikroarrays verschiedene bevorzugte und allgemeine Charakterisierungen möglich sind.



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Erb, Tobias;
Polymere Solarzellen : Morphologie-Eigenschafts-Korrelation, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 165 S., 7891 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Zielstellung dieser Dissertation ist es, Fragen der Morphologieausbildung und der gezielten Morphologiesteuerung der aktiven Schichten von polymeren "Bulk-Heterojunction"-Solarzellen zu klären. Die hieraus neu gewonnenen Erkenntnisse werden unter Einbeziehung von aus der Literatur bekannten morphologischen Sachverhalten verwendet, um die bisherigen Vorstellungen vom strukturellen Aufbau der aktiven Solarzellenschicht weiter zu entwickeln und in einem Morphologie-Modell darzustellen. Die eigenen experimentellen Untersuchungen zur Schichtmorphologie wurden mit den Methoden Röntgendiffraktometrie, spektroskopische Ellipsometrie, Photolumineszenzspektroskopie sowie teilweise der Lichtmikroskopie und der differentiellen Kalorimetrie anhand von drei ausgewählten Materialsystemen P3HT/PCBM-C60, P3HT/MDHE-C60 und P3HT/(MDHE)2-C60 durchgeführt und zusammen mit in der Literatur untersuchten anderen Materialsystemen diskutiert. Das Morphologie-Modell wird in Beziehung zu den elektrischen Eigenschaften Füllfaktor, Kurzschlussstrom und Wirkungsgrad von polymeren Solarzellen diskutiert. Die hieraus resultierende Morphologie-Eigenschafts-Korrelation erläutert die bestehenden Zusammenhänge zwischen den physikalischen Eigenschaften der aktiven Solarzellenschicht, wie Lichtabsorption, Ladungsträgergeneration und -transport, mit dem morphologischen Aufbau der Solarzellenschicht und leistet somit einen Beitrag zur Erklärung und Analyse der elektrischen Eigenschaften der polymeren Solarzelle als Bauelement. Die elektrischen Eigenschaften werden anhand von Messungen der Strom-Spannungs-Charakteristik sowie der externen Quanteneffizienz bestimmt.Abschließend werden zunächst die drei untersuchten Materialsysteme verglichen und Aussagen bezüglich ihrer Eignung für polymere Solarzellen getroffen. Des Weiteren wird die Morphologie-Eigenschafts-Korrelation auch genutzt, um eine Strategie zu entwickeln, mit der eine Einschätzung der Eignung von neuartigen 2-Komponenten-Systemen auf der Basis von polymeren Donator- und Fulleren-Akzeptormaterialien für polymere Solarzellen erfolgen kann. Eine Bewertung des möglichen Optimierungspotentials der neuen Materialien wird hierdurch möglich, um letztendlich polymere Solarzellen mit einem gesteigerten Wirkungsgrad herstellen zu können.



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Winzer, Andreas T.;
Optische und elektronische Eigenschaften von AlGaN/GaN-Heterostrukturen, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 151 S., 4,36 KB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Die vorliegende Arbeit behandelt die elektronischen Materialeigenschaften von AlGaN/GaN-Heterostrukturen. Die Auswertung optischer Spektren mit komplexen Modellen ermöglichte erstmals die Bestätigung des theoretisch vorausgesagten Verlaufes der Polarisationsdiskontinuität (auch Polarisationsladung genannt) in Abhängigkeit vom Al-Gehalt durch zuverlässige Experimente. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Polarisationsdiskontinuität im Bereich von 5 K bis Raumtemperatur konstant ist.Das hier verwendete Verfahren basiert auf der Auswertung von Elektroreflexions- (ER-)spektren und nutzt die spezifische Abhängigkeit der Schichtfeldstärke von der angelegten elektrischen Spannung. In dieser Arbeit wurde das Verfahren konsequent weiterentwickelt und übertrifft so alle alternativen Methoden in der Genauigkeit. ER-Spektren von Gruppe-III-Nitriden weißen generelle Besonderheiten auf. In unmittelbarer Nähe zur Bandkante können ER-Spektren im Gegensatz zu schmallückigen Halbleitern (z.B. GaAs) nicht durch konstante Seraphinkoeffizienten beschrieben werden. Jedoch ergibt die Analyse der Franz-Keldysh-Oszillationen nach der Aspnes’schen Methode wie bei schmallückigen Halbleitern die korrekten Feldstärkebeträge. Optische und insbesondere ER-Spektren von Gruppe-III-Nitridschichten lassen sich nur vollständig durch Berücksichtigung der Exzitonen im elektrischen Feld beschreiben. Dazu wurde in dieser Arbeit ein von Blossey vorgeschlagenes Modell auf die Nitride angewandt und in einer Software umgesetzt. Der dargestellte Ansatz zur Spektrensimulation ist dadurch einzigartig, dass man mit ihm Exzitonen in inhomogenen elektrischen Feldern quantitativ beschreiben kann. Die gute Übereinstimmung von berechneten und experimentellen Spektren bekräftigt die Zuverlässigkeit der in dieser Arbeit bestimmten Materialgrößen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die energetische Position der Exzitonenhauptresonanz und deren spektrale Breite näherungsweise einer linearen Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke folgen. Die Wirkungsweise von AlGaN/GaN-Heterostrukturen als chemische Sensoren wurde ebenfalls untersucht. Werden Pt-kontaktierten Proben Wasserstoff ausgesetzt, erhöht sich die Dichte des zweidimensionalen Elektronengases um einige 10 12 e/cm 2 und die Schottkybarriere verringert sich um bis zu 0,85 V. Bei Proben mit unkontaktierter Oberfläche führt die Benetzung mit einer polaren Flüssigkeit (Azeton) zu einer Potenzialerhöhung um 30 mV und zu einer Verringerung der Oberflächennettoladung um 10 11 e/cm 2.



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Himmerlich, Marcel;
Surface characterization of indium compounds as functional layers for (opto)electronic and sensoric applications, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 107 S., 10,4 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

Neue Entwicklungen im Bereich der Dünnschichtsynthese eröffnen eine Vielzahl neuer Anwendungen von Indiumverbindungen im Bereich der Sensorik und (Opto)-Elektronik. Vor diesem Hintergrund wurden spezielle Aspekte der Eigenschaften von Indiumnitrid (InN), Indiumoxid (In2O3) und Indiumzinnoxinitrid (ITON) untersucht. Zukünftige Hochfrequenztransistoren auf der Basis von InN können die technologischen Möglichkeiten erweitern, während für dünne In2O3 Filme ein hohes Potenzial zur Verwendung in günstigen, integrierbaren Ozonsensoren vorausgesagt wird. Zusätzlich kann für optoelektronische Applikationen durch Stickstoffeinbau in Sn-dotierte Indiumoxidschichten die optische Transparenz im UV-Bereich erweitert werden. Ein Grundsatz für die Implementierung der Materialien ist die detaillierte Kenntnis der Einflüsse der Zusammensetzung, sowie der strukturellen und elektronischen Eigenschaften auf wichtige Mechanismen der Funktionsweise und Stabilität von Bauelementen. In diesem Zusammenhang wurden zum Verständnis wichtiger Materialparameter die Einflüsse von Prozessparametern auf die Oberflächeneigenschaften dünner Filme untersucht, sowie Wechselwirkungen mit reaktiven Molekülen analysiert. Dünne InN Schichten wurde mittels plasmainduzierter Molekularstrahlepitaxie abgeschieden, während weitere Untersuchungen an durch metallorganische Gasphasenabscheidung aufgebrachten In2O3 Filmen sowie durch Magnetronsputtern hergestellten ITON Schichten durchgeführt wurden. Zur Analyse wurden Methoden der Elektronenspektroskopie (XPS, UPS, AES,(HR)EELS), der Elektronenbeugung (RHEED) sowie Rastersondenverfahren (AFM) verwendet. Durch in-situ Analyse von InN(0001) Schichten konnten erstmals Korrelationen zwischen Oberflächenrekonstruktionen und der Existenz von Elektronenzuständen innerhalb der Bandlücke nachgewiesen, sowie Einflüsse der Oxidation durch O2 untersucht werden. Zusätzlich wurde der Wechselwirkungsmechanismus zwischen Ozon und defektreichen In2O3-x Schichten analysiert und Rückschlüsse auf das Prinzip der reversiblen O3-induzierten Oxidation und UV-induzierten Reduktion gezogen, welche auf der dsorption/Desorption von O-Ionen und gleichzeitig stattfindendem Ladungstransfer basiert. Der durch Aufsputtern in N2 eingebrachte Stickstoff, liegt in ITON in verschiedenen chemischen Bindungen vor und verändert die optischen und elektrischen Eigenschaften, ist aber thermisch nicht stabil und desorbiert oberhalb von 550&ring;C, einhergehend mit der gleichzeitigen Oberflächensegregation von Sn. Diese Arbeit demonstriert den Nutzen der Kombination von Schichtwachstum und Oberflächenanalytik, um fundamentale Erkenntnisse für den Einsatz in Halbleiterbauelementen zu gewinnen.



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Rieß, Thorsten;
A Lin's method approach to heteroclinic connections involving periodic orbits : analysis and numerics, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 134 S., 2071 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Dissertationsschrift beschäftigt sich mit der Bifurkationsanalyse von heteroklinen Zyklen, die eine hyperbolische Gleichgewichtslage und einen hyperbolischen periodischen Orbit miteinander verbinden. Im ersten Teil der Arbeit wird eine Erweiterung von Lins Methode entwickelt, die auf einer Kopplung des globalen kontinuierlichen Systems und des diskreten Systems, das die Dynamik in der Umgebung des periodischen Orbits beschreibt, beruht. Die Methode erlaubt es, Bifurkationsgleichungen für das gegebene Szenario zu formulieren. Die Bifurkationsgleichungen für homokline Orbits an die Gleichgewichtslage und homokline Orbits an den periodischen Orbit werden qualitativ gelöst und diskutiert, ebenso wird der Fall einer quadratischen Berührung behandelt. Im zweiten Teil der Dissertation wird auf Basis der theoretischen Ergebnisse eine numerische Methode entwickelt, die es erlaubt, verbindende Orbits zwischen Gleichgewichtslagen und periodischen Orbits zu finden und im Parameterraum zu verfolgen. Die Methode wird an drei ausgewählten Beispielen demonstriert, dabei werden die theoretischen Ergebnisse aus dem ersten Teil der Arbeit bestätigt. Eine Erweiterung der numerischen Methode auf verbindende Orbits zwischen zwei hyperbolischen periodischen Orbits wird abgeleitet.



