Dissertationen an der Fakultät

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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
Parallel als Druckausg. erschienen

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
Parallel als Druckausg. erschienen

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˚C bis -36˚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˚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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