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Wagner, Jörg;
Goldnanopartikel : mikroreaktionstechnische Synthese und Schadstofftransportwirkung, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 220 S., 10,4 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Überprüfung der Eignung von Mikroreaktoren für die Handhabung, Generierung und Untersuchung von nanopartikulären Stoffsystemen. Dabei sollte die zu entwickelnde Laboranordnung im Hinblick auf die Eignung zur Anwendung in einer Prozeßkette, welche über Partikelsynthese, Modifizierung bis zur Analyse und Untersuchung der Bindung von Schadstoffen an die Nanopartikel reicht, charakterisiert werden. Als Modell für ein nanopartikuläres Stoffsystem wurden Goldnanopartikel (GNP) ausgewählt, da sie sehr interessante Eigenschaften zeigen, die sie im Rahmen der Nanotechnologie für die Entwicklung neuer Funktionsmaterialen prädestinieren. Die potentiellen Wechselwirkungen von GNP mit verschiedenen Schadstoffmodell-Substanzen wurden mit Hilfe konventionell synthetisierter Oberflächen-modifizierter GNP untersucht. Dabei wurde deutlich, daß der notwendige Isolationsschritt, sowie die Inkubation in keinem zur Verfügung stehendem Mikrosystem realisierbar waren. Es konnte gezeigt werden, daß die Schwermetallionen Blei und Kupfer, sowie der kationische Farbstoff Malachitgrün sehr effizient durch GNP adsorbiert werden, während die Wechselwirkung mit 4-Chlorphenol, Amidoschwarz B und Naphthalin gering ist. Eine direkte Synthese von GNP aus einem Goldsalz und Ascorbinsäure als Reduktionsmittel in einem Split-and-Recombine-Mikromischer konnte realisiert werden es wurde damit gezeigt, daß eine solche direkte kontinuierliche Synthese in einem Mikroreaktor möglich ist. Experimentelle Parameter wurden optimiert, um schmale Größenverteilungen der Partikel zu erzeugen. Dabei hat sich die Einstellung der Oberflächeneigenschaften der Mikroreaktorkanäle und der physikochemischen Eigenschaften der Nanopartikel als entscheidend herausgestellt, um eine Ablagerung der Partikel, die zur Reaktorverstopfung führt, zu verhindern. Zwei Ansätze, namentlich die Hydrophobisierung der Kanaloberflächen durch Silanisierung und die elektrostatische Abstoßung zwischen Nanopartikeln und Kanaloberflächen durch Erhöhung des pH-Wertes. Weiterhin konnte in einem modularen Mikrosystem konnten unter Verwendung von Natriumborhydrid als Reduktionsmittel, Silber- und Goldnanopartikel hergestellt werden. Zusätzlich gelang die Umsetzung dieser Partikel mit Liganden direkt im Mikrosystem, was zu einer direkten Synthese von modifizierten Gold- und Silbernanopartikel in einem kontinuierlichen Prozeß führte. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß nanopartikuläre Systeme gut in Mikrosystemen gehandhabt, dargestellt sowie spektral analysiert werden können. Ebenso war es möglich, Partikelwachstum, Oberflächenbindung von Liganden und Aggregation im Mikrodurchflußsystem zu untersuchen.



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Sedlacik, Jan;
New advances in susceptibility weighted MRI to determine physiological parameters, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 174 S., 5484 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Magnetresonanztomographie bietet die Möglichkeit der Bestimmung des Blutoxygenierungsgrades kleiner venöser Gefäße und damit lokaler Hirnareale mit Hilfe einer Multiecho-Gradientenecho-Sequenz. Mit dieser Sequenz kann der Signalzerfall in einem Voxel, welches von einer einzelnen Vene bzw. von Blutkapillaren durchzogen ist, bestimmt werden. Der Signalzerfall ist charakteristisch für die von der Vene oder den Kapillaren erzeugten Feldinhomogenitäten, so dass sich Aussagen über den Blutoxygenierungsgrad und Blutvolumenanteil treffen lassen. Durch Fitten simulierter Signalverläufe an gemessene Phantom- und Probandendaten konnte gezeigt werden, dass es mit der hier vorgestellten Methode möglich ist, den venösen Blutoxygenierungsgrad zu quantifizieren. Weiterhin konnte eine durch gezielte Modulation des zerebralen Blutflusses hervorgerufene Änderung der Blutoxygenierung in vivo nachgewiesen werden. Die Erweiterung des Modells eines einzelnen Gefäßes auf ein Gefäßnetzwerk diente als Grundlage zur theoretischen Beschreibung der Blutkapillaren, die das Hirngewebe durchziehen und mit Sauerstoff versorgen. Dieses Netzwerkmodel konnte in Phantomexperimenten verifiziert werden. Dagegen zeigte sich bei einer Probandenmessung, dass es nicht möglich ist einzig anhand des gemessenen Signalverlaufs valide Werte für die Blutoxygenierung und den Blutvolumenanteil eindeutig zu bestimmen. Die hohe Korrelation zwischen beiden Parametern bewirkt, dass mehrere Paare von Oxygenierungs- und Volumenwerten passende Signalkurven liefern. Eine unabhängige Quantifizierung oder Abschätzung des venösen Blutvolumens kann hier helfen eindeutige Oxygenierungswerte zu erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation konnte das Signalverhalten von suszeptibilitätssensitiven Messungen in der Magnetresonanztomographie genauer untersucht und eine Methode zur nicht-invasiven Bestimmung der venösen Blutoxygenierung an einzelnen Gefäßen entwickelt werden. Erste in vivo Ergebnisse des Gefäßnetzwerkes verdeutlichen, dass für eine genaue Quantifizierung der Blutoxygenierung weitere Parameter, wie das Blutvolumen, unabhängig bestimmt werden müssen. Dennoch ist es möglich, die Methode am einzelnen Blutgefäß zur besseren Charakterisierung von Pathologien sowie physiologischen Änderungen,z.B. bei der funktionellen Magnetresonanztomographie, einzusetzen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-13751/ilm1-2007000258.pdf
Gersch, Oliver;
Convergence in distribution of random closed sets and applications in stability theory of stochastic optimisation, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 159 S., 674 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen

In dieser Dissertation wird die einseitige Konvergenz in Verteilung fuer abgeschlossene zufaellige Mengen und deren Anwendung auf stochastische Optimierungsprobleme untersucht. Ausgehend von den Konvergenzbegriffen von Kuratowski-Painleve wird Konvergenz in Verteilung basierend auf Hit- und Miss- Topologien definiert. Wichtige Hilfsmittel wie das Continuous Mapping Theorem und halbstetige Verallgemeinerungen werden bereitgestellt. Es wird eine Vielzahl von hinreichenden Bedingungen fuer die Konvergenz der Epigraphen zufaelliger unterhalbstetiger Funktionen bewiesen. Dabei wird gezeigt, wie Klassen stochastischer Prozesse dem Mengenkonvergenzansatz zugaenglich gemacht werden koennen. Neben der unterhalbstetigen Modifikation der Skorohod-Raeume D wird mit Hilfe der Methode der Konvergenz endlichdimensionaler Verteilungen ein neues Konvergenzkriterium fuer die Konvergenz stochastischer Prozesse mit unterhalbstetigen Trajektorien bewiesen. Aussagen ueber die Konvergenz in Verteilung der optimalen Werte und der Loesungsmengen stochastischer Optimierungsprobleme werden hergeleitet und fuer einseitige Abschaetzungen und Konfidenzbereiche angewendet. Im letzen Kapitel wird gezeigt, wie sich das Konzept der einseitigen Mengenkonvergenz in Verteilung auf die Menge der effizienten Punkte und die Loesungsmengen stochastischer Vektoroptimierungsprobleme anwenden laesst. Hierbei wird wie in der eindimensionalen Optimierung auch die naeherungsweise Optimalitaet (epsilon optimality) betrachtet.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2007000011
Klaus, Jenny;
Bifurcations from homoclinic orbits to a saddle-centre in reversible systems, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S:, 1369 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Parallel als Druckausg. erschienen

In der Dissertation werden Bifurkationen homokliner Orbits zu einem Sattel-Zentrum in reversiblen Systemen betrachtet. Das Sattel-Zentrum wird durch ein Paar rein imaginärer Eigenwerte generiert, der Rest des Spektrums besteht aus Eigenwerten mit einem von Null verschiedenen Realteil. Somit ist die zweidimensionale Zentrumsmannigfaltigkeit mit einer Familie symmetrischer, periodischer Orbits ausgefüllt. In der Dissertation wurde Lin's Methode auf den Fall nicht hyperbolischer Gleichgewichtslagen erweitert. Ursprünglich wurde diese Methode für Untersuchungen des Bifurkationsverhaltens von Orbits, welche hyperbolische Gleichgewichtslagen verbinden, entwickelt. Zuerst werden in der Dissertation 1-homokline Orbits zur Zentrumsmannigfaltigkeit betrachtet. Dabei werden 1-homokline Orbits zur Gleichgewichtslage, 1-homokline Orbits zu periodischen Orbits der Zentrumsmannigfaltigkeit und heterokline Orbits, die verschiedene Orbits der Zentrumsmannigfaltigkeit verbinden, unterschieden. Ein zweiter Aspekt der Dissertation ist die Detektion von verzweigenden symmetrischen, 1-periodischen Orbits. Dabei dienen die verzweigenden 1-Homoklinen zur Zentrumsmannigfaltigkeit als Basis für die Diskussion der zugehörigen Verzweigungsgleichungen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7574
Pollmann, Frank;
Charge degrees of freedom on frustrated lattices, 2006. - Online Ressource : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Zsfassung in dt. Sprache. - urn:nbn:de:gbv:ilm1-2006000140

Elektronische Korrelationen spielen in der Physik der kondensierten Materie eine wichtige Rolle, sie führen zu Phänomenen wie Magnetismus oder dem Mott-Hubbard Metall-Isolator-Übergang. In dieser Arbeit wird eine neuartige Klasse von Modellen stark korrelierter Elektronen betrachtet [fulde2002]. Diese ermöglicht aufgrund des Wechselspiels zwischen starken Korrelationen und geometrischer Frustration das Auftreten fraktional geladener Teilchen in zwei Dimensionen (2D) und drei Dimensionen (3D). Geometrisch frustrierte Systeme sind durch eine hohe Dichte niedrig liegender Anregungen gekennzeichnet welche zu einer großen Suszeptibilität und somit zu interessanten physikalischen Effekten führen kann. Diese Arbeit enthält eine systematische Untersuchung von stark korrelierten spinlosen Fermionen auf bestimmten frustrierten Gittern. Insbesondere wird der interessante Grenzfall untersucht, in dem eine Wechselwirkung V zwischen benachbarten Plätzen groß gegenüber dem Hüpfmatrixelement |t| ist. In diesem Fall können fraktionale Ladungen \pm e/2 realisiert werden. Im klassischen Grenzfall (t=0) führt die geometrische Frustration zu einer makroskopischen Entartung und alle Grundzustände können, abhängig vom Füllfaktor, auf Schleifen- beziehungsweise Dimer-Konfigurationen auf Gittern abgebildet werden. Zum Beispiel können die klassischen Grundzustände des halb gefüllten Checkerboard-Gitters auf dicht gepackte Schleifen-Konfigurationen auf dem QuadratGitter abgebildet werden. Die Korrelationsfunktionen zwischen zwei Defekten (zwei fraktionalen Ladungen) werden jeweils für Schleifen- und Dimer-Modelle auf unterschiedlichen Gittern analytisch und numerisch berechnet. Die Ergebnisse zeigen eine algebraische Abnahme mit der Entfernung auf 2D bipartiten Gittern und eine exponentielle auf dem 2D Dreiecks-Gitter, welches nicht bipartit ist. Die Korrelationen auf dem 3D bipartiten Diamant-Gitter fallen exponentiell mit dem inversen Abstand ab. Die makroskopische Entartung des Grundzustandes im klassischen Grenzfall wird bei endlichem t durch Quantenfluktuationen aufgehoben. Wir berechnen mit Hilfe der numerischen Diagonalisierung den quantenmechanischen Grundzustand sowie die niedrig liegenden Anregungen auf kleinen Checkerboard-Clustern. Für den Fall |t|\ll V ist ein effektiver Hamilton-Operator in niedrigster Ordnung durch Ringaustausch um Hexagone (\sim t^{3}/V^{2}) gegeben [runge2004]. Eine Eichtransformation ermöglicht es, das fermionische Vorzeichenproblem für den Grundzustand und die niedrig liegenden Anregungen zu eliminieren. Folglich kann das System bezüglich dieser Anregungen durch ein äquivalentes bosonisches System beschrieben werden. Der quantenmechanische Grundzustand zeigt eine langreichweitige Ordnung. Zwei statische fraktionale Ladungen erfahren eine gegenseitige anziehende Kraft, welche unabhängig vom Abstand ist. Diese resultiert aus einer Reduktion der Quantenfluktuationen und der Polarisation des Vakuums entlang einer Linie, welche die beiden fraktionalen Ladungen miteinander verbindet. Die berechneten Spektralfunktionen zeigen im niedrig energetischen Bereich eine breite Struktur, welche durch die Dynamik der fraktional geladenen Anregungen entsteht. In den Spektralfunktionen zeigen sich Signaturen von Landau'schen Quasiteilchen mit großer räumlicher Ausdehnung (gebundene Paare von zwei fraktional geladenen Teilchen). Berechnungen der optischen Leitfähigkeit zeigen, wie fraktionale Ladungen zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen. Durch eine geeignete Erweiterung unseres Modells kann man erreichen, dass es für einen Punkt im Parameterraum exakt lösbar wird. Dieser Punkt hat große Ähnlichkeit mit dem Rokhsar-Kivelson Punkt des Quanten-Dimer Modells [rokhsar1988]. An diesem Punkt sind die fraktionalen Ladungen ungebunden. Für ein tieferes Verständins des betrachteten Modells auf dem Checkerboard-Gitter führen wir eine Abbildung auf eine U(1) Gitter-Eichtheorie ein. Diese stellt einen Bezug zwischen fraktionalen Ladungen auf frustrierten Gittern und der kompakten Quantenelektrodynamik in 2+1 Dimensionen her. Des weiteren können wir mit Hilfe einer Dualitätstransformation unser Modell auf das Höhenmodell abbilden. Für eine erste Untersuchung eines 3D Systems mit fraktionalen Ladungen leiten wir einen effektiven Hamilton-Operator für das halb gefüllte Pyrochlor-Gitter her. Mit Hilfe von numerischen Diagonalisierungen berechnen wir den Grundzustand von kleinen Pyrochlor-Gittern. Qualitative Unterschiede und Ähnlichkeiten zum Grundzustand des oben beschriebenen Checkerboard-Gitters werden diskutiert.



http://d-nb.info/982205066/34
Rentenberger, Rosina;
Structure and molecular dynamics of liquid crystalline : isotropic block copolymers, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 155 S., 4003 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
Parallel als Druckausg. erschienen

Mikrophasen separierte Blockcopolymere stellen einen wichtigen Bestandteil der modernen Nanotechnologie dar. Sie kombinieren zwei Polymere mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und zeigen eine Domänenbildung im Nanobereich. In dieser Dissertation wurden Morphologie, Molekulardynamik und Phasenübergänge von neuartigen seitenketten-flüssigkristallinen / Polystyren (PSLC) Diblockcopolymeren mit gut definierter chemischer Struktur, breitem Zusammensetzungsbereich und einer engen Molekulargewichtsverteilung studiert. Die Morphologie der mikrophasenseparierten Blockcopolymere wurde mittels Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) untersucht. Es wurden vier Typen von Strukturen gefunden: Polystyren-(PS)-Zylinder in einer flüssigkristallinen (LC)- Matrix, alternierende Lamellen, LC-Zylinder in einer PS-Matrix und LC-Kugeln in einer PS-Matrix. Die Größenordnung der Domänen lag zwischen 9 und 26 nm, die der Gitterkonstanten zwischen 27 und 47 nm. Das Phasendiagramm verhielt sich in einem Temperaturbereich von 25 bis 170 &ring;C stabil, d.h. die Morphologie der Proben änderte sich nicht. Dennoch unterschied es sich auf Grund des Einflusses der nematischen LC Phase sehr stark vom Phasendiagramm der isotrop/isotropen (I/I) Blockcopolymere. Im Gegensatz zum Phasendiagramm der I/I Blockcopolymere, wies das der untersuchten PSLC Proben eine starke Asymmetrie auf. Die Molekulardynamik wurde mit dielektrischer Spektroskopie (DS) untersucht. Vier Relaxationsprozesse wurden dabei festgestellt zwei segmentale ({alpha}-Relaxation und {delta}-Relaxation) und zwei lokale {beta}-Relaxation und {gamma}-Relaxation). Die {alpha}-Relaxation bezieht sich auf die segmentale Bewegung der Hauptkette zusammen mit der Seitenkette. Die {delta}-Relaxation korrespondiert mit der Bewegung der Seitenkette als ganze. Die {beta}-Relaxation der Rotation der Biphenyl Mesogene um ihre Längsachse. Die {gamma}-Relaxation entspricht der Bewegung der Alkylspacer in der Seitenkette des LC Blocks. Während {alpha}- und {delta}-Relaxationen kooperativen Charakter aufweisen, verhält sich die {beta}-Relaxation teilweise kooperativ und {gamma}-Relaxation rein local. PSLC mit eine LC Phase, die eine eingeschränkte Geometrie aufweisen, zeigen einen zusätzlichen Relaxationsprozess bei niedrigen Frequenzen: die sogenannte Maxwell-Wagner (MW) Polarisation. Diese zeigt sich aufgrund der Polarisation am Interface zwischen dem LC und PS Block. Die räumliche Einschränkung des LC Blocks in 1D (Lamellen) und 2D (Zylinder) Domänen hat unterschiedlichen Einfluss auf die dielektrischen Parameter der {alpha}, {delta}, {beta} und {gamma}-Relaxationen, abhängig von der Kooperationslänge für den jeweiligen Prozess. Es wurde festgestellt, dass die Relaxationszeit {tau} für {delta}- und {alpha}-Relaxationensprozesse in eingeschränkter Geometrie signifikant abnimmt. Die Abnahme in {tau} ist bei 2D Begrenzung (zylindrische LC Domänen) stärker ausgeprägt. Die Abhängigkeit der Ralaxationszeit des {beta}-Prozesses von der Einschränkung ist ähnlich der der {alpha}- und {delta}-Relaxationen, wenn auch weniger stark ausgeprägt. Die Relaxationszeit der {gamma}-Relaxation wird nicht durch die Domänenform oder Dimension beeinflusst. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zu einem besseren Verständnis der Morphologie und Molekulardynamik von seitenketten- flüssigkristallinen / isotropen (SCLC/I) Blockcopolymeren bei. Sie geben auch Aufschluss über die Molekulardynamik in eingeschränkter Geometrie. Die hier präsentierten Ergebnisse bilden damit eine Basis für einerseits weiterführende Entwicklungen im Polymer-LC Design für technische Anwendungen und andererseits für Verbesserungen der aktuell existierenden Theorien über SCLC/I Blockcopolymere.



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Gnehr, Wolf-Michael;
Untersuchungen zum reaktiven Pulsmangetronsputtern von ITO von metallischen Targets, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 128 S., 4891 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
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Vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit einem reaktiven Sputterprozess zur Abscheidung von ITO-Schichten. Ausgangspunkt der Technologie sind nicht die gemeinhin eingesetzten keramischen Targets, sondern 600 mm lange Legierungstargets. Zur Prozessstabilisierung wird ein auf Plasmaemission basierender Regelkreis eingesetzt. Die Untersuchen belegen, dass mit dieser Regelung tatsächlich über längere Zeiträume eine stabile Prozessführung zu erreichen ist. Die für die optischen und elektrischen Eigenschaften der deponierten ITO-Filme relevanten Prozessparameter werden untersucht. Es sind dies neben dem über den Arbeitspunkt des Regelkreises eingestellten Sauerstofffluss auch Substrattemperatur sowie weniger offensichtliche Größen wie der Substrat-Target-Abstand. Dabei wird insbesondere auf die Abscheidung mit gepulsten Plasmen eingegangen. Zur Plasmageneration werden neuartige bipolare Puls- und Pulspaketgeneratoren verwendet. Um die Auswirkungen der Pulspaketparameter auf die abgeschiedenen Schichten zu interpretieren, wird eine Monte-Carlo-Simulation des Partikelstromes in gepulsten Plasmen entwickelt. Ergebnis dieser Simulation ist die Verteilung der Partikelanzahl und Energie auf beliebigen Ebenen im Prozessraum. Betrachtet werden sowohl abgesputterte Partikel als auch am Target reflektierte Sputtergasatome. Die Resultate der Berechnungen erlauben die Interpretation der Auswirkungen diverser Pulsparameter auf die Eigenschaften der deponierten Schichten. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wird der Einfluss der Prozesskammergeometrie auf die Filmeigenschaften betrachtet. Zu diesem Zweck werden ortsaufgelöst optische Untersuchungen des beschichteten Substrates vorgenommen. Zur Auswertertung dieser Messungen wird ein neuartiges verbundenes Fitverfahren entwickelt, dessen Resultat die Verteilung bestimmter Fitparameter über dem Substrat darstellt. Bei den komplexesten der verwendeten Ansätze für die dielektrische Funktion sind dies zum Beispiel die Dichte der Ladungsträger sowie der ionisierten Störstellen. Den Kern des vorgestellten Verfahrens bildet ein Algorithmus, der die Übereinstimmung zwischen simulierten und an einer bestimmten Stelle des Substrates gemessenen Spektren optimiert und dabei die Resultate benachbarter Messpositionen berücksichtigt. Dieses Verfahren wird dann eingesetzt, um unterschiedliche Prozesskammerbauarten hinsichtlich ihrer Einflüsse auf die darin abgeschiedenen ITO-Schichten zu untersuchen.



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Zhokhavets, Uladzimir;
Composite conjugated polymer/fullerene films : structure-property relation, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 108 S., 5310 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Plastiksolarzellen stellen aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten, Flexibilität und niedrigem Gewicht eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen, auf anorganischen Materialien basierenden Solarzellen, z. B. Silizium, dar. Momentan wird die Vermarktung durch die relativ geringe Effizienz im Vergleich zu den sehr häufig eingesetzten Siliziumsolarzellen behindert. Um das Funktionsprinzip der Plastiksolarzellen zu verstehen und die Effizienz zu steigern, müssen Informationen über die Struktur der Absorberschicht gewonnen werden. Speziell der Zusammenhang zwischen dem strukturellen Aufbau der Absorberschicht und deren optischen und elektrischen Eigenschaften ist von herausragender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Zusammenhang zwischen den strukturellen und optischen Eigenschaften sowie dem Ladungsträgertransport von konjugierten Polymer/Fulleren-Kompositschichten zu untersuchen, die als Absorberschichten in Plastiksolarzellen verwendet werden. Wir haben damit begonnen, mittels Röntgen-Diffraktometrie und Spektralellipsometrie reine Polythiophen-Schichten zu untersuchen. Die Ergebnisse beider Methoden zeigen, dass sich auf der Oberfläche des Substrates zunächst eine hoch geordnete Polythiophen-Grenzschicht ausbildet. Danach findet man für das Polythiophen über der geordneten Grenzschicht eine stetige Zunahme der Unordnung mit steigendem Abstand zum Substrat. Des Weiteren wurden die für das Schichtwachstum wichtigen Parameter ermittelt und der Zusammenhang zwischen der anisotropen Ladungsträgerbeweglichkeit und der Schichtstruktur demonstriert. In einem nächsten Schritt wurden Polythiophen/Fulleren-Kompositschichten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Tempern der Kompositschichten zur Ausbildung der Polythiophenkristalliten führt. Ursache hierfür ist die verstärkte thermische Diffusion von Fullerenmolekülen während des Temperprozesses. Die Ausbildung von Polythiophenkristalliten hat zur Folge, dass die Absorption im sichtbaren Spektralbereich verstärkt wird. Die festgestellte Erhöhung des Wirkungsgrades von getemperten Polythiophen/Fulleren-Solarzellen nach dem Tempern wird durch die verbesserte Absorption und die gestiegene Ladungsträgerbeweglichkeit erklärt.



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Hild, Wolfram;
Tribologische Untersuchungen an Mikrosystemen : Einfluss der Benetzbarkeit, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 135 S., 2668 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Die Benetzbarkeit von Oberflächen hat einen großen Einfluss auf die Funktionalität von Mikrosystemen. Der negative Einfluss des Wassers auf hydrophilen Oberflächen kann durch Verwendung hydrophober Selbstassemblierender Monoschichten (SAMs) oder Immersion in eine Flüssigkeit verringert werden. Die Aufrauung hydrophober Oberflächen führt zu einer weiteren Verringerung der Wechselwirkung mit Wasser, was für mikrofluidische Anwendungen interessant ist. In dieser Arbeit wurde ein Mikrotribometer mit einer Kraftauflösung von 100 nN und Maximalkräften von 200 mN verwendet, um die tribologischen Eigenschaften von hydrophilen und hydrophoben Mikrokontakten an Luft und im Kontakt mit Flüssigkeiten zu untersuchen. Die Benetzbarkeit von Siliziumoberflächen wurde durch Ätzen (Kontaktwinkel [KW] unmessbar klein), SAMs (KW 110&ayn;) und durch Aufrauung (KW bis zu 170) variiert. Als Gegenprobe wurde eine Siliziumkugel mit 1 mm Durchmesser verwendet. Benetzende Proben wiesen an Luft hohe Reibung (æÜÞ0,5) und Adhäsion (ÜÞ200 æN) durch Kapillarkräfte auf. Beide Größen waren durch die Verwendung hydrophober Schichten (OctadecylTrichloroSilane [OTS]: æÜÞ0,05, PerFlouroDecylTrichloroSilane [FDTS]: æÜÞ0,1) stark reduziert. Während die Reibungskraft mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit aufgrund der Wirkung des Kapillarhalses für die Oxid-bedeckten, hydrophilen Proben sinkt, steigt sie bei den Monoschichten proportional zur Kontaktfläche und zum Logarithmus der Gleitgeschwindigkeit auf etwa das Doppelte an. Mit steigender Rauigkeit sinkt die Reibung für die hydrophilen (ca. 40%) und FDTS-bedeckten Proben (ca. 20%) an Luft. Im Gegensatz dazu erhöht sie sich für OTS (ca. 60%). Die Linearisierung der Reibungs-Last-Kurven wurde mit einer Veränderung der realen Kontaktfläche erklärt. Bei Untersuchungen zur Lebensdauer zeigte sich, dass OTS mit 140 mN eine höhere kritische Last hat als FDTS mit 30 mN. Auf rauen Oberflächen war die kritische Last auf 1/3 des Ausgangswertes reduziert. In Wasser trat eine Umkehr der Verhältnisse auf. Hydrophile Proben stießen sich aufgrund von elektrischen Doppellagenkräften und Hydrationskräften ab (repulsive Kraft bis zu 1 æN) und wiesen verringerte Reibung (æÜÞ0,3) auf. Im Gegensatz dazu zogen sich hydrophobe Proben aufgrund der hydrophoben Anziehung an. Auch mit einem Modellöl konnte bei benetzenden Proben Abstoßung (0,4 æN) beobachtet werden, die durch Verwendung eines Additivs mit polarer Kopfgruppe erhöht war (1 æN). Die durchgeführten Messungen an Luft und in Flüssigkeiten zeigen Möglichkeiten der Schmierung von Mikrosystemen und ihre Wirkmechanismen. Abrisskräfte von Wassertröpfchen (V = 0,5..10 æl) wurden gemessen und mittels eines Modells beschrieben. Es korreliert die Kraft mit dem Kontaktwinkel, der Oberflächenspannung, dem Tropfenvolumen und der effektiven Grenzflächenspannung. So sind Aussagen über die reale Kontaktfläche eines Tröpfchens mit diesen Oberflächen möglich. Umgekehrt können über Kontaktwinkelmessungen auch Abschätzungen über die Adhäsion getroffen werden. Die Überlegungen erlauben gezielte Anwendungen für die Mikrofluidik wie die Manipulation von einzelnen Tröpfchen.



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Schreyer, Jens;
Oblique graphs, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 69 S., 470 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung asymmetrischer Strukturen in Graphen. Dabei wird insbesondere betrachtet, inwieweit solche Strukturen in Graphen beliebiger Größe auftreten können. Nach einem Satz von Wright sind fast alle Graphen asymmetrisch. Auf der anderen Seite zeigen viele Resultate der Ramsey-Theorie, dass bei wachsenden Strukturen gewisse Regularitäten oder Ähnlichkeiten oft unvermeidlich sind. Der Begriff der Asymmetrie wird dahingehend erweitert, dass auch lokale Ähnlichkeiten ausgeschlossen werden. Graphen mit dieser hochgradigen Asymmetrieeigenschaft werden schräge Graphen (oblique graphs) genannt. Im ersten Teil der Arbeit werden asymmetrische Strukturen in Polyedergraphen untersucht. Für diese Graphenklasse sind Symmetrieeigenschaften in der Vergangenheit bereits oft untersucht worden. In dieser Arbeit werden verschiedene Typdefinitionen für die Flächen und Kanten eines Polyedergraphen vorgestellt. Ein Polyedergraph ist schräg bezüglich einer solchen Definition, wenn keine zwei Flächen beziehungsweise Kanten den gleichen Typ haben. Die Hauptresultate dieses Teils der Arbeit sind Sätze, die die Endlichkeit der Menge solcher schräger Graphen zeigen. Darüber hinaus kann in manchen Fällen gezeigt werden, dass jeder hinreichend große Polyedergraph mehr als z Kanten oder Flächen eines gemeinsamen Typs enthalten muss, wobei z eine beliebige natürliche Zahl ist. Im weiteren Verlauf werden die Endlichkeitsresultate über schräge Polyedergraphen auf Landkarten auf Flächen höheren Geschlechts übertragen. Im zweiten Teil der Arbeit werden schließlich asymmetrische Strukturen in allgemeinen Graphen untersucht. Ein schlichter Graph wird eckenschräg genannt, wenn sich je zwei Ecken in der Gradfolge ihrer Nachbarecken unterscheiden. Es wird gezeigt, dass es selbst unter verschiedenen zusätzlichen einschränkenden Bedingungen unendlich viele solche Graphen gibt. Im letzten Abschnitt der Arbeit werden schließlich Zufallsgraphen betrachtet. Es wird gezeigt, dass mit wachsender Eckenzahl die Wahrscheinlichkeit eines Zufallsgraphen, eckenschräg zu sein, gegen 1 konvergiert. Das heißt, fast jeder Graph ist eckenschräg, falls sich die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine bestimmte Kante im Zufallsgraphen auftritt, innerhalb gewisser, vorgegebener Grenzen bewegt.



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Andallah, Laek Sazzad;
A hexagonal collision model for the numerical solution of the Boltzmann equation, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1104 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss. 2005
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In kompakter Form werden die Hauptergebnisse der diskreten Boltzmann-Gleichung basierend auf hexagonalen Elementen vorgestellt. Zwecks Lösung dieses Problems mittels des hexagonalen diskreten Geschwindigkeitsmodells, werden im Rˆ2 automatisch beliebig große Sechseckgitter generiert. Zur Identifikation jeder Sechseckstruktur wird gezeigt, dass der Mittelpunkt eines beliebigen regulären Hexagons entweder in die Mitte eines Basishexagons fällt oder ein Gitterknoten ist. Wir beweisen, dass bei Zugrundelegung des binären Stoßgesetzes der globale Stoßoperator in einem beschränkten Sechseckgitter in Rˆ2 nur eine künstliche Invariante besitzt, die auch aufgezeigt wird. Wir formulieren ein N-Schicht-Modell zum Aufstellen von generellen Formeln für alle möglichen regulären Hexagons auf dem Gitter G_N dieser Schicht und beweisen damit ihre Existenz. Dazu bestimmen wir den numerischen Aufwand (flops) zur Auswertung des Boltzmann-Stoßoperators im N-Schicht-Modell. Weiterhin entwickeln wir die kinetische Theorie der diskreten Boltzmann-Gleichung für eine hexagonale Diskretisierung in Rˆ3. Das hexagonale Stoßmodell in Rˆ3 wird vorgestellt und das lokale Stoßmodell dazu ist ein 12-Geschwindigkeitsmodell entsprechend den 12 Ecken eines kubischen Oktahedron ('hexagonaler Kubus' bzw. 'h-Kubus'). Die Berücksichtigung nur des binären Stoßgesetzes in dem lokalen Stoßmodell führt hier auf drei künstliche Invarianten. Aber bei Einbeziehung des Drei-Teilchen-Stoßgesetzes wird das Auftreten dieser künstlichen Invarianten vermieden. Wir beweisen, dass das 3D-hexagonale Modell die grundlegenden Eigenschaften der klassischen kinetischen Theorie erfüllt. Schließlich zeigen wir noch, dass dieses 3D-Modell der genannten Theorie auch mit dem 2-Teilchen-Stoßgesetz ab dem 216-Geschwindigkeitsmodell genügt. Wir präsentieren die Konstruktionen der Gleichgewichtsverteilung für das allgemeine 2D N-Schicht-Modell und für das 3D-Modell, wobei die Gleichgewichtsverteilung sich auf die Parameter von Masse, Momenten und kinetischen Energie beziehen. Wir geben dazu numerische Ergebnisse für das 2D als auch 3D hexagonale Modell an.



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Geletu, Abebe;
A coarse solution of generalized semi-infinite optimization problems via robust analysis of marginal functions and global optimization, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 182 S., 6978 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
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Die Arbeit beschäftigt sich überwiegend mit theoretischen Untersuchungen zur Bestimmung grober Startlösungen für verallgemeinerte semi-infinite Optimierungsaufgaben (GSIP) mit Methoden der globalen Optimierung. GSIP Probleme besitzen im Gegensatz zu den gewöhnlichen semi-infiniten Optimierungsaufgaben (SIP) die Eigenschaft, dass die Indexmenge, die die Restriktionen beschreibt, natürlich überabzählbar ist, wie bei (SIP) aber darüber hinaus von den Problemvariablen abhängig ist, d.h. die Indexmenge ist eine Punkt-Menge Abbildung. Solche Probleme sind von sehr komplexer Struktur, gleichzeitig gibt es große Klassen von naturwissenschaftlich-technischen, ökonomischen Problemen, die in (GSIP) modelliert werden können. Im allgemeinem ist die zulässige Menge von einem (GSIP) weder abgeschlossen noch zusammenhängend. Die Abgeschlossenheit von der zulässigen Menge ist gesichert durch die Unterhalbstetigkeit der Index-Abbildung. Viele Autoren machen diese Voraussetzung, um numerische Verfahren für (GSIP) herzuleiten. Diese Arbeit versucht erstmals, ohne Unterhalbstetigkeit der Index-Abbildung auszukommen. Unter diese schwächeren Voraussetzungen kann die zulässige Menge nicht abgeschlossen sein und (GSIP) kann auch keine Lösung besitzen. Trotzdem kann man eine verallgemeinerte Minimalstelle oder eine Minimalfolge für (GSIP) bestimmen. Für diese Zwecke werden zwei numerische Zugänge vorgeschlagen. Im ersten Zugang wird der zulässige Bereich des (GSIP) durch eine (gewöhnliche) parametrische semi-infinite Approximationsaufgabe beschrieben. Die Marginalfunktion der parametrischen Aufgabe ist eine exakte Straffunktion des zulässigen Bereiches des (GSIP). Im zweiten Zugang werden zwei Straffunktionen vorgestellt. Eine verwendet die semi-infinite Restriktion direkt als einen "Max"-Straffterm und die zweite entsteht durch das "lower level Problem" des (GSIP). In beiden Zugänge müssen wir uns mit unstetigen Optimierungsaufgaben beschäftigen. Es wird gezeigt, dass die entstehende Straffunktionen oberrobust (i.A. nicht stetig) sind und damit auch hier stochastische globale Optimierungsmethoden prinzipiell anwendbar sind. Der Hauptbeitrag dieser Arbeit ist die Untersuchung von Robustheiteigenschaften von Marginalfunktionen und Punkt-Menkg-Abbildung mit bestimmte Strukturen. Dieser kann auch als eine Erweiterung der Theorie der Robusten Analysis von Chew & Zheng betrachtet werden. Gleichzeitig wird gezeigt, dass die für halbstetigen Abbildungen und Funktionen bekannten Aussagen bis auf wenige Ausnahmen in Bezug auf das Robustheitskonzept übertragen werden können.



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Pruchnewski, Anja;
Das graphentheoretische Dominanzproblem als stetiges Optimierungsproblem, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 79 S., 395 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
Parallel als Druckausg. erschienen

Unter dem Dominanzproblem verstehen wir die Bestimmung der Dominanzzahl eines Graphen. Das zugehörige Entscheidungsproblem ist NP-vollständig. Somit ist man sowohl an guten oberen Schranken für die Dominanzzahl als auch an (möglichst effizienten) Algorithmen interessiert, die eine dominierende Menge liefern, deren Kardinalität diese Schranke nicht übersteigt.- In dieser Arbeit gelingt es, mit Mitteln der wahrscheinlichkeitstheoretischen Methode stetige Optimierungsprobleme für die Dominanzzahl, die Vektordominanzzahl, die totale Dominanzzahl bzw. die totale Vektordominanzzahl sowie die Überdeckungszahl (und damit auch für die Unabhängigkeitszahl) aufzustellen. Davon ausgehend werden Methoden zur Gewinnung oberer Schranken für die Dominanzzahlen der untersuchten Konzepte angegeben. Es werden Algorithmen vorgestellt, die für eine vorgegebene Schranke eine Knotenmenge berechnen, deren Kardinalität diese Schranke nicht übersteigt und die im entsprechenden Sinn dominierend ist. Die Algorithmen erweisen sich als polynomial für die Dominanz und die totale Dominanz, im Falle beschränkter Maximalvalenz auch für die Vektordominanz und die totale Vektordominanz. - Eine geeignete Einschränkung des zulässigen Bereiches liefert für paare Graphen explizit berechenbare Schranken in Abhängigkeit von den Minimalvalenzen in den Partitionsklassen. Diese Schranken sind gegenüber den aus der Literatur bekannten Schranken verbessert. Die Betrachtung verallgemeinerter Bipartitionen für nicht notwendig paare Graphen ermöglicht ebenfalls die Berechnung verbesserter Schranken und zudem die Berücksichtigung weiterer Graphenparameter bei der Schrankenberechnung.



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Yanev, Vasil;
Erzeugung, Charakterisierung und Strukturierung von Fluorocarbon-Plasmapolymeren für den Einsatz in der Mikrosystemtechnik, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 133 S., 1681 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
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Neue Anwendungsgebiete für die Mikrosystemtechnik werden insbesondere durch neuartige Dünnschichttechnologien erschlossen. Von besonderem technischem Interesse ist die Fluorocarbon-Plasmapolymerisation, da deren Polymere günstige und ganz spezifische Eigenschaften für neue Applikationen in der Mikrosystemtechnik besitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, unter Nutzung der Plasmapolymerisation Fluorocarbon-Schichten (FC-Schichten) auf bzw. in Siliziummikrokomponenten zu erzeugen und die Eigenschaften der Beschichtungen (elektrische, chemische, Oberflächen-, Adhäsionseigenschaften etc.) zu untersuchen. Ein weiteres Ziel ist, neue Strukturierungsverfahren zu entwickeln, die den Einsatz selektiv aufgebrachter FC Beschichtungen in verschiedenen mikrotechnischen Anwendungen gewährleisten können. FC-Schichten wurden in einem Parallelplattenreaktor unter Verwendung von CHF3 als Prozessgas hergestellt. Um die Prozesseinflussgrößen auf die Abscheideparameter und auf die Filmeigenschaften zu erfassen, wurde die Plasmaabscheidung in Abhängigkeit von den wesentlichen Prozessparametern (Gaszusammensetzung, -druck, -flussrate, Plasmaleistung) untersucht. Die erzeugten FC-Schichten zeichnen sich durch eine niedrige Oberflächenenergie (Kontaktwinkel mit Wasser über 104&ayn;), niedrige Dielektrizitätskonstante (ca. 2,09) und hohe Durchschlagspannung (1,35x108 V/m) aus. Weitere Eigenschaften der FC Schichten wie die chemische Stabilität in verschiedenen Medien, die chemische Zusammensetzung und die Adhäsion zum Si wurden tiefgründig untersucht und analysiert. Der wichtigste Teil der Arbeit bestand in der Untersuchung verschiedenartiger Strukturübertragungsverfahren für die FC-Schichten wie die konventionelle Strukturierung durch Photoresistmasken, die Strukturierung durch Metallmasken und die Lift-off-Technik. Es wurden neue Technologien zur Herstellung selektiver FC Schichten in tiefen nass- bzw. trockengeätzten Si-Strukturen entwickelt. Es war möglich, FC Beschichtungen nur in den strukturierten Bereichen (flächig selektiv) zu erzeugen, wobei die restlichen Flächen unbeschichtet blieben. Aufgrund der gesammelten Erfahrung in dieser Arbeit sind einige Beispiele für mögliche Anwendungen der FC-Schichten in der Mikrosystemtechnik (wie strukturierbare- und Maskierungsschichten, hydrophobe Schichten und Schichten mit niedriger Reibung, Passivierungs- und Schutzschichten) dargestellt.



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Schilder, Frank;
Numerische Approximation quasiperiodischer invarianter Tori unter Anwendung erweiterter Systeme, 2004. - Online-Ressource (PDF-Datei: 138 S., 6523 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
Parallel als Druckausg. erschienen

In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus zur Approximation quasiperiodischer invarianter Tori entwickelt. Er basiert auf einer Invarianzgleichung für Tori die von einer quasiperiodischen Lösung dicht ausgefüllt werden. Für die Herleitung dieser Gleichung ist keine Transformation des Systems in (lokale) Toruskoordinaten nötig, was die Konstruktion von Diskretisierungsverfahren erheblich vereinfacht und den vorgestellten Zugang von Früheren unterscheidet. - In Analogie zu periodischen Lösungen autonomer Systeme besitzt auch eine Lösung dieser Gleichung für jede unbekannte Basisfrequenz jeweils eine freie Phase, die durch Erweiterung der Gleichung um Phasenbedingungen fixiert werden können. Die hier konstruierten Phasenbedingungen sind dabei Verallgemeinerungen der für periodische Orbits bekannten Integralbedingung. Für die erweiterte Invarianzgleichung wird die Durchführbarkeit des Newton-Verfahrens für Funktionen gezeigt. - Konkrete Algorithmen werden durch Diskretisierung der Invarianzgleichung mittels Finiten-Differenzen- und, für Vergleichsrechnungen, Fourier-Galerkin-Verfahren konstruiert. Diese sind unabhängig vom Stabilitätstyp des Torus. Die Konvergenz der Finiten-Differenzen-Methode wird unter den Einschränkungen nachgewiesen, daß das System partitioniert vorliegt und der Torus asymptotisch stabil bzw. nach Zeitumkehr asymptotisch stabil ist. Der Nachweis der Stabilität des um Phasenbedingungen erweiterten diskretisierten Systems ist noch offen. Im Softwarepaket torcont, wurde eine Pseudo-Bogenlängen-Parameterfortsetzung auf der Grundlage der beschriebenen Verfahren (als Korrektor) implementiert und an zahlreichen Beispielen erfolgreich getestet, von denen eine Auswahl in der vorliegenden Arbeit diskutiert wird.



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Dienelt, Jens;
Chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen von Galliumarsenid : Prozessaufklärung und Anwendungen
1. Aufl.. - Berlin : VWF, Verl. für Wiss. und Forschung, 2004. - II, 122 S.. - (Akademische Abhandlungen zur Physik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 3897004097

Das chemisch unterstützte Ionenstrahlätzen (CAIBE) mit Cl2/Ar+ eignet sich neben Plasmatechniken besonders gut für die Strukturierung von GaAs-Oberflächen. Die wesentlichen Merkmale sind eine hohe Abtragsgeschwindigkeit, die Erzeugung senkrechter Ätzprofile, eine geringe Schädigung der oberflächennahen Bereiche oder glatte Bearbeitungsflächen. Der CAIBE-Prozess ermöglicht zudem die Untersuchung der ablaufenden Ätzmechanismen, da im Gegensatz zu den Plasmatechniken die Prozessparameter wie Ionenenergie, Ionenstromdichte, Ioneneinfallswinkel, Chlordruck oder Probentemperatur unabhängig voneinander variiert werden können. - Neben einem physikalischen und einem chemischen Abtragsanteil wird der CAIBE-Prozess durch starke Synergieeffekte zwischen beiden Anteilen bestimmt. Diese Synergien bewirken den Abtrag von Chloriden sowohl durch Stoßübertragungsprozesse der einfallenden Ionen als auch thermisch induziert durch die Erwärmung der Probenoberfläche und durch eine Erhöhung der Oberflächenreaktivität. - Die Prozessaufklärung erfolgte durch die Anwendung eines neuen Modellansatzes, der die wesentlichen Merkmale des CAIBE-Prozesses vereinigt. Die Modellparameter, deren Verläufe die Daten in der Literatur widerspiegeln, wurden dabei nur aus den experimentell ermittelten Messwerten der Ätzrate bestimmt. Einen wichtigen Modellparameter stellte der Chlorgehalt des Abgases dar. Dieser berücksichtigt den Anteil des in der Gesamtheit der abgetragenen Reaktionsprodukte enthaltenen Chlors. Mit steigendem physikalischen Anteil sinkt der Chlorgehalt bei konstantem Chlorangebot, da neben dem Abtrag niederer Chloride zunehmend auch reines Substratmaterial zerstäubt wird. Der Modellansatz ermöglichte im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen auch die Berechnung des zeitabhängigen Verhaltens des CAIBE-Prozesses. Die Verifizierung dieser Modellergebnisse erfolgte mit einem gepulsten Ionenstrahl und wurde durch die experimentellen Messwerte bestätigt. Eine Erhöhung der Abtragstiefe bei konstanter Ionenfluenz ist dabei auf die ablaufenden Prozesse während der Pausenzeit zurückzuführen, in der keine Ionenextraktion stattfindet. - Die Anwendung der Modellierung ermöglichte eine Optimierung der Prozessparameter. Dadurch wurden u.a. senkrechte Stufenkanten im Ätzprofil erzeugt. Diese Strukturen können beispielsweise als Beugungsgitter, als Bragg-Spiegel oder als Resonatorendflächen in oberflächenemittierenden Halbleiterlasern Einsatz finden. - Die Schädigung oberflächennaher Bereiche wurde nach Anwendung der Ionenstrahl-Schrägschlifftechnik auf Mehrlagen-Quantentrog-Strukturen mittels Photolumineszenzspektroskopie untersucht. Der CAIBE-Prozess verursachte infolge der erhöhten Abtragswirkung gegenüber dem reinen physikalischen Abtragsprozess eine geringere Schädigungstiefe. Wegen des Impulsübertrages der Ionen lässt sich die Schädigung jedoch nicht vollständig vermeiden.



Gerlach, Tobias;
Über Kreise durch vorgeschriebene Elemente eines Graphen, 2004. - 1,96 MB, Text : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
Parallel als Druckausg. erschienen

Ein linear forest ist ein kreisloser Graph mit einer Maximalvalenz von höchstens zwei. Damit besteht ein linear forest lediglich aus (isolierten) Knotenpunkten und/oder Wegen.Inhalt der vorliegenden Arbeit sind hinreichende Zusammenhangs- und Toughnessvoraussetzungen für die Existenz eines Kreises durch einen vorgeschriebenen linear forest eines Graphen. Es werden die Fälle betrachtet, daß der vorgeschriebene linear forest aus allen Knotenpunkten des Graphen (Hamiltonkreise, speziell in sep-chordalen planaren Graphen), aus einigen Knotenpunkten des Graphen bzw. aus einigen Knotenpunkten und einigen Kanten des Graphen besteht. Darauf aufbauend wird die Fragestellung nach der Existenz eines Kreises durch einige vorgeschriebene Knotenpunkte und einige vorgeschriebene Kanten mit einer zusätzlich vorgeschriebenen Durchlaufungsreihenfolge (speziell in chordalen Graphen) untersucht. -



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Wagenknecht, Thomas;
Homoclinic bifurcations in reversible systems, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 138 S., 964 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit untersucht Bifurkationen homokliner Lösungen in gewöhnlichen Differentialgleichungen. Homokline Lösungen sind in positiver und negativer Zeit asymptotisch zu einer Gleichgewichtslage, d.h. zu einer konstanten Lösung der Differentialgleichung. Die Arbeit betrachtet solche homokline Bifurkationen, die von einer Veränderung des Typs dieser assoziierten Gleichgewichtslage herrühren. Verschiedene Szenarien werden in der Klasse der reversiblen Differentialgleichungen analysiert. - Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit Homoklinen an Gleichgewichtslagen, welche selbst in einer lokalen Bifurkation verzweigen. Dabei verändert sich der Typ der Gleichgewichtslage vom reellen Sattel (mit führenden reellen Eigenwerten) zum Sattel-Zentrum (mit einem Paar rein imaginärer Eigenwerte). Das Miteinander lokaler und globaler Bifurkationseffekte erfordert eine neuartige Behandlung: Durch eine Kombination analytischer und geometrischer Techniken wird eine Beschreibung verzweigender Homoklinen gewonnen. Dabei werden sowohl rein reversible Systeme als auch Systeme mit zusätzlicher Symmetrie und Hamilton-Struktur betrachtet. - Im zweiten Teil der Arbeit werden homokline Bifurkationsphänomene untersucht, die von einer Typveränderung der Gleichgewichtslage von rellem Sattel zu komplexem Sattel- Fokus (mit komplexen führenden Eigenwerten) herrühren. Dabei wird die Existenz von zwei Ausgangshomoklinen in sogenannter Blasebalg-Konfiguration (homoclinic bellows configuration) vorausgesetzt. Unter Verwendung einer auf Lin zurückgehenden analytischen Methode werden Bifurkationsresultate für verzweigende N-Homoklinen erzielt. - Die allgemeinen Bifurkationsresultate werden auf physikalische Probleme der nichtlinearen Optik und Wasserwellentheorie, sowie auf zwei mathematische Modellgleichungen angewendet und in numerischen Untersuchungen bestätigt.



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Opitz, Andreas;
Nanotribologische Untersuchungen von ultradünnen Wasserfilmen auf hydrophoben und hydrophilen Siliziumoberflächen, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 110 S., 2742 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
Parallel als Druckausg. erschienen

Wasser hat einen großen Einfluss auf die Reibung bewegter Teile in der Mikro- und Nanotechnologie. Die Abhängigkeit der Reibung von der Wasserumgebung und der Oberflächenchemie kann mit dem Rasterkraftmikroskop an Einzelpunktkontakten untersucht werden. In Modellexperimenten wurden nanotribologische Eigenschaften -Reibung, Adhäsion und Langzeitstabilität- in Abhängigkeit vom Wasserpartialdruck untersucht. Die Messungen erfolgten an hydrophobem, wasserstoff-terminiertem Silizium sowie an hydrophilem und hydrophobem Siliziumoxid. Als Sonde wurde eine oxidierte Siliziumspitze verwendet. Die Reibungskraft wurde als Funktion der Normalkraft und der Gleitgeschwindigkeit charakterisiert. Der Wasserpartialdruck wurde durch Abpumpen der Vakuumkammer von Luftdruck bis 1E-8 mbar verringert und durch Einlass von Wasserdampf in die Vakuumkammer von 1E-10 bis 1E-5 mbar erhöht. Die Wasserschichtdicke wurde separat mit der dynamischen Kraftspektroskopie als Funktion des Abstandes bestimmt. Diese Methode basiert auf der Analyse der Amplitude und des Normalkraft-Anteils bei der Annäherung eines vertikal schwingenden Cantilevers an die Probe. Die Reibung von hydrophobem Silizium und hydrophobem Siliziumoxid ist unabhängig vom Wasserpartialdruck. Auf den Oberflächen ist kein Wasser vorhanden. Beide Oberflächen wandeln sich bei tribologischer Beanspruchung in einer wasserhaltigen Umgebung in hydrophiles Siliziumoxid um. Damit ist eine Veränderung der Reibung verbunden. Hydrophiles Siliziumoxid zeigte eine starke Abhängigkeit der Reibung und der Adhäsion vom Wasserpartialdruck. Während der Verringerung des Wasserpartialdruckes beginnend bei Luftdruck reduzieren sich Wasserschichtdicke (von 2,6 über 0,7 nm bis zu keinem messbaren Wasser), Reibung (von 500 über 200 bis zu 20 nN, angegeben für eine Normalkraft von 60 nN) und Oberflächenenergie (von 556 über 434 bis 21 mJ/mø) stufenweise über 3 Bereiche. Die Geschwindigkeitscharakteristik ändert sich ebenfalls über 3 Bereiche. Die Erhöhung des Wasserpartialdruckes ist bis 1E-8 mbar mit der Verringerung von Reibung (von 15 auf 14 nN) und Oberflächenenergie (von 68 auf 20 mJ/mø) verbunden. Für Drücke höher 1E-8 mbar steigen Reibung (von 14 auf 16 nN) und Oberflächenenergie (von 20 auf 154 mJ/mø) mit dem Wasserpartialdruck an. Diese Eigenschaften lassen sich mit den verschiedenen Zuständen der Wasseradsorption auf Siliziumoxid korrelieren. Die Minimalwerte für Reibung und Adhäsion stimmen bei Erhöhung und Verringerung des Wasserpartialdruckes überein. Die unterschiedlichen Zeitskalen für die Adsorption und Desorption von Wasser bewirken eine Hysterese für Adhäsion und Reibung bei Änderung des Wasserpartialdruckes.



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Öttking, Rolf;
Langwellige Magnonen und Phononen und rotonenähnliche Anregungen in amorphen Festkörpern, 2003. - Online-Ressource (PDF-Datei: 99 S., 1506 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2003
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Ausgedehnte Inhomogenitäten und Variation der Nächste-Nachbar-Abstände sind eine charakteristische Gemeinsamkeit amorpher Festkörper. Wesentliche Informationen über die (magnetische) Struktur amorpher Festkörper erhält man aus dem statischen Strukturfaktor bzw. der radialen Verteilungsfunktion. Für langwellige Magnonen und Phononen führen die Inhomogenitäten zur Dämpfung und Renormierung (Verringerung) der Stiffnesskonstanten bzw. der Schallgeschwindigkeit. Sehr langwellige Magnonen und Phononen werden an den Inhomogenitäten wie an Punktdefekten gestreut und man erhält eine Magnon- bzw. Phonon-Rayleigh-Streuung. Diese Ergebnisse folgen sowohl aus der Greenfunktionen-Theorie (Matsubara-Kaneyoshi-Formalismus) als auch - für Magnonen - aus einer quantemechanischen Störungsrechnung. Für Magnonen und Phononen mit Wellenlängen, die kürzer als die mittlere Ausdehnung der Inhomogenitäten sind, folgt eine scheinbare Gap-Energie infolge der Bildung von Wellenpaketen (Magnon-dressed Magnon bzw. Phonon-dressed Phonon). Die Zustandsdichte langwelliger Magnonen und Phononen wird einerseits durch die Renormierung der Energie und andererseits durch die Umverteilung der Zustände infolge der Inhomogenitäten sowie durch Amorphonen-Zustände geändert. Letztere sind eine neue Art von (bei kleinen Energien lokalisierten) Elementaranregungen, die aufgrund der amorphen Struktur entstehen. Die zusätzlichen Beiträge zur Zustandsdichte von niederenergetischen langwelligen Magnonen und Phononen werden als Beitrag zum Bosonen-Peak interpretiert. Die Wärmeleitfähigkeit und der inverse Wärmewiderstand der Magnonen und Phononen bei tiefen Temperaturen sinken mit wachsender Stärke und zunehmender räumlicher Ausdehnung der Inhomogenitäten. In amorphen Ferromagneten ist der Beitrag der Magnonen zur Wärmeleitfähigkeit nicht vernachlässigbar. Er kann sogar den Phononen-Beitrag überwiegen. Rotonenähnliche Anregungen (Magnon-Rotonen und Phonon-Rotonen) bilden als Wellenpakete spezifische Anregungszweige in amorphen Festkörpern, die in die erste Debye-Kugel vorreduziert werden können. Diese Vorreduktion wird als diffuser Umklapp-Prozeß an dem ersten scharfen Peak des statischen Strukturfaktors (FSDP) interpretiert. Die Magnon- und Phonon-Rotonen, dargestellt durch Wellenpakete, führen zu einer endlichen Gap- Energie im Rotonen-Minimum der Dispersionsrelation. Dabei hängt die Größe der Gap-Energie im Wesentlichen von der Breite des FSDP ab.Die vorreduzierte Dispersionsrelation der Phonon-Rotonen führt zu einem zusätzlichen Beitrag zur spezifischen Wärme amorpher Festkörper für Temperaturen oberhalb 1 K. Dieser wird als Super-Debye-Beitrag (excess specific heat) interpretiert,der für amorphe Festkörper charakteristisch ist. Die Gap-Energie des Phonon-Rotonen-Minimums bestimmt die Lage des Maximums des Super-Debye-Beitrages. - In amorphen Festkörpern besitzen die langwelligen Magnonen und Phononen einerseits und die Magnon- und Phonon-Rotonen andererseits weitreichende Gemeinsamkeiten, die auf die analogen Streu- Mechanismen für die langwelligen Anregungen bzw. die Wellenpaket-Natur der rotonenähnlichen Anregungen zurückzuführen sind.



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Thomaschewski, Boris;
Workspaces of continuous robotic manipulators, 2002. - Online-ressource (PDF-Datei: 109 S., 6485 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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Fabrici, Igor;
Leichte Teilgraphen in Polyedergraphen, 2002. - 2,63 MB, Text : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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Lehmkuhl, Dirk;
Gerichtete Bewegung aus dem Chaos bei asymmetrischer Wechselwirkung unter Berücksichtigung der Translations-Rotations-Kopplung, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 130 S., 2463 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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In der vorliegenden Dissertation wird das Verhalten von Testteilchen (TT) in einem stark verdünnten Gas von Medienteilchen (MT) analytisch und mittels Computersimulationen detailliert untersucht. Zur Vereinfachung wird das Modell eines flachen, diskusförmigen, räumlich fest orientierten TT eingeführt, um grundlegende physikalische Eigenschaften zu untersuchen. In diesemModell wird neben den drei Translationsfreiheitsgraden des TT ein zusätzlicher Rotationsfreiheitsgrad (um eine fest in Normalenrichtung orientierte Drehachse) berücksichtigt. Das Gas von MT befindet sich stets im thermodynamischen Gleichgewicht. Neben der spiegelnd-elastischen Reflexion werden besonders die nichtrivialen Wechselwirkungen: total diffus-elastische Reflexion und total inelastische Wechselwirkung (totale Akkomodation) untersucht. Im Mittelpunkt stehen TT, die im Falle einer Asymmetrie und unter bestimmten Nichtgleichgewichtsbedingungen, jedoch ohne Vorhandensein irgendwelcher Gradienten, eine kurzzeitige, gerichtete Bewegung aus dem weißen Rauschen heraus erfahren. Bei rotierenden, asymmetrischen TT (eine Seite spiegelnd-elastisch reflektierend, die andere Seite total diffus-elastisch reflektierend) treten in der systematischen Beschleunigung in Normalenrichtung neben Termen erster Ordnung auch Terme zweiter Ordnung in der Translationsgeschwindigkeit u und der Winkelgeschwindigkeit w auf. Diese Terme führen zu einer gerichteten Beschleunigung der TT, solange nicht alle Freiheitsgrade der TT zum thermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Diese systematische Beschleunigung ist proportional zu 2<u2z> - (<u2x> + <u2y>) + [<w2> - 1]. Die Terme in der eckigen Klammer, die bei nichtrotierenden TT fehlen, sind eine Folge der Translations-Rotations- Kopplung. Diese Terme werden für asymmetrische TT erstmalig erhalten. Aufgrund des Terms [<w2> - 1] zeigen asymmetrische TT, bei denen die Translationsfreiheitsgrade zum Startzeitpunkt maxwellverteilt sind und allein der Rotationsfreiheitsgrad sich im Nichtgleichgewicht befindet, eine gerichtete Beschleunigung. Zur Startzeit vollkommen ruhende TT mit einem Rotationsfreiheitsgrad erfahren eine größere gerichtete Beschleunigung als nichtrotierende TT. Für leichtere rotierende, asymmetrische TT wird erstmals ein System gekoppelter, nichtlinearer Langevin-Gleichungen hergeleitet. Diese werden mit Hilfe einer Störungsrechnung in erster Näherung gelöst. Für hinreichend schwere TT stimmt die analytische Näherungslösung für die mittlere Normalengeschwindigkeit der TT mit entsprechenden Resultaten der Computersimulation sehr gut überein. Darüber hinaus werden beidseitig spiegelnd-elastisch reflektierende, diskus- und kugelförmige TT betrachtet, die sich in einem Zylinder in Normalenrichtung bewegen können. Dabei sollen stets auf die linke bzw. rechte Seite des TT jeweils MT unterschiedlicher Masse auftreten, wobei der Druck auf beiden Seiten gleich sein soll. Daraus resultiert eine Asymmetrie der stochastischen Kraft bzgl. ihrer Stärke und Stoßfrequenz. Für diesen Fall folgt ebenfalls eine kurzzeitige, gerichtete Beschleunigung der TT, solange ihre Normalen-Freiheitsgrade nicht zum hermodynamischen Gleichgewicht relaxiert sind. Die gerichtete Beschleunigung diskusförmiger TT ist dabei größer als die kugelförmiger TT und deutlich größer, als die gerichtete Beschleunigung asymmetrischer TT.



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Nipprasch, Dirk;
Zeolithische Filter und Membranen in der Gassensorik, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 160 S., 27,9 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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Metalloxid-Gassensoren werden heute in großen Stückzahlen zur Detektion brennbarer und toxischer Gase in vielen Bereichen der Industrie und des täglichen Lebens eingesetzt. Die in den Sensoren verwendeten gassensitiven Metalloxid-Schichten sind jedoch fast ausnahmslos gegenüber mehreren Gasen empfindlich, wodurch Anzeigen verfälscht und sogar Fehlalarme ausgelöst werden können. Ursache dafür sind ähnliche Wechselwirkungen verschiedener Gase mit der Metalloxid-Oberfläche. In der vorliegenden Dissertation wird durch den Einsatz zeolithischer Filter und Membranen eine Verminderung der Querempfindlichkeit kommerzieller Methan-Gassensoren gegenüber Ethanol erreicht. Diese auf der Basis sensitiver Zinndioxid-Schichten wirkenden Sensoren werden vor allem in Gaswarnanlagen (Bergbau, Industrie, Haushalt) eingesetzt. Zeolithe (z. B. ZSM-5, Zeolith-A) weisen ausgezeichnete katalytische Eigenschaften und eine hohe thermische und chemische Beständigkeit auf. Sie sind daher besonders geeignet, um als aktive Filter vor den gassensitiven Schichten von Gassensoren verwendet zu werden. Kristalline Zeolith-Pulver werden in der Arbeit als Endprodukte einer Serie von Hydrothermalsynthesen erhalten. Anschließend wurden die Kristalle durch Ionenaustausch teilweise modifiziert. Für die Verwendung von Zeolithen als Filtermaterial in Gassensoren ist es jedoch technologisch sinnvoller trägergestützte Zeolith-Membranen einzusetzen. Durch eine neue Variante der in-situ-Synthese von Zeolith-Schichten auf porösen Trägern aus Aluminiumoxid- und Titandioxid-Substraten konnten die Membranen defektfrei hergestellt und ebenfalls durch Ionenaustausch weiter modifiziert werden. Zeolith-Pulver und -Membranen wurden in zahlreichen Untersuchungen strukturell charakterisiert. Ihre katalytischen Eigenschaften wurden anhand der Konversion von Ethanol an sauren Zeolithen umfassend getestet und dokumentiert. Mit Hilfe von Permeationsmessungen wurde die Eignung der erzeugten zeolithischen Membranen zur Trennung von Gasspezies bestätigt. Die modifizierten Zeolithe und zeolithischen Membranen bewährten sich in Sensoruntersuchungen als aktive Filter bei der selektiven Detektion von Methan in verschiedenen Methan-Ethanol-Gasgemischen.



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Göring, Frank;
Wegesysteme, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 108 S., 871 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
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Wegesysteme werden als Graphen abstrahiert, sodaß als natürliche Enthaltenseinsrelation von Graphen die topologische Minorenrelation betrachtet wird. Durch das Fixieren bestimmter Knotenpunkte des topologischen Minors im großen Graphen wird diese Ordnungsrelation spezialisiert, sodaß Existenzsätze über Wegesysteme eine einfache Formulierung bekommen. Zu Mengers Theorem über die Existenz eines bestimmten Wegesystems werden drei kurze und neue Beweise gegeben. Einer dieser Beweise liefert sowohl eine neue Version des Theorems, die die Vorschreibbarkeit der Start- und Endknoten eines nicht maximalen Wegesystems für ein maximales Wegesystem beinhaltet, als auch einen leicht implementierbaren linearen Algorithmus zum Auffinden dieses Wegesystems. Es wird gezeigt, daß diese Version bekannte Theoreme der Transversaltheorie wie Halls Heiratssatz und das Theorem über gemeinsame Transversalen von Ford und Fulkerson als Spezialfälle hat. Auch für Maders Theorem über die Zahl unabhängiger H-Wege wird die Vorschreibbarkeit der Startknoten gezeigt. Die neue Version von Mengers Theorem wird darüber hinaus verwendet, um ein Verfahren zu begründen, mit welchem untersucht werden kann, ob aus gewissen Zusammenhangsvoraussetzungen (evtl. kombiniert mit einem gegebenen Wegesystem) in einem Graphen die Existenz eines gesuchten Wegesystems folgt. Das Verfahren ist konstruktiv. Entweder findet es ein Gegenbeispiel, also einen Graphen mit den gegebenen Voraussetzungen, der das gesuchte Wegesystem nicht enthält, oder es liefert einen Algorithmus, welcher linear in der Zahl der Knoten und Kanten des gegebenen Graphen das gesuchte Wegesystem findet. Genauer wird bei Eingabe eines beliebigen Graphen entweder einen Trenner gefunden, der beweist, daß die Zusammenhangsvoraussetzung nicht gegeben ist, oder das gesuchte Wegesystem selbst wird konstruiert. An Beispielen wird die Funktionsweise des Verfahren demonstriert: Es werden zwei Existenzsätze über Kreise durch vorgeschriebene Knoten eines gegebenen Graphen damit hergeleitet.



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Metzger, Bob;
Betrachtungen zur Wirkungsweise von [Sigma]-[Delta]-Modulatoren, 2001. - 165 S. = 5,35 MB, Text : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2001
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In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkungsweise von Analog-Digital-Wandlern, die nach dem [Sigma]-[Delta]-Prinzip arbeiten, untersucht. Wegen guter Integration in monolithische ICs und den Erfordernissen der Prozeßsignalverarbeitung gut angepaßter Wandlungsverfahren hat sich dieses Verfahren durchgesetzt. Es kann als ein zeitdiskreter Regelkreis, bei dem der Systemzustand zu festgelegten Zeiten abgefragt wird, aufgefaßt werden. Diese pulskodierte Modulation besteht aus zwei Elementen, wobei die Kodierung des Eingangssignals durch den namensgebenden [Sigma]-[Delta]-Konverter einer 1-Bit-Quantisierung entspricht. Die anschließende Dekodierung erfolgt mittels digitalen Filters durch geeignete Mittelung. Der Ausgang ist eine Treppenfunktion, welche nun leichter manipuliert, gespeichert oder transportiert werden kann. Im allgemeinen werden solche Modelle direkt im Zeitbereich oder nach einer Linearisierung und anschließender Transformation im Frequenzbereich untersucht. Diese Arbeit beschränkt sich ausschließlich auf den Zeitbereich. In ihr werden analytische (Funktionalanalysis), algebraische (Zahlentheorie), stochastische, numerische (Simulation) und geometrische Methoden benutzt. Zwei Richtungen werden besonders herausgearbeitet. Führt man keine Linearisierung durch Hinzunahme einer äußeren Quelle (Quantisierungsfehler) durch, so werden die Konverter durch nichtlineare nichtautonome Differenzenanfangswertprobleme (DAWP) beschrieben. Im Fall erster bzw. zweiter Ordnung wurde eine exakte bzw. eine Näherungslösung und daraus abgeleitete Filtervorschläge mit Fehlerabschätzungen angegeben. Durch diese Herangehensweise wird das lokale (punktweise) Verhalten der [Sigma]-[Delta]-Konverter wiedergegeben. Die zweite Richtung basiert auf der Untersuchung einer Folge von Konvertern jeweils gleicher Ordnung mit gegen Null fallender Taktzeit. Hierdurch gewinnt man mittels schwachen Grenzübergangs lineare(!) Differentialgleichungen, welche das Verhalten der Konverter im "Großen" beschreiben. Hierbei wurden ebenfalls Filtervorschläge abgeleitet. Aus dieser Herangehensweise läßt sich ein Algorithmus herleiten, um Konverter beliebiger Ordnung (auch kaskadierter) durch Differentialgleichungen zu beschreiben und geeignete Filter anzugeben, ohne dabei die Existenz und Eindeutigkeit des schwachen Grenzwertes nachzuweisen. Weiterhin wird in der Arbeit, ausgehend von der exakten Lösung des DAWP, das Filterverhalten bei einem Konverter erster Ordnung untersucht, wenn anstelle einer einfachen eine zweifache Mittelung benutzt wird. Ein Kapitel widmet sich den Betrachtungen zum Phasenporträt des Konverters zweiter Ordnung. Dabei werden Aussagen dieses diskreten dynamischen Systems bez. Beschränktheit und Periodizität der Lösung des DAWP getroffen. Die Überlegungen hierzu sind jedoch noch nicht vollständig. Im anschließenden Abschnitt werden Betrachtungen zur Stabilität und Robustheit geführt. Dabei ist die Begriffsbildung im Falle linearer stetiger Systeme abgeschlossen. Im Gegensatz dazu sind die in der Arbeit eingeführten Begriffe und Ideen bez. nichtlinearer diskreter dynamischer Systeme als Ansatz für eine weitere Diskussion aufzufassen. Im letzten Kapitel wird die Herangehensweise in der ingenieurtechnischen Literatur zu dieser Thematik skizziert. Ein wesentlicher Unterschied ist dabei die oben angebene Linearisierung durch eine äußere Quelle und die anschließende Transformation, diskret durch z- bzw. stetig durch Fourier-Transformation, in den Frequenzbereich. Allgemein läßt sich jedoch sagen, daß es zwar Parallelen aber noch keinen universellen Übersetzungsformalismus zur vorliegenden Arbeit gibt.



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Hichert, Jens;
Methoden zur Bestimmung des wesentlichen Supremums mit Anwendung in der globalen Optimierung. - Aachen : Shaker, 2000. - X, 161 S.. - (Berichte aus der Mathematik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
ISBN 3826582063

Boeck, Thomas;
Bénard-Marangoni convection at low Prandtl numbers : results of direct numerical simulations. - Aachen : Shaker, 2000. - II, 121 S.. - (Berichte aus der Physik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3826576020

Balster, Torsten;
Untersuchungen an reinen und mit Wasserstoff bedeckten SiC(100)-Oberflächen mit hochauflösender Elektroenergieverlustspektroskopie. - Jülich : Forschungszentrum, Zentralbibliothek, 2000. - X, 171 S.. - (Berichte des Forschungszentrums Jülich ; 3759) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
Literaturverz. S. 151 - 159

Görsch, Daniel;
Boltzmannoperatoren auf beschränkten Gebieten und verallgemeinerte Geschwindigkeitsmodelle
Als Ms. gedr.. - Aachen : Shaker, 2000. - IV, 132 S.. - (Berichte aus der Mathematik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3826569083
Literaturverz. S. [125] - 127

Ludwig, Frank-Peter;
Die Bewegung von Testteilchen in einem klassischen Mediengas : Computersimulationen zur kinetischen Gastheorie, 1999. - 108 Bl. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
Enth. außerdem: Thesen

Plenz, Sven-Manfred;
Zur Optimierung und Anwendung von resistiven Halbleiter-Gassensoren für organische Substanzen, 1998. - VIII, 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998

Nakov, Valentin;
Modellierung der statischen elektronischen Eigenschaften von Halbleiterschichtstrukturen - ein Programmpaket
Als Ms. gedr.. - Aachen : Shaker, 1998. - II, 119 S.. - (Berichte aus der Halbleitertechnik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3-8265-4343-2
Literaturverz. S. 110 - 118

Sloboshanin, Sergej;
Wachstum von Gold und Silber auf InP (1 0 0) : eine Untersuchung mittels Photoelektronenspektroskopie, 1996. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Heiber, Uwe;
Die Bewegung BROWNscher Teilchen in einem stark verdünnten klassischen Gas von Medienteilchen
Als Ms. gedr.. - Aachen : Shaker, 1996. - II, 93 S.. - (Berichte aus der Physik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1995
ISBN 3826512863

Bernet, Kerstin;
Ein Beitrag zur numerischen Approximation und Verfolgung von Toruslösungen parameterabhängiger nichtlinearer dynamischer Systeme
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1996. - III, 105 S. - (Berichte aus der Mathematik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 1995
ISBN 3-8265-1219-7
Literaturverz. S. 100 - 105

Schalk, Udo;
Homokline Punkte in periodisch gestörten Systemen gewöhnlicher Differentialgleichungen, 1995. - II, 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1995

Honisch, Peter;
Monte-Carlo-Simulation des Elektronentransports in GaAs, 1992. - 130, 4 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1992
Enth. außerdem: Thesen

Nguyen, Thi Phuong Hoa;
Enveloppentheorie für schmallückige Halbleiter mit Anwendung auf Tunnelung in Heterostrukturen, 1991. - Getr. Zählung : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1991
Enth. außerdem: Thesen

Göbel, Hubert;
Statistische Testverfahren zur Detektion eines unbekannten deterministischen Signals im Rauschen - dargestellt am Beispiel der objektiven Perimetrie, 1991. - 109, 4 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1991
Enth. außerdem: Thesen

Schulze, Dirk;
Elektronische und Transporteigenschaften des zweidimensionalen Elektronengases im starken Magnetfeld, 1990. - 83, [4] Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1990

Böhme, Dietmar;
Untersuchungen zur numerischen Berechnung von Koppelschwingungen an Mehrkörpersystemen, 1990. - 150 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1990
Enth. außerdem: Thesen

Holz, Hans-Gert;
Quasi-zweidimensionale Modellierung des High Electron Mobility Transistor unter Berücksichtigung von Quanteneffekten, 1988. - Getr. Zählung Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1988
Enth. außerdem: Thesen

Böhme, Thomas;
Über räumliche Darstellungen endlicher Graphen, 1988. - X, 86, 7 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1988
Enth. außerdem: Thesen

Elliger, Ralf;
Über ein Problem der Verkehrsoptimierung und eine von P. Erdös et al. geäußerte Vermutung, 1988. - 63 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1989

Türk, Peter;
Untersuchungen zur Optimierung der Struktur und der Ebeneneinbettung von Versorgungsnetzen, 1986. - 119 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1986

Nguyen anh Tuan, ;
Beitrag zur Realisierung der Methode der finiten Elemente auf einem problemorientierten Mehrmikroprozessorsystem, 1983. - Getr. Zählung Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1983

Breitschuh, Ulrich;
Untersuchungen des Linienverfahrens zur Anwendung in einem Simulationssystem. - Ilmenau, 1982. - 132 Blätter
Technische Hochschule Ilmenau, Dissertation 1982


Harant, Jochen;
Über den Shortness-Exponent reguläre Polydergraphen mit genau zwei Typen von Elementarflächen. - Ilmenau, 1982. - 116 Blätter
Technische Hochschule Ilmenau, Dissertation 1982


Goebel, Jens;
Schätzen und Steuern in linearen Differenzgleichungen, 1981. - 64 Bl : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1981

Wrobel, Jerzy;
Zur Modellierung von Forschungsprozessen unter Berücksichtigung ökonomischer Restriktionen, 1981. - 118 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1981

Heinze, Renate;
Rechnergestützte Projektierung von Beleuchtungsanlagen in Lichtbandanordnung, 1980. - 104, [53] Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1980

Kobler, Hans-Dieter;
[phi]-Konvexität, [phi]-Konjugation und Dualität, 1979. - 123 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1979

Ehnert, Georg;
Systematische Untersuchungen über Planaritätskriterien und Einbettungsalgorithmen von Graphen, 1979. - 144 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1979

Voss, Waltraud;
Über eine Möglichkeit endlichen Gruppen orientierbare Flächen und diese triangulierende Graphen zuzuordnen, 1977. - XXI, 128, A28 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1977

Redetzky, Robert-Rainer;
Zustandsräume und Wahrscheinlichkeitsräume stochastischer linearer Optimierungsprobleme, 1976. - 114, [24] Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1976

Abeßer, Harald;
Zur Theorie quasiregulärer Variationsprobleme und ihrer Anwendung auf optimale Prozesse, 1975. - VIII, 104 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1975

Weber, Klaus-Dieter;
Ein Beitrag zur numerischen Optimierung von Informationsübertragungssystemen, 1975. - 182 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1975

Grohmann, Gerald;
Ein Verfahren für die Suche nach Gegenbeispielen für die Vierfarbenvermutung mit Hilfe von Rechenautomaten, 1973. - Getr. Zählung : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1973

Hutschenreuther, Hermann;
Eine Lösung des Steiner-Weber-Problems und ihre Anwendung in der Praxis, 1972. - 180, [46] Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1972

Suppe, Conrad;
Zur Dualitätstheorie der nichtlinearen Optimierung, 1971. - [4] Bl., S. 6 - 27, Bl. 29 - 113 : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1971

Lindemann, Bernd;
Unterstützung der Produktionslenkung durch Kosten- und Fondskennzahlen, 1971. - VI, 167, LI Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1971

Dittrich, Helmar;
Entscheidungsgerechte Modellierung der Ablaufstrukturen von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, 1971. - 158 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1971

Bachmann, Gottfried;
Über eine kubische Punktverwandtschaft, 1968. - 145, [25] Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1968

Finck, Hans-Joachim;
Über die chromatische Zahl schlichter Graphen. - Ilmenau, 1967. - 84 Blätter, 3 Seiten, Seite 81-87
Technische Hochschule Ilmenau, Dissertation 1967

Literaturverzeichnis: Blatt 83-84, Seite 3, 87

Walther, Hansjoachim;
Über das Problem der Existenz von Hamiltonkreisen in planaren, regulären Graphen von Grad 3, 4 und 5, 1966. - 37, 11 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1966

Jacobi, Hans;
Eine Unempfindlichkeitseigenschaft für geordnete Systeme ungeordneter Bündel, 1965. - 40 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1965

Steigenberger, Joachim;
Einige Untersuchungen über die Separation der Variablen in zeitabhängigen mechanischen Verbänden, 1964. - III, 73 Bl. : Ilmenau, Techn. Hochsch., Diss., 1965

Presia, Heinz-Joachim;
Asymptotische Entwicklungen für eine Klasse von Laplace-Integralen, 1961. - 52 Bl. : Ilmenau, Hochsch. für Elektrotechnik, Diss., 1961

Jentsch, Werner;
Theoretische und numerische Auflösung eines Systems von unendlich vielen Gleichungen mit unendlich vielen Unbekannten, 1959. - 46 Bl. Ilmenau : Hochsch. für Elektrotechnik, Diss., 1959